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Medikamentenreste im Abwasser

Gegen Risiken und Nebenwirkungen

Von Rebecca Hahn
Aktualisiert am 26.01.2020
 - 09:00
In runden Nachklärbecken setzt sich der Schlamm ab. Das übrige Wasser fließt danach in die neuartige vierte Reinigungsstufe, zumindest beim Pilotprojekt in Weißenburg.
In unseren Gewässern schwimmt ein Cocktail aus verschiedenen Medikamentenresten. Die Kläranlagentechnik der Zukunft soll Menschen und Wassertiere davor bewahren.

Eigentlich sind Flussbarsche scheue Tiere. Doch Medikamente, die Menschen in dösige Teilnahmslosigkeit versetzen, lassen die Fische zu tollkühnen Einzelkämpfern mutieren. Oxazepam wird zur Beruhigung geschluckt und im Körper von den Nieren abgebaut. Die Überreste des Wirkstoffs werden mit dem Urin ausgeschieden. Sie landen im Abwasser und somit auch bei den Fischen. Die Mengen dieser Spurenstoffe sind winzig, teils kleiner als ein Tausendstel von einem Milligramm – doch sie wirken. Forscher der schwedischen Universität Umeå beschrieben 2013 in „Science“, wie die Konzentration von Oxazepam in Flüssen die Flussbarsche völlig verändert: in der Natur bleiben die Fische am liebsten versteckt oder in der Gruppe, doch enthält das Wasser Spuren vom Beruhigungsmittel, wagen sie sich allein in gefährliche Bereiche vor, halten sich von ihren Artgenossen fern und fressen zu viel.

Ob Antibiotika, Hormone der Antibabypille oder Röntgenkontrastmittel: In deutschen Gewässern schwimmt ein bunter Cocktail an Arzneiwirkstoffen. Hierzulande werden nach Berechnungen des Umweltbundesamts jährlich rund 30.000 Tonnen Medikamente eingenommen. Für deren Risiken und Nebenwirkungen interessiert sich auch das Umweltbundesamt, denn was Menschen heilt, wird für Wasserbewohner zum Problem. Die Verhaltensänderung der Flussbarsche ist kein Sonderfall. Andere Arzneimittel schädigen Organe der Fische, Hormonrückstände lassen männliche Wassertiere verweiblichen. Rund die Hälfte der mehr als 2300 Medikamentenwirkstoffe in Deutschland gilt als potentiell umweltwirksam.

Keine gesetzlichen Grenzwerte in Deutschland

Mit herkömmlichen Reinigungsverfahren können Kläranlagen nur zwanzig Prozent der Spurenstoffe aus dem Abwasser beseitigen, die übrigen Medikamentenreste fließen direkt in die Flüsse – und früher oder später aus dem heimischen Wasserhahn: Wassertests in Nürnberg fanden 2019 besonders hohe Rückstände von Östrogen, Diclofenac und vom Kontrastmittel Gadolinium im Trinkwasser.

Im mittelfränkischen Weißenburg, rund sechzig Kilometer südlich von Nürnberg, läuft seit rund zwei Jahren eines der ersten deutschen Pilotprojekte dazu, wie Spurenstoffe in Zukunft aus dem Abwasser entfernt werden können. Stellvertretend für den Rest von Bayern wird hier die sogenannte vierte Reinigungsstufe getestet. In Deutschland gibt es bislang keine einheitliche Regelung, wie mit Spurenstoffen im Abwasser umgegangen werden soll, und auch keine gesetzlichen Grenzwerte, an denen sich die Kläranlagenbetreiber zu orientieren hätten. Das ist Ländersache. In Bayern hat das Landesamt für Umwelt mit dem sogenannten Stoffflussmodell zunächst mögliche Problemstellen eingekreist. Vor rund zehn Jahren wurde hier modelliert, wie stark die Gewässer des Freistaats mit Medikamenten belastet sind. Flüsse, die nur schwach fließen, sind besonders betroffen. Dazu zählt die Schwäbische Rezat. In diesen Bach leitet die Kläranlage Weißenburg ihr gereinigtes Wasser. Er plätschert von Weißenburg aus gen Norden, wo er zusammen mit der Fränkischen Rezat die Rednitz speist, einen der Quellflüsse der durch Bamberg fließenden Regnitz. 2015 und 2017 führte die Schwäbische Rezat so wenig Wasser, dass sie zu 80 Prozent aus dem Abwasser der Weißenburger Kläranlage bestand. Gerade in solchen Flüsschen werden die ökotoxikologischen Grenzwerte von Betarezeptorenblockern, Antibiotika oder Östrogen häufig überschritten. Weißenburg wurde deshalb als Versuchsstandort ausgewählt.

Bevor das Pilotprojekt startete, analysierten Wissenschaftler genau, welche Stoffe im Weißenburger Abwasser schwammen. „Das Abwasser der Anlage war, wenn man so will, relativ durchschnittlich und vergleichbar mit anderen Kläranlagenabläufen in Bayern“, sagt Stefan Bleisteiner, der sich am Bayerischen Landesamt für Umwelt mit neuen Technologien in der Abwasserbehandlung befasst. Das Amt begleitet zusammen mit der Universität der Bundeswehr in München das Projekt in Weißenburg und überwacht die Spurenstoffkonzentrationen im Ablauf der Kläranlage. Dort fanden die Wissenschaftler bei den Voruntersuchungen zum Beispiel Rückstände des Schmerzmittels Diclofenac. Das ist nicht ungewöhnlich, rund 15 Prozent der Flüsse in Bayern sind deutlich mit dem Entzündungshemmer belastet.

Mit jedem Schluck Leitungswasser

„Mit moderner Analytik können Stoffe schon in sehr geringen Konzentrationen nachgewiesen werden“, sagt Bleisteiner. „Das allein sagt aber nichts über die Gefährlichkeit aus. Erst die Dosis macht das Gift.“ Rückstände von Medikamenten oder auch Pflanzenschutzmitteln könnten Organismen zum Teil schon in niedrigen Konzentrationen beeinflussen. In der Gewässertoxikologie gilt die sogenannte „Predicted No-Effect Concentration“ (PNEC) als Grenze. Der PNEC-Wert definiert, bis zu welcher Konzentration ein Stoff sich nicht auf die Umwelt auswirkt. Für das Schmerzmittel Diclofenac wurde der Wert in Weißenburg überschritten, wie das Stoffflussmodell zeigte. Der Wirkstoff schädigt zum Beispiel die Nieren von Fischen.

Und wie steht es um die Nieren der Nürnberger, die mit jedem Schluck Leitungswasser Medikamentenreste trinken? Wie sich die Spurenstoffe allgemein auf den Menschen auswirken, ist unklar. Befürchtet wird, dass Antibiotikaresistenzen durch Reststoffe in den Gewässern zu einem noch größeren Problem werden könnten. Die Langzeitfolgen der Hormonbelastung im Wasser lassen sich noch nicht abschätzen. Einige Wissenschaftler vermuten einen Zusammenhang mit der Zunahme von Hoden- und Prostatakrebs und der sinkenden Spermienzahl: In westlichen Ländern finden sich seit Mitte der siebziger Jahre pro Milliliter Sperma immer weniger Spermien, teilweise nur noch halb so viele.

Auch in der Kläranlage Weißenburg standen die im Abwasser vorkommenden Hormone im Fokus. Neben der Analytik wurden auch Biotests mit Muscheln und Regenbogenforellen durchgeführt. Die Tiere schwammen im Zu- und Ablaufgebiet der Kläranlage. „Wenn männliche Fische unter Östrogeneinfluss stehen, produzieren sie ein Dotterprotein“, sagt Bleisteiner. Normalerweise finde man dieses Protein nur in Weibchen. So lasse sich der hormonelle Einfluss des Abwassers abschätzen. Im Fall der Kläranlage Weißenburg zeigten alle Tests: Das Wasser der Schwäbischen Rezat hatte einen deutlichen östrogenen Effekt auf die Tiere.

Nach drei Reinigungsstufen immer noch nicht rein

Zum Standard der Abwasserreinigung zählen die mechanische, biologische und chemische Reinigung. Markus Eisenmann leitet die Kläranlage in Weißenburg. „Bei uns entfernen Rechen alle Grobstoffe über sechs Millimeter“, erklärt er. So wird zuerst der gröbere Unrat ausgesiebt. Danach fließt das Abwasser durch einen Sandfang. In diesem länglichen Becken ist die Fließgeschwindigkeit so gemächlich, dass sich Sand und Kies absetzen können. Von dort geht’s ins Vorklärbecken: Hier treibt das Wasser noch langsamer dahin, Schlamm setzt sich ab, sagt Eisenmann. Am Ende der mechanischen Abwasserreinigung sei schon ein Drittel der Inhaltsstoffe des Abwassers beseitigt.

In der biologischen Reinigung würden Mikroorganismen anschließend auch die Substanzen beseitigen, die mit bloßem Auge nicht zu erkennen seien. „Wir machen das, was die Natur auf langer Strecke im Bach machen würde, auf komprimiertem Raum“, sagt Eisenmann. Die Mikroorganismen in der Kläranlage bauen Kohlenstoff im Wasser ab und entfernen den Stickstoff darin. Dieser würde in zu hohem Maße zu einer Veralgung der Gewässer führen. In der dritten Stufe, der chemischen Reinigung, werde dem Abwasser anschließend noch Phosphat entzogen. Von den Spurenstoffen ist dann allerdings nur ein Fünftel beseitigt, der Rest würde bei nur drei Reinigungsstufen in der Schwäbischen Rezat landen.

Das soll in dem neuen Anbau der Kläranlage Weißenburg verhindert werden. Markus Eisenmann führt zu einem dunkelgrau gestrichenen Gebäude hinter dem Nachklärbecken. Er öffnet die Tür zu einem kleinen Raum, in dem eine kastenförmige Anlage steht. „Hier haben wir unseren Ozonerzeuger“, sagt Eisenmann. Verschiedene Verfahren kommen zur Beseitigung der Spurenstoffe in Frage, die Wahl fiel in Weißenburg auf eine Ozonierung mit nachgeschalteter Filtereinheit.

Das Ozon gibt den schädlichen Stoffen den Rest

Ozonmoleküle bestehen aus jeweils drei Sauerstoffatomen. Das Gas ist nicht stabil und muss daher direkt vor Ort erzeugt werden. Nach der chemischen Reinigung fließt das Abwasser nun weiter in den Ozonreaktor und verweilt dort gut zwanzig Minuten. Das Ozon zerfällt zu Sauerstoff und reagiert dabei mit den Spurenstoffen im Wasser. Die Wirkstoffe werden auf diese Weise buchstäblich aufgeknackt und in Bruchstücke zerlegt. Für jeden Einzelstoff falle die Eliminationsrate unterschiedlich aus. „Diclofenac zum Beispiel reagiert sehr gut und schnell auf eine Behandlung mit Ozon“, sagt Stefan Bleisteiner.

Um zu verhindern, dass bei der Ozonierung schädliche Stoffe entstehen, fließt das behandelte Wasser anschließend durch einen Filter. In Weißenburg wird dazu mit zwei verschiedenen Filtermaterialien experimentiert: Aktivkohle und Sand. Aktivkohle muss eigentlich nach rund drei Jahren ausgetauscht werden, wenn ihre Adsorptionskapazität erschöpft ist. „Wir arbeiten deshalb mit einem biologisch aktivierten Aktivkohlefilter“, sagt Eisenmann. Statt die Aktivkohle sofort zu ersetzen, wollen die Betreiber der Kläranlage warten, bis sich ein grünlicher Film aus Mikroorganismen an die Kohle lagert. Durch diesen Biofilm werde ein Teil der Adsorptionskapazität wieder frei, sagt Eisenmann. Der Sandfilter muss nicht ersetzt werden, ist aber durchlässiger. Zwölf Indikatorsubstanzen werden auf der Anlage gemessen. Die Kombination aus Ozonierung und der speziellen Aktivkohle entfernt 92 Prozent der untersuchten Medikamentenreste aus dem Abwasser, bei der Variante mit Sand sind es 82 Prozent. „Als Eliminationsziel haben wir uns 80 Prozent gesetzt“, sagt Martina Hanke von der Stadtverwaltung Weißenburg. Beide Kombinationen erfüllten also das Soll.

Die Betreiber der Weißenburger Kläranlage tüfteln dennoch weiter daran, die vierte Reinigungsstufe zu optimieren. Ende 2019 wurden abermals Fische um die Kläranlage ausgesetzt, um zu prüfen, ob das Abwasser die Tiere inzwischen weniger beeinflusst. Gefeilt wird auch an der Steuerung der Ozonzugabe, denn die ist teuer. Der Stromverbrauch der Einrichtung ist wegen der Ozonerzeugung um 25 Prozent gestiegen. Die Betriebskosten der Anlage tragen die Einwohner von Weißenburg selbst, derzeit zahlen sie pro Kopf etwa 15 Euro mehr im Jahr. Für die wissenschaftlichen Untersuchungen ist die Anlage mit deutlich mehr Messtechnik als gewöhnlich ausgerüstet, das erhöht die Kosten. Doch die Preissteigerung soll langfristig auf ein erträgliches Maß reduziert werden, meint Hanke.

Während in Deutschland bislang nur einzelne Anlagen mit der vierten Reinigungsstufe experimentieren, plant man in der Schweiz, bis 2040 hundert Kläranlagen mit der neuen Technik auszurüsten. Bevor diese auch in Deutschland Standard wird, muss geklärt werden, was die Kläranlagen in Zukunft erwartet. „Wir wissen nicht, welche Grenzwerte zukünftig gelten werden“, erklärt Markus Eisenmann. Die vierte Reinigungsstufe sei der nächste Entwicklungsschritt für die Kläranlagen. Zumindest wenn Fische und Menschen in Zukunft nicht mehr unwissentlich fremde Medikamentenreste schlucken wollen.

Quelle: F.A.S.
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