F&E-Projekte zur Abwasserbeseitigung

Durch Applikation und Exkretion von Humanarzneimitteln gelangen persistente Wirkstoffe
und Metaboliten durch Direkteinleitungen oder aus Kläranlagenabläufen über den Weg der
Fließgewässer in das Grund- und letztlich auch Trinkwasser. Diese Erkenntnisse resultieren
u.a. aus den Berichten des Bund/Länderausschusses für Chemikaliensicherheit (BLACKommission
1998 und 1999 [1]. Zwar wird auf Grund der gegenwärtigen Datenlage das
humantoxikologische Gefährdungspotenzial als relativ gering angesehen [2, 3, 4], im Sinne
des vorbeugenden Gewässerschutzes erfordert aber die gesundheitliche und ökologische
Relevanz der Arzneistoffeinträge in aquatische Umweltkompartimente nachhaltig wirksame
Maßnahmen, um etwaige Risiken rechtzeitig zu erkennen und abzuwehren. Zu diesen
Maßnahmen gehören:
- Eine zuverlässige Analytik zur Überwachung der Arzneiwirkstoff- und
Metabolitenbelastung von Wässern, insbesondere im Zusammenhang mit der
Abwasserreinigung und Trinkwassergewinnung.
- Eine zuverlässige Technologie zur Eliminierung von Arzneistoffeinträgen aus besonders
belasteten Abwässern und Rohwässern.
Entwicklungsbedarf in Analytik und Technologie resultiert aus grundsätzlichen methodischen
Defiziten fest-flüssig-extraktiver bzw. sorptiver Trenn- und Anreicherungsverfahren, die bei
der analytischen Probenvorbereitung sowie in Teilprozessen der Abwassertechnologie
angewendet werden [4, 5].
So sind mit Hilfe der Festphasenextraktion im Rahmen der Probenvorbereitung zur
Bestimmung von Arzneistoffspuren mit chromatographischen Methoden (GC, HPLC, LC/MS)
in Wasser (Konzentrationsbereich: ng - ?g/L) bestenfalls Anreicherungsfaktoren in der
Größenordnung von 100 erreichbar. Dabei lässt sich die Effektivität der Extraktionsschritte
durch Auswahl geeignet chemisch modifizierter Festphasen, also durch Anpassung von
Polarität und Art der Wechselwirkungen an strukturchemische Parameter des Analyten, nur
in Grenzen optimieren.
Eine vergleichbare Optimierung der Sorptionseffektivität ist bei der adsorptiven
Aktivkohlebehandlung von Abwässern und Rohwässern, die in der traditionellen
Wasseraufbereitung durch Ionenaustauschverfahren ergänzt werden, nicht möglich.
Alternativ oder in Ergänzung zu den klassischen Extraktions- und Sorptionsverfahren bietet
die Stofftrennung mit Fest- und Flüssig-Membranen prinzipielle Vorteile, die u.a. in der
großen Flexibilität der Membraneigenschaften begründet sind [6, 7] . Die außerordentliche
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Vielfalt biologischer Membranvorgänge, die Stofftransporte mit hoher Effektivität und
Selektivität steuern, sind Leitbild für die Entwicklung neuartiger Membransysteme und -
prozesse.
Aus diesem Grunde finden Membranverfahren ständig neue Einsatzgebiete, wie die
folgenden Beispiele verdeutlichen:
- Abwasserbehandlung (Umkehrosmose zur Behandlung von Deponiesickerwässern;
Galvanik, Abtrennung von VOCs)
- Medizin (Dialyse, Plasmafiltration, extrakorporale Blutwäsche),
- Pharmaindustrie/Biotechnologie (Reinigung von Fermentationsprodukten: Antibiotika)
- Analytik (Dialyse in Verbindung mit Fließinjektionsanalytik, Blotting-Techniken in
Festphasen-Immunoassay-Analytik).
Damit ist das Anwendungspotenzial von Membranverfahren sowohl in der
Wasseraufbereitung als auch im Bereich der analytischen Probenvorbereitung noch längst
nicht ausgeschöpft [8, 9]. Bestrebungen in europäischen Nachbarstaaten, die klassische
Aktivkohlebehandlung in der Trinkwasseraufbereitung durch Membranverfahren (z.B.
Nanofiltration) zu ersetzen oder zu ergänzen, verdeutlicht die Aktualität der Zielsetzungen
dieses Projektes. Generell ist das Anwendungspotenzial von Membranverfahren sowohl in
der Wasseraufbereitung als auch im Bereich der analytischen Probenvorbereitung noch
längst nicht ausgeschöpft, und offenkundig sind die bisher angewandten, synthetischen
Membranen nicht in der Lage, Arzneistoffspuren aus Wässern effektiv abzutrennen [8 - 11].
Daher wurden im vorliegenden Projekt alternative, verschiedenartige Membranmaterialienund
-systeme ausgewählt, entwickelt und ihre Permeations- bzw.
Stofftransporteigenschaften in Testsystemen unter Laborbedingungen untersucht.
Optimierungsstrategien sollten zu effektiven Membransystemen führen, die in der Lage sind,
ökotoxikologisch relevante Arzneiwirkstoffe und ihre Hauptmetaboliten aus wässrigen
Proben abzureichern.
Neben Zielsetzungen für die Wasseranalytik berücksichtigt daher dieses Vorhaben auch die
mögliche Anwendbarkeit der untersuchten Membrantypen bei der Behandlung
pharmakabelaste

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• Abschlussbericht