Mikrobizide Stoffe in biologischen Kläranlagen: Immissionen und Prozeßstabilität PDF
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Peter Kunz .Gunter Frietsch Mikrobizide Stoffe in Klaranlagen biologischen Immissionen und Prozelsstabilitat Mit30Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Dipl.-Ing. PeterKunz Fraunhofer-InstitutflirSystemtechnik undInnovationsforschungKarlsruhe GUnterFrietsch InstitutfurIngenieurbiologie undBiotechnologiedesAbwassers UniversitiitKarlsruhe Herausgeber Umweltbundesamt Bismarckplatz1 1000Berlin33 Tel.:030/89031 Telex:183756 DerHerausgeber iibernimmtkeine Gewahr fiirdieRichtigkeit,die Genauigkeitund Vollstiindigkeitder Angaben sowie fiir die Beachtung privater Rechte Dritter. Die in der Studie geaullerten Ansichten und Meinungen miissen nicht mit denen des Herausgebersiibereinstimmen. IISSBBNN 997788--33--554400--1166442266--55 IISSBBNN 997788--33--666622--0088774433--55 ((eeBBooookk)) DDOOlI 1100..1I000077//997788--33--666622--0088774433--55 CIP-KurztitelaufnahmederDeutschenBibliotek: Kunz,P.: MikrobizideStolTeinbiologischenKlaranlagen: Immissionenu.ProzeBstabibilitiit/P.Kunz ;G.Frietsch. Berlin;Heidelberg;NewYork;Tokyo;Springer,1986. NE:Frietsch,G. DasWerkisturheberrechtlichgeschiitzt.DiedadurchbegriindetenRechte,insbesonderedieder Ubersetzung,desNachdrucks,derEntnahmevonAbbildungen,derFunksendung,derWiedergabe aufphotomechanischemoderahnlichernWegeundderSpeicherunginDatenverarbeitungsanlagen bleiben,auchbeinurauszugsweiserVerwertung,vorbehalten. DieVergiitungsanspriichedes§54,Abs.2UrhGwerdendurchdie»VerwertungsgesellschaftWort«, Miinchen,wahrgenommen. ©Springer-VerlagBerlin,Heidelberg,1986 UrsprunglicherschienenbeiSpringer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork1986. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen,Handelsnamen,Warenbezeichnungen usw.in diesem WerkberechtigtauchohnebesondereKennzeichnungnichtzuderAnnahme,daBsolcheNamenim SinnederWarenzeichen-undMarkenschutz-Gesetzgebungalsfreizubetrachtenwarenunddaher vonjedermannbenutztwerdendiirften. 2160/3020-543210 Vorwort In zunehmendern MaBe reagieren biologisch-technische Systeme - nicht zuletzt durch die Optimierung und Belastung bis an die Grenzen ihrer Stabilitat - zu nehmend sensibler auf die Zufuhr anthropogener Schadstoffe. Zu den biolo gisch-technischen Systemen zahlen Klaranlagen, aber auch Vorfluter und seen; dies umso mehr, je starker sie technisch verandert wurden. Von den Schadstof fen sind besonders diejenigen interessant, die einen allgemeinen, jeden Men schen betreffenden Zielkonflikt widerspiegeln, wie beispielsweise die mikro biziden Stoffe. Wahrend viele Substanzen als "Chemie" und "Gift" von der AII gemeinheit abgelehnt werden, weil sie nur eng begrenzt als Wertstoffe beno tigt werden, stellen Desinfektionsmittel und Konservierungsstoffe Substanzen dar, die aus unserem heutigen (technisierten) Leben nicht mehr wegzudenken sind und allgemein akzeptiert werden, obwohl sie in ahnlicher Weise biozid sind wie die gemeinhin abgelehnten Pestizide. Dieses Dilemma des "Vorne-wirken-Milssens" (sprich: im Krankenhaus oder in verderblichen Lebensmitteln) und "Hinten-nicht-wirken-Sollens" (sprich: in der kommunalen Klaranlage) eroffnet breiten Raum zur Erforschung akzeptabler Kompromisse. Insbesondere die erforderliche Vertiefung des Wissens um die Zu sammenhange, mOglichen Effekte und systemspezifischen Hemmnisse erfordert die Zusammenarbeit verschiedenster Fachdisziplinen. In Zukunft wird man - die hier vorgelegten Untersuchungsergebnisse zeigen erste Beispiele auf - immer mehr den Gesamtzusammenhang sehen milssen. D.h., der Typ der Klaranlage oder die Lange des Abwassersammlers, die Zusammensetzung des Abwassers und mOgli che Industrieabwasserzuflilsse determinieren wie in einem Regelkreis (Feed back) die Art und Einsatzmenge mikrobizider, aber auch anderer Stoffe. Insbesondere akkumulierbare/persistente mikrobizide Stoffe inclusive langer fristige Wirkstoffabspalter sind in Zukunft durch abwasservertragliche Wirk stoffe zu ersetzen. In einer Vielzahl von Gesprachen, die im Rahmen dieser VI Untersuchung gefUhrt wurden, konnte festgestellt werden, daB die Probleme beim Desinfektionsmitteleinsatz fast ausschlieBlich anwendungsspezifisch und in den seltensten Fallen auch umweltspezifisch betrachtet werden; ahnlich wird auch in der Siedlungswasserwirtschaft die Frage moglicher Beeintrachti gungen der FunktionstUchtigkeit von Klaranlagen bislang eher als unabwendbare Randbedingung, denn als Aufgabe zur Minimierung und Vermeidung angesehen. Es schien deshalb angebracht, die Ergebnisse der Untersuchung, die gesammel ten Erfahrungen und die Wege dahin zusammengefaBt, aber doch etwas breiter angelegt, wiederzugeben, urn dem Nicht-Chemiker die abwassertechnologischen und dem Nicht-Siedlungswasserwirtschaftler die chemischen, biochemischen und biologischen HintergrUnde zuganglich zu machen, ohne lediglich auf das Fach schrifttum zu verweisen. In den zahlreichen personlichen Gesprachen sind wir bereits auf reges Interesse gestoBen. Der Bedarf vieler Nichtspezialisten, die mit diesen Fragen administrativ, legislativ oder in anderer Weise betraut sind, sich Uber manches Grundsatzliche ohne vertieftes Studiurn der Fachlite ratur zu informieren, machte eine derartig umfassende Darstellung erforder lich. Der Fachspezialist wird manches zu allgemein oder nicht erwahnenswert finden, der Nichtspezialist manches zu detailliert und zu speziell; dem je weiligen Leser mag das Inhaltsverzeichnis Auswahlhilfe sein, wobei die haufi gen Querverweise die Suche nach den Detailinformationen erleichtern sollen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, an welchen Stellen gezielt Informa tionen beschafft werden mUssen, urn die Auswirkungen mikrobizider Stoffe auf die Umwelt quantitativ ermitteln, bzw. schon heute entsprechende VorsorgemaB nahmen einzuleiten zu konnen. Die bisherigen Uberwachungsergebnisse von Klar anlagenablaufen sind zu sparlich, urn die tatsachliche Wirkung generell be schreiben zu konnen, da mikrobizide Stoffe infolge des weiten Gebrauchs kon tinuierlich, aufgestockt durch punktuelle Belastungen, den Klaranlagen zu flieBen. In Anbetracht der geringen Kenntnisse Uber die Vorgange zwischen der Anwendung mikrobizider Stoffe und ihrer Einleitung in biologische Klaranlagen wurde ein Wirkungsmodell aufgestellt, das es in nachfolgenden Untersuchungen zu verifizieren gilt. Allen Fachleuten der betreffenden Industriezweige, Mitarbeitern in Behorden, Kommunen und Verbanden, die durch ihre Bereitschaft zu ausfUhrlichen Gespra chen, umfangreicher Informationsvermittlung und Stellungnahmen zu EntwUrfen dieses Berichtes wesentlich zum Gelingen dieser Studie beigetragen haben, sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Herrn Bestmann (SchUlke &Mayr, Hamburg), VII Herrn Genth (Bayer, Uerdingen), Herrn W. Rieber (Wollner-werke, Ludwigshafen), Herrn H-J. ROdger (Lysoform, Berlin), Herrn und Frau J. und H. Fink, Freiburg und Frau L. KnOfler, Karlsruhe sowie Herrn W. Fabig (Fraunho fer-Institut fUr Urnweltchemie und Okotoxikologie, Schmallenberg-Grafschaft) sei darilber hinaus filr ihr pers6nliches Engagement gedankt. Dank gilt auch unseren Mitarbeiterinnen I. Becker, S. Gutsche, C. Raber und C. Sommavilla, die sich mit vieI Einsatz und Ausdauer der Manuskripte und Korrekturen zu diesem Bericht angenommen haben. Karlsruhe, im Januar 1986 H. Krupp AbkUrzungsverzeichnis AAS Atomabsorptionsspektrometer ATV Abwassertechnische Vereinigung BB Belebungsbecken BDMDAC Benzyl-dimethyl-dodecylammoniumchlorid BF Bioakkumulationsfaktor BGA Bundesgesundheitsamt BOD Biochemical oxygen demand (engl.), s. BSB BPI Bundesverband der Pharmazeutischen Industrie 3 B Raumbelastung (kg BSB , d) R 5/m BSB(5) Biochemischer Sauerstoffbedarf (in funf Tagen; mg °2/1) BSeuchG Bundesseuchengesetz B Schlammbelastung (kg BSB TS,d) TS 5/kg ChemG Chemikaliengesetz CIP Cleaning in place (engl.): geschlossenes Reinigungsverfahren CKW Chlorierte Kohlenwasserstoffe COD Chemical oxygen demand (engl.), s. CSB CSB Chemischer Sauerstoffbedarf (mg °2/1) DGHM Deutsche Gesellschaft fur Hygiene und Mikrobiologie DMDSAC s. DSDMAC DOC Dissolved organic carbon (engl.): geloster organischer Kohlenstoff (mg CIl) DSDMAC Distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid EC Effectiv concentration (engl.): wirksame Konzentration (erfaBt nicht die Letalitat eines Stoffes, sondern andere Parameter, z.B. Schwimm unfahigkeit bei Daphnien; Angabe in mg X/I) EDTA Ethylendiamintetraacetat EGW Einwohnergleichwert (durchschnittlicher Abwasseranfall pro Einwohner und Tag, gemessen als BSB 5) GC-MS Gaschromatograph - Massenspektrometer (kombinierte Analyse) IX HPlC High pressure liquid chromatography (engl.): Hochdruck-FIOssigkeits- chromatographie k.A. Keine Angaben KW Kohlenwasserstoffe lC letalkonzentration (FuBzahlen geben an, wieviel Prozent der geteste- ten Organismen abgetotet wurden; Angabe in mg X/I) lD letaldosis (FuBzahlen geben an, wieviel Prozent der getesteten Orga nismen abgetotet wurden; Angabe in mg X/I) lM landesgewerbeanstalt 1MBG lebensmittel- und Bedarfsgegenstandegesetz MHK Minimale Hemmkonzentration (mg X/I) NEl No effect level (engl.): noch unschadliche Konzentration (mg X/I) NOEC No observed effect concentration (engl.): noch unschadliche Konzen tration (meist Ober langere Zeitraume; Angabe in mg X/I) NTA, NTE Nitrilotriacetat, Nitrilotriessigsaure OECD Organisation for Economic Cooperation and Development (engl.): Organisation fOr wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung O/W dl/Wasser-Emulsionen QAV Quaternare Ammoniumverbindung TAED Tetraacetylethylendiamin TAGU Tetraacetylglycoluril TBTF Tributylzinnfluorid TBTO Tributylzinnoxid TBTS Tributylzinnsulfid TCC Trichlorcarbanilid TDBA Tetradecyl-dimethyl-benzylammoniumchlorid TGK Toxische Grenzkonzentration (Konzentration, bei der gerade eine Schadigung stattfindet; Angabe in mg X/I) TOC Total organic carbon (engl.): Gesamtkohlenstoff (mg C/I) TOD Total oxygen demand (engl.): Gesamtsauerstoffbedarf (mg O/1) 2 3) TS Trockensubstanz (g/I oder kg/m TTC-Test Bestimmung der Dehydrogenasenaktivitat mittels 2,3,5-Triphenyltetra zoliumchlorid zur Ermittlung der Toxizitat von Abwassern TWVO Trinkwasserverordnung VQ Verteilungskoeffizient (Verteilung eines Stoffes zwischen zwei ver- schiedenen FIOsssigkeitsphasen, z.B. dl/Wasser) WHG Wasserhaushaltsgesetz W/O Wasser/dl-Emulsionen WS Wasserloslichkeit (g X/I) Inhaltsverzeichnis 1. Problemstellung, Ziele und Methodik der Untersuchung 1.1 Beeintrachtigung der Funktionsttichtigkeit von Klaranlagen und deren Folgen 2 1.2 Schadstoffe im Abwasser - Erlauterungen zur Auswahl mikrobizider Stoffe 5 1.3 Vorbemerkungen zur Methode und gewahlten Bearbeitungsweise 10 2. Mikrobizide Stoffe und deren Wirkungsweisen 14 2.1 Einteilung der mikrobiziden Stoffe und deren Einsatzbedingungen 15 2.1.1 Ubersicht tiber die Stoffklassen 15 2.1.2 Allgemeine Bedingungen der Wirkung mikrobizider Stoffe unter Berticksichtigung der Wirkstofformulierungen 16 2.1.3 Nachweisverfahren der Wirkung mikrobizider Stoffe auf Mikroorganismen 35 2.1.4 Rechtliche Bestimmungen beim Einsatz mikrobizider Stoffe 38 2.1.5 Kriterien zur Beurteilung des Verhaltens mikrobizider Stoffe in der Umwelt 40 2.2 Wirkungsweise und Einsatzbereiche mikrobizider Stoffgruppen sowie Auswirkungen und Vorkommen in aQuatischen Systemen 44 2.2.1 Aldehyde 44 2.2.2 Phenole 48 2.2.3 Tenside 57 2.2.4 Halogene 64 2.2.5 Per-Verbindungen 70 2.2.6 Alkohole 73 2.2.7 Schwermetallverbindungen 78 2.2.8 Sauren und Alkalien 83 2.2.9 Heterocyclen und Dithiocarbamate 92
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