The bioaccumulation of organic contaminants in aquatic ecosystems has been a key focus in environmental toxicology over the last decades. Bioaccumulation is a key concept in ecological risk assessments since it controls the internal dose of potential environmental contaminants. Information on the bioaccumulation of contaminants is used by regulatory authorities in the development of water quality standards, categorizing substances that are potential hazards and quantifying the risk of chemicals to human health. A basis for identifying priority chemicals has been the use of the octanol-water partition coefficient (KOW) as a criterion to estimate bioaccumulation potential. However, recognizing that the bioaccumulation process is not controlled by the hydrophobicity of a chemical alone, this thesis proposes a set of tools, incorporating chemical properties, environmental characteristics and physiological properties of organisms, to study the bioaccumulation of contaminants in aquatic ecosystems.  In striving to achieve this objective, a tool based on an equilibrium lipid partitioning approach was used in Paper I to evaluate monitoring data for bioaccumulation of organic contaminants. In Papers II and III, mechanistic based modelling tools were developed to describe bioaccumulation of hydrophobic compounds in aquatic food webs. In Paper IV, the bioaccumulation of organic compounds in aquatic food chains was studied using stable isotopes of nitrogen. The mechanistic fate and food web models developed in this thesis provide regulators and chemical manufacturers with a means of communicating scientific information to the general public and readily applicable mechanistic fate and food web models that are easily modified for evaluative assessments purposes.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind eine Klasse krebserregender Schadstoffe. Aufgrund ihres weit verbreiteten Vorkommens und der toxischen Risiken für die menschliche Gesundheit und das Ökosystem ist es unerlässlich, durch systematische Forschung wirksame Minderungsstrategien auf verschiedenen Ebenen zu etablieren. In dieser Dissertation wurden Quellenzuordnung, Multimedia-Schicksal, Schlüsselemis-sionssektoren und globale gesundheitliche Auswirkungen von PAK-Belastungen unter-sucht. Diese Forschung wurde durchgeführt, um Daten zur Verfügung zu stellen, die po-tenzielle Minderungsstrategien unterstützen, um PAK-Verschmutzungen und damit ver-bundene gesundheitliche Auswirkungen auf regionaler, nationaler und globaler Ebene zu reduzieren. Zunächst wurde die Quellenzuordnung von Langzeit-PAH in acht Flüssen untersucht. Diese Studie untersuchte systematisch die zeitlichen und saisonalen Trends, die peri-odische Oszillation, die Quellenzuordnung und die Risikobewertung von PAKs für die menschliche Gesundheit in acht Flüssen, die eine quellenorientierte PAK-Minderung in der Region unterstützen können. Zweitens ist das Multimedia-Schicksal von PAKs entscheidend für eine bessere Umwelt-politik. Diese Studie bewertete systematisch die räumlich-zeitliche Verteilung, die Quellenzuordnung, den multimedialen Transport und den Verbleib von PAK, die an Schwebstaub (SPM) in Rhein und Elbe adsorbiert sind, was die Stadtplanung unterstützen kann, um PAK in den Regionen zu lindern. Drittens wurden in dieser Studie die wichtigsten Emissionssektoren von PAK bestimmt, indem die langfristigen verkörperten und ermöglichten PAK-Emissionen in verschiedenen Sektoren abgeschätzt und die Beiträge sozioökonomischer Determinanten quantifiziert wurden. Die Ergebnisse können wirksame Strategien zur Verringerung der PAK-Emissionen in verschiedenen Sektoren aus der Perspektive des Endverbrauchs und des primären Inputverhaltens auf nationaler Ebene unterstützen. Schließlich wurden in dieser Studie die globalen Triebkräfte der gesundheitlichen Auswir-kungen von PAH untersucht, indem ein integrierender Rahmen angewendet wurde, der das globale PAH-Emissionsinventar, das um die Umwelt erweiterte multiregionale Input-Output-Modell, das GEOS-Chem-Chemikalientransportmodell und das lebenslange Lung-enkrebsrisiko verknüpfte Bewertung und Analyse der Strukturzerlegung. Die Ergebnisse können politische Entscheidungen zur Optimierung von Minderungsstrategien aus verschiedenen Perspektiven unterstützen, um PAK-Emissionen und gesundheitliche Aus-wirkungen weltweit effektiv zu reduzieren. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a class of carcinogenic pollutants. Due to their widespread occurrence and toxic risks to human health and ecosystem, it is essen-tial to establish effective mitigation strategies at different scales through systematic re-search. In this dissertation, source apportionment, multimedia fate, key emission sectors and global health impacts of PAH pollutions have been investigated. This research was conducted to provide data to assist potential mitigation strategies to reduce PAH pollu-tions and related health impacts at regional, national, and global scales. Firstly, the source apportionment of long-term PAHs in eight rivers were investigated. This study systematically investigated the temporal and seasonal trends, periodic oscilla-tion, source apportionment, and human health risk assessment of PAHs in eight rivers, which can assist source-oriented PAH mitigation in the region. Secondly, the multimedia fate of PAHs is critical for achieving better environmental poli-cies. This study systematically evaluated the spatiotemporal distribution, source appor-tionment, multimedia transport and fate of PAHs adsorbed on suspended particulate matter (SPM) in Rhine and Elbe Rivers, which can assist urban planning to alleviate PAHs in the regions. Thirdly, the key emission sectors of PAHs were determined in this study through estimat-ing the long-term embodied and enabled PAH emissions in various sectors and quantify-ing the contributions of socioeconomic determinants. The results can assist effective strategies for mitigating PAH emissions in different sectors from the perspectives of final consumption and primary input behaviors at a national scale. Finally, the global driving forces of PAH health impacts were investigated in this study through applying an integrating framework, linking global PAH emission inventory, envi-ronmentally extended multi-regional input-output model, GEOS-Chem chemical transport model, lifetime lung cancer risk assessment, and structure decomposition analysis. The results can assist policy decisions to optimize mitigation strategies from different per-spectives for effectively reducing PAH emissions and health impacts in the world.