Techn. University, Diss., 2003--Berlin.

Der Straftatbestand der Gewässerverunreinigung gem. §324 StGB erfährt über das Merkmal der Unbefugtheit eine Verknüpfung mit dem Verwaltungsrecht. Im Rahmen der Strafbarkeitsprüfung eines Gewässerbenutzers, etwa eines Abwassereinleiters, ist stets auch zu erörtern, welche Verunreinigung behördlich genehmigt wurde. Hier erlangt vor allem die wasserrechtliche Einleiterlaubnis nach §7 WHG Bedeutung. Bei deren Ausgestaltung sind neben Anforderungen des allgemeinen Verwaltungsrechts auch (ab-)wasserrechtliche Regelungen zu berücksichtigen. Verstöße hiergegen können sich sehr unterschiedlich auf die Strafbarkeit auswirken. Diesen Fragen wird im Einzelnen nachgegangen.

Der Austausch zwischen Grundwasser und Kanalnetz kann in die Prozesse der Grundwasserinfiltration in Kanalnetze und der Abwasserexfiltration aus Kanalnetzen unterteilt werden. Generell entstehen durch die In- und Exfiltration (I/E) erhöhte Kosten der Abwasserentsorgung und eine Belastung für Boden, Grundwasser und Oberflächenwasser. Für Einschätzungen zur Dynamik und Quantität der In- und Exfiltration ist die Nutzung von Modellen sinnvoll, da zahlreiche Einflussfaktoren in die Betrachtungen einfließen können und dadurch eine komplexe Erfassung der Prozessmechanismen ermöglicht wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden physikalisch basierte Modelle zur Abbildung der In- und Exfiltrationsprozesse hinsichtlich erforderlicher Parameter und Randbedingungen analysiert und angewandt. Anhand detaillierter 3D-Modelle, kleintechnischer Versuche, Datenanalysen und statistischer Verfahren erfolgte die Modifizierung und Entwicklung von I/E-Modellen sowie die Parameteridentifikation zur Abbildung der In- und Exfiltration. Des Weiteren wurden die entwickelten Modellansätze mit einem hydrodynamischen Kanalnetzmodell verknüpft und großräumige Langzeitsimulationen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen bezüglich der Infiltration von Grundwasser in das Kanalnetz, dass eine physikalisch basierte Prozessmodellierung einer Abstraktion bedarf, um die 3-Dimensionalität des Prozesses in einem 1D-Modell wieder zu geben und dadurch die Anbindung an ein Kanalnetzmodell zu ermöglichen. Anhand von Simulationsrechnungen wurde festgestellt, dass die quantitative Betrachtung der Infiltration auf Einzugsgebietsebene keine hydrodynamische Modellierung erfordert. Signifikante quantitative Änderungen der Grundwasserinfiltration aufgrund der Wasserstandsschwankungen in den Kanälen sind nur lokal oder temporär von Bedeutung. Die Grundwasserinfiltration kann jedoch deutliche Auswirkungen auf die Ergebnisse der hydrodynamischen Simulation haben. Anhand von Datenanalysen im Einzugsgebiet Dresden konnte des Weiteren ein signifikanter Zusammenhang zwischen Infiltrationsparametern und Kanalzustand ermittelt werden. Der Exfiltrationsprozess kann durch ein 1D-Modell gut abgebildet werden, wobei der Prozess der Bodenkolmation anhand eines zeit- und potenzialabhängigen Modells implementiert werden kann. Ferner konnte durch die Verknüpfung mit Infiltrationsanalysen eine Ableitung der Schadensfläche erfolgen, die als Parameter in die Exfiltrationsmodellierung eingeht. Die hydrodynamischen Berechnungen zeigen, dass für die Exfiltrationsmodellierung eine möglichst exakte Berechnung der Wasserstände in Kanalnetzen essentiell ist. / The water exchange between groundwater and sewer system can be characterized by the processes of groundwater infiltration and sewerage exfiltration. Infiltration and exfiltration (I/E) cause an increase of the costs of sewerage management and a deterioration of soil, groundwater and the receiving surface water. In order to assess the dynamics and quantities of I/E, model applications can be used in order to include influencing factors and to afford a complex consideration of the process mechanisms. Within this work I/E-approaches were analyzed and modified in order to assess parameters and boundary conditions. The parameter identification and model development was realised according to the application of a detailed 3D-model, the realization of experiments, data analyses and the application of statistical methods. Furthermore the developed and modified approaches were coupled with a hydrodynamic sewer network model and long term simulations were performed. It was found that a physical based description of the infiltration process requires the implementation of the 3-dimensionality of the process. A hydrodynamic modelling of the sewer flow processes is not necessary to quantify infiltration rates on catchment scale, but the results of hydrodynamic modelling can be influenced significantly by groundwater infiltration. Furthermore data analyses of data of Dresden show a significant relationship between infiltration parameters and the condition class of the sewer pipes. The exfiltration process can be described by a 1D-model, whereat the processes of soil clogging are simulated by a time and potential based approach. Using the infiltration analyses it was possible to calculate the leak area, which is an important parameter of the exfiltration modelling. Hydrodynamic simulations show that the exfiltration modelling requires an accurate calculation of water levels in sewers.

Humanarzneimittel sind ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Medizin und die jährlichen Verschreibungsmengen in Deutschland steigen stetig an. Nach der Einnahme wird das Arzneimittel im menschlichen Körper je nach Substanz unterschiedlich stark verstoffwechselt und teilweise unverändert, teilweise metabolisiert über Urin und Fäzes wieder ausgeschieden. Bereits 1977 gelang der erste positive Nachweis von Arzneimittelmetaboliten im Abwasser. Seitdem haben zahlreiche Studien diesen Sachverhalt untersucht und eine Vielzahl unterschiedlichster Arzneimittel aus unterschiedlichen Wirkstoffgruppen sowie einige ihrer Metaboliten im Abwasser detektiert. Die Studien zeigen auch, dass die moderne Abwasserbehandlungstechnik nicht dafür geeignet ist, diese Rückstände aus dem Abwasser zu entfernen. Mit dem behandelten Abwasser verlassen die Arzneimittel und Metaboliten die Kläranlage, gelangen von dort in die Oberflächengewässer und konnten sogar im Grund- und vereinzelt auch im Trinkwasser nachgewiesen werden. Einige Untersuchungen belegen, dass es zu negativen Auswirkungen für die aquatische Umwelt kommen kann. So verursacht z. B. der Eintrag von Ethinylestradiol in die aquatische Umwelt Reproduktionsfehler bei Fischen. In Deutschland sind ca. 2 300 Wirkstoffe für den Einsatz in der Humanmedizin zugelassen. Zur Minimierung von Zeit- und Kostenaufwand ist eine Identifikation relevanter Arzneimittel mit hohen Verschreibungsmengen vor der Entwicklung einer Analysenmethode und der Durchführung eines Monitorings unumgänglich. Dies wurde anhand der von der Krankenkasse AOK PLUS zur Verfügung gestellten Verschreibungsdaten für das Einzugsgebiet der Kläranlage Dresden-Kaditz durchgeführt. Nach Möglichkeit sollten außerdem relevante Metaboliten identifiziert und ebenfalls in die Analyse integriert werden. Ziel dieser Arbeit war die Identifikation relevanter Arzneimittel und Metaboliten, die Entwicklung geeigneter Methoden zur Analyse und der Nachweis dieser Rückstände im Abwasser der Stadt Dresden sowie die Bestimmung der Mengen, die über die Kläranlage Dresden-Kaditz in die Elbe entlassen werden. Die Analytik von Abwasserproben mit der Zielstellung der Quantifizierung von Arzneimittelrückständen erfolgt nahezu ausschließlich über die Verwendung von Festphasenextraktion (SPE), Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) und Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) unter Anwendung der Elektrosprayionisation (ESI). Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer geeigneten SPE-HPLC-ESI-MS/MS-Methode zur Analyse möglichst vieler Analyten in Abwasserproben mittels einer Analysenmethode. Insgesamt konnte eine Untersuchungsmethode für die Analyse von 56 Analyten (49 Arzneimittel und sieben Metaboliten) unter Verwendung von 24 Internen Standards (davon 22 isotopenmarkierte Substanzen) entwickelt und validiert werden. Die Methode wurde erfolgreich zur Untersuchung von Abwasserproben aus der Kläranlage Dresden-Kaditz eingesetzt. Es wurde ein Monitoring über zehn zusammenhängende Tage durchgeführt. Im Zulauf der Kläranlage konnten die höchsten Konzentrationen für Valsartan (29,7 ± 8,1 μg/L), Levetiracetam (12,5 ± 3,2 μg/L), Gabapentin (13,2 ± 3,3 μg/L) und Metoprolol (4,1 ± 1,0 μg/L) gemessen werden. Im Ablauf der Kläranlage wurden die höchsten Konzentrationen für Valsartan (22,1 ± 5,1 μg/L), Gabapentin (12,1 ± 2,6 μg/L) und Metoprolol (4,4 ± 0,9 μg/L) bestimmt. Um festzustellen, wie effektiv die Kläranlage Arzneimittelrückstände aus dem Abwasser entfernt, wurden die mittleren täglichen Frachten von Zu- und Ablauf, die im zehntägigen Monitoringprogamm bestimmt werden konnten, verglichen. Als Grundlage für die Berechnungen dienten die Ergebnisse des zehntägigen Monitoringprogramms. Wie bereits vielfach festgestellt werden konnte, sind Kläranlagen nicht dafür konzipiert worden, derartige Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen. Lediglich fünf von 45 Analyten werden mit einer Eliminierungsrate größer 50 % aus dem Abwasser entfernt und nur für Levetiracetam (Antiepileptikum) konnte mit 98,1 % eine nahezu vollständige Elimination aus dem Abwasser festgestellt werden. Für die anderen 40 Substanzen zeigen die Untersuchungen, dass ein wesentlicher Anteil der Fracht die Kläranlage passiert und in die Umwelt gelangt. Dabei verdeutlichen die Beispiele des O-Desmethylvenlafaxins (ODV, Hauptmetabolit des Venlafaxin) und 10,11-Dihydro-10-Hydroxycarbamazepins (MHD, Hauptmetabolit des Oxcarbazepin), wie wichtig es ist, den Metabolismus der Arzneimittel zu berücksichtigen. Beide Metaboliten konnten in allen Messungen mit höheren Konzentrationen als ihre Muttersubstanzen detektiert werden. Dabei ist außerdem festzuhalten, dass sich trotz struktureller Ähnlichkeit Muttersubstanz und Metabolit im Abwasserbehandlungsprozess sehr unterschiedlich verhalten können. Während MHD und Venlafaxin im Vergleich von Zu- und Ablauf eine geringfügige Verringerung der Fracht zeigen, so sind die Werte für Oxcarbazepin und ODV im Ablauf signifikant höher als im Zulauf. Eine Freisetzung der Analyten kann z. B. durch die Rücktransformation der Substanz aus einer glucuronidierten Form resultieren. Eine Ausscheidung als Glucuronid ist sowohl für Oxcarbazepin als auch für ODV bewiesen und die Möglichkeit der Rücktransformation ist aus früheren Studien bekannt. Kläranlagen sind nicht dafür geeignet, Arzneimittel- und Metabolitenrückstände vollständig aus dem Abwasser zu entfernen. Vielmehr gelangt ein Großteil der Rückstände in die aquatische Umwelt. Auch wenn die gefundenen Konzentrationen weit unter den therapeutischen Konzentrationen liegen, wie sie zur Behandlung von Menschen notwendig sind, so wird doch klar, dass im Sinne des vorsorgenden Umweltschutzes der Eintrag von Arzneimitteln in die Umwelt zu verhindern, wenigstens aber zu minimieren ist. Hierfür stehen verschiedene Möglichkeiten, wie z. B. die Erweiterung der Kläranlagen um eine vierte Reinigungsstufe oder die Substitution von Arzneimitteln durch besser abbaubare Verbindungen, zur Verfügung. Gegenwärtig wird noch diskutiert, welche Wege zu beschreiten sind. Vermutlich wird sich die Problematik aber nur durch einen gesamtheitlichen Ansatz mit der Kombination verschiedenster Verbesserungsmöglichkeiten lösen lassen.

Historischer Abriss und Nachzeichnung der oft nicht einfachen und turbulenten Zeit des Aufbaus der kommunalen Abwasserbeseitigung in Sachsen sowie Darstellung des heute erreichten Standes. Redaktionsschluss: 11.12.2020

Humanarzneimittel sind ein unverzichtbarer Bestandteil der modernen Medizin und die jährlichen Verschreibungsmengen in Deutschland steigen stetig an. Nach der Einnahme wird das Arzneimittel im menschlichen Körper je nach Substanz unterschiedlich stark verstoffwechselt und teilweise unverändert, teilweise metabolisiert über Urin und Fäzes wieder ausgeschieden. Bereits 1977 gelang der erste positive Nachweis von Arzneimittelmetaboliten im Abwasser. Seitdem haben zahlreiche Studien diesen Sachverhalt untersucht und eine Vielzahl unterschiedlichster Arzneimittel aus unterschiedlichen Wirkstoffgruppen sowie einige ihrer Metaboliten im Abwasser detektiert. Die Studien zeigen auch, dass die moderne Abwasserbehandlungstechnik nicht dafür geeignet ist, diese Rückstände aus dem Abwasser zu entfernen. Mit dem behandelten Abwasser verlassen die Arzneimittel und Metaboliten die Kläranlage, gelangen von dort in die Oberflächengewässer und konnten sogar im Grund- und vereinzelt auch im Trinkwasser nachgewiesen werden. Einige Untersuchungen belegen, dass es zu negativen Auswirkungen für die aquatische Umwelt kommen kann. So verursacht z. B. der Eintrag von Ethinylestradiol in die aquatische Umwelt Reproduktionsfehler bei Fischen. In Deutschland sind ca. 2 300 Wirkstoffe für den Einsatz in der Humanmedizin zugelassen. Zur Minimierung von Zeit- und Kostenaufwand ist eine Identifikation relevanter Arzneimittel mit hohen Verschreibungsmengen vor der Entwicklung einer Analysenmethode und der Durchführung eines Monitorings unumgänglich. Dies wurde anhand der von der Krankenkasse AOK PLUS zur Verfügung gestellten Verschreibungsdaten für das Einzugsgebiet der Kläranlage Dresden-Kaditz durchgeführt. Nach Möglichkeit sollten außerdem relevante Metaboliten identifiziert und ebenfalls in die Analyse integriert werden. Ziel dieser Arbeit war die Identifikation relevanter Arzneimittel und Metaboliten, die Entwicklung geeigneter Methoden zur Analyse und der Nachweis dieser Rückstände im Abwasser der Stadt Dresden sowie die Bestimmung der Mengen, die über die Kläranlage Dresden-Kaditz in die Elbe entlassen werden. Die Analytik von Abwasserproben mit der Zielstellung der Quantifizierung von Arzneimittelrückständen erfolgt nahezu ausschließlich über die Verwendung von Festphasenextraktion (SPE), Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) und Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) unter Anwendung der Elektrosprayionisation (ESI). Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer geeigneten SPE-HPLC-ESI-MS/MS-Methode zur Analyse möglichst vieler Analyten in Abwasserproben mittels einer Analysenmethode. Insgesamt konnte eine Untersuchungsmethode für die Analyse von 56 Analyten (49 Arzneimittel und sieben Metaboliten) unter Verwendung von 24 Internen Standards (davon 22 isotopenmarkierte Substanzen) entwickelt und validiert werden. Die Methode wurde erfolgreich zur Untersuchung von Abwasserproben aus der Kläranlage Dresden-Kaditz eingesetzt. Es wurde ein Monitoring über zehn zusammenhängende Tage durchgeführt. Im Zulauf der Kläranlage konnten die höchsten Konzentrationen für Valsartan (29,7 ± 8,1 μg/L), Levetiracetam (12,5 ± 3,2 μg/L), Gabapentin (13,2 ± 3,3 μg/L) und Metoprolol (4,1 ± 1,0 μg/L) gemessen werden. Im Ablauf der Kläranlage wurden die höchsten Konzentrationen für Valsartan (22,1 ± 5,1 μg/L), Gabapentin (12,1 ± 2,6 μg/L) und Metoprolol (4,4 ± 0,9 μg/L) bestimmt. Um festzustellen, wie effektiv die Kläranlage Arzneimittelrückstände aus dem Abwasser entfernt, wurden die mittleren täglichen Frachten von Zu- und Ablauf, die im zehntägigen Monitoringprogamm bestimmt werden konnten, verglichen. Als Grundlage für die Berechnungen dienten die Ergebnisse des zehntägigen Monitoringprogramms. Wie bereits vielfach festgestellt werden konnte, sind Kläranlagen nicht dafür konzipiert worden, derartige Verunreinigungen aus dem Abwasser zu entfernen. Lediglich fünf von 45 Analyten werden mit einer Eliminierungsrate größer 50 % aus dem Abwasser entfernt und nur für Levetiracetam (Antiepileptikum) konnte mit 98,1 % eine nahezu vollständige Elimination aus dem Abwasser festgestellt werden. Für die anderen 40 Substanzen zeigen die Untersuchungen, dass ein wesentlicher Anteil der Fracht die Kläranlage passiert und in die Umwelt gelangt. Dabei verdeutlichen die Beispiele des O-Desmethylvenlafaxins (ODV, Hauptmetabolit des Venlafaxin) und 10,11-Dihydro-10-Hydroxycarbamazepins (MHD, Hauptmetabolit des Oxcarbazepin), wie wichtig es ist, den Metabolismus der Arzneimittel zu berücksichtigen. Beide Metaboliten konnten in allen Messungen mit höheren Konzentrationen als ihre Muttersubstanzen detektiert werden. Dabei ist außerdem festzuhalten, dass sich trotz struktureller Ähnlichkeit Muttersubstanz und Metabolit im Abwasserbehandlungsprozess sehr unterschiedlich verhalten können. Während MHD und Venlafaxin im Vergleich von Zu- und Ablauf eine geringfügige Verringerung der Fracht zeigen, so sind die Werte für Oxcarbazepin und ODV im Ablauf signifikant höher als im Zulauf. Eine Freisetzung der Analyten kann z. B. durch die Rücktransformation der Substanz aus einer glucuronidierten Form resultieren. Eine Ausscheidung als Glucuronid ist sowohl für Oxcarbazepin als auch für ODV bewiesen und die Möglichkeit der Rücktransformation ist aus früheren Studien bekannt. Kläranlagen sind nicht dafür geeignet, Arzneimittel- und Metabolitenrückstände vollständig aus dem Abwasser zu entfernen. Vielmehr gelangt ein Großteil der Rückstände in die aquatische Umwelt. Auch wenn die gefundenen Konzentrationen weit unter den therapeutischen Konzentrationen liegen, wie sie zur Behandlung von Menschen notwendig sind, so wird doch klar, dass im Sinne des vorsorgenden Umweltschutzes der Eintrag von Arzneimitteln in die Umwelt zu verhindern, wenigstens aber zu minimieren ist. Hierfür stehen verschiedene Möglichkeiten, wie z. B. die Erweiterung der Kläranlagen um eine vierte Reinigungsstufe oder die Substitution von Arzneimitteln durch besser abbaubare Verbindungen, zur Verfügung. Gegenwärtig wird noch diskutiert, welche Wege zu beschreiten sind. Vermutlich wird sich die Problematik aber nur durch einen gesamtheitlichen Ansatz mit der Kombination verschiedenster Verbesserungsmöglichkeiten lösen lassen.

Der Austausch zwischen Grundwasser und Kanalnetz kann in die Prozesse der Grundwasserinfiltration in Kanalnetze und der Abwasserexfiltration aus Kanalnetzen unterteilt werden. Generell entstehen durch die In- und Exfiltration (I/E) erhöhte Kosten der Abwasserentsorgung und eine Belastung für Boden, Grundwasser und Oberflächenwasser. Für Einschätzungen zur Dynamik und Quantität der In- und Exfiltration ist die Nutzung von Modellen sinnvoll, da zahlreiche Einflussfaktoren in die Betrachtungen einfließen können und dadurch eine komplexe Erfassung der Prozessmechanismen ermöglicht wird. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden physikalisch basierte Modelle zur Abbildung der In- und Exfiltrationsprozesse hinsichtlich erforderlicher Parameter und Randbedingungen analysiert und angewandt. Anhand detaillierter 3D-Modelle, kleintechnischer Versuche, Datenanalysen und statistischer Verfahren erfolgte die Modifizierung und Entwicklung von I/E-Modellen sowie die Parameteridentifikation zur Abbildung der In- und Exfiltration. Des Weiteren wurden die entwickelten Modellansätze mit einem hydrodynamischen Kanalnetzmodell verknüpft und großräumige Langzeitsimulationen durchgeführt. Die Untersuchungen zeigen bezüglich der Infiltration von Grundwasser in das Kanalnetz, dass eine physikalisch basierte Prozessmodellierung einer Abstraktion bedarf, um die 3-Dimensionalität des Prozesses in einem 1D-Modell wieder zu geben und dadurch die Anbindung an ein Kanalnetzmodell zu ermöglichen. Anhand von Simulationsrechnungen wurde festgestellt, dass die quantitative Betrachtung der Infiltration auf Einzugsgebietsebene keine hydrodynamische Modellierung erfordert. Signifikante quantitative Änderungen der Grundwasserinfiltration aufgrund der Wasserstandsschwankungen in den Kanälen sind nur lokal oder temporär von Bedeutung. Die Grundwasserinfiltration kann jedoch deutliche Auswirkungen auf die Ergebnisse der hydrodynamischen Simulation haben. Anhand von Datenanalysen im Einzugsgebiet Dresden konnte des Weiteren ein signifikanter Zusammenhang zwischen Infiltrationsparametern und Kanalzustand ermittelt werden. Der Exfiltrationsprozess kann durch ein 1D-Modell gut abgebildet werden, wobei der Prozess der Bodenkolmation anhand eines zeit- und potenzialabhängigen Modells implementiert werden kann. Ferner konnte durch die Verknüpfung mit Infiltrationsanalysen eine Ableitung der Schadensfläche erfolgen, die als Parameter in die Exfiltrationsmodellierung eingeht. Die hydrodynamischen Berechnungen zeigen, dass für die Exfiltrationsmodellierung eine möglichst exakte Berechnung der Wasserstände in Kanalnetzen essentiell ist. / The water exchange between groundwater and sewer system can be characterized by the processes of groundwater infiltration and sewerage exfiltration. Infiltration and exfiltration (I/E) cause an increase of the costs of sewerage management and a deterioration of soil, groundwater and the receiving surface water. In order to assess the dynamics and quantities of I/E, model applications can be used in order to include influencing factors and to afford a complex consideration of the process mechanisms. Within this work I/E-approaches were analyzed and modified in order to assess parameters and boundary conditions. The parameter identification and model development was realised according to the application of a detailed 3D-model, the realization of experiments, data analyses and the application of statistical methods. Furthermore the developed and modified approaches were coupled with a hydrodynamic sewer network model and long term simulations were performed. It was found that a physical based description of the infiltration process requires the implementation of the 3-dimensionality of the process. A hydrodynamic modelling of the sewer flow processes is not necessary to quantify infiltration rates on catchment scale, but the results of hydrodynamic modelling can be influenced significantly by groundwater infiltration. Furthermore data analyses of data of Dresden show a significant relationship between infiltration parameters and the condition class of the sewer pipes. The exfiltration process can be described by a 1D-model, whereat the processes of soil clogging are simulated by a time and potential based approach. Using the infiltration analyses it was possible to calculate the leak area, which is an important parameter of the exfiltration modelling. Hydrodynamic simulations show that the exfiltration modelling requires an accurate calculation of water levels in sewers.

Antibiotics have been one of the greatest scientific discoveries for humanity. Their great success has been hindered by the increasing of antibiotic resistance events. Conventional wisdom considers antibiotic resistance as a strictly clinical issue. In reality, more and more studies have proven that non-clinical environments, especially aquatic environments, are critical factors for the spread of antibiotic resistance. Antibiotic resistance genes (ARGs) are usually located on mobile genetic elements, which can disseminate among taxonomically unconnected species. Therefore, environmental bacteria can serve as hotspots for the development and dissemination of antibiotic resistance. The aim of this thesis is to determine how human originated pollution affects the antibiotic resistance abundance in the surrounding water environments. The case studies were three example environments, wastewater treatment plants (WWTPs), receiving river bodies and combined sewer overflows (CSOs). Molecular microbiology methods have been applied to analyse the resistance levels of bacterial communities from WWTP, CSOs and wastewater affected environments at different European geographical locations. Additionally, a novel approach consisting in an amplicon sequencing is described, in order to be able to investigate and asses the composition of a significant amount of integron gene cassettes. Findings consistently indicate that effluents originated from WWTPs and CSOs have a significant impact on the levels of ARGs of the receiving water bodies. Moreover, this thesis suggests that gene blaOXA-58, could be utilized as a proxy to investigate the spread of ARGs. Its occurrence has been reported to show, consistently throughout the chapters, lower concentrations upstream, but at higher concentrations in the WWTP effluent, CSOs and downstream of the effluent. In conclusion, although antibiotic resistance genes and integrons are part of the environmental resistome, water environments that are affected by anthropogenic wastewater display high levels of the above-mentioned genetic elements. These findings clearly suggest the need to limit pollution levels, as well as the need to establish a more responsible policy in antibiotic prescriptions. This must take place in order to be able to perform efficient risk assessments and to establish acceptable levels of antibiotic and ARGs pollution.:List of Figures VII List of Tables IX List of Abbreviations X 1. Introduction 11 1.1 Antibiotic resistance: an increasing problem 11 1.2 Intrinsic antibiotic resistance and horizontal gene transfer 13 1.2.1 Transformation 13 1.2.2 Transduction 13 1.2.3 Conjugation 14 1.3 Gene transfer elements 14 1.4 Antibiotic resistance and anthropogenic impact on surrounding environments 16 1.5 Study goals 17 2. Genetic variations of the resistome of wastewater treatment plants driven by the seasonality of antibiotic prescription 18 2.1 Introduction 18 2.2 Materials and methods 19 2.3 Results and discussion 20 3. Assessment of inter-laboratory variations of quantitative analyses of antibiotic resistance genes 27 3.1 Introduction 27 3.2 Materials and methods 27 3.3 Results and discussion 30 3.4 Conclusions 36 4. Antibiotic resistance genes in treated wastewater and in the receiving water bodies: A pan-European survey of urban settings 37 4.1 Introduction 37 4.2 Materials and methods 38 4.3 Results 44 4.4 Discussion 49 4.5 Conclusions 53 5. Analysis of integron gene cassettes composition in treated wastewater 55 5.1 Introduction 55 5.2 Materials and methods 55 VI 5.3 Results 56 5.4 Discussion 57 6. Role of combined sewer overflows in the dissemination of antibiotic resistance in surrounding environments 59 6.1 Introduction 59 6.2 Materials and methods 60 6.3 Results 61 6.4 Discussion 66 7. Closing Conclusions 68 References 70 List of publications 88 Note on the commencement of the doctoral procedure 89 Acknowledgments 90

Der Bericht bewertet mit Datenstand 2013/2014 die Belastungen der oberirdischen Gewässer durch kommunale und industrielle Abwassereinleitungen. Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe ohne Biozidanwendung sind in Kläranlagenabläufen messbar. Mit Ausnahme von Azoxystrobin und Glyphosat liegen in der Regel aber keine relevanten Konzentrationen vor. In Mischwasserentlastungen kommen Mikroschadstoffe in ähnlichen Konzentrationen wie in Kläranlagenabläufen vor. Nur in Einzelproben werden deutlich höhere Konzentrationen gefunden. Der Bericht richtet sich an Wasserbehörden, Aufgabenträger der kommunalen Abwasserbeseitigung und Forschungspartner, die sich mit Mikroschadstoffen im Abwasser beschäftigen.

Emissionen aus Punktquellen, diffuse Stoffeinträge und geogene Hintergrundbelastungen prägen die Immissionssituation der Gewässer. Im Wesentlichen können folgende Belastungsquellen für oberirdische Gewässer unterschieden werden. Zur Charakterisierung aller abwasserbezogenen Belastungspfade werden im vorliegenden Bericht Abwassereinleitungen in oberirdische Gewässer aus Punktquellen branchen-, regional- und flussgebietsbezogen zusammengestellt und Abwassereinträge aus urbanen Flächen abgeschätzt. Für die Darstellung flussgebietsspezifischer Aspekte werden zusätzlich zu den Hauptflussgebieten Betrachtungsräume im Sinne einer Gruppendarstellung von Oberflächenwasserkörpern herangezogen. Die Ergebnisse für die Bezugsjahre 2011/2012 werden in einer Datensammlung zur Beschreibung der Abwasseremissionen in Sachsen zusammengeführt und als fünfter sächsischer „Emissionsbericht Abwasser“ vorgelegt. Der Bericht schreibt die Ergebnisse der vier vorangegangenen Emissionsberichte Abwasser (LfUG 2004, LfUG 2007, LfULG 2010, LfULG 2013) mit ihren Bestandsaufnahmen für die Bezugsjahre 2001, 2005/2006, 2007/2008 bzw. 2009/2010 fort.