Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen.
IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3).
X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A
1. Einführung
1.1 Motivation und Problemstellung
1.2 Zielstellung
1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen
1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen
1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes
2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion
2.1 Einführung
2.2 Methode und Zielgruppen
2.3 Übersicht des Prozessschemas
2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung
2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen
2.4.1.1Politik/Gesetzgebung
2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds
2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung
2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung
2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung
2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse)
2.4.2.3 Ursachenfindung
2.4.2.4 Prozessabschluss
2.4.3 Umsetzung
2.4.3.1 Maßnahmenprüfung
2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage
2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung
2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen
2.5 Anpassungen und Ausblick
2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens
2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf
2.6 Zusammenfassende Empfehlungen
2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete
2.7.1 Einführende Erläuterungen
2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten
2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung)
2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten
2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG
2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring
2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell
2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen
2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas
2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung
3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen
3.1 Einleitung
3.2 Methode und Zielgruppen
3.3 Ergebnisse
3.3.1 Dresden
3.3.2 Chemnitz
3.3.3 Plauen
3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick
4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen
4.1 Methode und Zielgruppen
4.2 Wasserrecht
4.3 Arzneimittelrecht
4.3.1 Humanarzneimittelrecht
4.3.1.1 Derzeitiges Recht
4.3.1.2 Veränderungsvorschläge
4.3.2 Tierarzneimittelrecht
4.4 Chemikalienrecht
4.5 Düngemittelrecht
4.6 Pflanzenschutzrecht
4.7 Biozidrecht
5 Öffentlichkeitsarbeit
5.1 Einführung
5.2 Methode und Zielgruppen
5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit
5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber
5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen
5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker
5.2.5 Landwirte, Tierärzte
5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer
5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen
6 Literatur – Teil A
7 Anhang – Teil A
Inhaltsverzeichnis Teil B
8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort
8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen
8.1.1 Trendanalyse
8.1.2 Regionale Analyse
8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen
8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin
8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol
8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin
8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten
8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe
8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen
8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer
8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen
8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen
8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen
8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen
8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen
8.4.1 Hintergrund und Zielstellung
8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte
8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen
8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen
8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte
8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe)
8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte
8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse
9 Reduktionsmaßnahmen
9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe
9.1.1 Einführung und Zielstellung
9.1.2 Methodisches Vorgehen
9.1.3 Inhalte der Literatur
9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe
9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen
9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe
9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe
9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen
9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung
9.2.4 Fazit
9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe
9.3.1 Einführung
9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung
9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche
9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration
9.3.3 Angewendete analytische Verfahren
9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB
9.3.3.2 Spurenstoffanalytik
9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse
9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes
9.3.5 Ergebnisse der Versuche
9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung
9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe
9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen
9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben
9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte)
9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse
9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung)
9.3.7.2 Spurenstoffelimination
9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen .
9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung)
9.3.9 Dimensionierung
9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge
9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen
9.4.1 Einführung
9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters
9.4.2.1 Datengrundlage
9.4.2.2 Auswertung
9.4.2.3 Fazit
9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen
9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen
9.4.3.2 Messkampagne
9.4.3.3 Fazit der Messkampagne .
9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+
9.4.5 Zusammenfassung
9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen
9.5.1 Einführung
9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews
9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung
9.5.4 Ausblick
10 Stoffflussmodellierung
10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells
10.1.1 Herangehensweise
10.1.2 Untersuchungsgebiet
10.1.3 Geodaten
10.1.4Durchflussdaten
10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells
10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe
10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen
10.1.8 Kläranlagen
10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten
10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen
10.1.9 Modellansatz
10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes
10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen
10.1.12 Stoffflussmodell
10.1.13 Kalibrierung und Validierung
10.1.13.1 Durchfluss Q .
10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell
10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten
10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells
10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel
10.1.16 Ausblick
10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells
10.2.1 Gebietsbeschreibung
10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung
10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten
10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen
10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien
10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand
10.2.3.2 Szenarienanalyse
10.2.4 Ausblick
11 Literatur – Teil B
12 Anhang – Teil B
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| Date | 15 October 2021 |
| Creators | Ahnert, Markus, Arndt, Mandy, Barth, Matthias, Beil, Stephan, Börnick, Hilmar, Braeckevelt, Mareike, Fauler, Joachim, Fritsche, Gerold, Günther, Edeltraud, Helm, Björn, Jaeckel, Liv, Jungmann, Dirk, Koch, Christian, Krannich, Teresa, Lucke, Norbert, Matthies, Cathleen, Minor, Lisa, Ostermann, Sina, Rödel, Anke, Rosolowski, Jessica, Rossmann, Julia, Schalk, Thomas, Scharch, Henning, Schubert, Sara, Seegert, Jörg, Seifert, Christin, Silva Carvalho, Michael, Sundheim, Anne-Kathrin, Teran Velasquez, Geovanni, Zihang, Sabine |
| Contributors | Röstel, Gunda, Krebs, Peter, Stadtentwässerung Dresden GmbH, eins energie in sachsen GmbH & Co. KG, Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland, Technische Universität Dresden, Technische Universität Bergakademie Freiberg |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
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