Quartäre Ammoniumverbindungen sind kationische Verbindungen, die als Desinfektionsmittel, Biozid, Konservierungsstoff oder Tensid zum Einsatz kommen. Die Hauptanwendung von QAV erfolgt oberflächlich, sodass ein Eintrag insbesondere über Abwaschungen in kommunale Kläranlagen erfolgt. Im Gewässer erfolgt eine Verteilung zwischen den Kompartimenten Wasserphase, Schwebstoff und Sediment. Unter aeroben Bedingungen können einige QAV biologisch transformiert werden. Auch durch Photolyse ist eine Transformation in Gewässern möglich. Aufgrund der hohen Sorptionsaffinität durch die positive Ladung und teilweise langen Alkylketten sowie der geringen Abbaubarkeit unter anaeroben Bedingungen ist jedoch für die meisten QAV in Sedimenten mit einer Persistenz und Anreicherung zu rechnen. Benthische Organismen können QAV über ihre Nahrung oder durch Filtration von Partikeln aus dem Wasser aufnehmen und ggf. anreichern.
Veranlassung
Bezüglich des Vorkommens und der Verteilung der verschiedenen QAV in europäischen/deutschen Oberflächengewässern gibt es zurzeit nur eine vergleichsweise dünne Datenlage. Auch bezüglich der Relevanz von kommunalen Kläranlagen für den Eintrag einzelner QAV in die Umwelt ist bisher zu wenig bekannt. Es fehlen insbesondere zusammenhängende Untersuchungen der QAV-Konzentrationen in Zu- und Abläufen von Kläranlagen sowie den angrenzenden Oberflächengewässern. Die Unterscheidung zwischen Wasserphase, Schwebstoffen und Sedimenten ist essenziell, da aufgrund der physikochemischen Eigenschaften von QAV reale Belastungssituationen in den relevanten aquatischen Kompartimenten mit den derzeit verfügbaren Modellen möglicherweise nicht korrekt bei der Umweltrisikobewertung abgebildet werden können. Ziel des Projektes ist es, die Einträge an QAV, die über die Abläufe von Kläranlagen in die aquatische Umwelt gelangen, quantitativ zu erfassen. Zudem wird das Umweltverhalten in Bezug auf Verteilung, Anreicherung (Sediment, Biota) und die (Sediment-)Toxizität ermittelt. Des Weiteren werden Weichkörper von Muscheln aus der Umweltprobenbank von verschiedenen Standorten analysiert. Durch Zeitreihenanalysen werden Trends in der QAV-Belastung von Muscheln abgeleitet und diese bei der Betrachtung des Verhaltens und Verbleibs in der Umwelt sowie der Effektbewertung berücksichtigt.
Ziele
- Entwicklung und Validierung einer Quantifizierungsmethode für QAV und deren wichtigste Transformationsprodukte (TP) in Wasser-, Sediment-, Schwebstoff- und Muschelproben
- Erfassung der Jahresfrachten in Zu- und Abläufen kommunaler Kläranlagen
- Erfassung der Belastung in den aufnehmenden Oberflächengewässern an ausgewählten Standorten in Deutschland über 12 Monate
- Erfassung der Belastung von Muscheln und Ableitung von zeitlichen Trends
- umfassende Analyse der Daten in Bezug auf Verteilung, Anreicherung (Sediment, Biota) und die Toxizität für einzelne QAV und deren TP
Ergebnisse
In den ersten Monaten wurden basierend auf Literaturrecherchen und Voruntersuchungen mittels NTS ca. 20 QAV und TP für die Untersuchungen priorisiert. Im Anschluss wurde eine sensitive Messmethode für QAV basierend auf der Flüssigchromatografie gekoppelt an die hochauflösende Massenspektrometrie (LC-HRMS) etabliert. Mit dieser Methode können nicht nur die ausgewählten QAV quantifiziert werden, sondern zusätzlich auch nicht-priorisierte und weitere bisher unbekannte TP erfasst werden. Darüber hinaus wurden Modellregionen für die Untersuchungen und ein Monitoringkonzept ausgearbeitet.
Ausblick auf die nächsten Jahre
- Etablierung und Validierung einer Methode zur Quantifizierung von ausgewählten QAV und TP in Wasser, Sediment, Schwebstoff und Muscheln
- Zeitreihenanalysen für ausgewählte QAV in Muscheln
- Bestimmung von Frachten für ausgewählte QAV in Kläranlagen und Oberflächengewässern
