Metabolitenbildung beim Einsatz von Ozon

Die Nutzung von Ozon als Oxidationsmittel für die Elimination von Spurenstoffen in der Ab-wasserbehandlung ist ein relativ neuer Ansatz, um den Eintrag solcher Stoffe in Oberflächen-gewässer zu vermindern und die Gewässergüte zu erhöhen. Die Oxidation kann bei sinnvollen Betriebsbedingungen jedoch zu teiloxidierten Transformationsprodukten führen. Welche Stoffe unter welchen Bedingungen gebildet werden und ob diese Stoffe ebenfalls eine ökotoxikologische oder humantoxikologische Wirkung haben, wurde bisher wenig untersucht. In der Gesamtbewertung der Ozonung in der weitergehenden Abwasserbehandlung sind solche Kenntnisse aber unverzichtbar. Der Ansatz des Projektes war die Bewertung der nach der Ozonung gebildeten Transformationsprodukte anhand sogenannter effektdirigierter Untersuchungen. Diese Untersuchungen wurden unmittelbar im konventionellen Betrieb dreier großtechnisch betriebener Kläranlagen zur Abwasserbehandlung vorgenommen. Dabei wird bei den toxikologischen Untersuchungen ein breites Spektrum an In vitro– und In vivo-Tests mit dem Abwasser direkt und mit aufkonzentrierten Proben durchgeführt. Außerdem werden vor Ort auf den Kläranlagen In vivo-Tests in Durchflusssystemen durchgeführt, um die toxischen Effekte der gebildeten Transformationsprodukte über einen längeren Zeitraum integrierend zu erfassen. Für die instrumentelle Analytik kamen dabei vor allem massenspektrometrische Verfahren zur Identifizierung und Strukturaufklärung von Transformationsprodukten in toxikologisch auffälligen Extrakten und Fraktionen zum Einsatz. Parallel erfolgen Laboruntersuchungen zur Ozonzehrung und Hydroxylradikalexposition, um die Abbauleistung des Ozons abzuschätzen

Die Untersuchungen der Proben mittels der massenspektrometrischen Verfahren konnten wichtige Beiträge zur Identifizierung und Strukturaufklärung von gebildeten Transformationsprodukten in der Abwasserbehandlung liefern. Es konnte eine Vielzahl von Verbindungen ermittelt werden, die verschiedenen Substanzklassen (z. B. Alkane, Hormon-Derivate, Pharmaka) angehören. Auch konnten neben zahlreichen bekannten Arzneimittelwirkstoffen und Industriechemikalien bisher unbekannte Substanzen im Zulauf der Ozonung bei allen Versuchseinstellungen der drei Kläranlagen detektiert werden. Beim Abgleich der ermittelten Transformationsprodukte nach der Ozonung mit den 531 Einträgen in der eigenen Datenbank konnten im Mittel 46 Übereinstimmungen mit bekannten Transformationsprodukten festgestellt werden.

Die Untersuchungen an den Kläranlagen Bad Sassendorf und Schwerte haben gezeigt, dass die toxischen Effekte nach der Ozonung und biologischen Nachbehandlung minimiert werden können. Bei der Kläranlage Duisburg Vierlinden zeigten sich Probleme durch eine schlechte Effizienz der biologischen Nachbehandlung. Die Ursache ist in der Störung der Biofilmbildung im Wirbelbettreaktor durch Restozon zu sehen. Hinsichtlich toxikologischer und ökotoxikologischer Effekte ist keine generalisierende Aussage möglich. Einige Testsysteme zeigen meist eine Effektreduktion nach Ozonung an, in wenigen Fällen wird aber auch eine Zunahme toxischer Effekte beobachtet. Mit wenigen Ausnahmen sind die Effekte gering, so dass in den meisten Proben und Testsystemen keine Veränderungen nach der Ozonung im Vergleich zu dem gereinigten Abwasser festgestellt wurden. Dies erschwerte auch die Aufklärung einzelner, für die gefundenen toxischen Effekte verantwortlichen Substanzen bzw. Transformationsprodukte.