Eliminierung von Arzneimittelwirkstoffen aus kommunalen Kläranlagen und aquatischen Systemen

Problem

Der Einsatz von Arzneimitteln ist heute ein wesentlicher Bestandteil der modernen Medizin. Auf dem Arzneimittelmarkt sind gegenwärtig ca. 8.500 Präparate mit etwa 2.900 verschiede­nen Wirkstoffen in Umlauf. Allein in der Humanmedizin werden neuen Studien zufolge jähr­lich 30.000 t Wirkstoffe in Verkehr gebracht. Die Wirkstoffe verabreichter und via naturalis ausgeschiedener sowie oftmals nicht sachgemäß entsorgter Arzneimittel (Entsorgung von Altmedikamenten über die Toilette/Ausguss) gelangen über die kommunalen Abwassernetze in die öffentlichen Kläranlagen. Da dort die Eliminierung dieser überwiegend schwer abbau­baren Wirkstoffe oft sehr schlecht ist, werden diese zum Teil mit dem gereinigten Abwasser aus dem Kläranlagenablauf in die aquatischen Umweltsysteme (Seen, Flüsse, Grundwasser) eingetragen. Über die Trinkwassergewinnung gelangen diese oftmals umweltrelevanten Sub­stanzen schließlich ins Trinkwasser und damit in die Nahrungsmittelkette. Die Langzeitfolgen dieser Einträge für Mensch, aquatische Lebensgemeinschaften und Ökosysteme sind, trotz vermehrter Forschungsanstrengungen seit den 70er Jahren, nur unzulänglich bekannt.

Eintragspfade von Arzneimittelwirkstoffen in aquatische Systeme

Als die drei Verursacher von Arzneimitteleinträgen in die Umwelt sind (Pharma-)Industrie, Mensch und Landwirtschaft zu nennen. Zu differenzieren ist aber, dass diese Verursacher deutlich voneinander unterschiedliche Beiträge leisten. Bild 1 zeigt schematisch mögliche Eintragspfade in Oberflächengewässer bzw. direkt ins Grundwasser auf.

Eintragspfade Arzneimittel

Nach derzeitigem Kenntnisstand ist der Eintrag von Arzneimittelwirkstoffen in die Umwelt über die  kommunalen Kläranlagenabläufe mengenmäßig am bedeutendsten. Die Kläran­lagenzuläufe werden hauptsächlich von kommunalen Abwässern und Krankenhausabwässern gespeist (Fallweise können auch vorgereinigte Industrieabwässer hinzukommen). Durch den bestimmungsgemäßen Gebrauch von Humanarzneistoffen, gelangen diese bzw. ihre Metabo­liten über den Urin / Stuhl in das kommunale Abwasser und damit in den Kläranlagenzulauf. Dieser Eintragspfad trifft auch für die Entsorgung nicht verbrauchter Arzneimittel (Altmedi­kamente) über die Toilette zu.

Bei den produktionsbedingten Arzneimittelkonzentrationen aus der (Pharma-)Industrie, die nach erfolgter, industrieller Abwasserreinigung in die kommunale Kläranlage gelangen, han­delt es sich in der Regel um „Restkonzentrationen“ bzw. punktuelle Belastungen (z.B. Standorte am Rhein).

In der landwirtschaftlichen Tierproduktion findet der Haupteintrag von Arzneimitteln über das Bodenkompartiment statt (Verbringen von Gülle als Dünger auf die Äcker). Von dort aus gelangen Arzneimittel, je nach ihrer chemischen Beschaffenheit und Mobilität mehr oder weniger schnell in wasserführende Bodenschichten oder Grundwasserleiter.

Zielsetzung

Der Lehrstuhl für Medizinische Biotechnologie ist durch seine personelle Strukturierung in einer einzigartigen Lage Kompetenzen aus den Einzeldisziplinen Umweltverfahrenstechnik, Medizin und Chemie zu bündeln, um innovative Lösungskonzepte bei der Eliminierung von Arzneimittelwirkstoffen aus aquatischen Systemen zu erarbeiten. Der Fokus liegt auf den kommunalen Abwässern (Kläranlagen). Geplant ist, mit Hilfe einer hochwertigen, sensitiven (Spuren-)Analytik (HPLC/MS-MS) in Zukunft modulare Reinigungstechniken für Arznei­mittelwirkstoffe in kommunalen Abwässern zu entwickeln. Diese sollen sich durch eine hohe Selektivität gegenüber bestimmten Arzneimittelwirkstoffgruppen, Wirtschaftlichkeit, Zuver­lässigkeit und Robustheit auszeichnen.

Literatur

  • Stan, H.-J.; Heberer, T.; Linkerhägner, M.: Vorkommen von Clofibrinsäure im aquatischen System - Führt die therapeutische Anwendung zu einer Belastung von Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser? Vom Wasser 83, S. 57-68, 1994
  • Ternes, Th.: Vorkommen von Pharmaka in Gewässern , Wasser & Boden, 53/4, 2001.
  • Umweltbundesamt: UBA Forschungsvorhaben Mengenermittlung und Systematisierung von Arzneimittelwirkstoffen im Rahmen der Umweltprüfung von Human- und Tierarzneimitteln gemäß §28 AMG, FKZ 299 67 401/1, Berlin, UBA F&E-Bericht 20067401, 2003
  • Götz, K., Keil, F.: Medikamentenversorgung in privaten Haushalten: Ein Faktor bei der Gewässerbelastung mit Arzneimittelwirkstoffen?, UWSF-Z Umweltchem. Ökotox. 18(3) 180-188, 2007.
  • Bergmann, A.; Fohrmann, R.; Hembrock-Heger, A.: Bewertung der Umweltrelevanz von Arzneistoffen, Umweltwiss Schadst Forsch (2008) 20: 197-208, DOI 10.1007/s12302-008-0005-5, Springer Verlag, 2008.
  • Kümmerer, K.: Pharmaceuticals in the Environment, 3rd Edition, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010, ISBN: 978-3-642-09412-5.