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Organic micropollutants in small river systems. Occurrence, fate and effects
Müller, Maximilian Eckhard
Tübingen (Deutschland)
Selbstverlag
2020, 170 S., Abb., Tab., Lit.
Sprache: Englisch

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[Quelle: http://d-nb.info]
Die Anzahl anthropogener organischer Chemikalien nimmt kontinuierlich zu und damit auch ihre reichhaltigen Anwendungen in, beispielsweise, industriellen und häuslichen Anwendungen, der Landwirtschaft und medizinischen Gebrauch. Viele dieser Verbindungen sind persistent (e.g., Flammschutzmittel, Beschichtungen), bioaktiv (e.g., Pestizide, Arzneimittel) oder bioakkumulierend (e.g., polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) und stellen somit ein Risiko für die Umwelt mit potentiell weitreichenden Folgen dar. Diese organischen Mikroschadstoffe können über verschieden Quellen in die Umwelt eingetragen werden, wie beispielsweise dem Abfluss von landwirtschaftlichen, urbanen und industriellen Oberflächen, Kläranlagen, Überlauf von Regenrückhaltebecken oder werden gar absichtlich in der Umwelt verbreitet, wie im Falle von Pestiziden. Diese Quellen können einen punktuellen oder eher diffusen Eintrag aufweisen und sind oftmals nicht einfach auszumachen und zu charakterisieren. Flüsse integrieren punktuelle und diffuse Eintragsquellen in ihrem gesamten Einzugsgebiet und beherbergen darüber hinaus wichtige Transport- und Transformationsprozesse. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, ein detailliertes Verständnis des Auftretens und der (toxischen) Auswirkungen organischer Mikroverunreinigungen in Flüssen zu erlangen, das zur Vorhersage ihres Schicksals in der Umwelt erforderlich ist. In dieser Doktorarbeit untersuchte ich das chemische und toxikologische Profil der Ammer in Süd-Deutschland, unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen. Die Ammer ist charakteristisch für kleine Flüsse in Karstsystemen dicht besiedelter Länder der gemäßigten Klimazone. In Feldstudien habe ich mit einer Kombination aus chemischer Analytik (Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung) und umweltrelevanten in-vitro Biotests, Eintragsquellen und das Schicksal organischer Mikroschadstoffe auf Einzugsgebietsebene identifiziert und charakterisiert. Um verschiedene Eintragsquellen und Prozesse im Fluss kenntlich zu machen wurden organischer Indikatorverbindungen, basierend auf Anwendung, Umweltrelevanz, Auftreten in ähnlichen Studien und Abbaubarkeit, ausgewählt. Die angewandte, bioanalytische Test-Batterie wurde ferner durch die Entwicklung eines in-vitro Biotests, welcher zwei verschiedene Wirkmechanismen der Mitochondrientoxizität in Umweltproben zu messen vermag, ergänzt. Unter Trockenwetter-Bedingungen identifizierte ich mittels chemischer Analytik und in-vitro Biotests eine Kläranlage als die Haupteintragsquelle organsicher Mikroschadstoffe, welche das chemische und toxikologische Profil der Ammer dominierte. Unterschiedliche Eintragsquellen organischer Mikroschadstoffe wurden aufgedeckt, dominiert von der Kläranlage als Haupteintragsquelle von Arzneimitteln, Bioziden und Chemikalien aus industriellen und häuslichen Anwendungen. In einem 8 km langem Teilstück der Ammer, unterhalb der Kläranlage, sanken die Konzentrationen der detektierten Verbindungen und die biologischen Effekte und es wurden Verdünnungs- und Verlustprozesse enthüllt. Aufgrund ihres geringen Abflusses erbrachten die Zuflüsse nur einen geringen Beitrag zum Gesamtfluss der detektierten Verbindungen und der Mischungseffekte. Darüber hinaus zeigten sie ein unterschiedliches chemisches und toxikologisches Profil. Während eines Regenereignisses zeigte die Ammer ein gänzlich anderes chemisches und toxikologisches Profil. Die Anzahl, Konzentrationen und Massenflüsse organischer Mikroschadstoffe und damit einhergehender Effekte waren wesentlich höher als unter Trockenwetter-Bedingungen. Suspendierte Partikel stellten sich während eines Regenereignisses als wichtige Transportvektoren, von Effekten und von hydrophoben Zielsubstanzen heraus. Der Eintrag organischer Mikroschadstoffe konnte dabei auf Regenrückhaltebeckenüberlauf, landwirtschaftliche und urbane Gebieten und die Kläranlage zurückgeführt werden. Demzufolge können Änderungen der hydrologischen Bedingungen das Auftreten und eine Erhöhung der Schadstoffkonzentrationen, -massenflüsse und damit einhergehender Effekte und eine steigende Bedeutung des Partikel-vermittelten Transports hervorrufen, welche ein Risiko für die aquatische Umwelt darstellen können und in der gegenwärtigen Risikobewertung und -bewältigung nicht berücksichtigt werden. Obwohl beide Ansätze, chemische Analytik und Biotests, unterschiedliche Verbindungen und Verbindungsklassen abdecken zeigten sie ein ähnliches Belastungsprofil der Ammer. In dieser Arbeit habe ich gezeigt, dass das chemische und toxikologische Profil eines Flusses zeitlich und räumlich sehr unterschiedlich ist, insbesondere aufgrund unterschiedlicher hydrologischer Bedingungen, die die Eingangsquellen organischer Mikroschadstoffe und damit ihren individuellen Massenflussbeitrag gewichten. Es ist daher wichtig für die Untersuchung des Schicksals organischer Mikroschadstoffe in Flüssen, von Faktoren, die In-Stream-Prozesse antreiben (z. B. Abbau, Sorption), und für zukünftige regulatorische Überwachungsbemühungen, diese räumlich-zeitlichen Variationen zu berücksichtigen und richtig zu erfassen.
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