Table Of ContentPeter Kunz .Gunter Frietsch
Mikrobizide Stoffe in
Klaranlagen
biologischen
Immissionen und Prozelsstabilitat
Mit30Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Dipl.-Ing. PeterKunz
Fraunhofer-InstitutflirSystemtechnik
undInnovationsforschungKarlsruhe
GUnterFrietsch
InstitutfurIngenieurbiologie
undBiotechnologiedesAbwassers
UniversitiitKarlsruhe
Herausgeber
Umweltbundesamt
Bismarckplatz1
1000Berlin33
Tel.:030/89031
Telex:183756
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IISSBBNN 997788--33--554400--1166442266--55 IISSBBNN 997788--33--666622--0088774433--55 ((eeBBooookk))
DDOOlI 1100..1I000077//997788--33--666622--0088774433--55
CIP-KurztitelaufnahmederDeutschenBibliotek:
Kunz,P.:
MikrobizideStolTeinbiologischenKlaranlagen:
Immissionenu.ProzeBstabibilitiit/P.Kunz ;G.Frietsch.
Berlin;Heidelberg;NewYork;Tokyo;Springer,1986.
NE:Frietsch,G.
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©Springer-VerlagBerlin,Heidelberg,1986
UrsprunglicherschienenbeiSpringer-VerlagBerlinHeidelbergNewYork1986.
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vonjedermannbenutztwerdendiirften.
2160/3020-543210
Vorwort
In zunehmendern MaBe reagieren biologisch-technische Systeme - nicht zuletzt
durch die Optimierung und Belastung bis an die Grenzen ihrer Stabilitat - zu
nehmend sensibler auf die Zufuhr anthropogener Schadstoffe. Zu den biolo
gisch-technischen Systemen zahlen Klaranlagen, aber auch Vorfluter und seen;
dies umso mehr, je starker sie technisch verandert wurden. Von den Schadstof
fen sind besonders diejenigen interessant, die einen allgemeinen, jeden Men
schen betreffenden Zielkonflikt widerspiegeln, wie beispielsweise die mikro
biziden Stoffe. Wahrend viele Substanzen als "Chemie" und "Gift" von der AII
gemeinheit abgelehnt werden, weil sie nur eng begrenzt als Wertstoffe beno
tigt werden, stellen Desinfektionsmittel und Konservierungsstoffe Substanzen
dar, die aus unserem heutigen (technisierten) Leben nicht mehr wegzudenken
sind und allgemein akzeptiert werden, obwohl sie in ahnlicher Weise biozid
sind wie die gemeinhin abgelehnten Pestizide.
Dieses Dilemma des "Vorne-wirken-Milssens" (sprich: im Krankenhaus oder in
verderblichen Lebensmitteln) und "Hinten-nicht-wirken-Sollens" (sprich: in
der kommunalen Klaranlage) eroffnet breiten Raum zur Erforschung akzeptabler
Kompromisse. Insbesondere die erforderliche Vertiefung des Wissens um die Zu
sammenhange, mOglichen Effekte und systemspezifischen Hemmnisse erfordert die
Zusammenarbeit verschiedenster Fachdisziplinen. In Zukunft wird man - die
hier vorgelegten Untersuchungsergebnisse zeigen erste Beispiele auf - immer
mehr den Gesamtzusammenhang sehen milssen. D.h., der Typ der Klaranlage oder
die Lange des Abwassersammlers, die Zusammensetzung des Abwassers und mOgli
che Industrieabwasserzuflilsse determinieren wie in einem Regelkreis (Feed
back) die Art und Einsatzmenge mikrobizider, aber auch anderer Stoffe.
Insbesondere akkumulierbare/persistente mikrobizide Stoffe inclusive langer
fristige Wirkstoffabspalter sind in Zukunft durch abwasservertragliche Wirk
stoffe zu ersetzen. In einer Vielzahl von Gesprachen, die im Rahmen dieser
VI
Untersuchung gefUhrt wurden, konnte festgestellt werden, daB die Probleme
beim Desinfektionsmitteleinsatz fast ausschlieBlich anwendungsspezifisch und
in den seltensten Fallen auch umweltspezifisch betrachtet werden; ahnlich
wird auch in der Siedlungswasserwirtschaft die Frage moglicher Beeintrachti
gungen der FunktionstUchtigkeit von Klaranlagen bislang eher als unabwendbare
Randbedingung, denn als Aufgabe zur Minimierung und Vermeidung angesehen.
Es schien deshalb angebracht, die Ergebnisse der Untersuchung, die gesammel
ten Erfahrungen und die Wege dahin zusammengefaBt, aber doch etwas breiter
angelegt, wiederzugeben, urn dem Nicht-Chemiker die abwassertechnologischen
und dem Nicht-Siedlungswasserwirtschaftler die chemischen, biochemischen und
biologischen HintergrUnde zuganglich zu machen, ohne lediglich auf das Fach
schrifttum zu verweisen. In den zahlreichen personlichen Gesprachen sind wir
bereits auf reges Interesse gestoBen. Der Bedarf vieler Nichtspezialisten,
die mit diesen Fragen administrativ, legislativ oder in anderer Weise betraut
sind, sich Uber manches Grundsatzliche ohne vertieftes Studiurn der Fachlite
ratur zu informieren, machte eine derartig umfassende Darstellung erforder
lich. Der Fachspezialist wird manches zu allgemein oder nicht erwahnenswert
finden, der Nichtspezialist manches zu detailliert und zu speziell; dem je
weiligen Leser mag das Inhaltsverzeichnis Auswahlhilfe sein, wobei die haufi
gen Querverweise die Suche nach den Detailinformationen erleichtern sollen.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen auf, an welchen Stellen gezielt Informa
tionen beschafft werden mUssen, urn die Auswirkungen mikrobizider Stoffe auf
die Umwelt quantitativ ermitteln, bzw. schon heute entsprechende VorsorgemaB
nahmen einzuleiten zu konnen. Die bisherigen Uberwachungsergebnisse von Klar
anlagenablaufen sind zu sparlich, urn die tatsachliche Wirkung generell be
schreiben zu konnen, da mikrobizide Stoffe infolge des weiten Gebrauchs kon
tinuierlich, aufgestockt durch punktuelle Belastungen, den Klaranlagen zu
flieBen. In Anbetracht der geringen Kenntnisse Uber die Vorgange zwischen der
Anwendung mikrobizider Stoffe und ihrer Einleitung in biologische Klaranlagen
wurde ein Wirkungsmodell aufgestellt, das es in nachfolgenden Untersuchungen
zu verifizieren gilt.
Allen Fachleuten der betreffenden Industriezweige, Mitarbeitern in Behorden,
Kommunen und Verbanden, die durch ihre Bereitschaft zu ausfUhrlichen Gespra
chen, umfangreicher Informationsvermittlung und Stellungnahmen zu EntwUrfen
dieses Berichtes wesentlich zum Gelingen dieser Studie beigetragen haben, sei
an dieser Stelle herzlich gedankt. Herrn Bestmann (SchUlke &Mayr, Hamburg),
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Herrn Genth (Bayer, Uerdingen), Herrn W. Rieber (Wollner-werke,
Ludwigshafen), Herrn H-J. ROdger (Lysoform, Berlin), Herrn und Frau J. und H.
Fink, Freiburg und Frau L. KnOfler, Karlsruhe sowie Herrn W. Fabig (Fraunho
fer-Institut fUr Urnweltchemie und Okotoxikologie, Schmallenberg-Grafschaft)
sei darilber hinaus filr ihr pers6nliches Engagement gedankt. Dank gilt auch
unseren Mitarbeiterinnen I. Becker, S. Gutsche, C. Raber und C. Sommavilla,
die sich mit vieI Einsatz und Ausdauer der Manuskripte und Korrekturen zu
diesem Bericht angenommen haben.
Karlsruhe, im Januar 1986 H. Krupp
AbkUrzungsverzeichnis
AAS Atomabsorptionsspektrometer
ATV Abwassertechnische Vereinigung
BB Belebungsbecken
BDMDAC Benzyl-dimethyl-dodecylammoniumchlorid
BF Bioakkumulationsfaktor
BGA Bundesgesundheitsamt
BOD Biochemical oxygen demand (engl.), s. BSB
BPI Bundesverband der Pharmazeutischen Industrie
3
B Raumbelastung (kg BSB , d)
R 5/m
BSB(5) Biochemischer Sauerstoffbedarf (in funf Tagen; mg °2/1)
BSeuchG Bundesseuchengesetz
B Schlammbelastung (kg BSB TS,d)
TS 5/kg
ChemG Chemikaliengesetz
CIP Cleaning in place (engl.): geschlossenes Reinigungsverfahren
CKW Chlorierte Kohlenwasserstoffe
COD Chemical oxygen demand (engl.), s. CSB
CSB Chemischer Sauerstoffbedarf (mg °2/1)
DGHM Deutsche Gesellschaft fur Hygiene und Mikrobiologie
DMDSAC s. DSDMAC
DOC Dissolved organic carbon (engl.): geloster organischer Kohlenstoff
(mg CIl)
DSDMAC Distearyl-dimethyl-ammoniumchlorid
EC Effectiv concentration (engl.): wirksame Konzentration (erfaBt nicht
die Letalitat eines Stoffes, sondern andere Parameter, z.B. Schwimm
unfahigkeit bei Daphnien; Angabe in mg X/I)
EDTA Ethylendiamintetraacetat
EGW Einwohnergleichwert (durchschnittlicher Abwasseranfall pro Einwohner
und Tag, gemessen als BSB
5)
GC-MS Gaschromatograph - Massenspektrometer (kombinierte Analyse)
IX
HPlC High pressure liquid chromatography (engl.): Hochdruck-FIOssigkeits-
chromatographie
k.A. Keine Angaben
KW Kohlenwasserstoffe
lC letalkonzentration (FuBzahlen geben an, wieviel Prozent der geteste-
ten Organismen abgetotet wurden; Angabe in mg X/I)
lD letaldosis (FuBzahlen geben an, wieviel Prozent der getesteten Orga
nismen abgetotet wurden; Angabe in mg X/I)
lM landesgewerbeanstalt
1MBG lebensmittel- und Bedarfsgegenstandegesetz
MHK Minimale Hemmkonzentration (mg X/I)
NEl No effect level (engl.): noch unschadliche Konzentration (mg X/I)
NOEC No observed effect concentration (engl.): noch unschadliche Konzen
tration (meist Ober langere Zeitraume; Angabe in mg X/I)
NTA, NTE Nitrilotriacetat, Nitrilotriessigsaure
OECD Organisation for Economic Cooperation and Development (engl.):
Organisation fOr wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung
O/W dl/Wasser-Emulsionen
QAV Quaternare Ammoniumverbindung
TAED Tetraacetylethylendiamin
TAGU Tetraacetylglycoluril
TBTF Tributylzinnfluorid
TBTO Tributylzinnoxid
TBTS Tributylzinnsulfid
TCC Trichlorcarbanilid
TDBA Tetradecyl-dimethyl-benzylammoniumchlorid
TGK Toxische Grenzkonzentration (Konzentration, bei der gerade eine
Schadigung stattfindet; Angabe in mg X/I)
TOC Total organic carbon (engl.): Gesamtkohlenstoff (mg C/I)
TOD Total oxygen demand (engl.): Gesamtsauerstoffbedarf (mg O/1)
2
3)
TS Trockensubstanz (g/I oder kg/m
TTC-Test Bestimmung der Dehydrogenasenaktivitat mittels 2,3,5-Triphenyltetra
zoliumchlorid zur Ermittlung der Toxizitat von Abwassern
TWVO Trinkwasserverordnung
VQ Verteilungskoeffizient (Verteilung eines Stoffes zwischen zwei ver-
schiedenen FIOsssigkeitsphasen, z.B. dl/Wasser)
WHG Wasserhaushaltsgesetz
W/O Wasser/dl-Emulsionen
WS Wasserloslichkeit (g X/I)
Inhaltsverzeichnis
1. Problemstellung, Ziele und Methodik der Untersuchung
1.1 Beeintrachtigung der Funktionsttichtigkeit von Klaranlagen
und deren Folgen 2
1.2 Schadstoffe im Abwasser - Erlauterungen zur Auswahl
mikrobizider Stoffe 5
1.3 Vorbemerkungen zur Methode und gewahlten Bearbeitungsweise 10
2. Mikrobizide Stoffe und deren Wirkungsweisen 14
2.1 Einteilung der mikrobiziden Stoffe und deren Einsatzbedingungen 15
2.1.1 Ubersicht tiber die Stoffklassen 15
2.1.2 Allgemeine Bedingungen der Wirkung mikrobizider Stoffe
unter Berticksichtigung der Wirkstofformulierungen 16
2.1.3 Nachweisverfahren der Wirkung mikrobizider Stoffe auf
Mikroorganismen 35
2.1.4 Rechtliche Bestimmungen beim Einsatz mikrobizider
Stoffe 38
2.1.5 Kriterien zur Beurteilung des Verhaltens mikrobizider
Stoffe in der Umwelt 40
2.2 Wirkungsweise und Einsatzbereiche mikrobizider Stoffgruppen
sowie Auswirkungen und Vorkommen in aQuatischen Systemen 44
2.2.1 Aldehyde 44
2.2.2 Phenole 48
2.2.3 Tenside 57
2.2.4 Halogene 64
2.2.5 Per-Verbindungen 70
2.2.6 Alkohole 73
2.2.7 Schwermetallverbindungen 78
2.2.8 Sauren und Alkalien 83
2.2.9 Heterocyclen und Dithiocarbamate 92
