Technische Universität Dresden , Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften , Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten
Professur für Abfallwirtschaft, Prof. Dr.-Ing. habil. Bernd Bilitewski
Arbeitsgruppe "Endokrin wirksame Substanzen in Abwasser und Klärschlamm"
"Untersuchungen zum Einfluß der Verfahrenstechnik in Kläranlagen
auf die Eliminierung ausgewählter Östrogene und Xenoöstrogene aus dem Abwasser" (ENDO)

BMBF Forschungsvorhaben Nr. 02WA9979/0

Laufzeit: August 1999 - Januar 2001

Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Lars Tennhardt , Dipl.-Ing. Martin Gehring , Dr.-Ing. Diethelm Weltin

Diplomarbeiten:

Abschlußbericht: Ausschnitte:

1.1 Wissenschaftliche Ziele und Aufgaben des Teilvorhabens

Ziel des Teilvorhabens war es, das Verhalten ausgesuchter endokrin wirksamer Substanzen bei der biologischen Behandlung von Rohschlämmen zu untersuchen. Unterschiedliche Verfahren sollten dabei im Labormaßstab simuliert und mit Ergebnissen aus großtechnischen Anlagen verglichen werden. Aufgabe der Arbeitsgruppe war es, Abbauversuche im aeroben und anaeroben Milieu durchzuführen. Im Einzelnen waren dies einstufige Anaerobversuche zur Simulation der großtechnischen Schlammfaulung, Fermentationsversuche zum Abbau eines Gemisches aus Fettabscheiderrückständen und Rohschlamm und die Untersuchung einer großtechnischen Anlage zur Co–Fermentation von Bioabfällen und Klärschlamm. Aerobversuche wurden in Batchversuchen unter thermophilen und psychrophilen Bedingungen sowie in parallel betriebenen Laborbelebtschlammanlagen als simultan aerobe Schlammstabilisierung durchgeführt. Eine weitere Aufgabe der Arbeitsgruppe bestand in der Durchführung der versuchsbegleitenden Analytik. Dabei wurden Abwasser- und Feststoffproben aus den im Projekt beprobten großtechnischen Kläranlagen auf den Gehalt ausgewählter endokrin wirksamer Substanzen (EWS) untersucht.

4.6 Schlußfolgerungen

In Zukunft sollten diejenigen Verfahren bei Planung und/oder Umbau von Kläranlagen angewendet werden, die eine Abreicherung von EWS im Klärschlamm bewirken. Das Verfahren der Wahl scheint dafür die aerob–psychrophile Klärschlammbehandlung zu sein, da dort für fast alle Zielsubstanzen gute bis sehr gute Eliminationsraten erreicht werden. Bei der simultan–aeroben Klärschlammstabilisierung konnte ebenfalls eine gute bis sehr gute Abnahme der Konzentrationen im Schlamm mit zunehmender Laufzeit des Experiments festgestellt werden. Daraus läßt sich schlußfolgern, daß die simultan–aerobe Klärschlammstabilisierung das vor allem bei kleinen Kläranlagen am besten geeignete Verfahren darstellt.

Für die am weitesten verbreitete Technologie der Klärschlammfaulung sollte eine aerob–psychrophile Nachstabilisierung in Erwägung gezogen werden. Bei Neubauten großer Kläranlagen wäre aus ökonomischer Sicht die Kombination aus einer anaerob–mesophil betriebenen Hochlaststufe und einer aerob–psychrophilen Nachstabilisierung denkbar. Eine weitere Möglichkeit der Abreicherung von EWS aus Roh- und gefaulten Schlämmen stellt die aerobe Stabilisierung bzw. Nachstabilisierung mit erhöhten Feststoffgehalten im Sinne einer Kompostierung dar, die jedoch noch nicht untersucht wurde.

4.7 Forschungsbedarf

Das hier als Batch–Versuch durchgeführte aerob–thermophile Experiment sollte analog zum anaerob–mesophilen Experiment als semikontinuierlicher Durchflußversuch mit einem täglich den Reaktor durchlaufenden Massenstrom an Rohschlamm durchgeführt werden. Über die Einfahrphase könnte die dort entstehende Biozönose an die Zielsubstanzen adaptieren und möglicherweise bessere Eliminationsleistungen erzielen.

Die Kompostierung als aerobe Stabilisierungsart sollte zukünftig unter Variierung verschiedener Randparameter untersucht werden, ebenso die simultan–aerobe Klärschlammstabilisierung mit Dotierung des Feststoffzulaufes, um die Elimination aus dem Feststoff ermitteln zu können. Weiterhin sollten Kombinationsverfahren wie die vorgeschlagene anaerob–mesophile Hochlaststufe mit einer aerob–psychrophilen Nachstabilisierung auf ihre Eliminationsleistung hin untersucht werden. Zudem sollte eine Evaluierung und Optimierung speziell der o. g. Kombination unter dem Blickwinkel erfolgen, daß die AP–Vorläufersubstanzen in der anaeroben Stufe vollständig zu AP abgebaut werden, welche in der anschließenden aerob–psychrophilen Stufe eliminiert werden können. Damit wäre ein Höchstmaß an Gesamteliminationsleistung bezüglich der AP und der APX erreicht.

Es besteht zudem erheblicher Forschungsbedarf, um das Verhalten von BPA bei der anaeroben Schlammbehandlung erklären und abschließend beurteilen zu können. Insbesondere sind die Quellen und Mechanismen der Freisetzung unter anaeroben Verhältnissen zu klären. In Untersuchungen vor allem auf großtechnischen Kläranlagen sollten stets auch der partikuläre Zulauf, Sandfang, Fettabscheider und evtl. der Rechen einbezogen werden. Im Zusammenhang mit Abwasser oder/und Schlamm, die zumindest z. T. aus Urin oder/und Faeces gebildet werden, sollten stets auch die Konjugate der jeweiligen Zielsubstanzen analysiert werden. Dasselbe gilt grundsätzlich auch für Zwischenprodukte des mikrobiellen Abbaus von Zielsubstanzen, z. B. für APnEC. Zwischen Abbau und Elimination kann letztendlich nur durch die quantitative Bestimmung der Abbauprodukte unterschieden werden.

Die teilweise extreme Matrixbelastung von Abwasser- und Klärschlammproben erfordert zum sicheren qualitativen und quantitativen Nachweis der Zielsubstanzen auch bei sehr geringen Konzentrationen (unterster ppt–Bereich) den Einsatz einer GC/MS/MS oder einer LC/MS/MS. Dies alles bedeutet einen erheblichen (zusätzlichen) finanziellen, personellen und technischen Aufwand, der bei der Planung von Untersuchungen berücksichtigt werden muß.

Veröffentlichungen:

BILITEWSKI & WELTIN (2000) Bilitewski, B., Weltin, D. (2000):Endokrine Substanzen im Klärschlamm - Eintrag, Wirkung und Verbleib in der Umwelt. In: Handbuch "Biogene Abfälle, Holz, Klärschlamm" des VDI-Bildungswerkes, BW 43-36-20, 261 - 269.

BILITEWSKI ET AL. (2002) Bilitewski, B., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D. (2002): Pro und Kontra stoffliche Klärschlammverwertung mit Blick auf endokrin wirksame Substanzen. In: Bilitewski, B., Weltin, D., Werner, P. (Hrsg.): Endokrin wirksame Substanzen in Abwasser und Klärschlamm - Neueste Ergebnisse aus Wissenschaft und Technik. Tagungsband v. 21. - Dresden, Band 23, Pirna: Eigenverlag, 6 - 20.

BILITEWSKI ET AL. (2002) Bilitewski, B., Weltin, D., Werner, P. (Hrsg.) (2002): Analytical Workshop on Endocrine Disruptors. Workshop am 17./18.07.2000 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Bd. 18, Pirna: Eigenverlag, in Druck.

BILITEWSKI ET AL. (2002) Bilitewski, B., Weltin, D., Werner, P. (Hrsg.) (2002): Endokrin wirksame Substanzen in Abwasser und Klärschlamm - Neueste Ergebnisse aus Wissenschaft und Technik. Tagungsband v. 22. - 23.04.2002 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Band 23, Pirna: Eigenverlag, 6 - 20.

GEHRING ET AL. (2002) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2002): Altpapier und Kunststoffe als wesentliche Quellen für Bisphenol A im Klärschlamm. In: Bilitewski, B., Weltin, D., Werner, P. (Hrsg.): Endokrin wirksame Substanzen in Abwasser und Klärschlamm - Neueste Ergebnisse aus Wissenschaft und Technik. Tagungsband v. 21. - 22.04.2002 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Band 23, Pirna: Eigenverlag, 162 - 173.

GEHRING ET AL. (2002) Gehring, M., Weltin, D., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2002): Nichts wissen macht nichts? Ein Plädoyer für die sofortige Anwendung des Vorsorgeprinzips in Bezug auf die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm und die Belastung von Böden mit hormonell wirksamen Schadstoffen. 2. Fassung vom 29.11.2002, http://rcswww.urz.tu-dresden.de/~gehring/ENDOdt/deutsch/projekte/endo/021112ge.pdf.

GEHRING ET AL. (2002) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2002): Papier und Kunststoffe als Emissionsquellen für Xenoestrogene: Bisphenol A. Poster auf dem Final Workshop 1 des DFG-Graduiertenkolleg AGEESA, 02.12.2002, Aachen.

GEHRING & TENNHARDT (2002) Gehring, M., Tennhardt, L. (2002): Klärschlamm als Schadstoffsenke für das endokrin wirksame Kunststoffmonomer Bisphenol A. Poster auf der 35. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft, 20. – 22.03.2002, Essen.

GEHRING ET AL. (2003) Gehring, M., Schittko, S., Vogel, D., Tennhardt, L., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): The Occurrence of Selected Estrogenic Endocrine Disruptors in municipal Wastewater and Sewage Sludge in Germany and the Suitability of Different Sludge Treatment Processes for Their Elimination (working titel). In: Barceló, D., Hansen, P.-D. (eds.): Biosensors, Indicator Assays, and Chemical Methods for Endocrine Disrupting Compounds in Wastewater. The Handbook of Environmental Chemistry, Vol. 5: Water Pollution, ed. by O. Hutzinger, Heidelberg: Springer, in preparation.

GEHRING ET AL. (2003) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Elimination of Estrogenic Endocrine Disruptors from Laboratory–Derived Sewage Sludge by Means of Simultaneous Aerobic Sludge Stabilisation. ORBIT conference 2003, Apr. 30 - May 2, 2002, Perth, Australia, in press.

GEHRING ET AL. (2003) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Emission of Xenoestrogenic Compounds with Wastewater and Sewage Sludge. Poster SETAC Europe 13th Annual Meeting, Apr. 30 - May 2, 2003, Hamburg, Germany, accepted.

GEHRING ET AL. (2003) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Release of Endocrine Active Compounds Including 4-Nonylphenol and Bisphenol A with Treated Wastewater and Sewage Sludge to the Environment in Germany. Poster Joint UK Government/SETAC Conference on Endocrine Disrupters, March 31 - April 01, 2003, York, UK. pdf

GEHRING ET AL. (2003) Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Xenoestrogen Removal from Sewage Sludge. Poster Joint UK Government/SETAC Conference on Endocrine Disrupters, March 31 - April 01, 2003, York, UK.  pdf

GEHRING ET AL. Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B.: The Fate of Bisphenol A during Wastewater Treatment. Part 2: Mass Balances. In preparation.

HEGEMANN ET AL. (2000) Hegemann, W., Busch, K., Weltin, D. (2000): Untersuchungen zum Abbau endokrin wirksamer Substanzen in Kläranlagen. Hennef: ATV-DVWK.

HEGEMANN ET AL. (2002) Hegemann, W., Busch, K., Bilitewski, B., Weltin, D., Knacker, Th., Duis, K., Allner, B., Kuschk, P. (2002): Fate of Endocrine Disruptors in Waste Water Treatment Plants. In: Bundesministerium für Bildung und Forschung (Hrsg.): Proceedings of the 2nd BMBF Status Seminar on Endocrine Disrupters, April 2 - 4, 2001, Berlin, Germany, 37 - 40.

MATEUS ET AL. (1999) Mateus, E., Weltin, D., Bilitewski, B., Santana, F. (1999): A Method to Track Environmental Endocrine Disruptors in Leachate Samples. In: Jautzein, M., Krejsa, M. (eds.): European Workshop on Environmental Technologies '98. Edited on behalf of the Environmental Technologies Science Panel of the EU - DGXII/D-1, Seibersdorf, Austria: Austrian Research Center, 81 - 83.

MATEUS ET AL. Mateus, E., Weltin, D., Xavier, A., Sepúlveda, I., Schittko, S., Bilitewski, B., Santana, F.: A Study of the Behavior of Environmental Endocrine Disruptors in Soils by SPE, GC-MS, and HPLC. Poster.

TENNHARDT ET AL. (2002) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2002): Natürliche und synthetische estrogen wirksame Substanzen bei der anaeroben Klärschlammbehandlung. In: Bilitewski, B., Werner, P. (Hrsg.): 3. Fachtagung Anaerobe biologischeAbfallbehandlung. 04. - 06.02.2002 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Bd. 19, Pirna: Eigenverlag, 156 - 166.

TENNHARDT ET AL. (2002) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2002): Elimination estrogen wirksamer Stoffe durch psychrophile Schlammstabilisierung im Labormaßstab. Vortrag auf dem Final Workshop des DFG-Graduiertenkolleg AGEESA 1, 02.12.2002, Aachen.

TENNHARDT ET AL. (2002) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2002): Untersuchungen zum Einfluß der Verfahrenstechnik in Kläranlagen auf die Eliminierung ausgewählter Östrogene und Xenoöstrogene aus dem Abwasser. Teilvorhaben II: Versuchsbegleitende Analytik und Abbauversuche mit Klärschlamm. Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Bd. 30, Pirna: Eigenverlag, in Vorbereitung.

TENNHARDT ET AL. (2003) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Elimination of endocrine disrupting compounds during different sewage sludge treatment processes. SETAC Europe 13th Annual Meeting, Apr. 30 - May 2, 2003, Hamburg, Germany, accepted.

TENNHARDT ET AL. (2003) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Occurrence and Elimination of Selected Natural and Xenobiotic Endocrine Disrupting Compounds during Co–Fermentation of Sewage Sludge, Yard Waste, Household Organic Waste, and Commercial Biowastes. ORBIT conference 2003, Apr. 30 - May 2, 2002, Perth, Australia, in press.

TENNHARDT ET AL. (2003) Tennhardt, L., Gehring, M., Vogel, D., Weltin, D., Bilitewski, B. (2003): Effective Removal of Natural and Synthetic Steroids from Sewage Sludge during Anaerobic Sludge Stabilisation. Poster Joint UK Government/SETAC Conference on Endocrine Disrupters, March 31 - April 01, 2003, York, UK.  pdf

VOGEL ET AL. (2001) Vogel, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Weltin, D., Bilitewski, B. (2001): Das endokrine Gefährdungspotenzial von Klärschlamm und Abfall - Forschungsansätze am IAA der TU Dresden. In: Bilitewski, B., Werner, P. (Hrsg.): Einfluss von Deponien auf das Grundwasser - Gefährdung, Prognose, Maßnahmen. Tagungsband v. 11.12.2001 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Bd. 17, Pirna: Eigenverlag, 48 - 54.

WELTIN ET AL. (1999) Weltin, D., Mateus, E., Bilitewski, B., Santana, F. (1999): Measurement of Endocrine Disrupting Compounds in Sewage Treatment Plants and Sewage Sludges. In: Jautzein, M., Krejsa, M. (eds.): European Workshop on Environmental Technologies '98. Nancy, 8.-10.10.1998. Edited on behalf of the Environmental Technologies Science Panel of the EU DGXII/D-1, Seibersdorf, Austria: Austrian Research Center, 69 - 76.

WELTIN ET AL. (2000) Weltin, D., Tennhardt, L., Bilitewski, B. (2000): Gefährdungspotenzial von Klärschlamm durch endokrin wirksame Substanzen. In: “Alternative Klärschlammverwertung und Auswirkungen der EU–Klärschlammrichtlinie” Haus der Umwelt, Leipzig.

WELTIN (2003) Weltin, D. (2003): Endokrin wirksame Substanzen im Klärschlamm. In: Hösel, Schenkel, Bilitewski, Schnurer (Hrsg.): Müllhandbuch, Bd. 3, Kennzahl 3035, Erich Schmidt Verlag, in Druck.

WELTIN ET AL. (2002) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2002): Transportverhalten von endokrinen Substanzen im Feststoffprodukt aus anaeroben Klärschlammbehandlungen. In: Bilitewski, B., Werner, P. (Hrsg.): 3. Fachtagung Anaerobe biologische Abfallbehandlung. 04. - 06.02.2002 in Dresden, Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft und Altlasten der TU Dresden, Bd. 19, Pirna: Eigenverlag, 169 - 197.

WELTIN ET AL. (2002) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2002): Wastewater Treatment Plant Effluent Concentrations of Estrogenic Endocrine Disrupters after Simultaneous Aerobic Sludge Digestion. In: Schmitz, G. H. (ed.): Matter and Particle Transport in Surface and Subsurface Flow and Ecosystem Research. Proceedings of the 3rd International Conference on Water Resources and Environment Research, July 22 - 25, 2002, Dresden, Germany, Vol. 2, 135 - 137.

WELTIN ET AL. (2002) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2002): Occurrence and Fate of Bisphenol A during Wastewater and Sewage Sludge Treatment in Selected German Wastewater Treatment Plants. Proceedings of the 2002 AWWA Endocrine Disruptors & the Water Industry Symposium, April 18 - 20, 2002, Cincinnati, Ohio, USA.

WELTIN ET AL. (2003) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Busch, K., Hegemann, W., Bilitewski, B. (2003): Vorkommen und Eliminierung von Bisphenol A in ausgewählten deutschen Kläranlagen. Wasser & Boden, 55/1+2, 29 - 35.

WELTIN ET AL. (2003) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2003): The Estimation of Steroides and Phenolic Xenoestrogens in Waste Water, Lysimeter Leachate, Soil and Sewage Sludge Using SPE and GC/MS. In: Bilitewski, B., Weltin, D., Werner, P. (Hrsg.): Analytical Workshop on Endocrine Disruptors. Schriftenreihe des Institutes für Abfallwirtschaft
und Altlasten der TU Dresden, Bd. 18, in Druck.

WELTIN ET AL. (2003) Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Bilitewski, B. (2003): Transportverhalten endokrin wirksamer Substanzen bei der biologischen Klärschlammbehandlung. Eine Bewertung der häufigsten Verfahren. Vortrag auf dem 3. Hydrochemischen und Hydrobiologischen Kolloquium,  Stuttgart, 09. April 2003.

WELTIN ET AL. Weltin, D., Gehring, M., Tennhardt, L., Vogel, D., Busch, K., Hegemann, W., Bilitewski, B.: The Fate of Bisphenol A during Wastewater Treatment. Part 1: Occurrence and Elimination in German Municipal Wastewater Treatment Plants. In preparation.

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