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Detergentienchemikalien in Seesedimenten

Seesedimente enthalten Informationen über diejenigen Umweltchemikalien, die zu einem wesentlichen Anteil an Partikel in den Gewässern gebunden sind und dann sedimentiert werden. Zu diesen Stoffen gehören neben den Schwermetallen und den lipophilen, persistenten organischen Verunreinigungen auch die amphiphilen Tenside und deren Zwischenprodukte des biologischen Abbaus. Ziel dieser Untersuchungen war, anhand der Untersuchung von Sedimentkernen, Schicksal und Verbleib von Tensiden und Tensidmetaboliten in rezenten Sedimenten zu studieren sowie deren mögliche Verwendung als molekulare Markiersubstanzen für Einträge von kom-munalem Abwasser zu prüfen. Im weiteren sollten Entscheidungsgrundlagen ge-schaffen werden, für die Frage, ob für bestimmte Stoffe weitere Risikominderungs-Massnahmen notwendig sind. In diesem Vortrag werden analytische Spurenuntersuchungen vorgestellt für verzweigte Alkylbenzolsulfonate (Tetrapropylenbenzolsulfonate, TPS), lineare Alkylbenzolsulfonate (LAS), Nonylphenol (NP) und Nonylphenolmono- und diethoxylat (NP1/2EO) sowie Distearydimenthylammoniumchlorid (DSDMAC). Die anionischen Tenside werden nach Derivatisierung zu den Trifluoroethylestern mittels GC/MS erfasst. Normalphasen-HPLC mit Fluoreszenzdetektion ermöglicht die Messung von NP und NP1/2EO. DSDMAC wurde mit überkritischem CO2 und 30% Methanol extrahiert und mittels Normalphasen-HPLC mit Nachsäulen-Ionenpaar-Extraktionssystem und Fluoreszenz-Detektion bestimmt Untersucht wurden Sedimentkerne aus drei Schweizer Seen (Wohlensee, Bielersee und Greifensee). Die Sedimentkerne wurden durch Bestimmung von Cäsium-Aktivitätskonzentrationen (Cs-134 und Cs-137) oder durch Varvenzählung datiert. In den datierten Sedimentkernen wurden mit der Ablagerungszeit korrelierte Tiefenprofile der Konzentrationen der Tenside und Tensidmetaboliten bestimmt. Die Sedimentkonzentrationsprofile geben die Eintragsgeschichte der Tenside in die Gewässer wieder. Maximale TPS-Konzentrationen lagen zwischen zwischen 0.2 und 9,1 mg/kg pro kg Trockensediment und traten in Schichten auf, die in der Zeit um 1965 sedimentierten, bevor die TPS durch LAS ersetzt worden sind. Die maximalen LAS-Konzentrationen von 0.2 bis 2.5 mg/kg finden sich in Sedimentschichten aus der Zeit um 1970. Damals wurden in der Schweiz viele kommunale Abwasserreinigungs-anlagen in Betrieb genommen wurden, was zu einer Verminderung des Eintrages von LAS in die Gewässer führte. Basierend auf den Konzentrationsprofilen einzelner LAS-Homologe kann abgeleitet werden, dass das Schicksal der anionischen Tenside nach deren Ablagerung bestimmt wird durch deren Resistenz gegenüber dem Bioabbau und durch Diffusion im Sedimentporenwasser. Vergleiche zwischen gemessenen Sedimentkonzentrationen und Ergebnissen von mathemathischen Simulationsmodellen ergaben Hinweise darauf, dass die unterschiedliche Lipophilie der einzelnen LAS-Homologen zu deutlich verschiedenen Diffusionsgeschwindigkeiten führt. Die NP-Sedimentkonzentrationen von bis zu 2 mg/kg widerspiegeln den substantiellen Umwelteintrag von NP ab 1965 bis Mitte der 80er Jahre. Deutlich zum Ausdruck kommt die Auswirkung der Schweizerischen Verordnung über umweltgefährdende Stoffe von 1986, in welcher der Einsatz der Nonyphenolpolyethoxylate als nichtionische Tenside in Textilwaschmitteln untersagt worden ist. Etwa gleichzeitig erfolgte auch der freiwliige Verzicht auf die Nonylphenolpolyethoxylat-Tenside in Haushaltsreinigungsmitteln. Die in den jüngsten Sedimentablagerungen gefundenen Nonylphenol-Konzentra-tionen (0.05 – 0.2 mg/kg) können verglichen werden mit dem PNEC-Wert von 0.039 mg/kg fuer Sedimente, der aufgrund einer Riskikoabschätzung nach EU-Methoden ermittelt worden ist. Daraus muss gefolgert werden, dass weitere Risikoreduktions-Mass-nahmen erforderlich sind. Die hohen DSDMAC-Sedimentkonzentrationen von bis 70 mg/kg reflektieren die starke Adsorption an Partikeln sowie die Persistenz unter anoxischen Bedingungen dieser kationischen Tenside. Die maximalen DSDMAC-Konzentrationen treten in Schichten auf, die in der Zeit von 1970 bis Mitte der 80er Jahre sedimentierten. DSDMAC wurde in der Schweiz Ende der 60er Jahren eingeführt. Anfangs der 80er Jahre führte der Ausbau von Kläranlagen durch vierte Reinigungstufen (Flockungsfiltration) zu stark herabgesetzten Konzentrationen im Abwasser. Aufgrund der Klärschlammanreicherung und der Toxizität auf aquatische Organismen wurde DSDMAC in der Schweiz in der zweiten Hälfte von 1991 durch die besser abbaubare Esterquats ersetzt. Der Rückgang der Einsatzmengen von DSDMAC konnte in den DSDMAC-Gehalten von Faulschlammproben verfolgt werden. Während in 14 Kläranlagen die DSDMAC-Gehalte im Februar 1991 noch durchschnittlich 4.2 g/kg Trockenschlamm betrugen, wurden im November 1997 noch 0.2 g/kg gemessen. Für alle hier diskutierten Chemikalien gilt, dass die rezenten Sedimente gute Archive darstellen für die Belastung der Gewässer beziehungsweise für die erfolgte Herab-setzung der Umwelteinträge. Die in den drei Seen festgestellten Konzen-trations-unterschiede in den Sedimenten lassen sich entweder durch die verschieden grossen Abwasserbelastungen der Seen erklären oder können teilweise auf die andersartigen Redox-bedingungen sowohl in den Sedimenten als auch in der Wasserkolonne zurückgeführt werden.

Detergentienchemikalien; Seesedimenten; pollution

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