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Abwasserbehandlung macht Arznei-Reste zu Gift

Reinigung von Abwässern mit Ozon und Chlor führt zur Bildung giftiger Chlorpikrine

Der Einsatz von Ozon in Kläranlagen kann nach anschließender Chlorierung zur Bildung von giftigen Chlorpikrinen führen. © BKhamitsevich/ iStock

Gefährliche Rückstände: Arzneimittel und Drogen wie Methamphetamine gefährden nicht nur die Gesundheit der Konsumenten, sondern verunreinigen auch die Abwässer. Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass sich diese Rückstände bei der Behandlung von Abwässern mit Ozon zu giftigen Abbauprodukten zersetzen. Wird dann das Wasser noch gechlort, kann sogar Chlorpikrin entstehen – ein tödlicher chemischer Kampfstoff.

Trinkwasser ist ein kostbares Gut, dass weltweit immer knapper wird. Umso wichtiger wird die Reinigung und Aufbereitung von Abwässern, um die Wasserreservoire vor Verunreinigung zu schützen. Schon jetzt ist vielerorts ist das Grundwasser mit Pestiziden kontaminiert oder die Grenzwerte für Nitrat sind durch Überdüngung überschritten.

Ein weiteres Problem: In vielen Abwässern finden sich Rückstände von Medikamenten und Betäubungsmitteln, die bis in die Gewässer gelangen. Doch die Methoden der konventionellen Abwasserreinigung könnten hier mehr schaden als helfen. Ein Forscherteam um Jiaming Lily Shi von der University of Southern California hat herausgefunden, dass sich die stickstoffhaltigen Pharma-Rückstände bei der Behandlung mit Ozon und anschließender Chlorierung zu noch giftigeren Substanzen zersetzen.

Ozon zur Abwasserreinigung

Die herkömmlichen Kläranlagen nutzen häufig Ozon (O3) um Bakterien und Viren abzutöten. „Entweder findet die Behandlung mit Ozon vor der Mikrofiltration und der Umkehrosmose, bei der die Schadstoffe mittels Druck in separaten Behältern angereichert werden, statt. Eine Alternative dazu ist die Ozon-Anwendung in biologischer Aktivkohle. Diese Methode wird immer häufiger verwendet, da sie weniger energieaufwendig ist.“, erklärt Shi.

Kürzlich haben Studien jedoch gezeigt, dass die Ozonierung mit anschließender Chlorierung zur Bildung von zahlreichen Nebenprodukten führt, die oft gesundheitsgefährlich sind. Unter anderem bilden sich im wiederaufbereitetem Trinkwasser Halonitromethane wie Chlorpikrin, die extrem giftig sind. Die Forscher um Shi haben nun erstmals untersucht, woher diese toxischen Verbindungen stammen und wie sie entstehen.

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Medikamente und Drogen als Ausgangsstoff

Um die Herkunft der Giftstoffe festzustellen, untersuchten die Forscher Abwasserproben aus drei verschiedenen Kläranlagen in Südkalifornien. Dabei stellten sie fest, dass sich bei der Ozonbehandlung gesundheitsschädliches Nitromethan (CH3NO2) bildete. Die Menge dieser organischen Stickstoffverbindung stieg mit der Konzentration von Medikamentenrückständen im Abwasser an, wie die Wissenschaftler berichten. Ein biologischer Ursprung des Nitromethans sei dagegen unwahrscheinlich.

Doch wie entsteht das Nitromethan im Abwasser? Wie die Forscher erklären, kann diese Substanz aus bestimmten stickstoffhaltigen Antidepressiva und Aufputschmitteln wie Ephedrin und Methamphetamin gebildet werden. Diese Substanzen enthalten chemische Gruppen, die mit Ozon zu Nitrokohlenwasserstoffen reagieren können. Im Experiment testeten Shi und sein Team dies mit zehn Vertretern dieser Wirkstoffklassen. Alle zehn führten zur Bildung des Nitromethans.

Chlorierung macht Produkt hochgiftig

Die anschließende Chlorierung führt dazu, dass das Nitromethan zu hochgiftigem Chlorpikrin reagiert – einer Chemikalie, die im Ersten Weltkrieg unter der Bezeichnung „Grünkreuz-1“ als chemischer Kampfstoff eingesetzt wurde. Schon eine Dosis von 250 Milligramm Chlorpikrin pro Kilogramm Körpergewicht gelten als lebensgefährlich. In den Analysen fanden Shi und sein Team zwischen sechs bis zehn Mikrogramm des giftigen Produkts in einem Liter des wiederaufbereiteten Wassers.

Nach Aussage der Forscher sind weitere Untersuchungen nötig, um herauszufinden, wie das Nitromethan in den Reinigungsschritten nach der Ozon-Behandlung entfernt werden kann. Da in deutschen Kläranlagen nicht gechlort wird, besteht zumindest hierzulande kein Risiko, dass das Trinkwasser mit Chlorpikrin belastet ist. (Environmental Science & Technology, 2020, doi: 10.1021/acs.est.9b04742)

Quelle: American Chemical Society

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