Interview mit Dr.-Ing. Thomas Hillenbrand und Dr.-Ing. Lukas Rüller Medikamenten­rückstände im Abwasser

Dr.-Ing. Hillenbrand, in der Aller wurden anthropogene Spurenstoffe nachgewiesen – darunter Arzneimittelrückstände, aber auch persistente Substanzen wie PFAS. Wie gravierend ist die Belastung derzeit in deutschen Gewässern, und welche gesundheitlichen sowie ökologischen Risiken gehen damit einher?

Thomas Hillenbrand: Die Zielsetzungen im Gewässerschutz sind heute größtenteils europäisch festgelegt, über sogenannte Umweltqualitätsnormen. Und wenn wir uns die deutschen Gewässer anschauen, halten wir diese Vorgaben flächendeckend nicht ein. Das liegt vor allem an ubiquitären Schadstoffen und an unserer hohen Bevölkerungs- und Industriedichte. Trotzdem hat sich die Belastung in deutschen Gewässern über die letzten Jahrzehnte deutlich verringert. Gemessen an den EU-Zielen reicht das aber noch nicht – zumal kontinuierlich Qualitätsnormen für neue Schadstoffe dazukommen. Etwa Pharmakawirkstoffe wie Diclofenac, die dieses Jahr neu gelistet wurden. Schaut man sich die Daten zum Trinkwasser an, lässt sich aber keine direkte Gefährdung identifizieren. Die Qualität unseres Trinkwassers ist, gerade im Vergleich zu anderen Ländern, sehr gut. Aber unter ökologischen Zielsetzungen betrachtet, haben wir noch einiges zu tun. Um die Situation dennoch zu verbessern, soll zukünftig eine vierte Reinigungsstufe in Kläranlagen eingebaut werden, mithilfe derer Mikroschadstoffe wie Arzneimittelrückstände oder auch spezifische Haushaltschemikalien aus dem Abwasser herausgefiltert werden sollen.

Kliniken als Einleiter von Spurenstoffen: Welche Rolle spielen Röntgenkontrastmittel und Zytostatika?

Krankenhäuser gelten als Eintragsquellen für Spurenstoffe – beispielsweise aus Medikamenten. Welche Verantwortung tragen Kliniken aus Ihrer Sicht konkret für die Wasserqualität?

Thomas Hillenbrand: Für eine Reihe von Stoffen – etwa Röntgenkontrastmittel, Zytostatika und Desinfektionsmittel – spielen Krankenhäuser bei der Einleitersituation eine wichtige Rolle. Auch wenn Arzneimittel auch außerhalb von Krankenhäusern von Patientinnen und Patienten ausgeschieden werden, sind große medizinische Einrichtungen natürlich Hotspots, an denen diese Spurenstoffe in höheren Konzentrationen ins Abwasser eingeleitet werden. Krankenhäuser sind überwiegend Indirekteinleiter, ihr Abwasser läuft über die kommunale Kläranlage und wird dort verdünnt. Ob ein Krankenhaus also als ein Hotspot wahrzunehmen ist, hängt stark vom Verhältnis zwischen Krankenhausbetten und Einzugsgebiet ab – bei kleineren Kommunen mit großem Krankenhaus, etwa mit Reha-Zentren, haben wir das in Baden-Württemberg klar gesehen, in Großstädten ist der Effekt eher begrenzt. Besonders deutlich wird das bei Röntgenkontrastmitteln, weil sie in hohen Dosen genutzt und schnell wieder ausgeschieden werden.

Röntgenkontrastmittel gelten als besonderer Belastungsfaktor für Gewässer. Welche Ansätze und Projekte gibt es bereits, um dieser Belastung entgegenzuwirken?

Thomas Hillenbrand: Genau dazu gibt es seit Jahren Initiativen: die bundesweite Spurenstoff-Strategie und speziell den „Runden Tisch iodierte Röntgenkontrastmittel“ des Umweltbundesamts, mit Akteuren aus Gesundheitswesen, Umweltverbänden und Wasserwirtschaft. Parallel wurden und werden weiterhin Pilot- und Demonstrationsvorhaben durchgeführt, wie das MindER-Projekt bei uns in Ulm. Hier haben wir in mehreren Teilprojekten untersucht, wie mit Röntgenkontrastmitteln (RKM) belasteter Urin gezielt gesammelt und zurückgehalten werden kann anstatt diesen ungeklärt in die Gewässer einzuleiten. Ziel des Projektes ist es, praxistaugliche Rückhalteoptionen für Röntgenkontrastmittel in unterschiedlichen medizinischen Einsatzbereichen zu entwickeln. Gegebenenfalls können aber auch durch innovative Techniken die PKM-Verbrauchsmengen deutlich reduziert werden. Ein ähnliches Vorgehen planen wir mit unserem aktuellen Projekt in Wolfsburg. Auch hier geht es darum, zu untersuchen, durch welche Ansätze und Konzepte die in die Kanalisation abgeleiteten RKM-Mengen reduziert werden können.

KARL und Herstellerverantwortung: Was kommt auf Kläranlagen und Kliniken zu?

Die EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) schreibt die vierte Reinigungsstufe bis 2045 verpflichtend vor. Welche Folgen hat KARL für Krankenhäuser als indirekte Einleiter?

Thomas Hillenbrand: Die Richtlinie verpflichtet zunächst die großen kommunalen Kläranlagen zum Ausbau der vierten Reinigungsstufe – damit sind Krankenhäuser als indirekte Einleiter nicht unmittelbar betroffen. Dennoch rücken Spurenstoffe wie Medikamentenrückstände oder PFAS aus Medizinprodukten stärker in den Fokus. Kommunale Kläranlagen könnten künftig von einzelnen Einleitern wie Krankenhäusern die Vorbehandlung des Abwassers verlangen, wenn diese relevante Belastungen verursachen. Direkteinleiter unter den Krankenhäusern gibt es nur sehr selten; für sie gelten in der Regel zusätzliche standortspezifische Anforderungen. Insgesamt wird die Diskussion darüber, wer welchen Beitrag zur Spurenstoffbelastung leistet, künftig an Bedeutung gewinnen. Parallel wird derzeit intensiv über die Umsetzung der erweiterten Herstellerverantwortung diskutiert, nach der Pharma- und Kosmetikhersteller einen Großteil der Kosten der vierten Reinigungsstufe tragen sollen.

ARKon-Prozess: Wie Membranfiltration, Aktivkohle und Adsorberharz zusammenwirken

Dr.-Ing. Rüller, im Projekt „Wasserkreislauf Wolfsburg“ erproben Sie eine Kombination aus Membranfiltration, granulierter Aktivkohle und einer vor Ort regenerierbaren Adsorberharzstufe. Können Sie diesen Ansatz kurz erläutern?

Lukas Rüller: Diese drei Stufen sind Teil des Ausbaus in Wolfsburg, wobei wir das Gesamtsystem – sprich das Zusammenwirken aller drei Reinigungsstufen – zusammen betrachten. Mithilfe der Membranfiltration wird bereits ein großer Anteil der partikulären und kolloidalen Organik aus dem Abwasserstrom entfernt und die nachgelagerte Aktivkohle- und Adsorberharzstufe damit entlastet. Die granulierte Aktivkohle ist etablierter Standard: An sie werden Spurenstoffe gebunden. Nachteil ist aber, dass man hier normalerweise große Anlagenkapazitäten braucht, denn die „beladene“ Aktivkohle muss aufwendig regeneriert werden – abtransportiert, thermisch behandelt, zurücktransportiert, mit entsprechenden Verlusten. Genau an diesem Punkt setzen wir mit unserer regenerierbaren Adsorberharzstufe an. Wir haben hier den sogenannten ARKon-Prozess – Adsorption, Regeneration und Konzentration – entwickelt, den wir aktuell patentieren lassen. Dabei binden wir die Spurenstoffe an ein Adsorberharz, ähnlich wie bei Aktivkohle. Aktuell bauen wir das im Rahmen unseres Pilotprojektes in Wolfsburg erstmals im großen Maßstab ein. Perspektivisch soll die Adsorberharzstufe die Standzeit der Aktivkohle verlängern, indem sie ihr einen Teil der Spurenstofffracht abnimmt. Langfristig soll das Verfahren, kombiniert mit dem Membranreaktor, als vollständige vierte Reinigungsstufe funktionieren, sodass Aktivkohle nur noch als „Polizeifilter“ also eine Art Sicherheitsnetz dient oder sogar ganz entfällt.

Worin liegt der entscheidende Vorteil des ARKon-Prozesses gegenüber anderen Ansätzen?

Lukas Rüller: Der wesentliche Unterschied zur Aktivkohle: Mit zwei Regenerationsschritten können wir die reversibel gebundenen Spurenstoffe wieder desorbieren – sprich freisetzen oder abgeben. Das passiert parallel zum laufenden Betrieb, ohne das Harz auszutauschen. Übrig bleibt am Ende des Wasseraufbereitungsprozesses ein konzentriertes Spurenstoffkonzentrat, das wir über die Sondermüllverbrennung entsorgen. Nach aktuellen Berechnungen sprechen wir hier von einigen Kubikmetern des Konzentrats pro Jahr – das wird im Rahmen der großtechnischen Umsetzung noch genauer untersucht. In Wolfsburg haben wir grob einen zu reinigenden Ablaufstrom von 1.000 m³/h, davon wollen wir in der ARKon-Demonstrationsanlage 25 – 50 m³/h behandeln, die Demonstrationsanlage behandelt 25 bis 50 Kubikmeter pro Stunde. Wir haben also sehr große Volumenströmen mit geringen, aber wirksamen Konzentrationen an Spurenstoffen im Abwasser. Mit ARKon zielen wir darauf ab, diese Spurenstoffe in sehr kleine Volumen mit sehr hohen Konzentrationen zu überführen und damit kosten- und ressourceneffizient zu entsorgen.

Wasserkreislauf Wolfsburg: Vom Kläranlagen-Ausbau zum Pilotprojekt

Wolfsburg wird zur Modellregion für die Abwasserreinigung. Wie läuft das Projekt ab und was sind die konkreten Ziele von „Wasserkreislauf Wolfsburg“?

Lukas Rüller: Die Wolfsburger Entwässerungsbetriebe WEB schreiben aktuell die vierte Reinigungsstufe aus, sie sind Betreiber und verantwortlich für die Umsetzung. Die Ausschreibung endet im August, danach folgt die Vergabe. Planung und Bau der neuen Anlage sollen sich über das kommende Jahr erstrecken, sodass wir mit Inbetriebnahme und ersten belastbaren Langzeitdaten Ende 2027 bis Mitte 2028 rechnen. Wissenschaftlich begleitet wird das gesamte Projekt von Fraunhofer UMSICHT und ISI – von der erstmaligen Umsetzung unseres ARKon-Prozesses bis zur weiteren Optimierung im laufenden Betrieb. Parallel untersuchen wir mit einer größeren Versuchsanlage weitere Prozessparameter.

Thomas Hillenbrand: Uns ist dabei der Gesamtblick auf die Situation im Einzugsgebiet der Kläranlage einschließlich der ansässigen Gesundheitseinrichtungen als Einleiter wichtig: Bei Stoffen, die technisch schwer zu eliminieren sind, wie Röntgenkontrastmitteln, stellt sich ergänzend zur technischen Behandlung die Frage, ob wir sie schon vor der Kläranlage erfassen können. Wolfsburg ist dafür ein besonders relevanter Standort, weil das gereinigte Abwasser in der Region zur landwirtschaftlichen Bewässerung genutzt wird. Wegen sandiger Böden und häufiger Trockenzeiten ist die Landwirtschaft hier auf diese zusätzliche Wasserquelle angewiesen. So können aber entsprechend auch Spurenstoffe ins Grundwasser gelangen. Maßnahmen zur Reduktion der Spurenstoffe sind in der Region deshalb besonders essenziell.

Dr.-Ing. Hillenbrand, Sie haben die Bedeutung der Gesundheitseinrichtungen im Einzugsgebiet der Kläranlage angesprochen, wie ist der aktuelle Stand und welche messbaren Effekte erhoffen Sie sich von möglichen Maßnahmen?

Thomas Hillenbrand: Angedacht ist eine Pilotphase, in der wir die Bedeutung der medizinischen Einrichtungen genauer untersuchen, um anschließend eine Zusammenarbeit mit relevanten Indirekteinleitern anzustreben. Ziel soll es sein, dort Maßnahmen umzusetzen, die zu einer Verringerung der Abwasserbelastung führen. Anschließend sind Analysen im Zulauf der Kläranlage vorgesehen, um zu dokumentieren, in welchem Umfang tatsächlich eine Reduktion möglich ist. Hierzu laufen aktuell intensive Abstimmungsgespräche.

Vom Pilotprojekt in die Praxis: Nächste Schritte für kleinere Kläranlagen und Kliniken

Wie geht es mit dem Projekt weiter und welche Möglichkeiten haben beispielsweise Kliniken, wenn sie sich mit dem Thema beschäftigen wollen?

Lukas Rüller: Wir planen zukünftig natürlich unser ARKon-Verfahren weiter auszubauen und arbeiten an Downscaling-Konzepten, mit denen wir kleinere Kläranlagen, industrielle Anwendungen und perspektivisch auch Krankenhäuser unterstützen können. Aktuell sind wir hier noch in der reinen Konzeptphase: Wir erhoffen uns aus den Erkenntnissen im großen Maßstab Daten und ein besseres Verständnis, das wir dann auf kleinere Umsetzungsszenarien übertragen können.

Thomas Hillenbrand: Über den Runden Tisch hinaus treten wir auch mit Herstellern von Röntgenkontrastmitteln in Kontakt, um umweltverträglichere Lösungen zu entwickeln und zu erproben. Gerade in Gesprächen mit Abfall- und Nachhaltigkeitsbeauftragten aus Kliniken stoßen wir immer wieder auf großes Interesse am Umwelt- und Gewässerschutz und wollen verschiedene Beteiligte aktiv zusammenbringen – das gilt auch für die Leserinnen und Leser. Zögern Sie also nicht, uns zu kontaktieren.

Vielen Dank für das Gespräch!