Diplomarbeit

Beziehung zwischen Abwasser- und Aerosolzusammensetzung bei der Entstehung von Aerosolpartikeln während der Abwasserbehandlung

Melanie Beck (01/2003)

Betreuer: Michael Radke

In der Kläranlage von Bayreuth wurden Untersuchungen über aerosolgebundene Emissionen aus druckbelüfteten Abwasserbehandlungsbecken durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die gemessenen Aerosolkonzentrationen zeitlichen Änderungen unterlagen, die jedoch nicht durch eine veränderte Belüftungsrate, Windrichtung oder Temperatur zu erklären waren. Ziel dieser Arbeit war zu untersuchen, inwieweit ein Zusammenhang zwischen Steroidkonzentrationen im Abwasser und in abwasserbürtigen Aerosolpartikeln besteht.
Hierzu wurden im Januar und Februar 2003 Steroidkonzentrationen sowohl im Abwasser des belüfteten Vorklärbeckens der Kläranlage Bayreuth als auch in den aus diesem Becken emittierten Aerosolpartikeln ermittelt. Bei den untersuchten Steroiden handelte es sich um acht Sterole, darunter Cholesterol und Coprostanol, sowie um drei Estrogene. Da in der Literatur keine Methode zur Bestimmung von Steroiden in ungeklärtem Abwasser beschrieben war, wurde eine Extraktionsmethode hierfür entwickelt. Als zentrales Element der Aufarbeitung wurde eine Festphasenextraktion ausgewählt, die durch Variation der Phasenmaterialien und Elutionsmittel optimiert wurde.
Die bestimmten Konzentrationen von Coprostanol und Cholesterol lagen im Abwasser im Bereich von 30 bis 180 µg L-1 und in Aerosolpartikeln zwischen 400 und 5000 pg m-3. Alle weiteren Steroide wiesen deutlich geringere Konzentrationen auf. Bei einem Vergleich der zeitlichen Konzentrationsverläufe im Abwasser und Aerosol wurde deutlich, dass für die untersuchten Steroide kein Zusammenhang der Konzentrationen im Abwasser und Aerosol nachzuweisen war. Dies könnte dadurch bedingt sein, dass weitere Faktoren einen Einfluss auf die in Aerosolpartikeln gemessenen Konzentrationen haben. So kann beispielsweise die Konzentration an oberflächenaktiven Substanzen im Abwasser den Emissionsprozess beeinflussen oder die Hintergrundkonzentration der Steroide im städtischen Aerosol eine Rolle für die gemessenen Aerosolkonzentrationen spielen.
In allen Aerosol- und Abwasserproben wurden außerdem einige anorganische Ionen bestimmt. Im Gegensatz zu den Steroiden konnte für Ammonium und Kalium ein Zusammenhang der zeitlichen Konzentrationsverläufe im Abwasser und Aerosol gezeigt werden. Für alle anderen Ionen war jedoch keine Beziehung nachweisbar.
Die Berechnung von Anreicherungsverhältnissen von Steroiden bezüglich einem anorganischen Ion zeigte, dass Steroide im Aerosol im Vergleich zum Abwasser angereichert werden. Unpolare Substanzen wie Steroide werden folglich eher aus Oberflächenfilmen als aus der freien Wasserphase emittiert.