Diplomarbeit

Behaviour of pharmaceuticals in rivers: flume experiments on the effect of different hydraulic conditions on elimination kinetics

Uwe Kunkel (01/2008)

Betreuer: Michael Radke

Zahlreiche Arzneimittelrückstände wurden in den letzten Jahren im Oberflächenwasser, im Grundwasser und sogar im Trinkwasser ermittelt. Daneben berichten einige Studien über das Verhalten von Arzneimitteln in Batch-Experimenten und Säulenversuchen. Diese Ansätze sind allerdings nicht in der Lage die Wechselwirkungen zwischen Oberflächenwasser und Sediment – die entscheidend für das Verhalten von Arzneimitteln in Flüssen sind – richtig nachzubilden. Deshalb wurde ein künstliches Labor-Fließgerinne entworfen mit dem der Einfluss von verschiedenen Fließbedingungen auf die Eliminierung saurer Arzneimittel aus Fließgewässern untersucht wurde. Ziel dieser Arbeit war es, das Verhalten von Bezafibrat, Clofibrinsäure, Diclofenac, Gemfibrozil, Ibuprofen und Naproxen in Abhängigkeit von verschiedenen Fließgeschwindigkeiten zu bestimmen. Dazu wurden zwei verschiedene Eliminierungsgeschwindigkeiten berechnet. Zunächst wurden Dissipation Times (DT50) der Pharmaka aus dem Konzentrationsverlauf im Oberflächenwasser abgeleitet. Des Weiteren wurden Halbwertszeiten des mikrobiellen Abbaus (tH) der Pharmaka bestimmt. Dazu wurde einerseits Clofibrinsäure als inerter Tracer verwendet, andererseits wurden Halbwertszeiten durch inverse Simulation abgeleitet. Schließlich wurden die DT50 und tH mit der mittleren Fließgeschwindigkeit des jeweiligen Versuchs auf entsprechende Dissipation Distances (DD50) and Halbwertstrecken (dH) hochgerechnet. Die einzelnen Pharmaka verhielten sich stark unterschiedlich. Ibuprofen wurde seht gut mikrobiell abgebaut, Bezafibrat und Naproxen etwas schlechter. Im Gegensatz dazu verhielt sich Clofibrinsäure wie ein inerter Tracer. Das Verhalten von Diclofenac und Gemfibrozil hing stark von den Redoxbedingungen im Sediment ab. Sorption war für alle Arzneimittel von untergeordneter Bedeutung. Die DT50 lagen im Bereich von 1,2 Tagen für Ibuprofen bis hin zu 8,5 Tagen für Diclofenac. Die DT50 der einzelnen Pharmaka waren bei der höheren Fließgeschwindigkeit aufgrund stärkeren Austausches von Oberflächenwasser und Porenwasser stets kleiner. Errechnete Halbwertszeiten erstreckten sich von 2,4 Tagen für Ibuprofen bis hin zu 18,6 Tagen für Gemfibrozil und waren von der Fließgeschwindigkeit im Oberflächenwasser abhängig. Unterschiede in den Abbauraten sind durch andere Redoxbedingungen im Sediment sowie durch Transport-limitierten Abbau zu erklären. Inverse Simulation stellte aufgrund ungenügender Anzahl von Messdaten im Sediment keine geeignete Methode für die Berechnung von Halbwertszeiten dar. Die DD50 erstreckten sich von 24,1 Kilometern (Ibuprofen) bis hin zu 146,9 Kilometern (Gemfibrozil), Die Halbwertsstrecken von 52,5 Kilometern für Ibuprofen bis hin zu 278,3 Kilometern bei Diclofenac. Obwohl die (zeitliche) Eliminierungsrate bei der höheren Fließgeschwindigkeit kürzer war, lagen die entsprechenden Eliminierungsentfernungen bei beiden Fließgeschwindigkeiten in ähnlichen Bereichen.