Beurteilungskonzept für Mikroverunreinigungen aus diffusen Quellen

Diffuse Einträge von Mikroverunreinigungen in Gewässern können zu Spitzenkonzentrationen führen, die deutlich über den gesetzlichen Anforderungen und den ökotoxikologischen Qualitätskriterien liegen. Wegen ihrer hohen Dynamik sind sie schwierig vorherzusagen und einzuschätzen. Ein neues Beurteilungskonzept will nun dabei helfen, diffuse Einträge praxistauglich zu messen und mit Hilfe von ökotoxikologischen Qualitätskriterien zu bewerten.

Die Messkampagnen der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass natürliche Gewässer der Schweiz mit organischen Spurenstoffen belastet sind. Besonders die Belastung mit Pflanzenschutzmitteln hat für Schlagzeilen gesorgt: Dazu entwickelt, um Schadorganismen zu töten, können einiger diese Stoffe schon in sehr geringen Konzentrationen Wasserorganismen schädigen. Im Gegensatz zu Inhaltsstoffen aus Reinigungsmitteln, Kosmetika und Arzneimitteln, die durch die Kläranlagen eingeleitet werden, gelangen Pflanzenschutzmittel und einige andere Stoffe überwiegend diffus über verschiedene Eintragspfade in die Oberflächengewässer. Es fehlte ein Konzept, um die Belastung der Schweizer Gewässer mit solchen Mikroverunreinigungen zu messen und zu beurteilen: Jetzt haben Oekotoxzentrum und Eawag zusammen ein Beurteilungskonzept für Mikroverunreinigungen aus diffusen Quellen erarbeitet, und zwar im Auftrag des Bundesamts für Umwelt.

Hohe Komplexität der diffusen Einträge

Diffus in die Gewässer eingetragen werden vor allem Stoffe aus der Landwirtschaft, aus Siedlungsgebieten und von Strassen, und zwar grösstenteils über Mischwasserüberläufe, Regenwasserkanäle, Drainagen, Oberflächenabfluss oder Drift. Während Stoffe aus Kläranlagen mehr oder weniger konstant ins Gewässer gelangen, erfolgt der Eintrag von Mikroverunreinigungen aus diffusen Quellen zeitlich dynamisch und ist oft auf spezielle Eintragsereignisse beschränkt. Hauptverantwortlich für die hohe Dynamik ist entweder das kurzfristige Auftreten des Stoffes – zum Beispiel beim Eintrag von Pflanzenschutzmitteln über Drift während der Anwendung – oder der Transport der Stoffe durch Regen – dies, wenn die Stoffe über Drainagen oder Fassadenabfluss eingetragen werden. Ausserdem kann derselbe Stoff aus verschiedenen Quellen in die Gewässer gelangen, und dieselbe Quelle kann über verschiedene Eintragspfade mit dem Gewässer verbunden sein. So kann zum Beispiel Diuron einerseits durch Fassadenabfluss über die Kanalisation in den Bach gelangen, oder durch Drift, Oberflächen- oder Drainagenabfluss von Rebbau- und Obstgebieten. Die Erfassung der Belastung diffuser Einträge ist aufgrund dieser Vielfalt eine grosse Herausforderung.

Auswahl relevanter Mikroverunreinigungen

Die Liste der Chemikalien, die aus verschiedenen Quellen in Gewässer gelangen können, ist lang. Im Produkteregister Indatox der Schweiz für schädliche Stoffe sind insgesamt 5500 Einzelstoff-Produkte gemeldet; in Stoffgemischen könnten es über 100‘000 einzelne Stoffe sein. Welche dieser enormen Vielzahl an Stoffen tragen nun zur Gewässerbelastung durch diffuse Einträge bei? Am relevantesten sind Stoffe, die wegen ihrer biologischen Aktivität verwendet werden: also Pflanzenschutzmittel, Biozide, Human- und Tierarzneimittel sowie einige Schwermetalle. Auf Basis ihrer Verwendung, ihrer Abbaubarkeit und ihrer ökotoxikologischen Bedeutung hat Irene Wittmer von der Abteilung Umweltchemie der Eawag insgesamt 48 organische Mikroverunreinigungen ausgewählt, die die wichtigsten Stoffquellen abdecken und in ökologisch relevanten Konzentrationen erwartet werden: nämlich 45 Pflanzenschutzmittel und/oder Biozide, 2 Pestizidabbauprodukte und ein Tierarzneimittel. Zusätzlich wurden die Schwermetalle Kupfer und Zink gewählt, die gewässerrelevant sind und ebenfalls aus diffusen Quellen freigesetzt werden.

Standortwahl und Probenahmestrategie sind entscheidend

Bei der Standortwahl für eine Untersuchung ist es wichtig, die Fragestellung zu definieren: Will man a) eine Standardsituation, b) einen überdurchschnittlich belasteten Standort oder c) ein Gewässer untersuchen, in dem Hinweise vorliegen, dass die Wasserorganismen beeinträchtigt sind? In allen Fällen wird empfohlen, zunächst die Landnutzung der möglichen Untersuchungsorte und Einzugsgebiete zu analysieren. So kann abgeklärt werden, welche Landwirtschafts- und Siedlungsquellen vorkommen und ob der Standort für die gewählte Fragestellung repräsentativ ist. Je höher zum Beispiel die Feldanteile in einem Einzugsgebiet, desto höhere Pestizidkonzentrationen werden im Gewässer erwartet. Zunächst sollten die ausgewählten Mikroverunreinigungen im Gewässer chemisch analysiert werden. Bei der Probenahme sind zeitproportionale Zweiwochenmischproben zur Beurteilung der chronischen Belastung am besten geeignet: Diese sind weniger aufwendig durchzuführen als zeitlich hoch ausgelöste Proben während Regenereignissen und haben doch eine hohe Aussagekraft. Für die Bewertung der Wasserqualität werden die gemessenen Umweltkonzentrationen der Chemikalien mit den chronischen wirkungsbasierten Qualitätskriterien für diese Stoffe verglichen, um zu beurteilen, ob eine Gefährdung besteht. Die vom Oekotoxzentrum ebenfalls hergeleiteten Qualitätskriterien zur Beurteilung akuter Risiken eignen sich für diesen Vergleich nicht, da Spitzenkonzentrationen mit der gewählten Probenahmestrategie nicht erfasst werden.

Beurteilungskonzept für diffuse Mikroverunreinigungen

Marion Junghans vom Oekotoxzentrum hat für die ausgewählten Stoffe diese wirkungsbasierten Qualitätskriterien erarbeitet, also Konzentrationsgrenzen, die zum Schutz der aquatischen Umwelt nicht überschritten werden sollten. Als Basis dafür dienten akute und chronische Toxizitätsdaten von Algen, wirbellosen Tieren und Fischen. Alle Qualitätskriterien-Vorschläge finden Sie unter www.oekotoxzentrum.ch/qualitaetskriterien. Bis jetzt gelten in der Schweiz für Mikroverunreinigungen noch keine rechtlich verbindlichen Qualitätskriterien. Eine Ausnahme sind die organischen Pestizide, für die in der Gewässerschutzverordnung ein einheitlicher Grenzwert von 0.1 μg/L festgesetzt ist – allerdings nicht auf der Basis von toxischen Wirkungen. Effektbasierte Qualitätskriterien sind aber in der neuen Gewässerschutzverordnung vorgesehen, die momentan in der Vernehmlassung ist. Abhängig vom Verhältnis zwischen Umweltkonzentration und Qualitätskriterium kann die Wasserqualität – angelehnt an das Modul Nährstoffe im Modulstufenkonzept – in fünf Zustandsklassen eingeteilt werden, die von sehr gut bis schlecht reichen (siehe Tabelle).

Es war das Ziel, ein praxistaugliches Konzept vorzuschlagen, um die Wasserqualität von Oberflächengewässern bezüglich der Belastung durch gewässerrelevante Mikroverunreinigungen aus diffusen Einträgen zu beurteilen. Die Arbeit richtet sich an Vollzugsbehörden des Gewässerschutzes, besonders die kantonalen Gewässerschutzfachstellen sowie weitere Fachleute aus dem Bereich Gewässerschutz, die auch bei der Erarbeitung des Konzeptes miteinbezogen wurden. Zusammen mit dem Beurteilungskonzept für Mikroverunreinigungen aus kommunalem Abwasser von 2010 kann das Konzept als Grundlage für eine zukünftige Publikation Umweltvollzug des Bundesamts für Umwelt dienen, welche die Gesetzesanforderungen konkretisieren soll.