Eignung von Acesulfam als Tracer< zurück

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Acesulfam als Tracer für die Quantifizierung von Abwasser- und Oberflächenwassereinfluss in Uferfiltrat und Grundwasser

Künstliche Süßstoffe, besonders Acesulfam, wurden in Konzentrationen bis zu 10 μg/L in Oberflächenwasser nachgewiesen. Da Acesulfam sich im aeroben Milieu als sehr stabil erwiesen hat, in großen Mengen eingesetzt wird, eine hohe Persistenz aufweist und über die Kläranlagen in die Vorfluter gelangt, scheint es als Tracer gut geeignet zu sein, um den Einfluss von Oberflächenwasser in Uferfiltraten zu quantifizieren. In der ersten Phase des Vorhabens wurden Sorptionsneigung und Stabilität von Acesulfam in Batchversuchen und Laborsäulenversuchen bei unterschiedlichen Redoxbedingungen gemeinsam mit dem IfW (Schwerte) untersucht. Dabei wurden sowohl Stabilität gegenüber Bioabbau als auch eine sehr geringe Sorption bei für die Uferfiltration maßgeblichen Randbedingungen nachgewiesen. In einem Versuchsansatz mit geklärtem Abwasser erfolgte jedoch eine reproduzierbare, vollständige Transformation von Acesulfam innerhalb von 7 bis 11 Tagen.

Feldstudien an 6 verschiedenen Uferfiltratstandorten mit Aufenthaltszeiten von etwa 1 Tag bis > 2 Jahren erbrachten unterschiedliche Ergebnisse, die jeweils durch Betrachtung weiterer Wasserinhaltsstoffe abgesichert wurden. An drei Standorten erfolgte eine Verminderung der Acesulfamkonzentration um bis zu 66 %, der sich nicht durch Verdünnung erklären ließ. Bei kurzen Aufenthaltszeiten von wenigen Tagen erfolgte am vierten Standort nur ein geringer Rückhalt (15 %), während dort bei längeren Aufenthaltszeiten von 36 bis zu 90 Tagen ein Rückhalt von bis zu 49 % beobachtet wurde, der auf einer teilweisen Transformation von Acesulfam beruhen dürfte. Auch in älterem Wasser (ca. 280 Tage Aufenthaltszeit) wurde Acesulfam noch in relativ hohen Konzentrationen bis 1,4 μg/L nachgewiesen. An einem weiteren Standort ließ sich der Konzentrationsrückgang von Acesulfam alleine durch advektiv/dispersive Effekte erklären. Am sechsten Standort war eine Quantifizierung des Acesulfamrückhaltes nicht möglich, jedoch wurde in Messstellen mit älterem Uferfiltrat (>2a) über etwa ein halbes Jahr Acesulfam in gleichbleibend hohen Konzentrationen nachgewiesen, was für eine hohe Stabilität von Acesulfam an diesem Standort spricht.

Die Resultate der Feld- und Laborstudien befinden sich im Einklang mit bisher publizierten Erkenntnissen zum Verhalten von Acesulfam, da insbesondere in jüngsten Studien ebenfalls ein Abbau von Acesulfam beobachtet wurde, während in vielen älteren Untersuchungen meist eine hohe Persistenz von Acesulfam festgestellt wurde. Hinweise auf mögliche Ursachen für dieses ambivalente Verhalten von Acesulfam erbrachten die Untersuchungen eines Kläranlagenablaufes, die auf einen Zusammenhang der Acesulfamtransformation mit dem Nitratrückhalt schließen lassen. Außerdem könnten an den Uferfiltratstandorten kurzfristige Wechsel im Redoxmilieu und/(oder) der Nährstoffversorgung eine Transformation von Acesulfam induzieren.

Acesulfam kann daher nicht als idealer Tracer angesehen werden. Es ist jedoch nach bisherigem Kenntnisstand im Feld stabil genug, um qualitativ einen Oberflächenwassereinfluss oder eine Kanalleckage zu belegen. Im günstigsten Fall lassen sich sogar längerfristige Konzentrationsschwankungen von Acesulfam im Gewässer in Uferfiltratstrecken nachvollziehen und dadurch Rückschlüsse auf die Aufenthaltszeiten ziehen. Eine vollständige Transformation von Acesulfam wurde nur im Labor, nicht aber im Feld beobachtet.

Veröffentlichungen:

Storck, F.R., Skark, C., Remmler, Brauch, H.-J. (2016). Environmental fate and behavior of acesulfame in laboratory experiments. Water Science and Technology 74(12), pp. 2832-2842. doi: 10.2166/wst.2016.452. ISSN: 0273-1223.

Storck, F.R., Brauch, H.-J., Skark, C., Remmler, F., Zullei-Seibert, N. (2015) Acesulfam – ein universeller Tracer? ewp – DVGW energie|wasser-praxis, 66(7/8), pp. 26-31, ISSN: 1436-6134.

Storck, F.R., Wößner, A., Skark, C., Remmler, F., Zullei-Seibert, N., Brauch, H.-J. (2014). Verhalten von Acesulfam in Feldstudien und Laborversuchen. In: Kurzreferate, Wasser 2014, 26.-28.05.2014, Haltern am See, Wasserchemische Gesellschaft - Fachgruppe in der Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (ed.), Mülheim a.d. Ruhr, pp. 90-94. ISBN 978-3-936028-83-6

Storck, F.R., Skark, C., Remmler, F., Zullei-Seibert, N., Brauch, H.-J. (2012). Eignung von Acesulfam als Tracer für die Quantifizierung von Oberflächenwassereinfluß in Uferfiltrat. Vom Wasser - Das Journal 110 (3), pp. 73-75

Storck, F.R. (2012) Acesulfam als Abwassertracer. Kapitel 6 in: Veröffentlichungen aus dem DVGW-Technologiezentrum Wasser, Band 55, Grundlagen für sichere Entscheidungen in der Wasserversorgung, 17. TZW-Kolloquium / 04. Dezember 2012. Hrsg. TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser, Karlsruhe, pp.89-97.

Lange, F.T., Scheurer, M., Storck, F.R., Brauch, H.-J. (2012). Künstliche Süßstoffe als Abwasserindikatoren und Vorläuferverbindungen von Ozonungsnebenprodukten. energie|wasser-praxis, 63(10), pp. 18-22

Scheurer, M., Storck, F.R., Graf, C., Brauch, H.-J., Ruck, W., Lev, O., Lange, F.T. (2011). Correlation of six anthropogenic markers in wastewater, surface water, bank filtrate, and soil aquifer treatment. Journal of Environmental Monitoring 13:966-973.

Scheurer, M., Storck, F.R., Brauch, H.-J., Lange, F.T. Performance of conventional multi-barrier drinking water treatment plants for the removal of four artificial sweeteners (2010). Water Research 44: 3573-3584.

Kontakt

Dr. Florian R. Storck
Karlsruher Straße 84
76139 Karlsruhe
Deutschland

Tel.: +49 721 9678-139
Fax: +49 721 9678-104
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Projektpartner

Institut für Wasserforschung (IfW), Schwerte

Förderung

Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW), Technologiezentrum Wasser (TZW)

Projektdauer

07/2011 – 12/2014