Projekt "Umweltrelevante Eigenschaften synthetischer Nanopartikel"

Projektbeschreibung und Zielsetzung

Untersuchungen zum Verhalten von Nanopartikeln in Laborkläranlagen

Synthetische Nanopartikel aus dem konsumentennahen Bereich und der Produktion können mit dem Haushalts- und Industrieabwasser in kommunale Kläranlagen gelangen. Bei Nanopartikeln mit antibakteriellen Eigenschaften (zum Beispiel Silber-, Titandioxid-, Zinkoxid oder Kupferoxid-Nanopartikel) ist nicht auszuschließen, dass die Belebtschlammbakterien geschädigt werden und damit die Reinigungsfunktion der Kläranlage beeinträchtigt wird.

Unklar ist auch, in welchem Ausmaß Nanopartikel über den Ablauf der Kläranlage in die Gewässer gelangen können.

Diese Fragestellungen wurden in Laborkläranlagen untersucht.

Ergebnisse

Bei Laborkläranlagen, die mit Nanopartikeln in umweltrelevanten Konzentrationen beaufschlagt wurden, fanden sich ca. 82-88% der Nanopartikel im Klärschlamm, ca. 5-9% gelangten in den Kläranlagenablauf. Somit wird nur ein sehr geringer Anteil der Nanopartikel in die Gewässer ausgetragen.

Untersuchungen zum Einfluss von Nanopartikeln auf Belebtschlammprozesse zeigten, dass Hemmwirkungen nicht oder erst bei unrealistisch hohen Nanopartikel-Konzentrationen auftreten.

Nanosilber hemmte die Nitrifikation im Belebtschlamm erst ab einer Konzentration von 1000 mg Ag/kg TS. Derartig hohe Silberkonzentrationen kommen in der Umwelt nicht vor. Die in Klärschlämmen gemessenen Silberkonzentrationen lagen unter 12 mg Ag/kg TS, in bayerischen Oberflächengewässern wurden maximal 0,2 µg Nano-Silber/l gefunden. Auch hohe Konzentrationen von Titandioxid- und Kupferoxid-Nanopartikeln (1000 mg Metall/kg TS) hemmten die Nitrifikation nicht. Die tatsächlichen Konzentrationen dieser Metalle in Klärschlämmen liegen unter 500 mg/kg TS, Oberflächengewässer enthielten maximal 0,2 µg/l (Nano-Titan) bzw. 0,1 µg/l (Nano-Kupfer). Mit Nano-Zinkoxid (1000 mg/kg TS) wurde ebenfalls keine Hemmung beobachtet. Derartige Zinkkonzentrationen werden zwar in realen Klärschlämmen erreicht, doch ist davon auszugehen, dass Zink in der Realität überwiegend ionisch und nicht nanopartikulär vorliegt. In Oberflächengewässern wurde Nano-Zink in Konzentrationen von maximal 0,2 µg/l gefunden.

Einflüsse von Nanopartikeln auf die Atmungsaktivität des Belebtschlamms waren auch bei hohen Partikel-Konzentrationen (1000 mg Metall/kg TS) nicht nachweisbar.

Fazit

Die mit dem Abwasser in Kläranlagen gelangenden Nanopartikel werden zum weitaus größten Teil im Klärschlamm zurückgehalten. Nanopartikel in umweltrelevanten Konzentrationen beeinträchtigen nicht die Funktion von Kläranlagen. Selbst bei Konzentrationen, die um ein Vielfaches höher sind als die Konzentrationen in Oberflächengewässern, waren Wirkungen von Nanopartikeln auf Klärschlamm-organismen nicht nachweisbar.

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referat 76