Bedenkliche Inhaltsstoffe wirksam aus dem Abwasser entfernen

Abwäss­er aus der Phar­main­dus­trie zu behan­deln, wird immer anspruchsvoller: ständig neue Medika­mente und fort­laufend aktuelle Anwen­dun­gen. Envi­ro­Chemie bietet neben ein­er sorgfälti­gen Ana­lytik eine Rei­he von Ver­fahren an, um beden­kliche Inhaltsstoffe zuver­läs­sig aus dem indus­triellen Abwass­er zu entfernen.
Rück­stände von Medika­menten lassen sich im Wass­er nach­weisen. Das gilt für Antibi­oti­ka genau­so wie für Hor­mone und viele andere Arten von Medika­menten, die Men­schen ein­nehmen oder sich als Salbe auf die Haut auf­tra­gen. Bere­its bei der Pro­duk­tion von Phar­mazeu­ti­ka sind die dabei anfal­l­en­den Abwäss­er mit Resten von Arzneimit­tel­wirk­stof­fen belastet.
Solche Stoffe kön­nen Men­schen und Tieren poten­ziell schaden, zumal einige davon sich mit der Zeit in der Umwelt ansam­meln. Vor allem wächst die Band­bre­ite an Medika­menten stetig, gle­ichzeit­ig wer­den auch auf­grund des demographis­chen Wan­dels immer mehr Phar­ma­ka ver­braucht. Die Folge: Das Prob­lem wird sich zwangsläu­fig in Zukun­ft noch weit­er verschärfen.
Arznei­wirk­stoffe sind biol­o­gisch schw­er abbaubar 
Nur die soge­nan­nten aktiv­en phar­mazeutis­chen Wirk­stoffe (active phar­ma­ceu­ti­cal ingre­di­ents, API) machen die arzneiliche Wirkung aus. „Ein großer Anteil eines Medika­mentes wird aus­geschieden und lan­det unverän­dert oder als Abbaupro­dukt im Abwass­er“, sagt Elmar Bil­lenkamp, Diplomin­ge­nieur und Abteilungsleit­er bei EnviroChemie.
So verun­reini­gen API in hohen Konzen­tra­tio­nen die Abwäss­er von Phar­mafab­riken und Spuren davon lan­den schließlich auch in kom­mu­nalen Kläran­la­gen. Sie sind in der Regel schw­er biol­o­gisch abbaubar. Ohne Vor­be­hand­lung dür­fen die Abwäss­er deswe­gen nicht in Kläran­la­gen ein­geleit­et wer­den. Schätzen Abwasser­ex­perten bes­timmte API als öko­toxikol­o­gisch belas­tend ein, soll­ten sie am besten sofort am Entste­hung­sort eli­m­iniert werden.
Die Phar­main­dus­trie ste­ht also vor der Her­aus­forderung, die Rest­stoffe im Wass­er effek­tiv und kosten­ef­fizient zu ent­fer­nen, ohne dabei der Umwelt zu schaden.

 „Die Auf­gaben bei der Behand­lung von Abwass­er aus der Pharmapro­duk­tion wer­den immer dif­feren­ziert­er“, sagt Bil­lenkamp. Häu­fig seien kom­plexe Abwäss­er zusät­zlich starken Schwankun­gen unter­wor­fen: „Es kom­men auch laufend neue Wirk­stoffe und Anwen­dun­gen dazu.“

Ein präg­nantes Beispiel dafür ist das Ten­sid Octox­i­nol 9 – denn es ist als Lösung in vie­len Corona-Schnelltests enthal­ten und damit ein Parade­beispiel für einen Stoff, der inner­halb kurz­er Zeit eine kom­plett neue Her­aus­forderung für Abwäss­er darstellt. Octixonol wird unter dem Han­del­sna­men Tri­ton X100 verkauft und darf auf­grund sein­er Tox­iz­ität auch in gerin­gen Men­gen nicht ins Abwass­er gelan­gen. Auf­grund der erhöht­en Produktions- und Abnah­memen­gen sind Pro­duzen­ten nun gefordert, hier ganz neue Lösun­gen zu entwick­eln – dafür ist die Exper­tise von Abwasser­spezial­is­ten unerlässlich.
Prob­lema­tis­che Inhaltsstoffe gle­ich am Entste­hung­sort eliminieren
Wen­ngle­ich die Anforderun­gen steigen, wird par­al­lel dazu auch die Ana­lytik immer bess­er, wie Bil­lenkamp betont: „In Spezial­la­boren lassen wir öko­toxikol­o­gis­che Unter­suchun­gen des Abwassers durch­führen. Unsere Forschungs- und Entwick­lungsabteilung arbeit­et dabei mit Uni­ver­sitäten und Insti­tuten zusammen.“
Wie stark das Abwass­er gere­inigt wer­den muss, darüber entschei­det der soge­nan­nte PNEC-Wert eines Stoffes, der von Umwelt­la­boren fest­gelegt wird. Das Akro­nym von „pre­dict­ed non-effective con­cen­tra­tion“ bezieht sich auf den Schwellen­wert eines tox­is­chen Stoffs im Wass­er, bei dem kein Ein­fluss auf die Umwelt nachgewiesen wurde. Unter­halb des PNEC-Werts gel­ten Stoffe im Wass­er also als akzept­abel, das Abwass­er kann abgeleit­et werden.
Den CO2-Fußabdruck reduzieren 
Um Abwass­er aus der phar­mazeutis­chen Pro­duk­tion vorzube­han­deln, kom­men unter­schiedliche Ver­fahren in Betra­cht. Dabei kön­nen auch mehrere Tech­nolo­gien miteinan­der kom­biniert wer­den. Häu­fig lassen Unternehmen wäss­rige Abfälle von exter­nen Anbi­etern ver­bren­nen. Das allerd­ings ist sehr kosten­in­ten­siv, weil erst das Wass­er ver­dampfen muss, bevor die Fest­stoffe ver­bren­nen kön­nen. Neben dem hohen Energieaufwand wird dabei viel CO2 aus­gestoßen: „Hinzu kom­men LKW-Transporte, das erhöht den CO2-Footprint zusät­zlich“, erk­lärt Billenkamp.
Auch physikalis­che Ver­fahren sind teuer. Rück­stände im Abwass­er wer­den bei der Mem­bran­tech­nik her­aus­ge­filtert oder von Aktivkohle absorbiert. Anschließend müssen die Unternehmen diese Rest­stoffe kostenpflichtig entsor­gen lassen. Je nach Art des Abwassers kön­nen sich diese Ver­fahren aber eignen, wenn man sie mit anderen Tech­nolo­gien kombiniert.
AOP-Verfahren zur Vor­be­hand­lung von Abwässern
„Gängiger sind heute die ele­gan­ten AOP-Verfahren“, so Bil­lenkamp. Also erweit­erte Oxi­da­tion­sprozesse („Advanced Oxi­da­tion Process­es“), bei denen API oder andere schw­er abbaubare Stoffe in kleinere organ­is­che Bruch­stücke zerteilt wer­den. Denn viele der Stoffe beste­hen aus langket­ti­gen Molekülen, die von Bak­te­rien in den Kläran­la­gen nicht aufge­brochen wer­den können.
Zum Beispiel Ozon oder auch Wasser­stoff­per­ox­id (H2O2) kom­biniert mit UV- Licht bewirken bei der Oxi­da­tion, dass Hydroxyl- Radikale (OH-Radikale) entste­hen, die beson­ders schnell und stark mit fast allen oxi­dier­baren Sub­stanzen reagieren. So wer­den aus den kom­plex­en Schad­stoff­molekülen kleinere organ­is­che Bruch­stücke, die nicht mehr beden­klich sind und sich anschließend biol­o­gisch klären lassen.
Art und Zusam­menset­zung des Abwassers ist entscheidend
Welch­es AOP-Verfahren am besten greift, hängt von der Art des Abwassers und seinen Bestandteilen ab.

„Die meis­ten Unternehmen spezial­isieren sich auf ein Ver­fahren. Wir sind hier aber ver­fahren­sof­fen“, sagt Bil­lenkamp. In eige­nen Laboren und Pilotan­la­gen erproben die Abwasser­ex­perten von Envi­ro­Chemie die unter­schiedlichen Ver­fahren für die ver­schiede­nen Phar­ma­ka und näh­ern sich so ein­er Lösung an. „Zusam­men mit unseren Kun­den entwick­eln wir die jew­eils passende Wasserbehandlungsmethode.“

Als Beispiel hat Envi­ro­Chemie gemein­sam mit der Fir­ma Roche und in Zusam­me­nar­beit mit dem Insti­tut IUTA in Duis­burg ein Ver­fahren entwick­elt, um das Abwass­er ein­er neuen Pro­duk­tion­san­lage in Mexiko von Phar­maspuren zu befreien. Es ging unter anderem um den Wirk­stoff Capecitabin (API) in einem Medika­ment zur Kreb­s­ther­a­pie, der nach Analy­sen als öko­toxikol­o­gisch kri­tisch eingestuft wor­den war. Hier punk­tete das AOP-Verfahren der Ozon-Oxidierung gegenüber UV/H2O2 und Aktivkohle vor allem unter ökol­o­gis­chen und ökonomis­chen Aspek­ten. Es wurde erst im Labor­maßstab getestet und anschließend großtech­nisch umgesetzt.
Abwass­er immer aufs Neue analysieren
„Wir müssen die Zusam­menset­zung des Abwassers für jedes Pro­jekt neu analysieren und unsere Behand­lung anpassen“, beschreibt Bil­lenkamp: Wie viel Wasser­stoff, wie viel Per­ox­id braucht man, um die Schad­stoffe so weit zu eli­m­inieren, dass das Abwass­er unprob­lema­tisch ist? Müssen zunächst Füll­stoffe her­aus­ge­filtert wer­den? Wie lange muss man das Abwass­er behan­deln – 20 Minuten, eine Stunde oder länger? Oder: Welche Kapaz­ität brauchen die UV-Lampen, um opti­mal zu funk­tion­ieren? Die indi­vidu­elle Ausar­beitung der Anla­gen­lö­sung fordert bei jedem Pro­jekt die volle Exper­tise der Fach­leute. Auf diese Weise sam­meln die Mitar­bei­t­en­den von Envi­ro­Chemie Erfahrun­gen über den opti­malen Ressourcenein­satz bei unter­schiedlichen Abwässern, gle­ichzeit­ig entwick­elt das Team von Forschung & Entwick­lung neue Tech­nolo­gien und beste­hende Ver­fahren weiter.
Neben den auf das Abwass­er abges­timmten Ver­fahren, der richti­gen Dosierung und Behand­lungs­dauer gibt es weit­ere ver­fahren­stech­nis­che Möglichkeit­en, die Behand­lung des Abwassers zu opti­mieren. Die Envi­roWa­ter Group, zu der auch Envi­ro­Chemie gehört, ist dafür als Spezial­is­ten­net­zw­erk von Unternehmen für die Abwasser­be­hand­lung gut aufgestellt: Zum Beispiel mit dem Roturi-Verfahren bei Anwen­dun­gen mit Ozon, das up2e! entwick­elt hat. Damit lässt sich das Ozon beson­ders effizient zur Ent­fer­nung von phar­mazeutis­chen Wirk­stof­fen einsetzen.
Envi­ro­Chemie entwick­elt gemein­sam mit Unternehmen aus der Pharmabranche nach­haltige Alter­na­tiv­en zur ther­mis­chen Ver­bren­nung von Abwass­er, das mit API-belastet ist. „Die Ver­fahren sind so aus­gelegt, dass sie sich flex­i­bel anpassen lassen, wenn sich die Zusam­menset­zung des Abwassers ändert“, sagt Bil­lenkamp, „Und sie sollen sich auf lange Sicht rechnen.“