Identifizierung und Quantifizierung von Verbindungen mit östrogener Wirkung im Abwasser

Abstract

Durch Entwicklung und Optimierung eines GC-MS-Analyseverfahrens wurden in wässrigen Matrizes (Abwässer aus Kläranlagenabläufen und Regenüberlaufbecken, Oberflächengewässer) folgende Verbindungen strukturell eindeutig identifiziert und quantifiziert: Östron, 17beta-Östradiol, 17alpha-Ethinylöstradiol, Mestranol), beta-Sitosterol, Genistein, Benzyl-n-butylphthalat, Di-n-butylphthalat, Bisphenol A, 4-Nonylphenol, 4-Nonylphenoxyessigsäure (NP1EC), 4-Nonylphenoldiethoxylat und alpha-Endosulfan). Im Laufe des Screenings wurden zusätzlich noch Zearalenon, alpha-Zearalenol und 4-tert-Oktylphenol in die Analyse einbezogen. Bei der Diskussion der Befunde war ein Zusammenhang zwischen technischer Ausstattung einer Kläranlage und den Konzentrationen östrogenartig wirksamer Verbindungen erkennbar. Die Ergebnisse ließen sich auch mit den Resultaten eines biologischen Wirkungstests (E-Screen-Assay) zur Ermittlung der östrogenen Gesamtaktivität korrelieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Abwasser eines Kläranlagenablaufs nach der Polarität der Spurenstoffe in drei Fraktionen geschnitten. Die größte östrogene Aktivität ist in der zweiten Fraktion konzentriert, die die natürlichen und synthetischen Östrogene enthält. Die stärker polare erste Fraktion liefert keinen Beitrag zur östrogenen Gesamtaktivität des Abwassers, während in der eher lipophilen dritten Fraktion etwa 10 % der östrogenen Gesamtaktivität konzentriert sind, verursacht größtenteils durch Xenoöstrogene. Auch für die einzelnen Fraktionen waren die Ergebnisse von E-Screen-Assay und GC-MS-Analyse vergleichbar. Im dritten Teil wurde das Eliminationsverhalten hormonell wirkender Verbindungen am Beispiel der Nonylphenolpolyethoxylate (NPnEO) untersucht. Die Versuche wurden in einem Batchreaktor, befüllt mit belebtem Schlamm und Überstandswasser, ausgeführt und mit HPLC-MS/MS analysiert. Dabei wurde die Bildung von NP1EC in Abhängigkeit von Temperatur und Zusammensetzung der zugegebenen NPnEO-Mischung verfolgt.

A GC-MS-based procedure was developed and optimized which allows simultaneous determination of the following organic compounds in varying aqueous matrices (sewage treatment plant (STP) and storm retention basin effluents, surface water): estrone, 17beta-estradiol, 17alpha-ethinylestradiol, mestranol, beta-sitosterol, genistein, benzyl butyl phthalate, dibutyl phthalate, bisphenol A, 4-nonylphenol, 4-nonylphenoxy acetic acid (NP1EC), 4-nonylphenol diethoxylate and alpha-endosulfan. During the development of the screening protocol additionally zearalenone, alpha-zearalenol and 4-tert-octylphenol were included in the analysis. A significant correlation with the concentration of estrogenically active compounds in the effluent is apparent for the technical equipment standard of the STPs. The GC-MS results are consistent with the total estrogenic activity determined with a biological test system (E-Screen-Assay). In the second part of this work, the waste water from a STP effluent was fractioned according to the polarity of the trace compounds, and the sample cut into three fractions. Most of the estrogenic activity is concentrated in the second fraction, containing the natural and synthetic estrogens. The more polar first fraction does not contribute to the total estrogenic activity. In the more lipophilic third fraction of the waste water sample, ca. 10 % of the activity are concentrated, due principally to xenoestrogens. The results of E-screen assay and GC-MS analysis were once again comparable, individually, for the three single fractions. In a third part, the elimination behaviour of hormonally active compounds was studied exemplarily for the nonylphenol ethoxylates (NPnEO). The elimination experiments were carried out in a batch reactor, filled with activated sludge and supernatant water and monitored by HPLC-MS/MS. Formation of the NP1EC was followed, depending on the reactor temperature and the composition of the technical NPnEO mixture added.