Abbauverhalten von Antibiotika

UBA FKZ 29863722, Laufzeit 1999-2003

Abbauverhalten von Antibiotika

Auftraggeber:

Umweltbundesamt, Dessau (FKZ 298 637 22)

Durchführung:

Hydrotox GmbH, Stefan Gartiser, Elke Urich

Im Rahmen des Verbundvorhabens:

Eintrag von Antibiotika in die aquatische Umwelt - Prüfung der biologischen Abbaubarkeit ausgewählter Antibiotika, ihr Vorkommen im Abwasser und ihr möglicher Einfluss auf die Reinigungsleistung kommunaler Kläranlagen. Identifizierung von Risikofeldern.

Institut für Umweltmedizin und Krankenhaushygiene, Universitätsklinikum Freiburg, Prof. Dr. Klaus Kümmerer (Projektleitung)

Projektlaufzeit:

August 1999 – August 2003

Im Rahmen des größeren Verbundvorhabens bearbeitete Hydrotox das Teilprojekt "Bestimmung der aeroben und anaeroben Abbaubarkeit sowie der Hemmung der anaeroben mikrobiellen Aktivität von Antibiotika in genormten Testsystemen".

Zusammenfassung

Antibiotika stellen aufgrund ihrer bioziden Wirkung besondere Anforderungen bei der Untersuchung der biologischen Abbaubarkeit. Ein Teilaspekt der experimentellen Arbeiten lag daher auf der Entwicklung von geeigneten praktikablen Testverfahren.

Folgende Testverfahren wurden eingesetzt:

Inhärente Abbaubarkeit im CO2/DOC-Kombinationstest

Prinzipiell kann bei Testmethoden, die alleine auf der Abnahme des gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) als Endpunkt des Abbaus beruhen (u.a. Zahn-Wellens-Test), nicht zwischen Elimination durch biologischen Abbau und Elimination durch physikochemische Faktoren (u.a. Adsorption) unterschieden werden. Das Testergebnis wird daher zunächst als "Elimination" und nicht als "Abbau" gewertet. Auf der anderen Seite ist die Adsorption und der nachfolgende Abbau Grundlage des Belebtschlammverfahrens und die adsorbierten Anteile sind nicht prinzipiell dem biologischen Abbau entzogen.

Durch eine geeignete Kombination verschiedener Endpunkte (CO2, DOC) kann der mineralisierte Anteil vom adsorbierten unterschieden werden. In Anlehnung an ISO 14852 und dem ISO 9439 wurde diese Methode im F+E-Vorhaben optimiert. Benzylpenicillin erwies sich als vollständig mineralisierbar. Ansonsten wurde lediglich für Amoxicillin nach einer lag-Phase von 14 Tagen ein gewisser Abbau bestimmt (bis 60% im Kombinationstest). Tetracyclin-HCl zeigte eine für Abbauprozesse typische DOC-Eliminationskurve, die jedoch nicht durch die CO2-Entwicklung erklärt werden konnte. Diese Substanz würde bei alleiniger Betrachtung der DOC-Elimination fälschlicherweise als biologisch abbaubar eingestuft werden. Umgekehrt nahm die DOC-Elimination von Nystatin aufgrund von Desorptionsprozessen ab. Bei einigen Antibiotika wurden in parallelen Kontrollen Hemmeffekte bestimmt, die den biologischen Abbau negativ beeinflussen können. Die übrigen Antibiotika sind als nicht inhärent abbaubar einzustufen.

Anaerobe Hemmung und anaerobe Abbaubarkeit

Insgesamt 16 Antibiotika wurden auf ihre Hemmwirkung auf Faulschlamm nach ISO 13641 (2003) hin untersucht. Die Bestimmung der anaeroben Abbaubarkeit von 9 Antibiotika erfolgte nach ISO 11734 (1999). In beiden Tests wurde Faulschlamm einer kommunalen Kläranlage als Inokulum verwendet. Die meisten Antibiotika wiesen nach einer siebentägigen Inkubationsphase nur geringe Hemmeffekte, mit EC50 Werten zwischen 24 und über 1000 mg/l (entsprechend mg/g TS) auf. Metronidazol zeigte hingegen eine starke Hemmwirkung auf die anaeroben Bakterien mit einem EC50 Wert von 0.7 mg/l. In den anaeroben Abbautests war nur Benzylpenicillin nach 60 Tagen zu einem geringen Anteil endabbaubar, die meisten Antibiotika verursachten Hemmwirkungen in parallelen Kontrollansätzen.

Ansprechpartner

Dr. Stefan Gartiser
E-Mail: Öffnet ein Fenster zum Versenden der E-Mailgartiser(at)hydrotox.de
Tel: +49-(0)761-45512-24