Towards advanced retrievals of plant transpiration using sun-induced chlorophyll fluorescence: first considerations

Reliable information about plant transpiration (T) is essential to advance understanding of various interactions and feedbacks across Earth spheres and eventually facilitate their predictions. Estimating T at larger scales is particularly challenged by the difficulty to constrain the biological control on T (i.e. stomatal conductance), while existing approaches based on potential rather than actual photosynthesis are less reliable than required. New Earth observation approaches such as measurements of sun induced chlorophyll fluorescence (SIF), the most direct observable of ecosystem photosynthesis, opens new perspectives to advance estimates of T. This contribution aims to sensitize for variability of SIF-T relationships across species and in dependency on environmental conditions. We use the combined energy balance and radiative transfer model SCOPE to assess relationships between SIF and T in dependency on relevant environmental and plant specific variables. Our results provide important insight to further define SIF based approaches for advanced estimates of T

Multi-Platform, Multi-Frequency SAR Campaign with the F-SAR and Miranda35 Sensors

Multi-platform campaigns open up new opportunities and allow a comparison and analysis of SAR signatures of the same area at different frequency bands and incident angles. In this paper, we make use of two different sensor systems: DLR's pulsed F-SAR operating at X-, C-and L-band, and FHR's frequency-modulated continuous-wave (FMCW) MIRANDA35 operating at Ka-band. Main goals of the campaign include the comparison of high-resolution polarimetric signaturesat different frequency bands, change detection, synchronized acquisition of ground moving targets and air-moving target indication (AMTI) experiments. We present the planning and implementationof the campaign and first results of the data processing

Multi-platform, multi-frequency SAR campaign with the F-SAR and Miranda35 Sensors

Multi-platform campaigns open up new opportunities and allow a comparison and analysis of SAR signatures of the same area at different frequency bands and incident angles. In this paper, we make use of two different sensor systems: DLR’s pulsed F-SAR operating at X-, C- and L-band, and FHR’s frequency-modulated continuous-wave (FMCW) MIRANDA35 operating at Ka-band. Main goals of the campaign include the comparison of high-resolution polarimetric signatures at different frequency bands, change detection, synchronized acquisition of ground moving targets and air-moving target indication (AMTI) experiments. We present the planning and implementation of the campaign and first results of the data processing

MikroModell: Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität: Schlußbericht

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A 1. Einführung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung 1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen 1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen 1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes 2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion 2.1 Einführung 2.2 Methode und Zielgruppen 2.3 Übersicht des Prozessschemas 2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung 2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen 2.4.1.1Politik/Gesetzgebung 2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds 2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung 2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung 2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung 2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse) 2.4.2.3 Ursachenfindung 2.4.2.4 Prozessabschluss 2.4.3 Umsetzung 2.4.3.1 Maßnahmenprüfung 2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage 2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung 2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen 2.5 Anpassungen und Ausblick 2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens 2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassende Empfehlungen 2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete 2.7.1 Einführende Erläuterungen 2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten 2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung) 2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten 2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG 2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring 2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell 2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen 2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas 2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung 3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen 3.1 Einleitung 3.2 Methode und Zielgruppen 3.3 Ergebnisse 3.3.1 Dresden 3.3.2 Chemnitz 3.3.3 Plauen 3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen 4.1 Methode und Zielgruppen 4.2 Wasserrecht 4.3 Arzneimittelrecht 4.3.1 Humanarzneimittelrecht 4.3.1.1 Derzeitiges Recht 4.3.1.2 Veränderungsvorschläge 4.3.2 Tierarzneimittelrecht 4.4 Chemikalienrecht 4.5 Düngemittelrecht 4.6 Pflanzenschutzrecht 4.7 Biozidrecht 5 Öffentlichkeitsarbeit 5.1 Einführung 5.2 Methode und Zielgruppen 5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit 5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber 5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen 5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker 5.2.5 Landwirte, Tierärzte 5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer 5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen 6 Literatur – Teil A 7 Anhang – Teil A Inhaltsverzeichnis Teil B 8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort 8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen 8.1.1 Trendanalyse 8.1.2 Regionale Analyse 8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen 8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin 8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol 8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin 8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten 8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe 8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen 8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer 8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen 8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen 8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen 8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen 8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen 8.4.1 Hintergrund und Zielstellung 8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte 8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen 8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen 8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte 8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe) 8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte 8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse 9 Reduktionsmaßnahmen 9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.1.1 Einführung und Zielstellung 9.1.2 Methodisches Vorgehen 9.1.3 Inhalte der Literatur 9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe 9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen 9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen 9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung 9.2.4 Fazit 9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe 9.3.1 Einführung 9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung 9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche 9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration 9.3.3 Angewendete analytische Verfahren 9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB 9.3.3.2 Spurenstoffanalytik 9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse 9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes 9.3.5 Ergebnisse der Versuche 9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung 9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe 9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen 9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben 9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte) 9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse 9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung) 9.3.7.2 Spurenstoffelimination 9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen . 9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung) 9.3.9 Dimensionierung 9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge 9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen 9.4.1 Einführung 9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters 9.4.2.1 Datengrundlage 9.4.2.2 Auswertung 9.4.2.3 Fazit 9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen 9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen 9.4.3.2 Messkampagne 9.4.3.3 Fazit der Messkampagne . 9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+ 9.4.5 Zusammenfassung 9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen 9.5.1 Einführung 9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews 9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung 9.5.4 Ausblick 10 Stoffflussmodellierung 10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells 10.1.1 Herangehensweise 10.1.2 Untersuchungsgebiet 10.1.3 Geodaten 10.1.4Durchflussdaten 10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells 10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe 10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen 10.1.8 Kläranlagen 10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten 10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen 10.1.9 Modellansatz 10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes 10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen 10.1.12 Stoffflussmodell 10.1.13 Kalibrierung und Validierung 10.1.13.1 Durchfluss Q . 10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell 10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten 10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells 10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel 10.1.16 Ausblick 10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells 10.2.1 Gebietsbeschreibung 10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung 10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten 10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen 10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien 10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand 10.2.3.2 Szenarienanalyse 10.2.4 Ausblick 11 Literatur – Teil B 12 Anhang – Teil

MikroModell: Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität: Schlußbericht

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A 1. Einführung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung 1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen 1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen 1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes 2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion 2.1 Einführung 2.2 Methode und Zielgruppen 2.3 Übersicht des Prozessschemas 2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung 2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen 2.4.1.1Politik/Gesetzgebung 2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds 2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung 2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung 2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung 2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse) 2.4.2.3 Ursachenfindung 2.4.2.4 Prozessabschluss 2.4.3 Umsetzung 2.4.3.1 Maßnahmenprüfung 2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage 2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung 2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen 2.5 Anpassungen und Ausblick 2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens 2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassende Empfehlungen 2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete 2.7.1 Einführende Erläuterungen 2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten 2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung) 2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten 2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG 2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring 2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell 2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen 2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas 2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung 3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen 3.1 Einleitung 3.2 Methode und Zielgruppen 3.3 Ergebnisse 3.3.1 Dresden 3.3.2 Chemnitz 3.3.3 Plauen 3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen 4.1 Methode und Zielgruppen 4.2 Wasserrecht 4.3 Arzneimittelrecht 4.3.1 Humanarzneimittelrecht 4.3.1.1 Derzeitiges Recht 4.3.1.2 Veränderungsvorschläge 4.3.2 Tierarzneimittelrecht 4.4 Chemikalienrecht 4.5 Düngemittelrecht 4.6 Pflanzenschutzrecht 4.7 Biozidrecht 5 Öffentlichkeitsarbeit 5.1 Einführung 5.2 Methode und Zielgruppen 5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit 5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber 5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen 5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker 5.2.5 Landwirte, Tierärzte 5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer 5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen 6 Literatur – Teil A 7 Anhang – Teil A Inhaltsverzeichnis Teil B 8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort 8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen 8.1.1 Trendanalyse 8.1.2 Regionale Analyse 8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen 8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin 8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol 8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin 8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten 8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe 8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen 8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer 8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen 8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen 8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen 8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen 8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen 8.4.1 Hintergrund und Zielstellung 8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte 8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen 8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen 8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte 8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe) 8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte 8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse 9 Reduktionsmaßnahmen 9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.1.1 Einführung und Zielstellung 9.1.2 Methodisches Vorgehen 9.1.3 Inhalte der Literatur 9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe 9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen 9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen 9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung 9.2.4 Fazit 9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe 9.3.1 Einführung 9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung 9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche 9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration 9.3.3 Angewendete analytische Verfahren 9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB 9.3.3.2 Spurenstoffanalytik 9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse 9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes 9.3.5 Ergebnisse der Versuche 9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung 9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe 9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen 9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben 9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte) 9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse 9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung) 9.3.7.2 Spurenstoffelimination 9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen . 9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung) 9.3.9 Dimensionierung 9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge 9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen 9.4.1 Einführung 9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters 9.4.2.1 Datengrundlage 9.4.2.2 Auswertung 9.4.2.3 Fazit 9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen 9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen 9.4.3.2 Messkampagne 9.4.3.3 Fazit der Messkampagne . 9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+ 9.4.5 Zusammenfassung 9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen 9.5.1 Einführung 9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews 9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung 9.5.4 Ausblick 10 Stoffflussmodellierung 10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells 10.1.1 Herangehensweise 10.1.2 Untersuchungsgebiet 10.1.3 Geodaten 10.1.4Durchflussdaten 10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells 10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe 10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen 10.1.8 Kläranlagen 10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten 10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen 10.1.9 Modellansatz 10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes 10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen 10.1.12 Stoffflussmodell 10.1.13 Kalibrierung und Validierung 10.1.13.1 Durchfluss Q . 10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell 10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten 10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells 10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel 10.1.16 Ausblick 10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells 10.2.1 Gebietsbeschreibung 10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung 10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten 10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen 10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien 10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand 10.2.3.2 Szenarienanalyse 10.2.4 Ausblick 11 Literatur – Teil B 12 Anhang – Teil

MikroModell: Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emissionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität: Schlußbericht

Das Forschungsvorhaben “Entwicklung eines Stoffflussmodells und Leitfadens zur Emis-sionsminderung von Mikroschadstoffen im Hinblick auf die Wasserqualität“ (MikroModell) wurde im Zeitraum von Oktober 2015 bis Juni 2020 von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt, dem Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (heute Sächsisches Staatsministerium für Energie, Klimaschutz, Umwelt und Landwirtschaft) sowie der Gelsenwasser AG gefördert. An dem interdisziplinären Projektkonsortium waren ne-ben den Betreibern der Abwassersysteme und -anlagen in Dresden, Chemnitz und Plauen Wissenschaftler:innen aus den Bereichen der Siedlungswasserwirtschaft, Hydrobiologie, Ökotoxikologie, Wasserchemie, Umweltökonomie, Pharmakologie an der Technischen Universität Dresden sowie des Wirtschafts- und Regulierungsrechts an der Technischen Univer-sität Bergakademie Freiberg beteiligt. In MikroModell wurde anhand unterschiedlich dicht besiedelter sächsischer Regionen untersucht, welche Verbesserungen der Gewässerqualität durch technologische Maßnahmen im Abwassersystem, durch Reduktionsmaßnahmen an der Quelle und in der Anwendung, durch rechtliche Steuerungsmaßnahmen auf EU-, Bundes- und Landesebene sowie durch Aktivitäten im Rahmen einer regional fokussierten Öffentlichkeitsarbeit erzielt werden können, um so eine effiziente und nachhaltige Entwicklung zu befördern. Dazu wurden sowohl Substanzen der Liste prioritärer Stoffe als auch weitere Spurenstoffe an Hand verfügbarer Umweltqualitätsnormen (UQN) bewertet. Der Bericht ist in zwei Teilen organisiert. Teil A beinhaltet den Handlungsleitfaden und richtet sich an Entscheidungsträger und Betreiberorganisationen, beschreibt also die praxisrelevanten Folgerungen aus den Untersuchungen. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen und die Untersuchungsmethoden detailliert erläutert sowie ausgewählte Ergebnisse diskutiert. In Teil A wird eine systematische Vorgehensweise zur Bewertung der Relevanz von ab-wasserbürtigen Mikroschadstoffen und zur Entscheidungsfindung bzgl. Optionen zur Reduktion der Gewässerbelastung mit Mikroschadstoffen vorgestellt (Kapitel A-2). Die Durchführungsempfehlung ist in einem Prozessschema zusammengefasst, das die Maß-nahmenfindung als gemeinsamen Weg von Aufgabenträgern und Behörden beschreibt. Grundlage für die Bewertung der aktuellen Situation bildet die Auswertung der Gewäs-sergütedaten des LfULG (2009 – 2018) und zweier 21-Tage Monitoringkampagnen an den Kläranlagen-Standorten Dresden, Chemnitz und Plauen. IX Die Auswirkungen von Maßnahmen im technologischen Bereich und an der Quelle werden mittels Stoffflussmodellierung aufgezeigt. In Teil A werden dazu Simulationsergebnisse für Dresden, Chemnitz und Plauen herangezogen, die zeigen, dass sich für unter-schiedliche Einzugsgebiete und Stoffe unterschiedliche Maßnahmen als effektiv erweisen (Kapitel A-3). Darüber hinaus erweist sich auch die Definition der Zielgrößen als maßge-bend für die Priorisierung von Maßnahmen. Es gilt den Diskurs dazu anzustoßen. Neben konkreten technologischen Handlungsoptionen und Bewirtschaftungsansätzen an der Quelle werden auch rechtliche Handlungsoptionen in die Betrachtung miteinbezogen (Kapitel A-4). Um die Verwendungen und den Eintrag von Mikroschadstoffen aus Pflan-zenschutzmitteln, Arzneimitteln sowie Industrie- und Haushaltschemikalien mittel- und langfristig zu vermindern, wurden konkrete Empfehlungen zur Anwendung bzw. zu Anpassungen in den Bereichen des Wasser-, Arzneimittel- (Human- & Tierarzneimittelrecht), Chemikalien-, Düngemittel-, Pflanzenschutz- und Biozidrechts herausgearbeitet. Schließlich werden flankierende Aktivitäten zur Information ausgewählter Multiplikatoren und zur Aufklärung der Öffentlichkeit als unerlässlich erkannt und beschrieben (Kapitel A-5). Neben Maßnahmen zur Sensibilisierung der Bürger wurden insbesondere Kommunikationsveranstaltungen mit Ärzten und Apothekern durchgeführt. Dabei wurde zielgerichtet ein Verständnis für den nachhaltigen Einsatz und die gesicherte Entsorgung von Arzneimitteln vermittelt und allgemein das Bewusstsein geschärft, dass verschriebene Wirksubstanzen als solche oder metabolisiert/transformiert im Abwasser und ggf. im Gewässer wiederzufinden sind. Die Zusammenarbeit mit der Ärzteschaft erscheint nicht nur als zentraler Baustein zukunftsgerichteten Handelns wichtig, sondern wird auch als erfolgsversprechend angesehen. Der in Teil A vorgestellte Handlungsleitfaden vermittelt letztlich keine absolute Priorisierung von Handlungsoptionen, da sich für unterschiedliche Zielsetzungen und unter-schiedliche Bedingungen eine veränderte Priorisierung ergibt. Es wird aber der Weg hin zur Identifikation der unter den gegebenen Bedingungen besten Handlungsoption bzw. einer erfolgsversprechenden Kombination von Handlungsoptionen aufgezeigt. Dieses systematische Vorgehen wurde zwar am Beispiel von drei Pilotgebieten durchgespielt und für Sachsen flächendeckend aufbereitet, ist aber letztlich übertragbar auf andere Gebiete Deutschlands oder Europas. In Teil B werden die wissenschaftlichen Grundlagen sowie ausgewählte Ergebnisse des Projektes erläutert – sofern sie nicht schon in Teil A, den Handlungsleitfaden, eingeflossen sind (siehe den rechtlichen Handlungsrahmen sowie die Empfehlungen für die Öffentlich-keitsarbeit). Teil B ist in drei Kapitel unterteilt: Monitoring und Untersuchungen vor Ort (Kapitel B-1), Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen (Kapitel B-2), Er-stellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells sowie die Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Modells (Kapitel B-3). X Kapitel B-1 umfasst das methodische Vorgehen zur Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an allen drei Standorten sowie eine Bewertung der Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen. Die Ergebnisse der vier Moni-toringkampagnen, die mit kombinierten chemischen und ökotoxikologischen Analysen verbunden waren, werden zusammengefasst und ergänzende Untersuchungen zur Bewertung der Mischwasserentlastungen erläutert. Die in Kapitel B-2 beschriebenen Untersuchungen zu Reduktionsmaßnahmen im Umgang mit Mikroschadstoffen beinhalten neben einer Übersicht zu den Kosten einer 4. Reinigungs-stufe die Bewertung verschiedener Verfahren zur Elimination von Spurenstoffen (Pulverak-tivkohle, Ozonierung und Sandfiltration) auf Grundlage von Laborversuchen. Zudem werden die Einträge industrieller und gewerblicher Einleiter in die Kanalnetze der Modellre-gionen und schließlich die Möglichkeiten von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen auf Grundlage einer Literaturrecherche sowie von Experteninterviews mit verschiedenen Akteuren und Multiplikatoren bewertet. In Kapitel B-3 werden die Methoden zur Verschneidung der verschiedensten verfügbaren Informationen zur Stoffflussmodellierung beschrieben. Die verfügbaren, auf 186 vierstellige Postleitzahlbereiche bezogenen Daten zur Medikamentenverschreibung werden mit den 429 Gemeinden verschnitten, die Bevölkerung wird den Kläranlagen zugeordnet, die Kläranlagenabläufe müssen an den Fließgewässern verortet werden und sämtliche vom Land verfügbaren Informationen von Abfluss- und Qualitätsmessstellen müssen derart prozessiert werden, dass sie mit den modellierten Kläranlagenablaufwerten sinnvoll kombiniert werden können. Schließlich erfolgt die Kalibrierung und Validierung sowie die Anwendung des Stoffflussmodells zur Untersuchung von Entwicklungsszenarien und Handlungsoptionen. Die methodischen Grundlagen sind damit für eine erweiterte Anwendung und eine Übertragung auf andere Gebiete gegeben.:Inhaltsverzeichnis Teil A 1. Einführung 1.1 Motivation und Problemstellung 1.2 Zielstellung 1.3 Untersuchungsstandorte und –regionen 1.4 Betrachtete Substanzgruppen und Substanzen 1.5 Struktur des Projektes und des Schlussberichtes 2. Durchführungsempfehlung zur Bewertung von Mikroschadstoffen und Maßnahmen zur Reduktion 2.1 Einführung 2.2 Methode und Zielgruppen 2.3 Übersicht des Prozessschemas 2.4 Erläuterungen zur Vorgehensweise und Anwendung 2.4.1 Erarbeitung der Entscheidungsgrundlagen 2.4.1.1Politik/Gesetzgebung 2.4.1.2 Beschreibung des Ist-Zustandes des Umfelds 2.4.1.3 Methoden und Werkzeuge zur Entscheidungsfindung 2.4.2 Prüfungen zur Entscheidungsfindung 2.4.2.1 Voraussetzungen für die Bedarfsprüfung 2.4.2.2 Bedarfsprüfung (Defizitanalyse) 2.4.2.3 Ursachenfindung 2.4.2.4 Prozessabschluss 2.4.3 Umsetzung 2.4.3.1 Maßnahmenprüfung 2.4.3.2 Bewertung der Planungsgrundlage 2.4.3.3 Maßnahmenplanung und –umsetzung 2.4.4 Detailschema zur Umsetzung – Auswahl von Maßnahmen 2.5 Anpassungen und Ausblick 2.5.1 Überarbeitungen des Leitfadens 2.5.2 Offene Fragestellungen und Forschungsbedarf 2.6 Zusammenfassende Empfehlungen 2.7 Anwendung des Prozessschemas auf die drei Untersuchungsgebiete 2.7.1 Einführende Erläuterungen 2.7.2 Lage der ausgewerteten Chemikalien-Messdaten 2.7.3 Ist-Zustand als Entscheidungsgrundlage (Datenauswertung) 2.7.3.1 Auswertungen der UQN-Überschreitungen von LfULG-Daten 2.7.3.2 Fazit aus den Daten des LfULG 2.7.3.3 Auswertungen der UQN-Überschreitungen aus dem 3. und 4. Monitoring 2.7.3.4 Fazit aus der Auswertung der Daten aus dem Projekt MikroModell 2.7.3.5 Verwendung der ökotoxikologischen Informationen 2.7.4 Weitere Abarbeitung des Schemas 2.7.5 Ergebnis der Bearbeitung 3 Bewertung von Maßnahmen zur Belastungsminderung mit dem Stoffflussmodell für Sachsen 3.1 Einleitung 3.2 Methode und Zielgruppen 3.3 Ergebnisse 3.3.1 Dresden 3.3.2 Chemnitz 3.3.3 Plauen 3.4 Schlussfolgerungen und Ausblick 4 Rechtliche Handlungsrahmen und -empfehlungen 4.1 Methode und Zielgruppen 4.2 Wasserrecht 4.3 Arzneimittelrecht 4.3.1 Humanarzneimittelrecht 4.3.1.1 Derzeitiges Recht 4.3.1.2 Veränderungsvorschläge 4.3.2 Tierarzneimittelrecht 4.4 Chemikalienrecht 4.5 Düngemittelrecht 4.6 Pflanzenschutzrecht 4.7 Biozidrecht 5 Öffentlichkeitsarbeit 5.1 Einführung 5.2 Methode und Zielgruppen 5.2.1 Allgemeine Öffentlichkeit 5.2.2 Bürger im Einzugsgebiet der Betreiber 5.2.3 Kommunalpolitiker und lokale Entsorgungsunternehmen 5.2.4 Institutionen im Gesundheitsbereich wie Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen sowie die Anwendergruppen Ärzte und Apotheker 5.2.5 Landwirte, Tierärzte 5.2.6 Schulen und Kindereinrichtungen, Lehrer 5.3 Zusammenfassung und Empfehlungen 6 Literatur – Teil A 7 Anhang – Teil A Inhaltsverzeichnis Teil B 8 Monitoring und Untersuchungen vor Ort 8.1 Bewertung von Entwicklungstrends der Verschreibungsmengen für verschiedene Arzneistoffgruppen 8.1.1 Trendanalyse 8.1.2 Regionale Analyse 8.1.3 Zeitliche und räumliche Muster der Verschreibungsmengen 8.1.3.1 Carbamazepin und Gabapentin 8.1.3.2 Ciprofloxacin und Sulfamethoxazol 8.1.3.3 Erythromycin und Clarithromycin 8.2 Auswahl der Substanzen mit erhöhter Priorität an den drei Standorten 8.3 Zusammenfassung und Bewertung der Monitoringergebnisse einschließlich Charakterisierung der drei Modellanlagen bzw. Kläranlagenabläufe 8.3.1 Methode der Probenahmekampagnen 8.3.2 Einordnung der Kläranlagen und ihrer Gewässer 8.3.3 Durchführung und Auswertung der chemischen und biologischen Analysen 8.3.4 Einordnung der Spurenstoffelimination der Kläranlagen 8.3.5 Bewertung hinsichtlich der Einhaltung der Umweltqualitätsnormen 8.3.6 Ökotoxikologische Bewertung: effektbasiertes Monitoring der Kläranlagen 8.4 Ergänzende Untersuchung und Bewertung von Mischwasserentlastungen 8.4.1 Hintergrund und Zielstellung 8.4.2 Charakterisierung der Einzugsgebiete und Untersuchungsobjekte 8.4.3 Durchgeführte Untersuchungen 8.4.4 Ausgewählte Ergebnisse der Mischwasserbeprobungen 8.4.4.1 Hydraulische Ereigniskennwerte 8.4.4.2 Stoffliche Ereigniskennwerte (Spurenstoffe) 8.4.4.3 Ökotoxikologische Ereigniskennwerte 8.4.5 Einordnung der erzielten Ergebnisse 9 Reduktionsmaßnahmen 9.1 Literaturrecherche und Umfrage zu Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.1.1 Einführung und Zielstellung 9.1.2 Methodisches Vorgehen 9.1.3 Inhalte der Literatur 9.2 Interviews zu Erfahrungen kommunaler Kläranlagen mit einer vierten Reinigungsstufe 9.2.1 Methode der Datenerhebung und Ergebnisse der Befragungen 9.2.2 Erfahrungen/Hemmnisse bei Planung, Bau Betrieb einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3 Kosten einer 4. Reinigungsstufe 9.2.3.1 Gebührenveränderung als Folge des Baus einer 4. Reinigungsstufe in Kläranlagen 9.2.3.2 Zahlungsbereitschaft der Bevölkerung 9.2.4 Fazit 9.3 Laborversuche zur 4. Reinigungsstufe 9.3.1 Einführung 9.3.2 Versuchsaufbau und Durchführung 9.3.2.1 Pulveraktivkohleversuche 9.3.2.2 Versuche zur Ozonbehandlung und Sandfiltration 9.3.3 Angewendete analytische Verfahren 9.3.3.1 Summenparameter – DOC und CSB 9.3.3.2 Spurenstoffanalytik 9.3.3.3 Ökotoxikologische Analyse 9.3.4 Übersicht des durchgeführten Versuchsprogrammes 9.3.5 Ergebnisse der Versuche 9.3.5.1 Eliminationsleistung hinsichtlich der organischen Belastung 9.3.5.2 Eliminationsleistung der verschiedenen Verfahren bezüglich der untersuchten Mikroschadstoffe 9.3.6 Ergebnisse der ökotoxikologischen Biotests (effektbasierte Methoden) nach den verschiedenen Abwasserbehandlungen 9.3.6.1 Ökotoxikologische Untersuchung der nativen Abwasserproben 9.3.6.2 Ökotoxikologische Untersuchung der angereicherten Abwasserproben (Extrakte) 9.3.7 Einordnung und Bewertung der Ergebnisse 9.3.7.1 Betriebsparameter (Summenparameter der organischen Belastung) 9.3.7.2 Spurenstoffelimination 9.3.7.3 Ökotoxikologische Untersuchungen . 9.3.8 „Scale-up“ für die betrachteten Standorte (Dimensionierung) 9.3.9 Dimensionierung 9.3.10 Einordung der angesetzten hydraulischen Verweilzeit und Bewertung der zu behandelnden Wassermenge 9.4 Eintragspfade der betrachteten Substanzen in die Kanalnetze der Modellregionen 9.4.1 Einführung 9.4.2 Bewertung von industriellen und gewerblichen Einleitungen anhand des Indirekteinleiterkatasters 9.4.2.1 Datengrundlage 9.4.2.2 Auswertung 9.4.2.3 Fazit 9.4.3 Bewertung von industriellen Indirekteinleitungen durch Messkampagnen 9.4.3.1 Veranlassung und orientierende Untersuchungen 9.4.3.2 Messkampagne 9.4.3.3 Fazit der Messkampagne . 9.4.4 Minderungsstrategien für Medikamentenwirkstoffe – Zusammenfassung des Projektes SAUBER+ 9.4.5 Zusammenfassung 9.5 Bewertung von Reduktions- und Vermeidungsmaßnahmen 9.5.1 Einführung 9.5.2 Datengrundlage – Literaturrecherche, Identifikation relevanter Akteure und Experteninterviews 9.5.3 Ergebnisse der empirischen Datenerhebung 9.5.4 Ausblick 10 Stoffflussmodellierung 10.1 Erstellung und Kalibrierung des Stoffflussmodells 10.1.1 Herangehensweise 10.1.2 Untersuchungsgebiet 10.1.3 Geodaten 10.1.4Durchflussdaten 10.1.5 Wasserqualitätsdaten und Mikroschadstoffauswahl zum Aufbau des Stoffflussmodells 10.1.6 Charakterisierung der ausgewählten Arzneistoffe 10.1.7 Bevölkerung und Verschreibungsmengen 10.1.8 Kläranlagen 10.1.8.1 Kläranlagen-spezifische Arzneistofffrachten 10.1.8.2 Arzneimittelfrachten aus Konzentrationsmessungen als Randbedingungen 10.1.9 Modellansatz 10.1.10 Datenaufbereitung bezüglich des Gewässernetzes 10.1.11 Interpolation von Durchflussprofilen 10.1.12 Stoffflussmodell 10.1.13 Kalibrierung und Validierung 10.1.13.1 Durchfluss Q . 10.1.13.2 Arzneistofffrachten – Stoffflussmodell 10.1.14 Plausibilisierung von Durchflusswerten 10.1.14.1 Frachtkalibrierung und -validierung des Stoffflussmodells 10.1.15 Ciprofloxacin als zusätzliches Arzneimittel 10.1.16 Ausblick 10.2 Erstellung von Entwicklungsszenarien zur exemplarischen Anwendung des Stoffflussmodells 10.2.1 Gebietsbeschreibung 10.2.2 Datengrundlage und weitere Datenaufbereitung 10.2.2.1 MNQ-Durchflussdaten 10.2.2.2 Eintragsverminderung bei Arzneistoffen 10.2.3 Bewertung des Gewässerzustands und der Entwicklungsszenarien 10.2.3.1 Ergebnisse für den Ist-Zustand 10.2.3.2 Szenarienanalyse 10.2.4 Ausblick 11 Literatur – Teil B 12 Anhang – Teil