Unter der 4. Reinigungsstufe (in der Schweiz auch MV-Stufe) versteht man einen zusätzlichen Reinigungsschritt in der Klärtechnik. Ihre Aufgabe ist es, schwer abbaubare Spurenstoffe, die in diesem Fall zumeist von Reinigungsmitteln, kosmetischen Produkten oder aus der Medizin stammen, zu eliminieren. Diese Stoffe kommen im Kläranlagenauslauf zwar nur im Bereich von Mikro- oder Nanogramm pro Liter vor, aber viele von ihnen haben auch noch in dieser Konzentration eine nachweislich große negative Wirkung in der Umwelt und auf den Menschen.BMUB/UBA (Hrsg.) (2017): Policy-Paper Empfehlungen des Stakeholder-Dialogs »Spurenstoffstrategie des Bundes« an die Politik zur Reduktion von Spurenstoffeinträgen in die Gewässer. Eds.: Hillenbrand, T.; Tettenborn, F.; Bloser, M.; Bonn: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit/Dessau: Umweltbundesamt, abgerufen am 3. Januar 2025 Dadurch, dass an vielen Orten auch Trinkwasser aus den Oberflächengewässern gewonnen wird, beziehungsweise die Stoffe über die Gewässer auch ins Grundwasser gelangen, befinden sie sich auch im Trinkwasser und müssen in der Trinkwasseraufbereitung aufwendig beseitigt werden. Zudem sind einige der Stoffe bioakkumulativ, das bedeutet, sie reichern sich in Tieren oder Pflanzen an und somit auch in der menschlichen Nahrungskette.

Hintergrund mini|(A) Nachweishäufigkeiten der 504 Spurenstoffe. Rote Linie ist Nachweishäufigkeit von 25 %. (B) Maximale Konzentrationen (cmax) aller Verbindungen mit cmax > 1 µg/L. (C) Nachweishäufigkeiten von 96 Verbindungen, die in mehr als 25 % der Proben nachgewiesen wurden. Die Zahl neben jedem Balken steht für die mittlere Konzentration (cmed) in µg/L. (D) Maximale Konzentrationen (cmax > 1 µg/L) von Verbindungen, die in mehr als 25 % der Proben nachgewiesen wurden. Die Zahl neben jedem Balken steht für die maximale Konzentration (cmax) in µg/L. Pestizide und Biozide sind grün, Arzneimittel blau und andere Chemikalien violett dargestellt. Man schätzt, dass derzeit weltweit etwa 235.000 (EU etwa 100.000) einzelne chemische Stoffe registriert sind. Eine große Zahl davon wird durch den Menschen in das Abwasser abgegeben. Sind diese persistent, verbleiben sie im Abwasser und gelangen in die Umwelt. Einige davon haben ökotoxische relevante Eigenschaften. In einigen Fällen ist die Chemikalie selbst zwar nicht bedenklich, aber deren Abbauprodukte.

Das Wissen über solche Stoffe ist nicht neu. Allerdings sind sie durch verfeinerte Analysenverfahren heute leichter nachzuweisen. Bereits 1976 wurde eine Studie veröffentlicht, in der Salicylsäure und Clofibrinsäure im Auslauf einer Kläranlage in Kansas City gefunden wurden.Présence de résidus humains dans les eaux en France 2019 (französisch, dumas.ccsd.cnrs.fr PDF), abgerufen am 24. Juli 2024.

Bei über 1300 Stoffen, die im Abwasser vorkommen, weiß man derzeit von ihrem Gefährdungspotenzial. Viele weitere sind diesbezüglich noch nicht ausreichend erforscht. Bei Untersuchungen der Gewässerqualität in europäischen Flüssen durch das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung im Jahr 2022 wurden 610 Chemikalien, deren Vorkommen oder problematische Wirkung bekannt sind, genauer betrachtet. Es wurde analysiert, ob und wenn ja in welchen Konzentrationen sie in den Fließgewässern Europas vorkommen. Dabei wurden 445 Proben aus insgesamt 22 Flüssen ausgewertet. Es konnten 504 der 610 Chemikalien nachgewiesen werden. Das waren: 229 Pestizide und Biozide 175 pharmazeutische Chemikalien Tenside Kunststoff- und Gummizusätze (Weichmacher, UV-Stabilisatoren) Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) Korrosionsinhibitoren

In 40 Prozent der Proben fand man bis zu 50 der gesuchten Substanzen. In weiteren 41 Prozent waren es zwischen 51 und 100 Chemikalien. Und in 4 Proben konnten die Forschenden sogar mehr als 200 organische Mikroschadstoffe belegen. Mit 241 Chemikalien stellten sie die meisten Substanzen in einer Wasserprobe fest, die aus der Donau stammte.

Ökotoxikologie Die Einflüsse der Spurenstoffe auf die Biologie sind vielseitig. Mit zu den in der Öffentlichkeit bekanntesten gehören die der Hormone, die durch die Antibabypille in die Gewässer gelangen. Es konnte in mehreren Studien nachgewiesen werden, dass unterhalb von Einleitungen aus Kläranlagen bei einer ungewöhnlich hohen Zahl an Fischen eine Verweiblichung stattfindet, was sich negativ auf die Population auswirkt.Umwelt: Sexualhormone im Abwasser verweiblichen Fische. In: Die Welt Online. 15. September 2009 (welt.de), abgerufen am 18. November 2024. Auch östrogenartige künstliche Verbindungen wie der Weichmacher Bisphenol A haben diesen Effekt. Solche Stoffe werden als Endokrine Disruptoren bezeichnet. Es gibt Hinweise darauf, dass sich diese Stoffgruppe auch auf die menschliche Physiologie auswirkt. Andere Stoffe, wie das Benzotriazol, welches in Spülmaschinentabs als Korrosionsschutz für Silberbesteck zugegeben wird, stehen im Verdacht, neben der Wirkung als endokriner Disruptor in den gefundenen Konzentrationen krebserregend zu sein.Kriterien zur Bewertung der Relevanz eines Spurenstoffes für die Umwelt für Benzotriazol (dialog-spurenstoffstrategie.de PDF), abgerufen am 21. Juli 2024.

Über die humantoxischen Eigenschaften der jeweiligen Verbindungen hinaus sind manche Stoffe zwar für Säugetiere weniger, aber z. B. für Insekten, Fische oder Vögel sehr schädlich. Dem wird Rechnung getragen, indem unter anderem zwischen für Fische, Algen, Insekten bzw. Krebstiere toxischen Eigenschaften unterschieden wird.BG Bau – Akute aquatische Toxizität: (Fische) und (Algen), abgerufen am 18. November 2024.Wirkung von Neurotoxinen auf den Wasserfloh, 23. Januar 2023, abgerufen am 18. November 2024. Beispielsweise sorgte für mediale Aufmerksamkeit, als ab 1994 in Südostasien Millionen Geier durch Diclofenac aus Rinder-Kadavern an Nierenversagen starben.NABU – Katastrophales Geiersterben in Indien, 29. März 2005, abgerufen am 18. November 2024.GEO – Vogelschützer warnen vor Geiersterben in Europa, 5. Mai 2021, abgerufen am 18. November 2024.Ökologie: Erst starb der Geier, dann der Mensch. 19. Juli 2024 (spektrum.de), abgerufen am 18. November 2024.

Multiresistente Bakterien Ein weiterer relevanter Faktor ist die Gefahr durch die Verbreitung von multiresistenten Bakterien. Es gibt zwei mögliche Wege, wie diese durch das Abwasser verbreitet werden können. Zum einen durch Verfrachtung bereits resistenter Stämme in den Vorfluter durch unzureichende Klärtechnik. Die andere Möglichkeit ist der Aufbau von resistenten Kulturen in der Umwelt durch die Einleitung von Antibiotika in die Gewässer, wogegen die vierte Reinigungsstufe helfen soll. Zur Unterbindung des Eintrags von Bakterien in die Umwelt wird bereits seit längerem Hygienisierung unter Verwendung von UV-Licht, Ozon und früher auch Chlor eingesetzt, insbesondere wenn das Wasser weiterverwendet werden soll oder Badegewässer betroffen sind. Auch Membrananlagen wie Membranbelebungsreaktoren oder eine nachgeschaltete Ultrafiltration erfüllen diesen Zweck durch Sterilfiltration.Wissenschaftliche Dienste, Deutscher Bundestag - Multiresistente Keime im Wasser, Forschungsprojekte und Studien, Seite.6, 13. März 2018, abgerufen am 25. November 2024 Dabei werden je nach Intensität der Anwendung und eingesetzter Technik neben den Bakterien auch teils Spurenstoffe entfernt. Inwieweit Membrantechniken mit einem niedrigen Energieverbrauch in der Lage sind, Spurenstoffe abzureichern, wird untersucht.

Gesetzgebung In der Schweiz Seit dem 1. Dezember 2016 ist in der Schweiz die novellierte Gewässerschutzverordnung in Kraft. Danach soll in vorerst rund 140 der über 766 (Stand 2020) zentralen kommunalen Kläranlagen mit einer Ausbaugröße von 80.000 und mehr Einwohnerwerten während der nächsten zwanzig Jahre je eine zusätzliche Reinigungsstufe gegen Spurenstoffe eingebaut werden.Die Publikationsplattform des Bundesrechts - Verordnung des UVEK zur Überprüfung des Reinigungseffekts von Massnahmen zur Elimination von organischen Spurenstoffen bei Abwasserreinigungsanlagen, Stand 1. Dezember 2016, abgerufen am 7. Juli 2024.100 Kläranlagen müssen aufrüsten – Eawag Infotag 2015, eawag, 3. September 2015, abgerufen am 23. September 2018. Für Kläranlagen mit über 24.000 angeschlossenen Einwohnern im Einzugsgebiet von Seen gilt dasselbe. Zusätzlich sind alle Kläranlagen mit mehr als 8000 angeschlossenen Einwohnern betroffen, die mehr als zehn Prozent Abwasser, das bezüglich organischer Spurenstoffe ungereinigt ist, in ein Gewässer (Verdünnungsverhältnis im Gewässer) einleiten oder bei denen besondere hydrogeologische Verhältnisse vorliegen.Kanton Luzern - Mikroverunreinigungen, 2026, abgerufen am 12. Juni 2026BAFU: Elimination von organischen Spurenstoffen bei Abwasseranlagen, 2016, abgerufen am 19. Oktober 2024. Welche Kläranlage bis wann auszubauen ist, entscheiden die Kantone. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat die Oberaufsicht über diesen Kläranlagenausbau.Aqua&Gas: Erkenntnisse aus sieben Jahren Überprüfung des Reinigungseffekts, 10. Januar 2024, abgerufen am 19. Oktober 2024. Der Ausbau muss bei den betroffenen Kläranlagen bis zum Jahr 2040 abgeschlossen sein.Neun Franken für saubere Gewässer. 2017 (micropoll.ch PDF), abgerufen am 19. Oktober 2024.

Um den Reinigungseffekt zu überprüfen, wurden 12 Leitsubstanzen als Marker festgelegt. Sie werden in die Kategorie 1 (sehr gut eliminierbare Substanzen) und in die Kategorie 2 (gut eliminierbare Substanzen) eingeteilt: Die Publikationsplattform des Bundesrechts: Verordnung des UVEK zur Überprüfung des Reinigungseffekts von Maßnahmen zur Elimination von organischen Spurenstoffen bei Abwasserreinigungsanlagen, Stand 1. Dezember 2016, abgerufen am 7. Juli 2024.

Kategorie 1: Amisulprid (CAS-Nr. ), Carbamazepin (CAS-Nr. ), Citalopram (CAS-Nr. ), Clarithromycin (CAS-Nr. ), Diclofenac (CAS-Nr. ), Hydrochlorothiazid (CAS-Nr. ), Metoprolol (CAS-Nr. ), Venlafaxin (CAS-Nr. );

Kategorie 2: Benzotriazol (CAS-Nr. ), Candesartan (CAS-Nr. ), Irbesartan (CAS-Nr. ), 4-Methylbenzotriazol (CAS-Nr. ) und 5-Methylbenzotriazol (CAS-Nr. ) als Gemisch (Tolyltriazol).

Der Reinigungseffekt wird nach folgenden Kriterien ermittelt: Die Berechnung des Reinigungseffekts hat aufgrund von mindestens sechs Substanzen zu erfolgen. Dabei muss das Verhältnis der Substanzen der Kategorie 1 zu den Substanzen der Kategorie 2 zwei zu eins betragen.

Sind bei den zu messenden Substanzen weniger als sechs Substanzen in einer ausreichenden Konzentration vorhanden, so legt die kantonale Behörde in Absprache mit dem Bundesamt für Umwelt – soweit sinnvoll – weitere Substanzen zur Berechnung des Reinigungseffekts fest.

Maßgebend für die Erzielung des geforderten Reinigungseffekts ist der Mittelwert der prozentualen Eliminationen aller zur Berechnung herangezogenen Substanzen.

Der gesetzlich vorgeschriebene Reinigungseffekt liegt bei 80 % zwischen dem Einleiten in die Kläranlage und dem Einleiten in das Gewässer.

Zusätzlich gelten seit 2020 für die drei Arzneimittel, Azithromycin, Clarithromycin und Diclofenac Grenzwerte in Oberflächengewässer.

In der EU