Telscher, M.M.Telscher2022-03-072022-03-072006https://publica.fraunhofer.de/handle/publica/276111Ziel dieser Arbeit war es, dass Verhalten von Nonylphenol und Bisphenol A bei der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung, sowie mögliche Gefahren aufgrund der Exposition dieser endokrin wirksamen Chemikalien für die Umwelt abzuschätzen. Dazu wurden diese 14C-markiert in Adsorptions- und Abbaustudien eingesetzt. In Adsorptionsexperimenten konnte gezeigt werden, dass Nonylphenol stark an sandigen Lehmboden, als auch an einzelne Bodenbestandteile (Na-Bentonit, Torfhuminsäuren) adsorbierte, die Desorption von Nonylphenol vom Boden hingegen war gering. Die Adsorption und die Desorption waren hierbei von der Menge des Adsorbens abhängig. Eine mögliche Anreicherung von Nonylphenol im Boden ist daher nicht auszuschließen. In kompetitiven Adsorptionsexperimenten zwischen gelösten Torfhuminsäuren und Na-Bentonit wurde Nonylphenol zu über 90% vom Na-Bentonit adsorbiert, weswegen eine Anreicherung im Sediment von Oberflächengewässern zu erwarten ist, was in zahlreichen Publikationen bestätigt wurde. Bei der kompetitiven Adsorption zwischen festen Torfhuminsäuren und Na-Bentonit waren 80% des applizierten Nonylphenols von den festen Torfhuminsäuren adsorbiert, so dass im Boden eine Anreicherung im Bereich von festem organischen Material zu erwarten ist. Bisphenol A adsorbiert nur schwach an den sandigen Lehmboden und ist leicht wieder desorbierbar. Hier bestünde somit die Gefahr der Versickerung und Grundwasserkontamination bei der Verwendung von mit Bisphenol A kontaminiertem Klärschlamm. In Abbauexperimenten von 353-Nonylphenol im sandigen Lehmboden mit unterschiedlichen Klärschlammgehalten wurde eine Stabilisierung von 353-Nonylphenol mit zunehmendem Klärschlammgehalt festgestellt: Bis zu 25% der applizierten Menge waren noch nach 135 Tagen Inkubation nachweisbar. Es wurde eine Verflüchtigung von ca. 5% der applizierten Menge an 353-Nonylphenol im sandigen Lehmboden gemessen, offensichtlich eine entscheidene Emissionsquelle von Nonylphenol. Der M1-Metabolit, der stärker hydrophob als die Mutterverbindung 353-Nonylphenol war, konnte als 2-Nitro-4-(3,5-dimethylheptan-3-yl)-phenol identifiziert werden. Die höchsten gefundenen Konzentrationen an diesem Metaboliten betrugen nahezu 40% bezogen auf die applizierte Menge. In Abbauversuchen vom technischen Gemisch von Nonylphenol in einer 1:1 Boden/Klärschlammmischung konnte nach 130 Tagen Inkubation gezeigt werden, dass alle Isomere des technischen Gemisches gleichmäßig zum Nitrometaboliten umgewandelt wurden. Hingegen konnten weder Nonylphenol noch irgendwelche Metaboliten bei Abbauversuchen in einem sandigen Tonlehmboden und einem Lehmboden nachgewiesen werden. In Bioverfügbarkeitstudien von 353-Nonylphenol im sandigen Lehmboden bei Zugabe von Na-Bentonit und festen Torfhuminsäuren wurde aufgezeigt, dass die Abbaugeschwindigkeit von 353-Nonylphenol durch Zugabe von zusätzlichen Na-Bentoniten bzw. zusätzlichen Torfhuminsäuren dramatisch abnahm. 70% des applizierten Nonylphenols konnten selbst nach 135 Tagen Inkubation im sandigen Lehmboden mit festen Torfhuminsäuren wiedergefunden werden. Für Bisphenol A konnte nach 145 Tagen Inkubation im Klärschlamm weder Bisphenol A noch irgendwelche Umwandlungsprodukte nachgewiesen werden. Eine mutagene Wirkung von 353-Nonylphenol, dem technischen Gemisch von Nonylphenol, Bisphenol A und dem M1-Metaboliten, 2-Nitro-4-(3,5-dimethylheptan-3-yl)-phenol, konnte in den hier benutzten Testsystemen (Ames-Assay, UMU-Test) nicht nachgewiesen werden. Als abschließendes Fazit bleibt zu sagen, dass für Bisphenol A durch rasche Metabolisierung und Festlegung kein Risiko bezüglich der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung besteht, während bei Nonylphenol aufgrund der Stabilisierung mit erhöhtem Klärschlammgehalt und aufgrund des Auftretens des Metaboliten o-Nitro-Nonylphenol von einer potentiellen Gefährdung bei der Verwendung Nonylphenol-haltiger Klärschlämme in der Landwirtschaft auszugehen ist.The fate of the important industrial chemical nonylphenol and bisphenol A which were enriched during wastewater treatment processes and exposed to the environment using sewage sludge as an agricultural fertilizier were studied. Adsorption and degradation experiments were performed with [14C]-radiolabeled compounds. Sorption of 353-nonylphenol to sandy loam soil as well as to Na-bentonite and peat humic acids was high, desorption low. Sorption and desorption of nonylphenol was strongly correlated with the amount of suspended soil in water. An enrichment of nonylphenol in soil migt be possible. In competitive sorption studies between dissolved peat humic acids and Na-bentonite about 90% of nonylphenol was sorbed to the bentonite therefore an enrichment in sediments of surface waters is expected. This is confirmed in a large number of publications. Using solid peat humic acids in competitive sorption studies most of nonylphenol (ca. 80%) was enriched at the solid peat humic acids and not at the Na-bentonite. An enrichment of nonylphenol at soil organic matter therefore is to be expected. Sorption of bisphenol A to sandy loam is low there might be a risk of contamination of ground water because of bleeding using bisphenol A contaminated sewage sludge as an agricultural fertilizier. 353-nonylphenol was stabilizied with increasing amounts of sewage sludge in soil up to 25% of applied after 135 days of incubation. A volatilization of 5% of 353-nonylphenol in a sandy loam might be an important source of nonylphenol into the environment. A new metabolite which was less polar than the parent compound nonylphenol itself was identified as 4-(3,5-dimethyl-3-heptyl)-2-nitrophenol. Highest amounts of that metabolite found in degradation studies were 40% of applied. In degradation studies after 130 days in a soil/sewage sludge mixture 1:1 (m:m) all isomers of technical nonylphenol were metabolizied in the same order to the nitro-metabolite. In sandy clay loam and in loam no nonylphenol and no metabolites of nonylphenol could be detected after 135 days of incubation in degradation experiments. In bioavailability studies degradation rates of 353-nonylphenol decreased dramatically with additional Na-bentonite or additional peat humic acids in a sandy loamy soil. 70% of applied nonylphenol could be detected after 135 days of incubation in sandy loam with additional peat humic acids. After 145 days of incubation in sewage sludge no bisphenol A and no metabolites of bisphenol A could be detected. No mutagen action could be detected for nonylphenol, 353-nonylphenol, bisphenol A and the new metabolite 4-(3,5-dimethyl-3-heptyl)-2-nitrophenol in test assays used (Ames-assay, UMU-assay). In conclusion the risk using bisphenol A contaminated sewage sludge as an agricultural fertilizier might be poor, but using nonylphenol contaminated sewage sludge there might be an incalculable risk, specially considering the high amounts of the metabolite 2-nitro-nonylphenol.de570610620660doctoral thesis