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Dynamics of organic pollutant mixtures in streams affected by municipal wastewater and surface runoff
Harriet Amy Byrne
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Interdisziplinäres Masterstudium Environmental Sciences
Betreuer*in
Thorsten Hüffer
DOI
10.25365/thesis.73976
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21248.35077.293576-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Ein gezieltes Screening von ca. 800 Verbindungen wurde an Wasserproben durchgeführt, die über einen Zeitraum von 5 Monaten in drei kleinen, kontrastreichen Einzugsgebieten in der Nähe von Leipzig und Dresden, Deutschland, entnommen wurden (Lockwitzbach, Geberbach und Launzige). Die Hauptziele waren zu bestimmen, welche Verbindungsklassen und Quellen zu den Mikroverunreinigungsmustern beitragen, wie groß die ökotoxikologische Belastung durch die Mikroverunreinigungen ist und inwieweit Einleitungsereignisse diese Ergebnisse beeinflussen. Für die Probenahme vor Ort wurden Geräte zur großvolumigen Festphasenextraktion (LVSPE) verwendet. Die Proben wurden mit Flüssigchromatographie und hochauflösender Massenspektrometrie analysiert, und die Toxic Units (TUs; Verhältnis zwischen gemessener und effektiver Konzentration einer Verbindung) wurden für Algen, Krebstiere und Fische anhand experimenteller oder vorhergesagter Toxizitätsdaten berechnet. Es wurde eine Vielzahl von Verbindungen nachgewiesen, von denen einige, wie die Benzothiazole, Metazachlor und seine Derivate sowie Lauramidopropylbetain, in Konzentrationen von bis zu µg L-1 vorkamen. Die vorherrschenden Verbindungsklassen stimmten in der Regel mit der Flächennutzung überein, da die aus dem Verkehrsabfluss stammenden Polymeradditive im stark verstädterten Geberbach dominierten, während die Pestizide im ländlicheren Launzige am häufigsten vorkamen. Regenereignisse beeinflussten die Zusammensetzung der Schadstoffe in den drei Einzugsgebieten unterschiedlich stark. Der Geberbach war am stärksten betroffen, wobei sich die höchsten mittleren Konzentrationen verdoppelten und ein starker Anstieg der Polymeradditive festgestellt wurde. Bei der Risikobewertung mit Hilfe von TUs wurde in allen Einzugsgebieten ein Anstieg des Risikos bei Regenereignissen festgestellt, der jedoch sehr unterschiedlich ausfiel und von einem Anstieg um das Zweifache bis zu einer ganzen Größenordnung reichte. Die Risikoschwelle wurde in allen Fällen bei Regenereignissen und in einigen Fällen bei den Ausgangsbedingungen überschritten. Bei Krustentieren wurde das Risiko in allen Proben überschritten. Pestizide und Biozide trugen in allen Einzugsgebieten am meisten zur Gesamttoxizität bei, insbesondere quartäre Ammoniumverbindungen (QACs) (für alle Arten), Herbizide (für Algen) und Insektizide (für Krebstiere). Künftige Bemühungen zur Verbesserung des Zustands der Ökosysteme in diesen Einzugsgebieten sollten daher vorrangig auf die Verringerung der Mengen dieser Verbindungen abzielen, die in die Flüsse gelangen.
Abstract
(Englisch)
A target screening of ca. 800 compounds was performed on water samples taken over a 5-month period in three small contrasting catchments close to Leipzig and Dresden, Germany (Lockwitzbach, Geberbach, and Launzige). The main goals were to determine which compounds classes and sources contribute to the micropollutant patterns, how large is the ecotoxicological pressure of the micropollutants, and to what extend do discharge events effect these results. On-site large-volume solid phase extraction (LVSPE) devices were used for sample collection. Samples were analysed using liquid chromatography-high-resolution mass spectrometry and Toxic Units (TUs; ratio of measured and effect concentration of a compound) were calculated for algae, crustaceans and fish using experimental or predicted toxicity data. A wide variety of compounds were detected, with some such as the benzothiazoles, metazachlor and its derivatives, and lauramidopropylbetaine appearing at up to the µg L-1 range. The dominating compound classes typically coincided with land-use, as polymer additives resulting from traffic-runoff dominated in the highly urbanised Geberbach, whereas pesticides were highest in the more rural Launzige. Rain events influenced pollutant compositions to varying degrees between the three catchments. The Geberbach was the most impacted, with the highest mean concentrations doubling and a large increase in polymer additives being detected. Risk assessment using TUs found an increase in risk across all catchments during rain events, however this varied greatly from a 2-fold increase to a whole order of magnitude increase. The risk threshold was exceeded in all cases during rain events and in some cases during baseline conditions. For crustaceans the risk was exceeded in all samples. Pesticides and biocides contributed the most to the total toxicity across all catchments, in particular quaternary ammonium compounds (QACs) (for all species), herbicides (for algae), and insecticides (for crustaceans). Future efforts to improve ecosystem health in these catchments should therefore prioritise reducing the quantities of these compounds reaching the streams.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
gezieltes-Screening Mikroverunreinigungen Risikobewertung
Schlagwörter
(Englisch)
Target-Screening Micropollutants Risk-assessment
Autor*innen
Harriet Amy Byrne
Haupttitel (Englisch)
Dynamics of organic pollutant mixtures in streams affected by municipal wastewater and surface runoff
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
viii, 66, XXIII Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thorsten Hüffer
AC Nummer
AC16918590
Utheses ID
67141
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |