Wie gelangen PFAS in die Fliessgewässer?

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sind eine umfangreiche Gruppe synthetisch hergestellter Chemikalien, die aufgrund ihrer wasser-, fett- und schmutzabweisenden Eigenschaften in zahlreichen industriellen Anwendungen- sowie Konsumprodukten eingesetzt werden [1–4]. In der Struktur sind sie ähnlich wie Tenside aufgebaut mit hydrophiler Kopfgruppe und einer stark hydrophoben, fluorierten Kohlenstoffkette, die den PFAS eine hohe Persistenz und Mobilität verleiht [5, 6]. Infolgedessen können sie sich – je nach Substanz – in Wasser und Luft weit verbreiten und in der Umwelt anreichern [1, 7, 8]. Zudem sind viele PFAS bioakkumulierend und weisen toxische Eigenschaften auf [2, 9]. Emissionen in die Umwelt können während sämtlicher Produktions- und Nutzungsphasen auftreten, von der Herstellung über den industriellen und gewerblichen Einsatz sowie in der Verwendung von Konsumprodukten bis hin zur Abfallbehandlung [8, 10].

Die grosse Anzahl an PFAS-Substanzen sowie die unterschiedlichen Verhaltensweisen stellen eine erhebliche Herausforderung für die Quantifizierung von PFAS-Frachten in aquatischen Systemen dar. Ihre Umweltrelevanz in bereits sehr geringen Konzentrationen und das hohe Potenzial von Vorläufersubstanzen verstärken diese Problematik, insbesondere für die Laboranalytik (s. Infobox). Darüber hinaus ist die Entfernung von PFAS aus dem Wasser technisch sehr anspruchsvoll. Nach aktuellem Wissensstand eignen sich beispielsweise Verfahren mit Aktivkohle oder Ionen-tauscher [11]. Es werden laufend neue spezifische Verfahren entwickelt.

Zur Einschätzung der Belastungssituation mit PFAS startete der Kanton Zürich 2024 und 2025 umfassende Messkampagnen im Umwelt- und Lebensmittelbereich. Das Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft (AWEL) untersuchte dabei Fliessgewässer, Abwasserreinigungsanlagen, Deponiesickerwasser, Industrieabwasser, häusliches Abwasser, Regenabwasser aus Siedlungsgebieten sowie Seesedimente. Der vorliegende Artikel befasst sich mit dem Stofffluss bis in die Zürcher Fliessgewässer und der Frachtsummenberechnung der neun vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) empfohlenen PFAS-Substanzen. Damit wird eine erste Einschätzung der Belastungssituation ermöglicht und eine Diskussion der wichtigsten Eintragspfade angestossen.

Material und Methoden

Untersuchungsprogramm und -perimeter

Zwischen den Jahren 2021 und 2025 wurden im Kanton Zürich die wichtigsten Fliessgewässer, die Zu- und Abflüsse von 60 kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA), Proben von häuslichem Abwasser aus drei Siedlungsgebieten sowie Sickerwasser aus 16 Deponien in Betrieb und in Nachsorge untersucht.

Die sechs Einzugsgebiete (EZG) der Flüsse Limmat, Glatt, Töss, Reppisch, Furtbach und Jonen entwässern einen Grossteil der Kantonsfläche. Sie bilden den Untersuchungsperimeter im Kanton Zürich für die Ermittlung von Eintrag, Transport und Export der PFAS-Frachten (Fig. 1). Über diesen Perimeter sind Zürichsee, Greifensee und Pfäffikersee abgedeckt sowie das EZG des Obersees und des Linthkanals. Die sechs EZG werden durch jeweils eine Messstelle definiert, für welche Mischproben entnommen wurden und Abflussmessungen repräsentativ möglich sind. Die Messdaten für die Fliessgewässer wurden mit zwei Stichproben und sechs bis neun Mischproben pro Messstelle über die Jahre 2024 und 2025 verteilt erhoben. Alle Werte wurden gleich gewichtet, gemittelt und mit dem mittleren Abfluss verrechnet. Die Summe dieser sechs EZG ergibt die Gesamtfracht der gemessenen PFAS für den untersuchten Perimeter.

Die 60 kommunalen Zürcher ARA (> 1000 Einwohnerwerte) wurden in den Jahren 2024 und 2025 beprobt. In Zu- und Ablauf wurden je sieben mengenproportionale 24-h-Sammelproben entnommen und abflussproportional zu einer 7-Tage-Mischprobe vermengt. Ergänzt wurden die beiden Zürcher Messkampagnen durch Messungen aus den Jahren 2022 und 2023 von acht ausserkantonalen ARA, die in das Einzugsgebiet des Linthkanals und des Obersees entwässern. Um die jeweilige Fracht zu bestimmen, wurde für jede ARA die mittlere PFAS-Konzentration im Ablauf mit dem entsprechenden mittleren Abfluss multipliziert.

Im Kanton Zürich befinden sich 16 Deponien. Von diesen leiten fünf ihr Sickerwasser direkt in Gewässer ein, während elf an die Kanalisation angeschlossen sind. Die Deponien wurden seit 2021 in unregelmässigen Abständen beprobt. Die berechnete Fracht basiert auf dem Mittelwert aller verfügbaren Konzentrationsmessungen sowie dem mittleren Sickerwasserabfluss pro Deponie.

Das häusliche Abwasser wurde mittels einer Messkampagne in drei unterschiedlichen Wohngebieten beprobt, die im Trennsystem entwässert werden. Hierfür wurde in der Schmutzabwasserkanalisation jeweils ein automatisiertes Probenahmesystem installiert, das ausschliesslich bei Trockenwetter stündlich Abwasserproben sammelte. Pro Standort wurden drei Wochenmischproben erfasst und anschliessend analysiert. Mittels dieser Erhebung konnten die PFAS-Konzentrationen ausschliesslich aus häuslichem Abwasser von insgesamt 14 300 natürlichen Personen bestimmt werden. Zur Berechnung der Fracht wurde für das Abwasservolumen der schweizerische Mittelwert des häuslichen Wasserverbrauchs von 142 Liter pro Person und Tag verwendet [12].

Laboranalytik

Für die Analyse der PFAS-Konzentrationen kam die Flüssigchromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) zum Einsatz. Die Bestimmungsgrenzen lagen im Bereich von wenigen Nanogramm pro Liter für Wasserproben. Eine Qualitätssicherung wurde durch Blindproben, Doppelbestimmungen und den Einsatz zertifizierter Referenzmaterialien gewährleistet. Die Auswertung erfolgte nach der Empfehlung des Kompetenznetzwerks der kantonalen Gewässerschutz- und Umweltlaboratorien Lab’Eaux [13].

Berechnung der PFAS-Frachtsummen

Für die Berechnung der PFAS-Frachten wurde die Summe von neun PFAS-Einzelsubstanzen verwendet, wie sie vom BAFU im Bereich Altlasten empfohlen wird: PFBA, PFPeA, PFHxA, PFHpA, PFOA, PFNA, PFBS, PFHxS und PFOS (BAFU-9).

Für diese Stoffpalette werden im Kanton Zürich seit 2021 Messungen durchgeführt. Dadurch liegen mehrjährige Datenreihen vor, die eine robuste Berechnung der Stoffflüsse ermöglichen. Aktuelle Emissionen von Vorläufersubstanzen (Precursors) sind darin jedoch nicht berücksichtigt (s. Infobox).

Für eine konsistente quantitative Zuordnung der Eintragspfade und Quellen im Kanton Zürich werden in der Stoffflussrechnung hauptsächlich Messdaten innerhalb des definierten Perimeters berücksichtigt (Fig. 2). Insgesamt vierzehn ARA und sechs Deponien werden nicht einbezogen (Fig. 3), da sie flussabwärts der letzten Messstelle in die Fliessgewässer einleiten.

Diskussion: Quellen und Eintragspfade

Die Zusammenführung der PFAS-Frachten in einer vereinfachten Stoffflussdarstellung ermöglicht den quantitativen Vergleich und die Diskussion von zwei Summenbetrachtungen. Zuerst für die Bezugsgrösse der sechs EZG der Fliessgewässer des Perimeters und danach ausschliesslich für die verschiedenen Einträge in den 55 ARA-Zuläufen.

Einträge in Fliessgewässer

Die sechs EZG des Perimeters (Fig. 1) transportieren zusammen eine tägliche PFAS-Fracht (BAFU-9) von 90,8 g und bilden die Bezugsgrösse 100% (Tab. 1). Die aufgeführten Frachten der einzelnen EZG zeigen sehr deutliche Unterschiede der PFAS-Einträge. Zu beachten ist, dass sich im EZG der Limmat der Zürichsee befindet, dessen Einfluss auf den Stofffluss derzeit noch unklar ist. Die Bedeutung der Sedimente als Senken für PFAS und die Bedeutung der thermischen Schichtung des Sees auf die Konzentrationen im Seeabfluss sind bislang noch ungenügend geklärt. Die Gegenüberstellung der Frachtsummen in den Fliessgewässern und den ARA-Abflüssen innerhalb des Perimeters ergibt für die 55 ARA eine Fracht von 31,8 g/Tag, was einem Anteil von rund 35% der Gesamtfracht entspricht. Die mittlere PFAS-Konzentration (BAFU-9) in den Abläufen aller Zürcher ARA beträgt 0,039 µg/l, weist jedoch eine hohe Variabilität auf (Fig. 3).

Im Kanton Zürich leiten fünf Deponien ihr Sickerwasser direkt in Gewässer ein. Davon liegen jedoch lediglich zwei innerhalb des betrachteten Perimeters. Mit einer gemeinsamen PFAS-Fracht von rund 0,1 g/Tag ist ihr Beitrag zur Gesamtfracht vergleichsweise gering.