Wie gelangen Tierarzneimittel in die Gewässer?

Fipronil und Permethrin sind Insektizide, die in der Vergangenheit verbreitet als Wirkstoffe in Pflanzenschutzmitteln eingesetzt wurden. Während für beide Substanzen in der EU und der Schweiz seit einigen Jahren keine Zulassung mehr im Bereich des Pflanzenschutzes besteht, werden sie in der Veterinärmedizin weiterhin zur Bekämpfung von Ektoparasiten wie Flöhen, Zecken, Läusen und Milben verwendet. Der Einsatz erfolgt sowohl bei Nutztieren als auch bei Heimtieren [1]. Bei Hunden und Katzen werden Tierarzneimittel mit diesen Wirkstoffen typischerweise als topische Antiparasitika appliziert. Diese zur äusserlichen Anwendung bestimmten Mittel sind als Spot-on-Präparate zum Auftropfen, als Spray oder in Form wirkstoffhaltiger Halsbänder erhältlich. Die Behandlung erfolgt prophylaktisch oder therapeutisch und orientiert sich an der saisonalen Aktivität der Parasiten; während Zecken-Expositionen primär zwischen März und November auftreten, stellt ein Flohbefall ein ganzjähriges Risiko dar [2, 3].

Bei einer Standarddosierung von etwa 10 mg/kg Körpergewicht werden bedeutende Mengen an Wirkstoffen auf das Fell der Tiere aufgetragen. Von dort gelangen sie im Wesentlichen über zwei Wege in die aquatische Umwelt:

1. Direkter Eintrag

Wenn behandelte Tiere in Oberflächengewässern schwimmen.

2. Indirekter Eintrag

Durch das Waschen der Tiere zuhause in der Badewanne oder beim Hundecoiffeur, das Händewaschen der Tierhalter nach dem Streicheln der Tiere oder durch das Waschen von Liegematten in der Waschmaschine. Dadurch gelangen die Wirkstoffe in die Kanalisation und von dort über die kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA) in die Gewässer.

Aktuelle Studien zeigen, dass Haushalte die Hauptquelle für Fipronil‑ und Permethrineinträge in Oberflächengewässer sind [1, 4], während der direkte Eintrag durch badende Tiere nur eine geringe Rolle spielt [2, 4]. Für Permethrin kommen zudem Anwendungen als Biozid sowie als Humanarzneimittel hinzu. Durch letztere Anwendung – etwa in Salben gegen Krätze – gelangt Permethrin ebenfalls über das häusliche Abwasser in die Gewässer.

Wirkung auf Gewässerorganismen

Insektizide weisen häufig bereits in sehr geringen Konzentrationen eine erhebliche Toxizität gegenüber aquatischen Invertebraten auf. Für Fipronil und Permethrin liegen die chronischen Umweltqualitätskriterien unter 1 ng/l. Besonders kritisch ist bei Fipronil die Bildung von Transformationsprodukten zu bewerten: Fipronil-Sulfon und Fipronil-Sulfid gelten nach einer ersten Ad-hoc-Bewertung des Oekotoxzentrums sogar als noch toxischer als die Muttersubstanz selbst (s. Tab. 1).

Schweizweite Erhebungen

Die Ergebnisse des nationalen Messprogramms NAWA Trend MV, wie sie von Barth et al. [2] präsentiert wurden, unterstreichen die flächendeckende Problematik: Fipronil wurde in sämtlichen untersuchten Fliessgewässern mit Abwassereintrag nachgewiesen. Dabei kam es zu regelmässigen Überschreitungen des chronischen Qualitätskriteriums (CQK). Die durchgehenden Nachweise in ARA-Abläufen bestätigen, dass der Eintrag über kommunale Abwassersysteme der vermutlich wichtigste Pfad für die Belastung ist.

Basierend auf den NAWA-Daten wurde eine jährliche Fipronil-Fracht von circa 10 kg über die ARA in die Schweizer Gewässer hochgerechnet [2]. Eine präzise Differenzierung nach Anwendungsbereichen (z. B. Anteil der verschiedenen Produkte von Tierarzneimitteln) ist aufgrund der aktuell vorliegenden Daten jedoch nicht möglich. Eine umfassende nationale Stoffflussbetrachtung stösst derzeit an methodische Grenzen, da für eine Massenbilanz grosse Mengen an zusätzlichen Messdaten und detaillierten Verbrauchsstatistiken erforderlich wären.

Die Frachtermittlung von Permethrin ist schwierig, da der Stoff stark an Partikel gebunden vorliegt (logKow = 7,4). Der Verbrauch als Tierarzneimittel wird auf ca. 160 kg/a geschätzt [8]. Beschränkt sich die Analyse einer Probe auf die wässrige Phase, wird nicht die Gesamtkonzentration erfasst, sondern lediglich der gelöste Anteil. Je nachdem, ob die Proben vor der Analyse filtriert wurden oder nicht, erhält man stark variierende Konzentrationen, was eine Berechnung von Frachten sowie den Vergleich verschiedener Studien erheblich erschwert. Tabelle 2 fasst die Schätzungen der Verbrauchsmengen und der ARA-Frachten sowie die Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten von Fipronil und Permethrin zusammen.

Untersuchungen im Furttal

Das Furttal bietet aufgrund seines topografisch klar abgegrenzten Einzugsgebiets und der hohen Belastung des Furtbachs mit Abwasser ideale Voraussetzungen, um Stoffflüsse zu analysieren. Der Furtbach, dessen Ursprung im Katzensee liegt, weist im Oberlauf nahezu keine Vorbelastung auf, was eine präzise Bilanzierung der stromabwärts erfolgenden Einträge ermöglicht.

Das Gewässer nimmt das gereinigte Abwasser von drei ARA auf: Regensdorf, Buchs und Otelfingen. Seit 2024 sind zwei dieser Anlagen mit einer 4. Reinigungsstufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen ausgestattet: Während in der ARA Regensdorf eine Filtration über granulierte Aktivkohle (GAK) zum Einsatz kommt, setzt die ARA Buchs auf ein Verfahren mittels Ozonung mit nachgeschalteter Sandfiltration. Die ARA Otelfingen verfügt derzeit über keine weitergehende Verfahrensstufe. Die Untersuchungen im Furtbach erfolgten an der NAWA-Messstelle «Furtbach bei Würenlos», die vor der Einmündung des Furtbachs in die Limmat liegt (Fig. 2).

Datenerhebung und Analytik

Das Erhebungskonzept beinhaltet die Erfassung der Frachten im Furtbach sowie die Bilanzierung der ARA-Einträge.

Fliessgewässer-Monitoring

Im Zeitraum von 2023 bis 2025 wurden an der NAWA-Messstelle «Furtbach bei Würenlos» in den Kalenderwochen 20 bis 30 jeweils 3,5-Tages-Mischproben entnommen und auf Fipronil sowie Permethrin analysiert. Die Berechnung der Frachten erfolgte unter Einbezug der hochaufgelösten Abflussdaten der Messstelle.

ARA‑Bilanzierung

In den ARA Regensdorf, Buchs und Otelfingen wurden 2025 im Rahmen der Quartalskontrollen 48‑Stunden‑Sammel-proben aus Zu- und Ablauf der ARA erhoben und analysiert. Um die Abbauleistungen der ARA zu quantifizieren, wurden aus den Konzentrationen und den täglichen Abwassermengen die Frachten berechnet.

Die Proben wurden gekühlt, lichtgeschützt und in Glasflaschen transportiert. Abwasserproben wurden vor der Analyse über 0,7‑µm‑Glasfaserfilter filtriert; für Permethrin wurden zusätzlich ungefilterte Zu- und Ablaufproben untersucht. Proben aus Fliessgewässern blieben unbehandelt. Die Wasser- und Abwasserproben wurden mittels Flüssig‑Flüssig‑Extraktion um den Faktor 500 (ARA) bzw. 2500 (Fliessgewässer) konzentriert und anschliessend per GC‑APCI‑MS/MS quantifiziert. Die Bestimmungsgrenzen betrugen 0,05 ng/l für Fipronil sowie 0,1 ng/l für Fipronil‑Sulfon und Permethrin.

Konzentrationen im Abwasser

Figur 3 zeigt die in den 48‑h‑Sammelproben der Zu- und Abläufe der ARA Regensdorf, Buchs und Otelfingen gemessenen Konzentrationen. In allen drei Zuläufen traten vergleichbare Werte auf. Permethrin lag in den filtrierten Proben mit rund 20 ng/l im Mittel etwa fünfmal höher als Fipronil (ca. 4 ng/l). Fipronil‑Sulfon wurde in Konzentrationen unter 1 ng/l nachgewiesen.

In den nicht filtrierten ARA-Zulaufproben fallen die Permethrin‑Konzentrationen deutlich höher aus. Diese Differenz ist auf die Sorption von Permethrin an organisches Material zurückzuführen, wodurch der Stoff in den ARA-Zuläufen, die hohe organische und partikuläre Frachten aufweisen, überwiegend feststoffgebunden vorliegt. Werden die partikelgebundenen Anteile analytisch nicht erfasst, resultiert daraus eine systematische Unterschätzung der tatsächlichen Permethrin‑Gesamtfracht im ARA-Zulauf. Für Fipronil wurde kein systematischer Unterschied zwischen den filtrierten und unfiltrierten Proben festgestellt.

Reduktion auf ARA

Die Konzentrationen von Fipronil und Fipronil‑Sulfon in den ARA‑Abläufen unterschieden sich deutlich, bedingt durch die unterschiedlichen Verfahrensstufen der drei Anlagen.

1. Adsorption an GAK (ARA Regensdorf)

Die effizienteste Elimination von Fipronil und Fipronil-Sulfon wurde in der ARA Regensdorf erzielt. Durch die Behandlung mit GAK konnten Konzentrationsreduktionen zwischen 70% und 90% realisiert werden. Dies unterstreicht die hohe Affinität beider Substanzen zur Aktivkohle.

2. Oxidation durch Ozonung (ARA Buchs)

In der ARA Buchs reduzierte die Ozonung die Fipronil‑Konzentration um rund 70 %. Für das Transformationsprodukt Fipronil‑Sulfon zeigte sich kein vergleichbarer Rückgang. Dies ist plausibel, da Fipronil‑Sulfon das Oxidationsprodukt von Fipronil und Fipronil‑Sulfid darstellt. Während der Ozonung kann daher neu gebildetes Fipronil-Sulfon eine mögliche Eliminierung überlagern.

3. Konventionelle Reinigung (ARA Otelfingen)

Die Ergebnisse bestätigen, dass eine konventionelle ARA mit lediglich einer biologischen Reinigungsstufe nicht in der Lage ist, Fipronil und Fipronil-Sulfon zu eliminieren. Die Konzentrationen blieben im Vergleich von Zu- und Ablauf nahezu unverändert.

Für Permethrin wurde in allen untersuchten ARA eine sehr hohe Reduktion der Konzentrationen in der Wasserphase beobachtet. Ob dieser Rückgang auch auf biologische Abbauprozesse oder vor allem auf die Sorption an Klärschlamm zurückzuführen ist, lässt sich anhand der vorliegenden Daten nicht abschliessend beurteilen. Der deutliche Unterschied zwischen den Resultaten der Analyse der Gesamtfraktion (inkl. Schwebstoffen) und der gelösten Phase in den Zulaufproben zeigt jedoch deutlich, dass Sorptionsprozesse eine zentrale Rolle spielen und höchstwahrscheinlich den dominierenden Eliminationsweg darstellen. Literaturangaben bestätigen diese Annahmen [9].