Das Ziel dieser Promotionsarbeit bestand in der Anfertigung einer Risikocharakterisierung für ein Silbernanopartikel (NM-300K) in Böden für den Klärschlammpfad. Mit Klärschlammpfad ist das Aufbringen von silbernanopartikelhaltigem Klärschlamm auf landwirtschaftliche Nutzflächen gemeint. Im Atmungshemmtest nach OECD Richtlinie 209 (1984) hat sich gezeigt, dass die Wirkung von NM-300K in der Kläranlage stark von der Zusammensetzung des Abwassers abhängig ist. Vor allem die Konzentration der verschiedenen Salze scheint eine große Rolle zu spielen. Die Kläranlagensimulationen haben bestätigt, dass bei umweltrelevanten Konzentrationen > 90% der Silbernanopartikel im Klärschlamm verbleiben und nicht in den Vorfluter gelangen. An Klärschlamm gebundene Silbernanopartikel (NM-300K) entfalten nach Abbau des Klärschlammes durch die Bodenmikroorganismen wieder die Wirkung von reinem NM-300K. Diese Aussage gilt nur für entwässerten, nicht gefaulten Klärschlamm. Es bestehen Hinweise darauf, dass durch die Faulung von Klärschlamm eine langfristige Detoxifizierung von Silbernanopartikeln bewirkt wird. Weitere Untersuchungen sind zur Untermauerung notwendig. Die Risikocharakterisierung zeigt, dass die PNEC für NM-300K in Böden bei 0,05 mg/kg TM Boden und für den Klärschlammpfad bei 30 mg/kg TS Klärschlamm liegt. Nur wenige Informationen zum Verbleib von Silbernanopartikeln in Böden sind gegenwärtig vorhanden. Es gibt Hinweise darauf, dass die Mobilität im Boden eingeschränkt ist. Bei einer Applikation von Klärschlamm aus kommunalen Kläranlagen mit Silbergehalten von 2-50 mg/kg TS Klärschlamm und einer Akkumulation an Silber in Böden, wären Gehalte die der PNEC entsprechen schnell erreicht. Der Vergleich von PEC-Werten aus Modellrechnungen für Böden, auf den mit Silbernanopartikeln belasteter Klärschlamm ausgebracht wurde, mit den in dieser Arbeit abgeleiteten PNECs für NM-300K zeigt, dass bei wiederholter Applikation von Klärschlamm ein Risiko für Organismen des terrestrischen Ökosystems nicht ausgeschlossen werden kann.
The main goal of this PhD thesis was the preparation of a risk characterisation of a specific silver nanoparticle (NM-300K) in soils for the sewage-sludge pathway. The sewage-sludge pathway is, in this context, the application of sewage sludge that contains silver nanoparticles to agricultural land. In the respiration inhibition test, performed according to OECD Guideline 209 (1984), the effects of NM-300K in a wastewater treatment plants (WWTP) are highly dependent on the composition of the wastewater. The concentration of various salts seems to play a major role. The simulation of WWTPs has confirmed that at environmentally relevant concentrations, >90% of silver nanoparticles remain in sewage-sludge and may not reach the water course. The effects of NM-300K bound to sewage-sludge can be minimised to those of pure NM-300K after the sewage-sludge is processed by micro-organisms (for dewatered sewage-sludge only, not digested sludge). There is evidence that through the digestion of sewage sludge a long-term detoxification of silver nanoparticles occurs. Further studies are necessary to substantiate this hypothesis. The risk characterization also showed that the PNEC for NM- 300K in the soils is 0.05 mg/kg dry matter soil while for the sewage-sludge pathway the PNEC is 30 mg/kg dry matter sludge. Little information on the fate of silver nanoparticles in soil is currently available, however, there are indications that the mobility is limited in the soil. With accumulation of silver nanoparticles in soils from agricultural application of sewage-sludge from WWTPs, containing 2-50 mg/kg dry matter sludge, the PNEC for soils would be reached quickly. The comparison of PEC values from model calculations for silver nanoparticles in soil (applied via sewage-sludge) with PNEC values for NM-300K indicates that risk to terrestrial ecosystem organisms from repeated sewage-sludge application cannot be excluded.
