Umweltverhalten von organischen Gadoliniumkomplexen

Robert Brünjes1, Philipp Höhn1, Thilo Hofmann1
1 Department für Umweltgeowissenschaften und Forschungsverbund Umwelt, Universität Wien, Österreich

P 9.3 in Groundwater-surface water-interactions - processes and methods

Abwasserbeeinflusste Oberflächenwässer enthalten häufig durch den Eintrag von anthropogenen Gadoliniumkomplexen aus der MRT-Diagnostik erhöhte Gadoliniumkonzentrationen. Trotz der relativ geringen und spezifischen Applikationsmengen, ist anthropogenes Gadolinium ein nahezu idealer Abwassertracer und wurde bereits in einer Reihe von hydrogeologischen Studien zur Untersuchung von Oberflächen-Grundwasser Interaktionen verwendet (Massmann et al., 2004; Rozemeijer et al., 2012; Hissler et al., 2014; Bichler et al., 2016). Neben der Detektion von abwasserbeeinflusstem Grundwasser mittels anthropogenem Gadolinium wurde auch dessen zeitliche Konzentrationsvariation im Oberflächenwasser genutzt, um Verweilzeitverteilungen von Uferfiltrat zu errechnen (Brünjes et al., 2016).

Inertes Verhalten ist die Voraussetzung für die Nutzung als Tracer. Bei anthropogenem Gadolinium gehen die Studien durch die hohe Stabilität der Gadoliniumkomplexe davon aus, dass diese nicht transformiert werden. Einige Untersuchungen und Studien zeigen, dass diese Annahme nicht ausnahmslos gültig ist. Zum Bespiel zeigten Birka et al. (2016), dass die Komplexe unterschiedliche Stabilitäten gegenüber UV-Strahlung haben. Diese Tendenz deckt sich mit Untersuchungen zur Stabilität von verschiedenen Gadoliumkomplexen im menschlichen Organismus (Morcos, 2008).

Der Transport und Verbleib von anthropogenem Gadolinium in der Umwelt ist neben der Stabiltät der anthropogenen Komplexe von weiteren hydrogeochemischen Faktoren abhängig, die auch andere Seltene Erden Elemente (SEE) kontrollieren (Davranche et al., 2015). Der Transport von SEE wird vorallem mit natürliche gelösten organischen Komponenten (DOC) assoziiert (Pédrot et al., 2010). Die Unterscheidung zwischen natürlichen und anthropogenen Gadoliniumkomplexen ist bei der Bewertung des Umweltverhaltens folglich von zentraler Bedeutung.

Aus diesem Anlass wurden neben der Stabilität der Gadoliniumkomplexe gegenüber verschiedener Umwelteinflüsse auch anthropogene Einflussfaktoren aus der Abwasserreinigung bzw. Trinkwasseraufbereitung betrachtet. Daraus soll ein differenzierteres Bild vom Verhalten und Verbleib von anthropogenen eingetragenen Gadoliniumkomplexen in der Umwelt abgeleitet werden.



Bichler A, Muellegger C, Brünjes R, Hofmann T. 2016. Quantification of river water infiltration in shallow aquifers using acesulfame and anthropogenic gadolinium. Hydrological Processes 30 (11): 1742–1756 DOI: 10.1002/hyp.10735

Birka M, Roscher J, Holtkamp M, Sperling M, Karst U. 2016. Investigating the stability of gadolinium based contrast agents towards UV radiation. Water Research 91: 244–250 DOI: 10.1016/j.watres.2016.01.012

Brünjes R, Bichler A, Hoehn P, Lange FT, Brauch HJ, Hofmann T. 2016. Anthropogenic gadolinium as a transient tracer for investigating river bank filtration. Science of the Total Environment 571: 1432–1440 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2016.06.105

Davranche M, Gruau G, Dia A, Marsac R, Pédrot M, Pourret O. 2015. Biogeochemical Factors Affecting Rare Earth Element Distribution in Shallow Wetland Groundwater. Aquatic Geochemistry 21 (2–4): 197–215 DOI: 10.1007/s10498-014-9247-6

Hissler C, Stille P, Guignard C, Iffly JF, Pfister L. 2014. Rare Earth Elements as Hydrological Tracers of Anthropogenic and Critical Zone Contributions: A Case Study at the Alzette River Basin Scale. Procedia Earth and Planetary Science 10: 349–352 DOI: 10.1016/j.proeps.2014.08.036

Massmann G, Knappe A, Richter D, Pekdeger A. 2004. Investigating the influence of treated sewage on groundwater and surface water using wastewater indicators in Berlin, Germany. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 32 (4–5): 336–350 DOI: 10.1002/aheh.200400543

Morcos SK. 2008. Extracellular gadolinium contrast agents: Differences in stability. European Journal of Radiology 66 (2): 175–179 DOI: 10.1016/j.ejrad.2008.01.025

Pédrot M, Dia A, Davranche M. 2010. Dynamic structure of humic substances: Rare earth elements as a fingerprint. Journal of Colloid and Interface Science 345 (2): 206–213 DOI: 10.1016/j.jcis.2010.01.069

Rozemeijer J, Siderius C, Verheul M, Pomarius H. 2012. Tracing the spatial propagation of river inlet water into an agricultural polder area using anthropogenic gadolinium. Hydrology and Earth System Sciences 16 (8): 2405–2415 DOI: 10.5194/hess-16-2405-2012