Die zunehmende Verknappung von Trinkwasserressourcen durch neu auftretende Schadstoffe wie per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), Pestizide und Arzneimittelrückstände erfordert eine detaillierte Bewertung ihrer Eintragsquellen, Transportpfade und Abbauprozesse im Wasserkreislauf. Angesichts der Vielzahl potenziell relevanter Substanzen sowie toxischer Transformationsprodukte besteht ein hoher Bedarf an zielgerichteten und innovativen Monitoringmethoden. Eine zentrale Fragestellung ist dabei, in welchem Maße der Schadstoffmassenfluss in Grundwasserleitern durch nachhaltige Abbauprozesse verringert wird – eine entscheidende Voraussetzung für fundierte Risikoabschätzungen und effiziente Sanierungskonzepte.

Isotopenanalytische Verfahren, insbesondere die komponentenspezifische Isotopenanalyse (CSIA) sowie enantiomerselektive Ansätze ermöglichen eine forensisch belastbare Zuordnung von Schadstoffquellen und die Bewertung biologischer und chemischer Abbauprozesse. Für PFAS erfolgten Methodenentwicklungen zur Anwendung von CSIA, um Quellenidentifizierung und Abbaubewertung prioritärer Verbindungen dieser Schadstoffklasse zu ermöglichen. Methodische Herausforderungen wie die vollständige Umsetzung thermostabiler Verbindungen und die Vermeidung störender Nebenprodukte konnten weitgehend überwunden werden. Damit gelang erstmals die Bestimmung von Kohlenstoffisotopenverhältnissen verschiedener PFAS-Verbindungen. Laborstudien zeigten deutliche Unterschiede der Isotopenfraktionierung bei reduktiven und oxidativen Reaktionsmechanismen, was das Potenzial von CSIA zur Bewertung des Sanierungserfolgs von PFAS aufzeigt.

Eine ergänzende Fallstudie zu chiralen Pestiziden (Dichlorprop, Mecoprop, 4-CPP) demonstriert die kombinierte Anwendung von CSIA, der Analyse von Enantiomeren und Schadstoffflussmessungen mit dem innovativen IsoFLUX-System. Durch die erstmalige Kombination dieser Methoden konnte der nachhaltige Rückgang des Schadstoffmassenflusses durch mikrobiellen Abbau erfasstt werden. Unterschiede von Enantiomerenverhältnissen und Isotopenwerten belegten die räumlich differenzierte Aktivität biologischer Transformationsprozesse und erlaubten die Differenzierung primärer und sekundärer Quellen. Solche quantitativen Nachweise des Abbaufortschritts sind entscheidend, um die Größe und Dynamik von Schadstofffahnen im Untergrund realitätsnah zu modellieren und die Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen zu bewerten.

Neben der Darstellung der methodischen Entwicklung und der exemplarischen Einsatzmöglichkeiten werden die Anforderungen, aktuellen Limitationen und Perspektiven der vorgestellten, innovativen Verfahren diskutiert. Ihr Anwendungspotenzial erstreckt sich über verschiedene Stoffgruppen – von Pestiziden (z. B. Hexachlorcyclohexan, Atrazin, Bromacil) über Arzneimittelrückstände (z. B. Ibuprofen, Metoprolol) bis hin zu PFAS (z. B. PFOA). Die Kombination isotopen-, enantiomeren- und flussbasierter Methoden bietet ein leistungsfähiges Instrumentarium, um Anteile verschiedener Quellen zu quantifizieren, nachhaltige Abbauprozesse nachzuweisen und somit die Basis für eine risikoorientierte und kosteneffiziente Grundwassersanierung zu schaffen.