Eine Vielzahl hydrophiler Xenobiotika wird in kommunalen Kläranlagen nur unvollständig abgebaut und stellt ein potentielles Risiko für aquatische Ökosysteme dar. Die Eliminationsleistung von Kläranlagen hat sich deshalb während des letzten Jahrzehnts zu einem Schwerpunkt in der aquatischen Umweltchemie entwickelt. Die vorliegende Arbeit untersucht in diesem Zusammenhang die Variation biologischer Abbauleistungen kommunaler Kläranlagen für polare Xenobiotika. Es soll überprüft werden, ob die Abbauleistung von Xenobiotika mit derer klassischer Nährstoffe in Beziehung gesetzt werden kann. Als zusätzlicher Faktor zur Erklärung von unterschiedlichen Eliminationsleistungen wurden Probenahmestrategien hinsichtlich der Erstellung von Massenbilanzen analysiert. Fünf Pharmaka sowie drei Aminopolycarbonsäuren wurden als Testsubstanzen ausgewählt. Diese umfassen ein Spektrum an mikrobiologischer Abbaubarkeit bedingt durch die Reaktivität ihrer unterschiedlichen molekularen Strukturen. Ein kombinierter Versuchsaufbau aus Respirometrie und Abbautests ermöglichte, neben der Bestimmung von Abbaukinetiken, auch die Charakterisierung von Belebtschlamm. Der Einfluss von Mischungsprozessen auf die Abbauleistungen von Kläranlagen wurde mittels hydraulischer Aufenthaltszeitverteilungen modelliert. Darauf basierend wurde eine Methode zur Beurteilung und Erstellung von Eliminationsleistungen aus Zulauf-Ablauf Massenbilanzen entwickelt. Die Resultate zeigen deutliche Unterschiede in den Belebtschlammcharakteristika und dem Abbaupotential von Xenobiotika zwischen verschiedenen Kläranlagen. Die aktive heterotrophe Biomasse wurde als steuernder Faktor für die Biodegradation der untersuchten leicht und moderat abbaubaren Xenobiotika identifiziert. Dies kann als Hinweis auf kometabolische Abbauprozesse durch unspezifische Enzymaktivitäten gewertet werden. Die beobachtete Abnahme der Eliminationsleistung mit steigendem Schlammalter konnte anhand modifizierter Kinetiken pseudo-erster Ordnung beschrieben werden. Die Modellierung von Mischungsprozessen mittels hydraulischer Aufenthaltszeitverteilungen macht deutlich, mit welcher Unsicherheit Massenbilanzen in Kläranlagen behaftet sind. Die Ergebnisse demonstrieren, dass dies vor allem auf inadäquate Probenahmestrategien zurückzuführen ist. Insbesondere Massenbilanzen auf der Basis von kurzen Probenahmezeiträumen und 24-h Mischproben resultieren in fehlerhafte Eliminationsraten. Der vorgestellte Ansatz benutzt die Verteilungen von Aufenthaltszeiten als Leitprinzip, um Zulauf- und Ablauffrachten zueinander in Beziehung zu setzen. Die Methode kann als Grundlage zur akkuraten Schätzung von Eliminationsleistungen herangezogen werden und bietet eine Erklärung für das Vorkommen negativer Eliminationsleistungen.