Transcript Böden

Erfahrungen mit ökotoxikologischen Testsystemen bei der
Beurteilung kontaminierter
Standorte
J. Römbke & S. Jänsch
ECT Oekotoxikologie GmbH
Flörsheim
Gliederung:
1.
Grundlagen einer Beurteilungsstrategie
Rechtliche Situation und ISO-Empfehlungen
2.
Methodischer Ansatz
Das Projekt ERNTE
3
Ökotoxikologische Methoden
Terrestrische Verfahren
4.
Ergebnisse von Fallstudien
Reale Flächen (Hamburg)
5.
Schlussfolgerungen und Ausblick
Vorstellung einer Handlungsempfehlung
Erster Teil:
Grundlagen einer
Beurteilungsstrategie
Rechtliche Situation und ISOEmpfehlungen
Überblick über mögliche Schutzgüter im Boden
In Anlehnung an das BBodSchG (Kördel et al. 2000)
Rot: Retentionsfunktion
Grün: Habitatfunktion
Bewertung von Boden und Bodensubstrat:
Gesetzliche Grundlagen:
-
Bundesbodenschutzgesetz (1998)
-
Bundesbodenschutzverordnung (1999)
-
LAGA (2003): Anforderungen an die stoffliche
Verwertung von mineralischen Abfällen.
 Ausschließliche Bewertung über die Konzentration einer
ausgewählten (und kleinen) Anzahl chemischer Stoffe (d.h. via
Rückstandsanalytik)
 Keine Berücksichtigung biologisch-ökotoxikologischer
Methoden, die folgende Vorteile haben:
-
Integration der Wirkung aller Kontaminanten und ihrer
Interaktionen (untereinander und mit dem Boden)
-
Direkte Beurteilung des jeweiligen Schutzguts
Anforderungen der Praxis:
►
Hohe Bedeutung der Rahmenbedingungen der Praxis; d.h.
die Einbeziehung ökotoxikologischer Tests sollte:
1.
eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des
Umgangs mit belastetem Boden (z.B.
durch eine andere Entsorgung) erlauben;
2.
die (Rechts)-Sicherheit bei der Klassifikation von
Bodenmaterial erhöhen;
3.
die Effizienz bei Sanierungsmaßnahmen
(Erst- und Endbeurteilung) verbessern.
►
Diese Vorteile müssen unter Praxisbedingungen, z.B.
anhand von Pilotstudien, belegt werden, um die Akzeptanz
ökotoxikologischer Methoden zu steigern.
Vorstellung einer Beurteilungsstrategie
(ISO 17616):
Vorgegebene chemische
Analysenwerte nach BBodSchV,
LAGA bzw. Sanierungsplan
überschritten (wenn definiert) ?
ja
Begrenzung der Verwertung
bzw. Sanierungsziel nicht
erreicht
nein
Ökotoxikologische Testung mit
Bodeneluat:
toxische Effekte nachweisbar ?
nein
Gefahr eines
Schadstoffaustrags
bzw. einer
Grundwassergefährdung gering
Einbau als Unterboden möglich
Ökotoxikologische Testung mit Boden:
toxische Effekte nachweisbar ?
ja
ja
Ursachenidentifikation
nein
Lebensraumfunktion
gegeben
Verwertung bzw. Einbau
als Oberboden möglich
Nicht enthalten:
Vor-Ort-Analytik
Zweiter Teil:
Methodischer Ansatz
Das Projekt ERNTE
Ziel des BMBF Verbundprojekts ERNTE:
Verbesserung der Beurteilung der Qualität von Böden
durch den Routine-Einsatz ökotoxikologischer Tests
 Schaffung der notwendigen Voraussetzungen:
-
Fortführung der Standardisierung und Normung
Beleg der Vorteile anhand von Fallstudien
Erstellung einer Handlungsempfehlung für potentielle
Anwender und Entscheidungsträger
Verbundpartner:
ECT GmbH
RWTH Aachen, FU Berlin, Fraunhofer IME
Hölle & Hüttner AG, Dr. Fintelmann & Dr. Meyer GmbH
Module des Forschungsverbunds
Hamburger Fallstudien
Vor-Ort-Analytik
Längerfristige
Tests (ISO)
Teststandardisierung
Automatisierungs- und Auswertesoftware
Handlungsempfehlung
Gemeinsamer Hintergrund aller Teilvorhaben:
1. Verwendung gleicher unkontaminierter Böden:
9 repräsentative Böden plus OECD-Kunsterde
Abdeckung einer Bandbreite wichtiger Bodeneigenschaften
2. Verwendung gleicher (kontaminierter) Böden:
6 Böden (Schwermetalle, TNT, PAKs usw.)
Grosse Bandbreite von realen (Misch)-Kontaminationen
3. Durchführung der gleichen Tests mit:
Unkontaminierte Böden
 Klärung der Bandbreite testbarer Bodeneigenschaften
Kontaminierten Böden
 Feststellung der Praktikabilität der Testmethoden
4. Durchführung aller Tests in einer gemeinsamen
Pilotstudie: Hamburg (2 Standorte)
Übereinstimmung zwischen unkontaminierten
und kontaminierten Böden: Beispiel Tongehalt:
Standort (grün = unkontaminiert; rot = kontaminiert)
GG I 1
SCH
ESo5
BWZ
St 2.2
BUR
OECD
DCU 1
DCU 2
WTTNT 2
SOE
SHA
HAG
SBG
SB TBT
BRG
0
5
10
15
20
Tonanteil [%]
25
30
35
Überblick: Ökotoxikologische Testbatterie
Rückhaltefunktion - Tests mit Eluaten
Ökotoxische
Inhaltstoffe
Leuchtbakterientest
Genotoxische
Inhaltstoffe
Umu-Test
Algentest
Lebensraumfunktion – Biotests mit Feststoffen
Standorteigene
Testorganismen
Zugegebene
Testorganismen
Bakterienkontakttest
Atmung
Regenwurmfluchttest
Nitrifikation
Pflanzentest Regenwurmtest
Collembolentest
Dritter Teil:
Ökotoxikologische Methoden
Terrestrische Verfahren
Testbatterie 1: Bakterien-Kontakttest
Richtlinie: ISO 10871 (2009)
Spezies: Arthrobacter globiformis
Testsubstrat: OECD-Kunsterde
Dauer: < 1 Tag
Endpunkt: Hemmung der
Dehydrogenaseaktivität
Wirkkriterium: Neu
festgelegt
40 % Unterschied
zur Kontrolle
Testbatterie 2: Wachstum höherer Pflanzen
Richtlinie: ISO 11269-2 (1995)
Spezies: Brassica rapa
Testsubstrat: LUFA-Boden
Dauer: 14 – 21 Tage
Endpunkt: Biomasse
Wirkkriterium:
ISO 17616 (2006):
30 % Unterschied
zur Kontrolle
Testbatterie 3: Regenwurmfluchttest
Richtlinie: ISO 17512-1 (2007)
Spezies: Eisenia fetida
Testsubstrat: OECD-Kunsterde
Dauer: 24 - 48 h
Endpunkt: Fluchtverhalten
Wirkkriterium: ISO
17616 (2006):
80 % Unterschied
zur Kontrolle
Testbatterie 4: Regenwurmreproduktionstest
Richtlinie: ISO 11268-2 (1998)
Spezies: Eisenia fetida
Testsubstrat: OECD-Kunsterde
Dauer: 56 d
Endpunkt: Anzahl der Jungtiere
Wirkkriterium: ISO
17616 (2006):
50 % Unterschied
zur Kontrolle
Testbatterie 5: Collembolenreproduktionstest
Richtlinie: ISO 11267 (1999)
Spezies: Folsomia candida
Testsubstrat: OECD-Kunsterde
Dauer: 28 d
Endpunkt: Anzahl Jungtiere
Wirkkriterium: ISO
17616 (2006):
50 % Unterschied
zur Kontrolle
Vierter Teil:
Ergebnisse von Fallstudien
Reale Flächen (Hamburg)
Durchführung der Bewertung der in ERNTE
getesteten beiden Fallstudien in vier Schritten:
1.
Bewertung nach dem heutigen Stand der gesetzlichen
Vorgaben (z.B. BBodSchV 1999; LAGA 2003), primär
auf der Grundlage rückstandsanalytischer Daten
(nach Gesamtgehalten; unabhängig von der Bodenfunktion)
2.
Bewertung nach Anwendung der in ERNTE erarbeiteten
Verfahren zur „Vor-Ort-Analytik“ (Retentions- und
Habitatfunktion)
3.
Bewertung nach ISO-Verfahren (= längerfristig)
(Retentions- und Habitatfunktion)
4.
Gesamtbewertung: Analytik und Ökotoxikologie
(Retentions- und Habitatfunktion)
Standort Grasbrook: Übersicht (1930 und 2003)
Standort:
1844–1976 Gaswerkbetrieb
AST – Altstandort
Belastet: Ober-/Unterboden,
Grundwasserleiter
Fläche: 45.000 m2
Sanierung:
Menge: 375.000 t
Deponie nach biologischer
Behandlung (Erdenwerk)
Direktdeponie, Thermisch
Kosten: 20 Mio. Euro
Standort Grasbrook: Belastung
Klassifikation der Halden nach der PAK-Belastung
II: 100 – 200 mg/kg
I: < 100 mg/kg
Halden-Code
PAK
Klasse
III: > 200 mg/kg
Halden-Code
PAK
[mg/kg]
Klasse
[mg/kg]
GBK-1A
10
I
GBK-1C
16
I
GBK-1D
16
I
GBK-1E
22
I
GBK-2A
110
II
GBK-3A
210
I
GBK-2B
220
III
GBK-3C
1100 Verbren.
GBK-1B
237
III
Nach Sanierung
50
I
GBK-3B
215
III
Nach Sanierung
68
I
Vorsorgewert (VW) laut BBodSchV (1998)
Z.2 Wert der LAGA (2003)
= 3 mg/kg
= 20 mg/kg
Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial
Schritt 1: Rückstandsanalytik – Leitstoff PAKs
Deponie-Klassen:
- Klasse I (< 100 mg/kg): hellgrau;
- Klasse II (100 – 200 mg/kg): mittelgrau;
- Klasse III (200 - 1000 mg/kg): dunkelgrau;
Material zur Verbrennung (> 1000 mg/kg): schwarz
S-Halden: Probennahme nach biologischer Behandlung
PAKKonz.
1A
1B
1C
1D
1E
S-1B
Dep.
Klasse
I
III
I
I
I
I
PAKKonz.
2A
2B
3A
3B
3C
S-3B
II
III
III
III
Klasse
I
Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial
Schritt 3: Habitatfunktion (ISO-Tests)
Wirkkriterium: Test
Überschritten = rot
Nicht überschritten = grün
1A
1B
1C
1D
1E
S-1B
2A
2B
3A
3B
3C
S-3B
BA - Kon.
PF - Biom.
RW – Ver.
RW - Rep.
CO - Rep.
Test
BA - Kon.
PF - Biom.
RW – Ver.
RW - Rep.
CO - Rep.
Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial
Schritt 4: Gesamtbewertung
Chemisch: Klasse I (< 100 mg/kg): Klasse II (100 – 200
mg/kg); Klasse III (200 - 1000 mg/kg); Verbrennung: schwarz;
Ökotoxikologisch: A: 0 – 1 Tests positiv = unauffällig;
B: 2 Tests positiv = auffällig; ≥ 3 Tests positiv = toxisch.
Probe
1A
1B
1C
1D
1E
S-1B
I
III
I
I
I
I
Probe
2A
2B
3A
3B
3C
S-3B
Chemie
II
III
III
III
Chemie
Ökotoxikologie
Ökotoxikologie
I
Standort Schlachthofstr. (Zustand 2005)
Hohe Heterogenität von Vegetation und Bodeneigenschaften
T1
T2
T3
T4
Standort und Sanierung:
1924–1945: Ablagerung: Bauschutt, Boden, Schlacken, Schlamm
Umfang: 40.000 t, belastet mit Schwermetallen und PAKs
Belastete Medien: Ober- / Unterboden, 1. Grundwasserleiter
Sanierungsziel: Flächenrecycling / Rückbau
Standort Schlachthofstr.: Feststoff [mg/kg]
BBodSchV (1998):
Alle definierten Vorsorgewerte überschritten (außer Chrom)
In Rot: Maßnahmenwerte für Pflanzenqualität überschritten
Probe
As
Cd
Cr
Cu
Ni
T-1
T-2
T-3
T-4
Probe
T-1
T-2
T-3
T-4
150
260
350
80
Hg
21
18
18
6,4
50
39
63
28
Pb
3200
4200
11000
1500
25
21
18
19
Tl
5
4
3
2
210
400
1600
190
Zn
6600
2800
6100
2400
30
36
31
40
∑PAKs
53
118
117
79
LAGA Z.2 Werte überschritten (außer Cr, Cu (partiell) und Ni)
Schlachthoftstrasse: Beurteilung von Halden
Schritt 3: Habitatfunktion (ISO-Tests)
Chemie (primär Schwermetalle):
Hoch belastet = dunkelgrau; geringer belastet = hellgrau
Wirkkriterium: Überschritten = rot;
Nicht überschritten = grün;
Ökotoxikologisch: A: 0 – 1 Tests positiv = unauffällig;
B: 2 Tests positiv = auffällig; ≥ 3 Tests positiv = toxisch.
Test
Chemie
BA - Kon.
PF - Biom.
RW – Ver.
RW - Rep.
CO - Rep.
Ökotoxikologie
T-1
T-2
T-3
T-4
Fünfter Teil:
Schlussfolgerungen, weiteres
Vorgehen und Ausblick
Vorstellung einer Handlungsempfehlung
Lehren aus den beiden Fallstudien I
Ergebnis
Grasbrook
Schlachthofstr.
Gleiche Aussage
von Chemie und
Ökotoxikologie
8 Teilflächen
3 Teilflächen
„Bessere“ Qualität
laut Chemie
1 Teilfläche
0 Teilflächen
„Bessere“ Qualität
laut Ökotoxikologie
3 Teilflächen
1 Teilfläche
n = 12
n=4
Weitere Beobachtungen:
Sanierungserfolg mit beiden Ansätzen belegbar
Wichtige Rolle der Bioverfügbarkeit
-
Differenzierte Aussagen der einzelnen Tests
Lehren aus den Fallstudien II
„Mehrwert“ durch die ökotoxikologischen Tests:
-
Identifikation eines bisher übersehenen
Gefährdungspotentials, z.B.: Grasbrook 1C
-
Hinweis auf geringere Gefährdung als durch Analytik
angezeigt, z.B.: Grasbrook 2B
-
Differenzierung der Entsorgung (speziell Verwendung
als Unterboden), z.B.: Schlachthofstr. T-4
Beispiele, bei denen biologische Tests NICHT oder NUR
EINGESCHRÄNKT sinnvoll sind:
-
Böden, die laut Rückstandsanalytik extrem belastet sind
-
Böden, die physikalisch stark gestört sind
-
Böden bzw. Bodenmaterialien, die zur Wiederverfüllung
mit anschließender Versiegelung anstehen
-
Böden, die mit leichtflüchtigen Stoffen kontaminiert sind
Defizite des chemisch-analytischen Ansatzes
Anzahl der behandelten Stoff klein:
z.B. BBodSchV: ca. 15 Halb- und Schwermetalle und ca.
10 Organika (oft nur Summenwerte, z.B. PAKs)
-
z.B.: LAGA-Liste: ca. 10 Schwermetalle, ca. 5 Organika

Keine Berücksichtigung nicht-gemessener Stoffe
Wirkungspfade nur ansatzweise (3 von 4) abgedeckt:
-
Pfad Boden  Bodenorganismen nicht berücksichtigt

Keine Aussage über Gefährdungssituation möglich
Unklarer Bezug zwischen Chemikalienkonzentrationen und
Wirkungen
Je nach Stoff und Umweltbedingungen unterschiedlicher Anteil
bioverfügbar
Der Nutzen einer integrativen Bewertung:
Durch den Kombinationsansatz aus chemischer Analytik und
biologischen Tests läßt sich eine größere Sicherheit sowie erhöhte
Wirtschaftlichkeit bei der Entsorgung (Verwertung, Beseitigung)
erreichen, weil:
→ die Ergebnisse der chemischen Analytik bestätigt werden
oder
→ eine geringere Bioverfügbarkeit von Stoffen angezeigt wird
oder
→ eine differenziertere bzw. effizientere Verwertung möglich ist
oder
→ bisher nicht berücksichtigte Kontaminanten erfasst werden.
Der Weg dahin sollte erfolgen über:
eine Handlungsempfehlung als fachliche Basis
die Schaffung der notwendigen rechtlichen Grundlagen.
Weitere Informationen:
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