Erfahrungen mit ökotoxiko- logischen Testsystemen bei der Beurteilung kontaminierter Standorte J....

Erfahrungen mit ökotoxiko-

logischen Testsystemen bei der

Beurteilung kontaminierter

Standorte

J. Römbke & S. JänschECT Oekotoxikologie GmbH

Flörsheim

Gliederung:

1. Grundlagen einer Beurteilungsstrategie

Rechtliche Situation und ISO-Empfehlungen

2. Methodischer Ansatz

Das Projekt ERNTE

3 Ökotoxikologische MethodenTerrestrische Verfahren

4. Ergebnisse von Fallstudien

Reale Flächen (Hamburg)

5. Schlussfolgerungen und Ausblick

Vorstellung einer Handlungsempfehlung

Erster Teil:

Grundlagen einer Beurteilungsstrategie

Rechtliche Situation und ISO-Empfehlungen

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) ?

Begrenzung der Verwertung bzw. Sanierungsziel nicht erreicht

Ökotoxikologische Testung mit Bodeneluat: toxische Effekte nachweisbar ?

Ursachenidentifikation

Gefahr eines Schadstoffaustrags bzw. einer Grundwasser-gefährdung gering

Einbau als Unter-boden möglich

ja

ja

nein

nein

Ökotoxikologische Testung mit Boden:

toxische Effekte nachweisbar ?

nein ja

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

Teststandardisierung

Vor-Ort-AnalytikLängerfristige

Tests (ISO)

Aut

omat

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rung

s- u

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usw

erte

softw

are

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)

0 5 10 15 20 25 30 35

BRG

SB TBT

SBG

HAG

SHA

SOE

WTTNT 2

DCU 2

DCU 1

OECD

BUR

St 2.2

BWZ

ESo5

SCH

GG I 1

Tonanteil [%]

Rückhaltefunktion - Tests mit Eluaten

Überblick: Ökotoxikologische Testbatterie

Ökotoxische Inhaltstoffe

Genotoxische Inhaltstoffe

Lebensraumfunktion – Biotests mit Feststoffen

Umu-TestLeuchtbakterien-test

Algentest

Standorteigene Testorganismen

Zugegebene Testorganismen

Atmung NitrifikationBakterienkontakttest Regenwurmfluchttest

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


Spezies: Eisenia fetida


Dauer: 24 - 48 h

Endpunkt: Fluchtverhalten

Wirkkriterium: ISO

17616 (2006):

80 % Unterschied

zur Kontrolle

Testbatterie 4: Regenwurmreproduktionstest


Spezies: Eisenia fetida


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


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-BelastungI: < 100 mg/kg II: 100 – 200 mg/kg III: > 200 mg/kg

Halden-Code PAK Klasse Halden-Code PAK Klasse

[mg/kg] [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) = 3 mg/kg

Z.2 Wert der LAGA (2003) = 20 mg/kg

Grasbrook: Bewertung von HaldenmaterialSchritt 1: Rückstandsanalytik – Leitstoff PAKsDeponie-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

PAK-

Konz.1A 1B 1C 1D 1E S-1B

Dep. Klasse

I III I I I I

PAK-

Konz.2A 2B 3A 3B 3C S-3B

Klasse II III III III I

Grasbrook: Bewertung von HaldenmaterialSchritt 3: Habitatfunktion (ISO-Tests)Wirkkriterium: - Überschritten = rot

- Nicht überschritten = grün

Test 1A 1B 1C 1D 1E S-1BBA - Kon.

PF - Biom.

RW – Ver.

RW - Rep.

CO - Rep.

Test 2A 2B 3A 3B 3C S-3BBA - Kon.

PF - Biom.

RW – Ver.

RW - Rep.

CO - Rep.

Grasbrook: Bewertung von HaldenmaterialSchritt 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

Chemie I III I I I I

Ökotoxikologie

Probe 2A 2B 3A 3B 3C S-3B

Chemie II III III III I

Ökotoxikologie

Standort Schlachthofstr. (Zustand 2005)Hohe Heterogenität von Vegetation und Bodeneigenschaften

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

T 1

T 2

T 3

T 4

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-1 150 50 25 210 30

T-2 260 39 21 400 36

T-3 350 63 18 1600 31

T-4 80 28 19 190 40

Probe Hg Pb Tl Zn ∑PAKs

T-1 21 3200 5 6600 53

T-2 18 4200 4 2800 118

T-3 18 11000 3 6100 117

T-4 6,4 1500 2 2400 79

LAGA Z.2 Werte überschritten (außer Cr, Cu (partiell) und Ni)

Schlachthoftstrasse: Beurteilung von HaldenSchritt 3: Habitatfunktion (ISO-Tests)Chemie (primär Schwermetalle): Hoch belastet = dunkelgrau; geringer belastet = hellgrauWirkkriterium: - Überschritten = rot;

- Nicht überschritten = grün; Ökotoxikologisch: A: 0 – 1 Tests positiv = unauffällig; B: 2 Tests positiv = auffällig; ≥ 3 Tests positiv = toxisch.

Test T-1 T-2 T-3 T-4

Chemie

BA - Kon.

PF - Biom.

RW – Ver.

RW - Rep.

CO - Rep.

Ökotoxikologie

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 Chemie1 Teilfläche 0 Teilflächen

„Bessere“ Qualität

laut Ökotoxikologie3 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:

Publikationen zum Vorhaben ERNTE:

Broschüren,

Handlungsempfehlung,

Endbericht (Buch)

Kontakt:

[email protected]

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit!

Interaktionen im Verbund ERNTE

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