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Erfahrungen mit ökotoxiko- logischen Testsystemen bei der Beurteilung kontaminierter Standorte J. Römbke & S. Jänsch ECT Oekotoxikologie GmbH Flörsheim.

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Präsentation zum Thema: "Erfahrungen mit ökotoxiko- logischen Testsystemen bei der Beurteilung kontaminierter Standorte J. Römbke & S. Jänsch ECT Oekotoxikologie GmbH Flörsheim."—  Präsentation transkript:

1 Erfahrungen mit ökotoxiko- logischen Testsystemen bei der Beurteilung kontaminierter Standorte J. Römbke & S. Jänsch ECT Oekotoxikologie GmbH Flörsheim

2 Gliederung: 1.Grundlagen einer Beurteilungsstrategie Rechtliche Situation und ISO-Empfehlungen 2.Methodischer Ansatz Das Projekt ERNTE 3Ökotoxikologische Methoden Terrestrische Verfahren 4.Ergebnisse von Fallstudien Reale Flächen (Hamburg) 5.Schlussfolgerungen und Ausblick Vorstellung einer Handlungsempfehlung

3 Erster Teil: Grundlagen einer Beurteilungsstrategie Rechtliche Situation und ISO- Empfehlungen

4 Überblick über mögliche Schutzgüter im Boden In Anlehnung an das BBodSchG (Kördel et al. 2000) Rot: RetentionsfunktionGrün: Habitatfunktion

5 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

6 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.

7 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 Effektenachweisbar ? Ursachenidentifikation Gefahr eines Schadstoffaustrags bzw. einer Grundwasser- gefährdung gering Einbau als Unter- boden möglich ja nein Ökotoxikologische Testung mit Boden: toxische Effekte nachweisbar ? neinja Lebensraumfunktion gegeben Verwertung bzw. Einbau als Oberboden möglich Nicht enthalten: Vor-Ort-Analytik

8 Zweiter Teil: Methodischer Ansatz Das Projekt ERNTE

9 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

10 Module des Forschungsverbunds Hamburger Fallstudien Teststandardisierung Vor-Ort-Analytik Längerfristige Tests (ISO) Automatisierungs- und Auswertesoftware Handlungsempfehlung

11 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)

12 Übereinstimmung zwischen unkontaminierten und kontaminierten Böden: Beispiel Tongehalt: Standort (grün = unkontaminiert; rot = kontaminiert) 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 [%]

13 Rückhaltefunktion - Tests mit Eluaten Überblick: Ökotoxikologische Testbatterie Ökotoxische Inhaltstoffe Genotoxische Inhaltstoffe Lebensraumfunktion – Biotests mit Feststoffen Umu-Test Leuchtbakterien- test Algentest Standorteigene Testorganismen Zugegebene Testorganismen Atmung Nitrifikation BakterienkontakttestRegenwurmfluchttest Pflanzentest RegenwurmtestCollembolentest

14 Dritter Teil: Ökotoxikologische Methoden Terrestrische Verfahren

15 Testbatterie 1: Bakterien-Kontakttest Richtlinie: ISO (2009) Spezies: Arthrobacter globiformis Testsubstrat: OECD-Kunsterde Dauer: < 1 Tag Endpunkt: Hemmung der Dehydrogenaseaktivität Wirkkriterium: Neu festgelegt 40 % Unterschied zur Kontrolle

16 Testbatterie 2: Wachstum höherer Pflanzen Richtlinie: ISO (1995) Spezies: Brassica rapa Testsubstrat: LUFA-Boden Dauer: 14 – 21 Tage Endpunkt: Biomasse Wirkkriterium: ISO (2006): 30 % Unterschied zur Kontrolle

17 Testbatterie 3: Regenwurmfluchttest Richtlinie: ISO (2007) Spezies: Eisenia fetida Testsubstrat: OECD-Kunsterde Dauer: h Endpunkt: Fluchtverhalten Wirkkriterium: ISO (2006): 80 % Unterschied zur Kontrolle

18 Testbatterie 4: Regenwurmreproduktionstest Richtlinie: ISO (1998) Spezies: Eisenia fetida Testsubstrat: OECD-Kunsterde Dauer: 56 d Endpunkt: Anzahl der Jungtiere Wirkkriterium: ISO (2006): 50 % Unterschied zur Kontrolle

19 Testbatterie 5: Collembolenreproduktionstest Richtlinie: ISO (1999) Spezies: Folsomia candida Testsubstrat: OECD-Kunsterde Dauer: 28 d Endpunkt: Anzahl Jungtiere Wirkkriterium: ISO (2006): 50 % Unterschied zur Kontrolle

20 Vierter Teil: Ergebnisse von Fallstudien Reale Flächen (Hamburg)

21 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)

22 Standort Grasbrook: Übersicht (1930 und 2003) Standort: 1844–1976 Gaswerkbetrieb AST – Altstandort Belastet: Ober-/Unterboden, Grundwasserleiter Fläche: m 2 Sanierung: Menge: t Deponie nach biologischer Behandlung (Erdenwerk) Direktdeponie, Thermisch Kosten: 20 Mio. Euro

23 Standort Grasbrook: Belastung Klassifikation der Halden nach der PAK-Belastung I: 200 mg/kg Halden-CodePAKKlasseHalden-CodePAK Klasse [mg/kg] GBK-1A 10IGBK-1C16I GBK-1D16IGBK-1E22I GBK-2A110IIGBK-3A210I GBK-2B220IIIGBK-3C1100 Verbren. GBK-1B 237IIINach Sanierung50I GBK-3B215IIINach Sanierung 68I Vorsorgewert (VW) laut BBodSchV (1998) = 3 mg/kg Z.2 Wert der LAGA (2003) = 20 mg/kg

24 Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial Schritt 1: Rückstandsanalytik – Leitstoff PAKs Deponie-Klassen: - Klasse I ( 1000 mg/kg): schwarz S-Halden: Probennahme nach biologischer Behandlung PAK- Konz. 1A1B1C1D1ES-1B Dep. Klasse IIIIIIII PAK- Konz. 2A2B3A3B3CS-3B Klasse IIIII I

25 Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial Schritt 3: Habitatfunktion (ISO-Tests) Wirkkriterium:-Überschritten = rot -Nicht überschritten = grün Test 1A1B1C1D1ES-1B BA - Kon. PF - Biom. RW – Ver. RW - Rep. CO - Rep. Test 2A2B3A3B3CS-3B BA - Kon. PF - Biom. RW – Ver. RW - Rep. CO - Rep.

26 Grasbrook: Bewertung von Haldenmaterial Schritt 4: Gesamtbewertung Chemisch: Klasse I (< 100 mg/kg): Klasse II (100 – 200 mg/kg); Klasse III ( mg/kg); Verbrennung: schwarz; Ökotoxikologisch: A: 0 – 1 Tests positiv = unauffällig; B: 2 Tests positiv = auffällig; 3 Tests positiv = toxisch. Probe1A1B1C1D1ES-1B Chemie IIIIIIII Ökotoxikologie Probe 2A2B3A3B3CS-3B Chemie IIIII I Ökotoxikologie

27 Standort Schlachthofstr. (Zustand 2005) Hohe Heterogenität von Vegetation und Bodeneigenschaften Standort und Sanierung: 1924–1945: Ablagerung: Bauschutt, Boden, Schlacken, Schlamm Umfang: t, belastet mit Schwermetallen und PAKs Belastete Medien: Ober- / Unterboden, 1. Grundwasserleiter Sanierungsziel: Flächenrecycling / Rückbau T 1 T 2 T 3 T 4

28 Standort Schlachthofstr.: Feststoff [mg/kg] BBodSchV (1998): Alle definierten Vorsorgewerte überschritten (außer Chrom) In Rot: Maßnahmenwerte für Pflanzenqualität überschritten ProbeAsCdCrCuNi T T T T ProbeHgPbTlZnPAKs T T T T-46, LAGA Z.2 Werte überschritten (außer Cr, Cu (partiell) und Ni)

29 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 T-1T-2T-3T-4 Chemie BA - Kon. PF - Biom. RW – Ver. RW - Rep. CO - Rep. Ökotoxikologie

30 Fünfter Teil: Schlussfolgerungen, weiteres Vorgehen und Ausblick Vorstellung einer Handlungsempfehlung

31 Lehren aus den beiden Fallstudien I Ergebnis GrasbrookSchlachthofstr. Gleiche Aussage von Chemie und Ökotoxikologie 8 Teilflächen3 Teilflächen Bessere Qualität laut Chemie 1 Teilfläche0 Teilflächen Bessere Qualität laut Ökotoxikologie 3 Teilflächen1 Teilfläche n = 12n = 4 Weitere Beobachtungen: -Sanierungserfolg mit beiden Ansätzen belegbar -Wichtige Rolle der Bioverfügbarkeit -Differenzierte Aussagen der einzelnen Tests

32 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

33 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

34 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.

35 Weitere Informationen : Publikationen zum Vorhaben ERNTE: Broschüren, Handlungsempfehlung, Endbericht (Buch) Kontakt:

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Interaktionen im Verbund ERNTE


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