ECT Oekotoxikologie GmbH Erfahrungen mit ökotoxiko-logischen 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 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) ? ja Begrenzung der Verwertung bzw. Sanierungsziel nicht erreicht nein Ökotoxikologische Testung mit Ökotoxikologische Testung mit Boden: Bodeneluat: toxische Effekte nachweisbar ? toxische Effekte nachweisbar ? nein ja ja nein Gefahr eines Schadstoffaustrags bzw. einer Grundwasser-gefährdung gering Lebensraumfunktion gegeben Ursachenidentifikation Verwertung bzw. Einbau als Oberboden möglich Nicht enthalten: Vor-Ort-Analytik Einbau als Unter- boden möglich

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

Hamburger Fallstudien Teststandardisierung Module des Forschungsverbunds Hamburger Fallstudien Teststandardisierung Vor-Ort-Analytik Längerfristige Tests (ISO) 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) 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 [%]

Überblick: Ökotoxikologische Testbatterie Rückhaltefunktion - Tests mit Eluaten Ökotoxische Inhaltstoffe Genotoxische Inhaltstoffe Leuchtbakterien- test Algentest Umu-Test Lebensraumfunktion – Biotests mit Feststoffen Standorteigene Testorganismen Zugegebene Testorganismen Bakterienkontakttest Regenwurmfluchttest Atmung Nitrifikation Pflanzentest Regenwurmtest Collembolentest

Ökotoxikologische Methoden Terrestrische Verfahren 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

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

Durchführung der Bewertung der in ERNTE getesteten beiden Fallstudien in vier Schritten: 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) 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 I: < 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 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   PAK- Konz. 1A 1B 1C 1D 1E S-1B Dep. Klasse I III 2A 2B 3A 3B 3C S-3B Klasse II

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

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 Chemie I III Ökotoxikologie 2A 2B 3A 3B 3C S-3B II

Standort Schlachthofstr. (Zustand 2005) Hohe Heterogenität von Vegetation und Bodeneigenschaften T 1   T 2 T 3 T 4 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-1 150 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 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-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 Chemie 1 Teilfläche 0 Teilflächen laut Ökotoxikologie 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: J-Roembke@ect.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!   Interaktionen im Verbund ERNTE