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
isie
rung
s- u
nd A
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
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-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:
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
Interaktionen im Verbund ERNTE