Ermittlung des Anteils der Probenahme an der Ergebnisunsicherheit bei Bodenuntersuchungen

Bei der Beurteilung von Schadstoffkonzentrationen in Böden ist es erforderlich, den Anteil der Unsicherheit der Probenahme an der Gesamtunsicherheit des Bewertungsverfahrens abzuschätzen. Die Gesamtunsicherheit einer Bewertung setzt sich zusammen aus dem Anteil der pedogeochemischen Heterogenität der Grundgesamtheit, der Unsicherheit bei der Probenahme und der chemischen Analytik. Auf der Grundlage einer systematischen Beprobung eines Rieselfeldbodens wurden beispielhaft für das Element Zink unter Nutzung der Varianzanalyse die einzelnen Varianzkomponenten getrennt und die Anteile der Ergebnisunsicherheit ermittelt

A Model Rock Biofilm Growing in Percolation Columns

Sub-aerial biofilms (SAB) are ubiquitous, self-sufficient microbial ecosystems found on mineral surfaces at all altitudes and latitudes. SABs, which are the principal causes of weathering on exposed terrestrial surfaces, are characterized by patchy growth dominated by associations of algae, cyanobacteria, fungi and heterotrophic bacteria. A recently developed in vitro system to study colonization of rocks exposed to air included two key SAB participants - the rock-inhabiting ascomycete Knufia petricola (CBS 123872) and the phototrophic cyanobacterium Nostoc punctiforme ATCC29133. Both partners are genetically tractable and we used them here to study weathering of granite, K-feldspar and plagioclase. Small fragments of the various rocks or minerals (1–6 mm) were packed into flow-through columns and incubated with 0.1% glucose and 10 μM thiamine-hydrochloride (90 μL min−1) to compare weathering with and without biofilms. Dissolution of the minerals was followed by: (i) analysing the degradation products in the effluent from the columns via Inductively Coupled Plasma Spectroscopy and (ii) by studying polished sections of the incubated mineral fragments/grains using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray analyses. K. petricola/N. punctiforme stimulated release of Ca, Na, Mg and Mn. Analyses of the polished sections confirmed depletion of Ca, Na and K near the surface of the fragments. The abrupt decrease in Ca concentration observed in peripheral areas of plagioclase fragments favored a dissolution- reprecipitation mechanism. Percolation columns in combination with a model biofilm can thus be used to study weathering in closed systems. Columns can easily be filled with different minerals and biofilms, the effluent as well as grains can be collected after long-term exposure under axenic conditions and easily analyzed

Monitoring von Bodenmaterialien zur Einschätzung potenzieller Verwertungswege

Ziel eines laufenden UFOPLAN-Vorhabens ("Monitoringprogramm zur Verwertung von Bodenmaterial gemäß §§ 6-8 Novelle BBodSchV" FKZ 3716 74 203 0) ist es, Datendefizite für Bodenmaterialien, die unter die neuen Kriterien der Verwertungsmöglichkeiten außerhalb der durchwurzelbaren Bodenschicht nach den §§ 6 bis 8 der Novelle der BBodSchV [1,2] fallen, zu schließen und potenzielle Verwertungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Neben den Feststoffwerten wird dabei das Elutionsverhalten zur Bewertung herangezogen. Durch die Umstellung des Elu-tionsverfahrens von einem W/F von 10 l/kg (bisherige Regelung in der LAGA M 20) auf ein W/F von 2 l/kg bestehen erhebliche Unsicherheiten im Hinblick auf die Einstufung von Bodenmaterialien zur Verwertung. Neben der Untersuchung relevanter Bodenmaterialien werden auch vorhandene Daten ausgewertet. Der Schwerpunkt der Untersuchungen wurde auf die Schadstoffgruppe der PAK gelegt

Säulenperkolationsversuche mit perfluorierten Tensiden und Bioziden in Böden

Elutionstests im Labormaßstab werden zur Ermittlung der Freisetzung von Schad-stoffen aus Böden oder mineralischen Abfällen für die Verwertung in technischen Erdbauwerken durchgeführt. Sie sollen die Feldbedingungen möglichst realitätsnah widerspiegeln und auch die Beurteilung der Freisetzung von Schadstoffen über längere Zeiträume ermöglichen. Aus diesem Grunde werden im Entwurf der novellierten Bundesbodenschutz- und Altlastenverordnung neue Verfahren zur Eluatgewinnung aus den genannten Materialien festgeschrieben. Dazu zählt unter anderem ein Säulenperkolationsverfahren (DIN 19528) zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen. Mit diesem kann im Vergleich zu Schüttelversuchen (DIN 19527, DIN 19529) auch der zeitliche Verlauf der Schadstofffreisetzung erfasst und bewertet werden. Allerdings sind die Verfahren bisher nur für anorganische Stoffe und wenige prioritäre organische Schadstoffe validiert worden (PAK, MKW, PCB, Phenole). Aber auch Schadstoffe wie perfluorierte Tenside (PFT), die z.B. für die Veredlung von Papier, Textilien und Haushaltsgeräten eingesetzt werden oder Biozide, mit de-nen Bauprodukte zum Schutz vor mikrobiellem Befall ausgerüstet werden (z.B. Fas-sadenbeschichtungen und Holz), geraten immer stärker in die Diskussion. Diese Substanzen sind gesundheits- und umweltschädlich. Sie können aus Produkten ausgewaschen werden und dann mit Regen-und Sickerwasser in Boden und Grundwasser transportiert werden. Darüber hinaus können sie auch über das Abwasser in Klärschlämmen anreichert werden und bei Ausbringen von Klärschlamm auf Böden ebenfalls ins Grundwasser gelangen. Daher wurden die Möglichkeiten getestet, mit Hilfe von Säulenversuchen das Aus-laugverhalten von Böden mit PFT und Bioziden (Tebuconazol) zu charakterisieren. Desweiteren wurde auch die Eignung von Werkstoffen der Säulenversuchsanlage (insbesondere Schlauchmaterialien) für die Untersuchung dieser Schadstoffe be-trachtet, die in Kontakt mit dem Eluat kommen. Sorptions- und Desorptions¬prozesse an Werkstoffen können zu Minderbefunden oder Überschätzungen der Eluat-konzentration und damit zu Fehlinterpretationen bei der Gefahrenbeurteilung führen

Validierung von Elutionsverfahren zur Charakterisierung der Quellstärke von Boden- und Abfallmaterialien

Mit der Novellierung der Bundes-Bodenschutzverordnung und der Einführung einer Ersatzbaustoffverordnung soll die ordnungsgemäße und schadlose Verwertung von mineralischen Abfällen im Boden bundeseinheitlich geregelt werden. Dabei sind die Erfordernisse des Boden- und Grundwasserschutzes zu beachten. In einer Reihe von F&E-Vorhaben der letzten Jahre wurden Vorschläge zur Verbesserung und Harmonisierung von Verfahren zur Bewertung des Eintrages von Schadstoffen in Boden und Grundwasser unterbreitet. Im Blickpunkt standen u.a. Elutionsmethoden zur Ermittlung der Quellstärke von schadstoffbelasteten Matrices. Vom DIN-Normenausschuss Wasserwesen, Unterausschuss „Eluierungsverfahren“ wurden auf dieser Grundlage zwei Verfahren zur Elution von Bodenmaterialien und mineralischen Abfällen mit einer Korngröße bis 32 mm erarbeitet. Dabei handelt es sich um ein Säulenperkolationsverfahren zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von organischen und anorganischen Stoffen (DIN 19528) und ein Schüttelverfahren mit einem Wasser-/Feststoff-Verhältnis (W/F) von 2 l/kg zur Untersuchung der Elution von anorganischen Stoffen (DIN 19529). Um die Normen in den gesetzlichen Verordnungen zitieren zu können, war deren Validierung erforderlich, womit die BAM durch das UBA/BMU beauftragt wurde (FKZ 370733307). Auf der Grundlage von vier Referenzmaterialien mit anorganischen Schadstoffen und PAK wurden Ringversuchen durchgeführt. Es wurden die Kenndaten insbesondere zu Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der beiden Verfahren ermittelt

Vergleich der Ergebnisse von Übereinstimmungstests bei Säulen- und Schüttelversuchen

Entsprechend dem Entwurf der Novelle der BBodSchV wurden Übereinstimmungstests nach DIN 19528 (Säulenversuch) und EDIN 19527 (Schüttelversuch jeweils mit einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 2 L/kg durchgeführt. Dabei wurden verschiedene mit PAK kontaminierte Böden eingesetzt. Die Ergebnisse erscheinen deutlich Bodenmatrix abhängig. Die Eluate aus dem Boden mit dem geringsten Feinkornanteil und der geringsten Sorptionskapazität enthielten die höchsten PAK-Konzentrationen, wobei bei diesem Boden die Gehalte in den Schütteleluaten deutlich über denen in den Säuleneluaten lagen

Vergleichende Bewertung von Elutionsverfahren für die Beurteilung des Auslaugverhaltens organischer Stoffe aus Böden

Es wurde eine vergleichende Bewertung der Ergebnisse von Schüttel- und Säulenverfahren als Übereinstimmungstest für die Untersuchung des Auslaugverhaltens von organischen Schadstoffen aus Böden vorgenommen. Dafür wurden die Ergebnisse von Ringversuchen zur Validierung der entsprechenden Elutionsverfahren genutzt. Der Methodenvergleich zeigte, dass keine signifikanten Unterschiede zwischen den Ergebnissen beider Elutionsverfahren beobachtet wurden. Es wurden beim Schüttelverfahren tendenziell etwas geringere Gesamtmittelwerte der Ringversuchsteilnehmer als beim Säulenverfahren erzielt

Optimierung des Säulenperkolationsverfahrens durch Automatisierung

Elutionstests im Labormaßstab werden zur Ermittlung der Freisetzung von Schadstoffen aus Böden oder mineralischen Abfällen für die Verwertung in technischen Erdbauwerken durchgeführt. Sie sollen die Feldbe¬dingungen möglichst realitätsnah wider¬spiegeln und auch die Beurteilung der Freisetzung von Schadstoffen über längere Zeiträume ermöglichen. Aus diesem Grunde werden im Entwurf der novellierten BBodSchV neue Verfahren zur Eluatgewinnung aus den genannten Materialien festgeschrieben. Dazu zählt unter anderem das Säulenperkolationsverfahren nach DIN 19528:2009-01 zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen. Mit der DIN 19528 wurde im Vergleich zu bis¬herigen Normen statt der Festschreibung der Säulendimension und Fließrate des Eluenten die Kontaktzeit zwischen Elutions¬mittel und Untersuchungsmaterial festgelegt. Dieses Konzept ermöglicht vergleichbare Versuchsergebnisse bei verschiedenen Säulendimensionen. Über die festgelegte Kontaktzeit wird für jede gepackte Säule die spezifische Fließgeschwindigkeit des Eluenten berechnet. Abhängig von den Eigenschaften des jeweiligen Untersuchungsmaterials können sich daraus Probenahmezeitpunkte ergeben, die außerhalb üblicher Laborarbeitszeiten liegen. Daher ist eine Automatisierung der Versuchsdurchführung von erheblichem Vorteil sowie von Interesse bei Anwendern des vor- und nachsorgenden Bodenschutzes, da eine flexiblere Ausführung größerer Versuchsserien ermöglicht wird. Im Rahmen eines ZIM-Projektes (FKZ kf2201007MK9) wurde durch die ecoTech GmbH in Zusammenarbeit mit der BAM eine automatisierte Säulenperkolations-anlage (ASPA) entwickelt. Der Schwerpunkt der Arbeiten der BAM lag auf materialwissenschaftlichen Untersuchungen zu den Wechselwirkungen von Werkstoffen der Versuchseinrichtung, die mit den zu unter¬suchenden Schadstoffen in Kontakt stehen, da Sorptions- und Desorp-tionsprozesse zu Minderbefunden oder Über¬schätzungen der Eluatkonzentration und damit zu Fehlinterpretationen bei der Gefahrenbeurteilung führen können. Desweiteren wurden Testläufe mit dem Prototypen unter Einbeziehung weiterer prioritärer organischer Schadstoffe vorgenommen, da das neue Säulenperkolationsverfahren hier bisher nur für PAK validiert ist. Ergebnisse von Werkstoffuntersuchungen und Säulenversuchen mit kontaminierten Bodenmaterialien werden im Beitrag exemplarisch dargestellt