Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Sonderforschungsbereich SFB 188

7. Kurzfassungen der Teilprojekte

7.3 Projektbereich C: Grundlagen und Bewertungskriterien für Verfahren

Teilprojekt C1 (Dr. Ahlf)

Ökotoxikologische Bewertung von Bodenverunreinigungen mit Hilfe von Biotests

Im Teilprojekt C1 wurde ein ökotoxikologisches Bewertungskonzept für Altlasten entwickelt, das sich aus drei Gruppen von Testmethoden zusammensetzt: Einer direkten überprüfung des Bodens mit Biotests, Eluatuntersuchungen mit aquatischen Biotests zur Erfassung der Grundwassergefährdung und einer Beschreibung der Bodenbiozönose. Das wissenschaftlich begründete Testschema soll in einer Anwendungsphase auf Praktikabilität geprüft werden. Nach einer fortgesetzten Anwendung bei verschiedenen Sanierungen, kann eine begründete Empfehlung für die Praxis angeboten werden. Einige der von anderen Teilprojekten bislang identifizierten Metabolite werden auf Toxizität und Gentoxizität in Bodenfraktionen charakterisiert. Zum einen wird so die ökotoxikologische Bedeutung der Intermediärprodukte in den Sanierungsverfahren beurteilt, zum anderen dienen die Stoffe zur Feststellung der Sensitivität von neuentwickelten Biotestmethoden.

Durch die Entwicklung eines mikrobiellen Kontakttests für die integrierte Erfassung gelöster und gebundener Schadstoffe konnte gezeigt werden, daß eine Eluatuntersuchung zu einer Unterschätzung des toxischen Potentials einer Bodenprobe führen kann. Die Konzipierung und überprüfung von ScreeningBiotests zur Reihenuntersuchung von Bodenmaterialien wird fortgeführt. Die Methode des mikrobiellen Kontakttests soll auf einen neuen Test zur direkten Bestimmung der Gentoxizität über- tragen werden. Diese KontaktBiotests, mit dem die biologische Antwort in einem mehr den natürlichen Verhältnissen angenäherten, komplexen System untersucht wird, können auch als ökologisch relevant gelten.

Die Wirkung von Schadstoffen in Böden zu verstehen, ist eine notwendige Voraussetzung, um Effekte in der Natur vorhersagen zu können. Das Projekt hat sich dieser Aufgabe bereits von Beginn an gewidmet und untersucht, ob Sensitivität und Indikatorfunktion von Testorganismen im Labor eine Stellvertreterfunktion für Biozönosen des Bodens besitzen. Ein Vergleich von mikrobiologischen Summenparametern in kontaminiertem Bodenmaterial mit Biotests zeigte eine relativ gute übereinstimmung zwischen beiden Methodengruppen, so daß Bakterientoxizitätstests geeignet scheinen, wesentliche Effekte wasserlöslicher Schadstoffe auf die autochthone Bodenmikroflora zu repräsentieren. Die Indikatorfunktion der ScreeningBiotests, mit Hilfe bakterieller Testsysteme die Veränderung ökologisch wichtiger Funktionen in einem kontaminierten Boden vorauszusagen, wird in Bodenmesokosmen evaluiert. Zu diesem Zweck wird Material aus ungestörten, kontaminierten Bodensäulen mit Biotests und bezüglich der Substratumsätze der Bodenmikroflora (Stickstoffkreislauf) untersucht. Eine Korrelation der beiden Untersuchungsmethoden würde die Interpretation einer Bodenkontamination mit schnellen Labortests, nicht nur nach toxikologischen, sondern auch nach ökologischen Gesichtspunkten erlauben.

Teilprojekt C3 (Prof. Förstner)

Sorption und Diffusion organischer Spurenstoffe im System Boden/Wasser/ÖI

Wie sich in den vorangegangenen Untersuchungen gezeigt hat, können ionare und polare Spurenstoffe als Modellsubstanzen für mikrobiell umgewandelte unlpolare Schadstoffe dienen und werden selbst in mineralölkontaminierten Bodenhorizonten aus der Ölphase an die Oberflächen der Bodenpartikel und hier speziell der mineralischen sorbiert. Folgende Phänomene wurden hierbei beobachtet und näher untersucht:

Hohe Affinität zu mineralischen Oberflächen haben Substanzen, die benachbarte funktionelle Gruppen besitzen, sowie organische Kationen. Im Vergleich zu einem Unterboden zeigen mineralische Modellkomponenten höhere Sorptionskapazitäten. In diesen Matrices sind sie die eigentlichen Adsorbentien, Sand fungiert als Verdünnungsmedium. Eine Abhängigkeit der Beladung vom Kohlenstoffgehalt der untersuchten Feststoffe kann nicht bestätigt werden.

Eine negative Abhängigkeit der Beladung vom pHWert insbesondere bei den Sesquioxiden steht im Zusammenhang mit protonierten Oberflächen und der damit verbundenen erhöhten Wechselwirkung mit Anionen. Die Sorption organischer Anionen kann mit der Reduktion positiver Ladungen auf oxidischen Oberflächen bzw. der Zunahme negativer Ladungen auf Tonmineralen mit permanent negativer Ladung gekoppelt sein. Calciumionen reduzieren in der Regel die Sorption, da sie und positive Ladungen auf Oberflächen um Anionen miteinander konkurrieren.

Gleichgewichte stellen sich bei Partikeln kolloidaler Größe in der Regel in wenigen Stunden ein. Größere Strukturen befinden sich allerdings wesentlich länger im Ungleichgewicht. Diese Kinetik kann mit einem Diffiusionsmodel beschrieben werden. Als Modell für die Isothermen kann das nach Langmuir herangezogen werden.

Die Ergebnisse zeigen, daß auch in Böden mit geringen Gehalten an organischer Substanz mit merkbaren Sorptionseffekten für polare Substanzen zu rechnen ist.

Teilprojekt C6 (Prof. Pietsch)

Methoden und Strategien zur Optimierung der Behandlung kontaminierter Böden und belasteter Standorte in der Raum und Umweltplanung

Der Umgang mit kontaminierten, gereinigten und auch unbelasteten Böden erfordert in der Raum und Umweltplanung die Integration von Wissensbereichen sehr unterschiedlicher Fachdisziplinen, sowie die interdisziplinäre Entwicklung neuer Methoden, um eine bodenschonende, standort und nutzungsgerechte Planung zu gewährleisten. Das TP C6 hat zur Unterstützung der Planung in diesem Handlungsfeld Methoden erarbeitet und Wissen aus verschiedenen Fachdisziplinen für den Einsatz in der planerischen Praxis akquiriert:

• Für Boden(schad)stoffbewertungen wurden bestehende Bewertungsmodelle in ein Bewertungssystem integriert, das im Rahmen des Teilprojektes entwickelt wurde.
• Der bereits in der vorigen Antragsphase erstellte Bewertungs-Kriterien-Katalog (Referenzwerte zur Beurteilung von Schadstoffgehalten im Boden) wurde inhaltlich erweitert und strukturell überarbeitet.
• Zur Parallelisierung von Bodenartenklassifikationssystemen ist ein Konzept erstellt worden, das die Umsetzung von Bodenarten beliebiger Klassifikationssysteme durch die Beschreibung als Sieblinien ermöglicht. In einem zweiten Schritt werden nun mathematische Interpolations- und Umrechnungsalgorithmen gesucht, die eine automatische Umsetzung von Bodenarten unter Angabe von Vertrauensbereichen ermöglichen sollen.
• Für die fach(boden)gerechte Verwendung und Wiederverwendung von Böden (z.B. nach einer Sanierung) wurden chemische und physikalische Parameter systematisiert und für die verschiedenen an der Sanierung von Boden beteiligten Fachdisziplinen nutzbar gemacht. Dadurch wurde eine Grundlage für das Konzept eines Bodenverwendungskatalogs geschaffen, das in einem zweiten Schritt mit Inhalten gefüllt und der Praxis verfügbar gemacht werden kann.

Das entwickelte Modell zur Verfolgung von Stoff- und Substratströmen baut ebenfalls auf den Parametern und Inhalten des Bodenverwendungskatalogs auf. Es ermöglicht die Kalkulation von Substratbilanzen bezogen auf Flächen und Nutzungstyp in Abhängigkeit von Substrateigenschaften. Die konkrete Umsetzung des Modells in eine Art "Monitoring für Substratströme" ist eines der wichtigsten Ziele des Forschungsprojektes in zukünftigen Antragsphasen.

Die Ergebnisse der vorigen Förderphasen des Teilprojekts stellen wichtige Handwerkszeuge zur Optimierung des Umgangs mit (de)kontaminierten Böden und Standorten dar, die z.Zt. auch in Praxistests Verwendung finden. Zur Nutzung der Ergebnisse in der Raum und Umweltplanung werden Handlungskonzepte aus der Praxis in Form von methodischem Wissen verfügbar gemacht. Zentrale Bedeutung kommt dabei der Weiterentwicklung von Umweltqualitätszielen zu, die teilweise weiter entwickelt und teilweise im Einsatz in Ingenieurbüros gemeinsam getestet werden.