DIBt

Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkung von Bauprodukte auf Böden - Teil III

Laborvergleichstest zur Normierung der inversen Säulenelution nach Schössner und Validierung der Parameter und Kriterien für die ökotoxikologische Bewertung von Bauprodukten mittels Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstest als Bestandteil einer ökotoxikologischen Testbatterie zur Bewertung der Wirkungen von Bauprodukten auf Böden

Laufzeit: 01.08.2008 bis 31.10.2009 (abgeschlossen)

Auftraggeber:

Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt)

Projektbearbeiter:

  • Dipl.-Geogr. Robert Wagner
  • Cand. rer. nat. Michaela Dumm

Projektpartner:

  • Herr Prof. Dr. Berndt-Michael Wilke (TU Berlin)
  • Frau Dr. K. Hund-Rinke (FhG)
  • Herr Dr. A. Koch (Hygieneinstitut Gelsenkirchen)
  • Frau Dr. U. Hornig (MFPA Leipzig)
  • Herr Dr. W. Karl (MC Bauchemie)

 


 

Zusammenfassung

Einleitung

Zielstellung

Material und Methoden

Ergebnisse

Schlussfolgerung

Abbildungen

 

Einleitung:

Entsprechend dem Merkblatt zur „Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser“ des DIBt sind ökotoxikologische Tests für terrestrische Testsysteme vorzusehen. In zwei aufeinanderfolgenden Forschungsvorhaben wurde die Eignung des Ammoniumoxidationstests (DIN/ISO 15685) und Bodenatmungstests (DIN/ISO 17155) zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten (Kanalrohrsanierungsmittel und Bodeninjektionsmittel) auf Böden getestet. Die Ergebnisse dieser Vorhaben haben gezeigt, dass eine von Bauprodukten ausgehende Wirkung auf Bodenorganismen durch die o.g. Testverfahren deutlich aufgezeigt wird.

Zielstellung:

Ziel dieses weiterführenden Forschungsvorhabens war es, die in den vorhergehenden Vorhaben ebenfalls erarbeiteten Bewertungsmaßstäbe und -kriterien für die Auswirkung von Bauprodukten auf Böden zu validieren.

Ein weiteres Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die inverse Säulenelution nach Schössner in einem Laborvergleichstest zu überprüfen und die Grundlage für eine Normierung des Elutionsverfahrens zu schaffen. Dabei stand im Vordergrund, die Aufnahme des Elutionsverfahrens nach Schössner in die Grundsätze des DIBt im Hinblick auf die Anwendbarkeit für Bauprodukte abzusichern und die Akzeptanz des Verfahrens im Hinblick auf die Umsetzung der Europäischen Bauprodukten-Richtlinie zu erhöhen.

Material und Methoden:

Es wurden drei Bodeninjektionsmittel, ein Produkt auf Zementleimbasis, ein Polyacrylat und ein Polyurethanharz mittels Säulenelution nach Schössner eluiert. Die gewonnenen Eluate wurden auf einem sandigen Testboden aufgegeben und inkubiert. Die ökotoxikologische Wirkung auf Böden wurde anhand der beiden schon in den Vorgängervorhaben eingesetzten terrestrischen Testverfahren ermittelt. In einem Versuchsansatz wurde eine Positivkontrolle mitgeführt, bei der dem Boden 2000 mg Cu kg-1 TM (als CuCl2 · 2 H2O) zugesetzt wurden. Um Fragen der Alterung der durch die Elution mobilisierten Stoffe in den Böden und der Regeneration der Mikroorganismenpopulationen berücksichtigen zu können, wurden die terrestrischen Tests wie in den Vorgängervorhaben nach 3 Monaten wiederholt.

Parallel dazu wurde der Leuchtbakterienlumineszenztest (DIN EN ISO 11348-2), der Algenwachstumshemmtest (DIN 38412-33) und der Abbautest gemäß OECD 301 E (OECDScreening-Test) durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden mit denen der ersten beiden Vorhaben verglichen und ausgewertet.

Die Durchführung der Vergleichsuntersuchung zur Normierung der inversen Säulenelution erfolgte mit 3 Laboren. Es wurden zwei Bauprodukte (Polyacrylat, Zementleim) in jeweils 3 Parallelen mit dem Elutionsmittel Trinkwasser eluiert. Das Eluat wurde über 3 Tage in 16 Fraktionen pro Säule aufgefangen. Als Parameter wurden TOC, pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübe (FNU) und Temperatur sowie Farbe, Geruch und Neigung zur Schaumbildung bestimmt. Zusätzlich wurden in den Eluaten des Bauprodukts Zementleim die Schwermetalle Cd, Cr, Cu, Ni, Pb und Zn sowie As analysiert.

Grundlage der Vergleichsuntersuchung war die modifizierte Arbeitsanweisung „Elution von Bauprodukten – Perkolationsverfahren zur Untersuchung des Elutionsverhaltens von Bodeninjektionsmitteln“ auf Basis der Qualitätsmanagement- Arbeitsanweisung „Säulenversuch mit umgekehrter Fließrichtung“ (Stand 2003) des Hygieneinstituts Gelsenkirchen. Die Auswertung der VU erfolgte auf Grundlage der klassischen Statistik nach DIN 38402-42 - Ringversuch zur Verfahrensvalidierung.

Ergebnisse:

Die Ergebnisse der ökotoxikologischen Untersuchungen der Bauprodukteluate ergaben im Leuchtbakterientest keine Toxizität. Im Algentest zeigten nur die Eluate des Polyacrylates eine deutliche Toxizität an. Im Abbautest erwies sich nur der Zementleim als nicht abbaubar. In den terrestrischen Tests zeigte der Versuchsansatz mit Zementleim nur geringe Wirkungen. In den Versuchsansätzen mit den Polyacrylat-Eluaten wurden in den terrestrischen Tests deutliche Wirkungen beobachtet. Im Nitrifikationstest traten Hemmeffekte bis zu 28 % auf. Dagegen wiesen die Bodenatmungskurven Förderungen bis zu 47 % auf, die auf die gute Abbaubarkeit der Polyacrylateluate zurückzuführen waren.

Damit wurden die Testergebnisse der ersten beiden Vorhaben bestätigt. Eine Auswertung aller bisher erhaltenen Ergebnisse der Polyacrylateluate ergab eine positive Korrelation des Summenparameters DOC mit den ermittelten Wirkungen in den eingesetzten terrestrischen und aquatischen Ökotoxizitätstest.

Die beiden terrestrischen Testverfahren erwiesen sich wie im Vorläufervorhaben als äußerst sensitiv. Sie zeigten auch kleine Verschiebungen, wie z. B. durch die Zementleim-Eluate hervorgerufen, deutlich an.

Die Auswertung des Laborvergleichstest ergab für die ermittelten Vergleichsvariationskoeffizienten akzeptable Reproduzierbarkeiten für die untersuchten Parameter sowohl für die Polyacrylatinjektion als auch für den Einbau des Zementleims. Betrachtet man die Parameter TOC, pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit, besitzt die inverse Säulenelution nach Schössner eine gute Reproduzierbarkeit, die Vergleichsvariationskoeffizienten sind für Polyacrylat und Zementleim ≤25%. Die Trübe besitzt auf Grund des niedrigen Messwertebereichs die höchsten Vergleichsvariationskoeffizienten. Die Parameter Geruch, Farbe und Neigung zur Schaumbildung konnten nur eingeschränkt ausgewertet werden. Als Mittelwert wurden die Einstufungen herangezogen, die bei den einzelnen Werten überwogen. Die abgegebenen Einstufungen für diese Parameter besaßen überwiegend gute Übereinstimmungen. Der Parameter Chrom weist neben der Trübung den größten Vergleichsvariationskoeffizienten mit bis zu 58% auf.

Schlussfolgerung:

Die in den Vorgängervorhaben bereits vorgeschlagenen Bewertungsmaßstäbe werden durch die aktuellen Ergebnisse grundlegend gestützt. Im Bodenatmungstest hat sich der Parameter „kumulative CO2- Bildung (CR)“ als sehr zuverlässiger Bewertungsparameter herausgestellt, ebenso wie der Parameter: NO2 - N – Bildung der potentiellen Nitrifikation. Die Grenze von 25% Abweichung zur Kontrolle (Hemmung/Förderung) als Bewertungskriterium zur Abschätzung von nicht tolerierbaren Auswirkungen von Bauprodukteluaten auf das terrestrische Milieu wird, dem Vorsorgeprinzip entsprechend, weiterhin empfohlen.

Als wichtige Einflussfaktoren auf die Vergleichbarkeit des Verfahrens konnten die Form der gebildeten Probekörper und die unterschiedlichen Leitfähigkeiten der Elutionsmittel (Trinkwässer) identifiziert werden.

 

Abbildungen:

Säulenanlage zur Bestimmung des Freisetzungverhaltens von Bodeninjektionsmitteln
 

Verlauf mobilisierter Inhaltstoffe aus dem Bauprodukt

 

Atmungskurve der mit Bauprodukteluat inkubierten Böden und Kontrollboden

 

Ausgehärteter Probekörper

 

Vergleich des TOC im Laborvergleichstest (Box-Plot)