Die vier Griechischen Elemente: - TOBIAS-lib - Universität Tübingen
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gend der Bereich des 50. Perzentils der Hintergrundvorräte getroffen (auch hier bilden die Humusauflagen im Untersuchungsgebiet „Seebach“ einen Ausreißer nach oben). Basierend auf der aktuellen Bodenbelastung und der aktuellen Depositionsrate kann abgeschätzt werden, wann mit dem Erreichen bzw. der flächenhaften Überschreitung von Vorsorgewerten der BBodSchV im ländlichen Raum gerechnet werden muss. Zu diesem Zweck werden die gemessenen PAK-Konzentrationen mit aktuellen Depositionsraten in Beziehung gesetzt, um die Zeit zu ermitteln, in welcher die Vorsorgewerte erreicht werden würden. Dabei wird folgendes Szenario betrachtet: Konstante Immissionssituation (keine Veränderung der Depositionsraten) und Verbleib der gesamten Schadstoffmasse in den Böden (kein Austrag durch Revolatisierung, Transport mit dem Sickerwasser bzw. biologischen Abbau). Mit Gleichung 3.16 werden dann für die untersuchten Böden die Zeiten ermittelt, in denen die Vorsorgewerte in den Untersuchungsgebieten erreicht werden (Tabelle 3-17). Tabelle 3-17 Berechnete Zeiten, in denen in den Untersuchungsgebieten bei konstanter Deposition auf heutigem Niveau (200 µg m -2 a -1 für die Summe der EPA-PAK ohne Naphthalin bzw. 10 µg m -2 a -1 für Benzo(a)pyren) die Vorsorgewerte erreicht werden (fett: Relevantes Kompartiment). Zum Vergleich wurden die Berechnungen auch auf Basis der Hintergrundwerte (50. und 90. Perzentil) durchgeführt (mit den gleichen horizontbezogenen Annahmen wie in der Überschrift von Tabelle 3-3 angegeben). Zeit [a] PAK15 a) BaP Schönbuch O 180-260 350-400 A 170-600 500- >1000 Seebach O 130-830 300- >1000 A 300- >1000 600- >1000 Hintergrund O 300 650 50. P. A 820 >1000 Hintergrund O 250 300 90. P. A 300 1000 3.4 Bewertung der PAK-Bodenbelastung im ländlichen Raum Die Horizonte, für die Vorsorgewertüberschreitungen am ehesten zu erwarten sind, wurden in Tabelle 3-17 fett gedruckt. Für das Untersuchungsgebiet Schönbuch sind dies die Oberböden, für das Untersuchungsgebiet Seebach hingegen die Humusauflagen. Denn die sehr gering mächtigen Humusauflagen im Untersuchungsgebiet Schönbuch (2-3 cm) weisen auf eine schnelle Umsetzung der Streu bzw. Humusauflagen in die Oberböden hin. Die mächtigen Humusauflagen im Untersuchungsgebiet Seebach (> 10 cm) deuten auf entsprechend geringere Umsatzraten hin, daher ist ein Erreichen der Vorsorgewerte hier primär in den Humusauflagen zu erwarten (diese Hypothese wird durch die Differenzen in der Konzentrationsverteilung über die Profiltiefe der beiden Untersuchungsgebiete unterstützt, siehe Kap. 3.3.1). Somit kann für die beiden Untersuchungsgebiete eine überraschend gute Übereinstimmung bei der Abschätzung der Zeiten bis zum Erreichen der Vorsorgewerte festgestellt werden: Für die PAK-Summe frühestens in ca. 130 Jahren, für Benzo(a)pyren hingegen erst in 300-500 Jahren (Tabelle 3-17). Die Gründe für die zeitliche Diskrepanz zwischen der PAK-Summe und Benzo(a)pyren können einerseits in einer zu hohen angenommenen Depositionsrate für die PAK-Summe liegen (die auch die semivolatilen PAK beinhaltet und somit mögliche Ausgasungs- und Redepositionsvorgänge nicht berücksichtigt), andererseits in einem selektiven Benzo(a)pyren-Abbau in den Böden. Die Berechnung der Anreicherungszeiträume aus den Hintergrundwerten führt zu ähnlichen Ergebnissen. Demnach ist in ca. 250-300 Jahren unter dem beschriebenen Szenario (konstanter Eintrag, kein Austrag bzw. Abbau) mit dem flächenhaften Erreichen der Vorsorgewerte in den Waldböden des ländlichen Raumes zu rechnen. 3.4.3 Gefährdungsabschätzung eines PAK-Durchbruchs in das Grundwasser Für das Sickerwasser wird am Übergang von der ungesättigten in die gesättigte Bodenzone („Ort 93
3 PAK in Böden des ländlichen Raumes der Beurteilung“) ein Prüfwert von 0,2 µg l -1 für die Summe der EPA-PAK ohne Naphthalin angegeben (BBodSchV, 1999). Dieser Wert entspricht dem nach wasserrechtlichen Kriterien abgeleiteten Geringfügigkeitsschwellenwert für das Grundwasser (Leuchs & Bistry, 1999), der zusätzlich für Benzo(a)pyren einen Wert von 0,01 µg l -1 definiert (Röder et al., 1999). Geringfügigkeitsschwellen wurden für die Einzelfallbewertung von lokal begrenzten Grundwasserschäden eingeführt (Röder et al., 1999). Die PAK-Konzentrationen in den wässrigen Bodeneluaten liegen deutlich unterhalb dieses Wertes (siehe Kap. 0). Im Folgenden wird versucht, mit einem einfachen rechnerischen Verfahren indirekt die Bodenkonzentrationen zu approximieren, bei denen mit einer Überschreitung der Prüfwerte im Sickerwasser der ungesättigten Bodenzone gerechnet werden muss. Anhand verschiedener empirischer Korrelationen können aus den Feststoffkonzentrationen die entsprechenden Wasserkonzentrationen unter Gleichgewichtsbedingungen berechnet werden (Allen-King et al., 2002). Diese verschiedenen Korrelationen liefern dabei zwar quantitativ unterschiedliche Ergebnisse, jedoch sehr gut vergleichbare Verteilungsmuster. Daher wird zunächst anhand der Verteilungsmuster ein „typischer“ prozentualer Phenanthren-Anteil berechnet. Dieser wird mit dem PAK-Prüfwert für das Sickerwasser in Beziehung gesetzt und somit die maximal zulässige Phenanthren-Konzentration im Sickerwasser ermittelt. Über die Kd- Werte (siehe Kap. 3.3.5) werden dann für das Podsol-Profil („Eichgraben“) im Untersuchungsgebiet „Seebach“ die jeweils zugehörigen Phenanthren-Feststoffkonzentrationen berechnet. Die Berechnung der gelösten PAK-Konzentrationen aus den Feststoffkonzentrationen erfolgte für alle Proben mittels Gleichung 3.4 (Umformung nach Cw) und 3.5. Aus diesen berechneten Werten wurden anschließend die PAK-Verteilungsmuster generiert und für die Humusauflagen und Oberböden einerseits und die Unterböden andererseits getrennt dargestellt (Abbildung 3-14). 94 Einzelsubstanz Σ−PAK -1 [%] 60 40 20 0 Any Ace Fln Phe Ant Fth Py Humusauflagen und Oberböden BaA Chr Bbf Bkf BaP Indeno DahA BghiP Unterböden Abbildung 3-14 Vergleich von prozentualen PAK- Verteilungsmustern der berechneten Sickerwasserkonzentrationen von Humusauflagen und Oberböden (n = 15) und Unterbodenhorizonten (n = 11). Die Fehlerbalken entsprechen einer Standardabweichung. Die kleinen Fehlerbalken in Abbildung 3-14 weisen für die Humusauflagen und Oberböden auf sehr stabile PAK-Verteilungsmuster für die berechneten Sickerwasserkonzentrationen hin, wobei Phenanthren mit durchschnittlich 43% den größten Anteil ausmacht. Bei generell wesentlich niedrigeren Feststoffkonzentrationen ist in den Unterböden Fluoren mit 44% vorherrschend, während Phenanthren hier einen durchschnittlichen Anteil von 24% aufweist. Allerdings sind die Fehlerbalken für die Unterbodenhorizonte deutlich größer, was auf entsprechende Schwankungen der Feststoffkonzentrationen in niedrigen Konzentrationsbereichen zurückzuführen ist. Werden die relativen Phenanthren-Anteile aus Abbildung 3-14 mit dem Prüfwert für die Sickerwasserkonzentration (0,2 µg l -1 für die PAK-Summe) in Beziehung gesetzt, so ergibt sich für die Humusauflagen und Oberböden eine erwartete Phenanthren-Konzentration von 80 ng l -1 bei Erreichen des Prüfwertes, für die Unterbodenhorizonten 50 ng l -1 . Aus diesen Daten können nun über die Kd-Werte (Tabelle 3-13 bzw. Tabelle 3-15) die entsprechenden Feststoffkonzentrationen bei erwarteter Erreichung des Sickerwasser-Prüfwertes berechnet werden (in dieser Modellrechnung werden die Kd-Werte aus den Desorptionsexperimenten
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3 PAK in Böden des ländlichen Raumes<br />
der Beurteilung“) ein Prüfwert von 0,2 µg l -1 für<br />
die Summe der EPA-PAK ohne Naphthalin<br />
angegeben (BBodSchV, 1999). <strong>Die</strong>ser Wert<br />
entspricht dem nach wasserrechtlichen Kriterien<br />
abgeleiteten Geringfügigkeitsschwellenwert für<br />
das Grundwasser (Leuchs & Bistry, 1999), der<br />
zusätzlich für Benzo(a)pyren einen Wert von<br />
0,01 µg l -1 definiert (Röder et al., 1999). Geringfügigkeitsschwellen<br />
wurden für die Einzelfallbewertung<br />
von lokal begrenzten Grundwasserschäden<br />
eingeführt (Röder et al., 1999).<br />
<strong>Die</strong> PAK-Konzentrationen in den wässrigen<br />
Bodeneluaten liegen deutlich unterhalb dieses<br />
Wertes (siehe Kap. 0). Im Folgenden wird<br />
versucht, mit einem einfachen rechnerischen<br />
Verfahren indirekt die Bodenkonzentrationen zu<br />
approximieren, bei denen mit einer Überschreitung<br />
der Prüfwerte im Sickerwasser der ungesättigten<br />
Bodenzone gerechnet werden muss.<br />
Anhand verschiedener empirischer Korrelationen<br />
können aus den Feststoffkonzentrationen<br />
die entsprechenden Wasserkonzentrationen unter<br />
Gleichgewichtsbedingungen berechnet werden<br />
(Allen-King et al., 2002). <strong>Die</strong>se verschiedenen<br />
Korrelationen liefern dabei zwar quantitativ<br />
unterschiedliche Ergebnisse, jedoch sehr gut<br />
vergleichbare Verteilungsmuster. Daher wird<br />
zunächst anhand der Verteilungsmuster ein „typischer“<br />
prozentualer Phenanthren-Anteil berechnet.<br />
<strong>Die</strong>ser wird mit dem PAK-Prüfwert für<br />
das Sickerwasser in Beziehung gesetzt und somit<br />
die maximal zulässige Phenanthren-Konzentration<br />
im Sickerwasser ermittelt. Über die Kd-<br />
Werte (siehe Kap. 3.3.5) werden dann für das<br />
Podsol-Profil („Eichgraben“) im Untersuchungsgebiet<br />
„Seebach“ die jeweils zugehörigen Phenanthren-Feststoffkonzentrationen<br />
berechnet.<br />
<strong>Die</strong> Berechnung der gelösten PAK-Konzentrationen<br />
aus den Feststoffkonzentrationen erfolgte<br />
für alle Proben mittels Gleichung 3.4<br />
(Umformung nach Cw) und 3.5. Aus diesen berechneten<br />
Werten wurden anschließend die<br />
PAK-Verteilungsmuster generiert und für die<br />
Humusauflagen und Oberböden einerseits und<br />
die Unterböden andererseits getrennt dargestellt<br />
(Abbildung 3-14).<br />
94<br />
Einzelsubstanz Σ−PAK -1 [%]<br />
60<br />
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20<br />
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und Oberböden<br />
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Unterböden<br />
Abbildung 3-14 Vergleich von prozentualen PAK-<br />
Verteilungsmustern der berechneten Sickerwasserkonzentrationen<br />
von Humusauflagen und Oberböden<br />
(n = 15) und Unterbodenhorizonten (n = 11). <strong>Die</strong><br />
Fehlerbalken entsprechen einer Standardabweichung.<br />
<strong>Die</strong> kleinen Fehlerbalken in Abbildung 3-14<br />
weisen für die Humusauflagen und Oberböden<br />
auf sehr stabile PAK-Verteilungsmuster für die<br />
berechneten Sickerwasserkonzentrationen hin,<br />
wobei Phenanthren mit durchschnittlich 43%<br />
den größten Anteil ausmacht. Bei generell<br />
wesentlich niedrigeren Feststoffkonzentrationen<br />
ist in den Unterböden Fluoren mit 44% vorherrschend,<br />
während Phenanthren hier einen<br />
durchschnittlichen Anteil von 24% aufweist.<br />
Allerdings sind die Fehlerbalken für die Unterbodenhorizonte<br />
deutlich größer, was auf entsprechende<br />
Schwankungen der Feststoffkonzentrationen<br />
in niedrigen Konzentrationsbereichen<br />
zurückzuführen ist.<br />
Werden die relativen Phenanthren-Anteile aus<br />
Abbildung 3-14 mit dem Prüfwert für die<br />
Sickerwasserkonzentration (0,2 µg l -1 für die<br />
PAK-Summe) in Beziehung gesetzt, so ergibt<br />
sich für die Humusauflagen und Oberböden eine<br />
erwartete Phenanthren-Konzentration von 80<br />
ng l -1 bei Erreichen des Prüfwertes, für die<br />
Unterbodenhorizonten 50 ng l -1 . Aus diesen<br />
Daten können nun über die Kd-Werte (Tabelle<br />
3-13 bzw. Tabelle 3-15) die entsprechenden<br />
Feststoffkonzentrationen bei erwarteter Erreichung<br />
des Sickerwasser-Prüfwertes berechnet<br />
werden (in dieser Modellrechnung werden die<br />
Kd-Werte aus den Desorptionsexperimenten