Schwermetalle und ihre Löslichkeit in Unterböden Dr. Ingo Müller, Kati Kardel, Günter Rank Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referate Bodenschutz, Bodenkartierung, Geochemie
Schwermetalle und ihre Löslichkeit in Unterböden - Ergebnisse aus Untersuchungen in Gebieten mit Hinweisen auf großflächige schädliche Bodenveränderungen im Freistaat Sachsen As- und Schwermetallbelastung in Sachsen Untersuchungsgebiete und Methodik Ergebnisse der Untersuchungen (Feststoff + Eluat) Schlussfolgerungen für die Praxis Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 2
Allgemeines zur Belastungssituation in Sachsen hoher geogener Grundgehalt des Substrats in der Erzgebirgsregion mit teils extremen Stoffakkumulationen durch lagerstättenbildende Prozesse Bergbaugebiete mit hohen Stoffakkumulationen (Freiberg - Altenberg, Ehrenfriederdorf Annaberg, Aue Johanngeorgenstadt) Erosion und anthropogene Prozesse (Verhüttung, Abwässer) führen zu hohen Stoffgehalten in den Auenböden (Freiberger, Zwickauer und Vereinigte Mulde, Zschopau) Auenbereiche der Elbe (Abwässer, Industrie, Erzgebirgszuflüsse) Hohe Flächenanteile in den Bergbau- und Hüttengebieten und den sich anschließenden Auenbereichen müssen als Gebiete mit Hinweisen auf schädliche Bodenveränderungen durch Schadstoffe betrachtet werden Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 3
Veranlassung der Untersuchungen (Unterböden) Einführung der Werteregelungen der LAGA TR Boden in Sachsen Diskussion der Abfallwirtschaft um natürliche Bodengehalte sachsenweite, flächenrepräsentative Auswertung der Bodenmessnetze (n = ca. 17.000) Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 4
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Flächenhafte Verteilung der Schadstoffkonzentration in Unterböden klassifiziert nach Zuordnungswerten der LAGA TR Boden (Feststoff) [in % der sächsischen Landesfläche] Element Z0/Z0* Z1 Z2 > Z2 Arsen 68,1 25,5 5,3 0,9 Blei 98,2 0,6 0,8 0,2 Cadmium 97,8 1,4 0,4 0,1 Chrom 99,2 0,3 0,1 - Kupfer 98,9 0,7 0,2 - Nickel 98,4 0,6 0,4 0,3 Thallium 89,6 9,8 0,4 - Quecksilber 99,4 0,2 - - Zink 98,8 0,6 0,4 - Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 7
Veranlassung der Untersuchungen (Unterböden) Einführung der Werteregelungen der LAGA TR Boden in Sachsen Diskussion der Abfallwirtschaft um natürliche Bodengehalte Diskussion um lösliche Gehalte natürlicher Böden im Eluat Erhebungsuntersuchung an Unterböden sächsischer Belastungsgebiete Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 8
Untersuchungsgebiet Bergbau- und Hüttengebiete (Freiberg, Schneeberg/Aue, Ehrenfriedersdorf) Auenbereiche (Elbe, Freiberger/Vereinigte Mulde, Zschopau) Methodik horizontbezogene Entnahmetiefe zumeist 30 60 cm, teilweise bis 1 m Konzentrationen im Feststoff (Königswasser) und Eluat (S4) Bodenparameter (Bodentyp, -horizont, -substrat, -art, ph) und Nutzung Beschreibung des Datenkollektivs n = 3173 Nutzung (Acker 41%, Grünland 37%, Forst 21%, Sonstiges 1%) Bodenarten (Sand 28%, Lehm/Schluff 69%, Ton 3%) Aufgrund der Probenverteilung nur statistische, keine flächenrepräsentativen Aussagen möglich Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 9
Ergebnisse: Gesamtbetrachtung aller Daten in Belastungsgebieten Einordnung der Bodenproben (n=3173) nach LAGA TR Boden (neu): 12,7% 24,2% Z0 Vorsorgewerte (VW) Z0 6,1% 25,4% 31,6% Zuordnungswerte der LAGA TR Boden Z0* i.d.r. doppelte VW Z1 eingeschr. offener Einbau Z2 Einbau mit techn. Sicherung >Z2 keine Verwertung, Deponie Z0* Z1/Z1.2 Z2 >Z2 Nur Feststoff Nur Eluat Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 10
Ergebnisse: Gesamtbetrachtung aller Daten in Belastungsgebieten Einordnung der Bodenproben (n=3173) nach LAGA TR Boden (neu): 12,7% 15,1% 24,2% Z0 6,1% Z0* 14,6% Z1/Z1.2 57,2% 25,4% 31,6% Z2 13,1% >Z2 Nur Feststoff Nur Eluat Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 11
Ergebnisse: Gesamtbetrachtung aller Daten in Belastungsgebieten Einordnung der Bodenproben (n=3173) nach LAGA TR Boden (neu): +2,8% 24,2% 25,4% 12,7% 6,1% 31,6% 27,0% 25,1% 12,7% 5,5% 29,7% Z0 Z0* Z1/Z1.2 Z2 >Z2-1,9% Nur Feststoff Feststoff + Eluat Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 12
Ergebnisse: Gesamtbetrachtung aller Daten in Belastungsgebieten Elementspezifische Zuordnung nach LAGA TR Boden [% der Proben] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 As Cd Hg Pb Tl Cu Cr Ni Zn Fest_Z0/Z0* Elu_Z0/Z0* Fest_>Z2 Elu_>Z2 Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 13
Löslichkeit der Elemente Gesamtbetrachtung aller Daten in Belastungsgebieten Elementspezifische Zuordnung nach LAGA TR Boden [% der Proben] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Elementspezifische Löslichkeit (wasserlöslicher Anteil in %) As Cd Hg Pb Tl Cu Cr Ni Zn 50P: 0,09% 0,8% 0,1% 0,1% 0,5% 0,4% 0,1% 0,1% 0,3% 90P: 0,4% 6,3% 0,5% 0,7% 5,0% 1,1% 0,3% 0,2% 1,5% Fest_Z0/Z0* Elu_Z0/Z0* Fest_>Z2 Elu_>Z2 Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 14
Schlussfolgerungen für die Praxis Teil 1 In den Belastungsgebieten ist die Verwertung von Bodenmaterial bei Anwendung der Zuordnungswerte (ohne Ausnahmeregelungen) erheblichen Einschränkungen unterworfen (wie bereits auch nach TR Boden v. 1997) Diese Einschränkungen beruhen vornehmlich auf Feststoff-, weniger auf den Eluatkonzentrationen, d.h. trotz sehr hoher Elementgehalte ist die Löslichkeit eher gering Die Ausnahmeregelungen, die durch die TR Boden eröffnet werden, sind für diese Belastungsgebiete erforderlich Diese Ausnahmeregelungen wären regional stark zu differenzieren Beispiele Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 15
Regionale Differenzierung (Einstufung LAGA TR Boden) 100 90 80 86,2 "frei" verwertbar Z0/Z0* "nicht" verwertbar >Z2 % des Kollektivs 70 60 50 40 30 40,0 54,3 31,8 33,3 51,4 42,0 26,8 20 10 0 6,4 0,2 0,4 1,5 Feststoff Eluat Feststoff Eluat Feststoff Eluat Elbaue (n=553) Vereinigte Mulde (n=632) Ehrenfriedersdorf (n=381) Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 16
Regionale Differenzierung (Arsen, 90. Perzentil) mg kg -1 im Feststoff bzw. µg l -1 im Eluat 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 52,6 Feststoff Eluat 14,8 446 44,2 922 275 Elbaue Vereinigte Mulde Ehrenfriedersdorf Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 17
Zusammenhang Feststoff Eluat? Alle Unterböden Unterböden mit Konz. >Z0* (Feststoff und Eluat) R² R² (inkl ph) a n R² R² (inkl ph) a n As 0,274** 0,274** 3173 0,262** 0,256** 1262 Cd 0,063** 0,070** 3173 0,056** 0,125** 1262 Pb 0,215** 0,237** 3173 0,194** 0,263** 1262 Tl 0,007* 0,031* 609 0,001 0,092* 374 a bei zusätzlichem Einbezug des ph-wertes als Erklärende Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 18
Schlussfolgerungen (Fortsetzung) Ein nutzbarer Zusammenhang zwischen den Konzentrationen im Feststoff und im Eluat lässt sich nicht belegen Ableitung von regionalen Hintergrundwerten (HGW 90. Perzentil): - Belastungssituation durch die 10% am stärksten belasteten Bodenproben gut gekennzeichnet? - geeignete Kennwerte zur Vermeidung einer Verschlechterung? - Einbezug von bodenschutzrechtlichen Aspekten der Gefahrenabwehr bei HGW / Ausnahmeregelungen oberhalb von Prüf-/Maßnahmewerten? bisherige Arbeiten fordern für die Ableitung regionaler HGW: Vorsorgewerte < HGW < Prüf-/Maßnahmenwerte Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 19
Fazit für Sachsen In den Belastungsgebieten finden sich stark erhöhte Konzentrationen von As, teilweise auch Cd und Pb, die zumeist aber eine geringe Löslichkeit aufweisen. In diesen Gebieten sind für eine geregelte Verwertung von Bodenmaterial weiterhin Ausnahmeregelungen erforderlich: - Hierzu ist eine regional differenzierte Ausgestaltung erforderlich. - Bodenschutzrechtliche Anforderungen im Hinblick auf das Verschlecherungsverbot und die Gefahrenabwehr sind zu berücksichtigen. - Auswertungen im Rahmen der Ausweisung von Bodenplanungsgebieten oder der Erstellung kommunaler digitaler Bodenbelastungskarten können hierfür eine Grundlage bilden. Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 20
weitergehende Ausführungen: Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie (2007): Untersuchung Bodenmaterial - Bericht zur Auswertung analytischer Daten zu Unterböden und Bodenaushub http://www.lfug.smul.sachsen.de unter den Fachthemen Boden oder Abfall Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Bodenschutz Folie 21