Schadstoffe

An Standorten des produzierenden Gewerbes wie chemischen, metall- oder mineralölverarbeitenden Betrieben sowie in Dienstleistungsbetrieben wie Putzereien oder Tankstellen kam es in der Vergangenheit häufig zu einer Verunreinigung des Untergrundes.

Art und Herkunft von Schadstoffen

An Standorten des produzierenden Gewerbes wie chemischen, metall- oder mineralölverarbeitenden Betrieben sowie in Dienstleistungsbetrieben wie Putzereien oder Tankstellen wurden teilweise in großen Mengen umweltgefährdende Stoffe eingesetzt. Durch Handhabungsverluste, Gebrechen, Betriebsunfälle, aber auch auf Grund des im Vergleich mit heute oft ungenügenden Standes der Technik oder die Ablagerung betrieblicher Abfälle am Betriebsgelände kam es in der Vergangenheit bei vielen derartigen Standorten zu einer Verunreinigung des Untergrundes. Die Entstehungsgeschichte der heute als „Altlasten“ bekannten Untergrundverunreinigungen reicht bis in die Anfänge der Industrialisierung etwa Mitte des 19. Jahrhunderts zurück. Angesichts des breiten Einsatzes chemischer Stoffe ist kaum eine gewerbliche Branche zu nennen, wo im Zuge des Betriebes die Möglichkeit von Umweltauswirkungen auszuschließen ist. Teilweise sind Verunreinigungen des Untergrundes auch auf Kriegsschäden zurückzuführen, dies vor allem bei großen und vor allem kriegswichtigen Industriebetrieben (z.B. Metallindustrie, chemische Fabriken), Raffinerien, Gaswerke, sowie wichtigen Lager- und Umschlagplätzen (z.B. Frachtenbahnhöfe, Mineralöllagerungen). Auch aus Ablagerung von Abfällen in Gruben oder auf Halden ohne Vorkehrungen zum Schutz der Umwelt kann es zu Verunreinigungen des Untergrundes durch Austritt schadstoffbelasteter Sickerwässer kommen.

Entsprechend bisheriger Erfahrungen bei der Altlastenbearbeitung in Österreich wurde im Jahr 2007 im Auftrag des BMLFUW eine Hochrechnung über die zukünftig zu erwartende Verteilung an Hauptschadensarten durchgeführt (Link zur Studie). Dabei wurden folgende Hauptschadstoffgruppen identifiziert:

Häufigkeit

Schadensart

Hauptschadstoffe

Hauptverursacher

34%

Mineralölschaden

MKW

Mineralölverarbeitung und –lagerung

28%

Lösungsmittelschaden

CKW

Putzereien, chemische Industrie, Metallverarbeitung, Ledererzeugung

17%

Schaden aus Abfalldeponierung

unterschiedlichste

Kommunale und betriebliche Altlablagerungen

8%

Schwermetallschaden

Schwermetalle

Ledererzeugung, Metallverarbeitung, chemische Industrie

5%

Teerölschaden

PAK

Gaswerke, Teerverarbeitung

8%

Sonstige

BTEX, Sprengstoffe, Phenole, Cyanid,…

Diverse Branchen

Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW)

Verwendung

Leichtflüchtige chlorierte Kohlenwasserstoffe sind aufgrund ihrer besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften in einem breitgefächerten Einsatzbereich verwendbar. Die vier gebräuchlichsten CKW (Trichlorethen (TCE), Tetrachlorethen (PCE), 1,1,1-Trichlorethan und Dichlormethan) werden vor allem in der Oberflächenbehandlung von Metallen (Entfettung, Abbeizmittel), der Reinigung von Textilien („Chemische Reinigung“) sowie als Lösungs- oder Extraktionsmittel für organische Verbindungen und zur Herstellung von Kältemitteln eingesetzt. Vinylchlorid (VC) dient als Ausgangsstoff bei der Herstellung von Polyvinylchlorid (PVC).

Eigenschaften

CKW besitzen generell eine höhere Dichte als Wasser. Sie zeigen eine geringe Viskosität und haben damit gute Fließfähigkeiten, die ein „leichtes“ Eindringen in den Untergrund ermöglichen. Im Vergleich mit Wasser durchströmen CKW ein trockenes, poröses Medium etwa doppelt so schnell. CKW weisen eine Wasserlöslichkeit im Milligramm- bis niedrigen Grammbereich auf. Im Allgemeinen gilt: je mehr Chloratome enthalten sind desto geringer ist die Löslichkeit, die Löslichkeit der Chlorethene ist geringer als die Löslichkeit der Chlorethane, und mit zunehmender Löslichkeit steigt auch die Mobilität der CKW. Im Vergleich mit Wasser besitzen CKW einen weitaus höheren Dampfdruck (Ausnahme: Tetrachlorethen). Diese (relativ stark temperaturabhängige) Eigenschaft begünstigt den Übertritt dieser Substanzen in die Bodenluft und Atmosphäre. CKW werden daher der Gruppe der leichtflüchtigen Stoffe zugeordnet. Zwischen einer CKW-Phase und Wasser ist die Grenzflächenspannung gering, sodass CKW-Phasen relativ leicht in mit Wasser benetzte Poren und Spalten im Untergrund eindringen können.

Umweltverhalten

Das Verhalten der CKW in der Umwelt wird durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmt. Aus diesen Eigenschaften ergibt sich, dass es bei entsprechend großer Eintragsmenge zum Absinken einer zusammenhängenden, nicht-wässrigen, organischen Phase von CKW (als „dense non-aqueous phase liquid“ – DNAPL, in Tröpfchenform oder als große Phasenkörper) im Untergrund kommt, bis sie entweder Residualsättigung oder schlechter durchlässige Schichten erreichen und dort sogenannte „Pools“ ausbilden. Dabei können die CKW aufgrund der geringen Grenzflächenspannung und Viskosität sowie der höheren Dichte tief ins Grundwasser absinken und auch vergleichsweise dichte Schichten (z. B. Zwischenstauer) durchdringen.

CKW unterliegen in der wasserungesättigten Zone und im Grundwasser natürlichen Schadstoffminderungsprozessen (z. B. biologischer Abbau, Sorption). Im Grundwasser gelöste CKW bilden im Vergleich zu anderen Schadstoffen sehr lange Schadstofffahnen aus (z. T. deutlich über 1 km). Grundsätzlich sind alle CKW unter idealen Randbedingungen biologisch abbaubar. Der Abbau kann unter Ausschluss von Sauerstoff (anaerob) oder in Gegenwart von Sauerstoff (aerob) stattfinden. Allgemein gilt, dass hochchlorierte Verbindungen (PCE, TCE) fast ausschließlich unter anaeroben Bedingungen abbaubar sind. Demgegenüber sind die niedrigchlorierten Verbindungen (VC) primär aerob abbaubar. Der Abbau von CKW läuft in mehreren hintereinander folgenden Schritten ab (vereinfacht z. B. PCE-TCE-Dichlorethen-VC). Liegen keine optimalen Bedingungen für einen vollständigen mikrobiellen Abbau vor kann es zur Anreicherung von Abbauprodukten kommen, z. B. VC im reduzierenden Milieu.

Aufgrund der hohen Flüchtigkeit kann bei CKW-Kontaminationen in der Regel eine Belastung der Bodenluft in der ungesättigten Bodenzone festgestellt werden. Auch im Bereich der gelösten Schadstofffahne im Grundwasser kommt es durch Verflüchtigung meist zu sekundären Bodenluftbelastungen durch Ausgasen aus dem Grundwasser.

Toxikologie

In toxikologischer Hinsicht wirken sich CKW auf den Menschen in Form von Narkotisierung (Trichlormethan: „Chloroform“), Reizung (Augen, Haut, Schleimhäute, Atemwege), Leber- und Nierenschädigung sowie Schädigung des zentralen Nervensystems aus. Einzelne CKW besitzen eine karzinogene Wirkung (VC) bzw. wird eine karzinogene Wirkung als wahrscheinlich (TCE, PCE) oder möglich (1,2-Dichlorethan, Dichlormethan, Trichlormethan und Tetrachlormethan) angesehen. Eine Akkumulation von CKW in der Nahrungskette, wie es für andere Chlorkohlenwasserstoffen (z. B. Pestizide, polychlorierte Biphenyle) bekannt ist, findet nicht statt.

Weiterführende Informationen

Arbeitshilfe CKW-kontaminierte Standorte: ÖVA/Umweltbundesamt-Publikation
Ausführliche Informationen zu Eigenschaften und Umweltverhalten von CKW sowie zur Erkundung, Bewertung und Sanierung von CKW-Schäden.

Chloronet: Nationle Plattform für CKW-Altlasten in der Schweiz
Informationen zu Erkundung und Sanierung von Standorten, die mit chlorierten Kohlenwasserstoffen kontaminiert sind. Zahlreiche Downloads, u. a. auch Beiträge von Fachtagungen.

KORA: Kontrolliert natürlicher Rückhalt und Abbau von Schadstoffen bei der Sanierung kontaminierter Grundwässer und Böden
Förderschwerpunkt in Deutschland zur Erforschung und Erkundung von Natural-Attenuation-Prozessen mit zahlreichen Leitfäden und Anwendungsbeispielen; speziell zu CKW.

Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW)

Verwendung

Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW) und Mineralölprodukte werden seit vielen Jahrzehnten in mannigfaltiger Weise eingesetzt. Sie finden Verwendung als Energieträger (z. B. Heizöl, Benzin, Diesel, Kerosin), als Ausgangsstoffe und Produkte der (petro-)chemischen Industrie (z. B. Ethylbenzol, Styrol, Polystyrol) sowie als Hilfsstoffe in Industrie und Gewerbe (z. B. Lösungsmittel, Schmieröle). MKW und Mineralölprodukte werden sowohl im gewerblich-industriellen als auch im kommunalen Bereich (z. B. öffentlicher Verkehr, Energieversorgung) und im privaten Haushalt (z. B. Energieversorgung, Kfz) verwendet. Aufgrund der Menge an gelagerten, eingesetzten oder umgeschlagenen MKW und Mineralölprodukten sind folgende Branchen hervorzuheben:

Mineralölverarbeitung und -Lagerung
+ Raffinerien
+ Kfz-Betriebe (z. B. Tankstellen, Werkstätten)
+ Schrottplätze
+ Bahnhöfe, Speditionen, Hafenanlagen
+ Mineralöl- und Treibstofflager

Chemische Industrie, Metallverarbeitung
+ Petrochemische Industrie
+ Große bzw. energieintensive Gewerbe- und Industriebetriebe

Der Jahresverbrauch an Mineralölprodukten in Österreich betrug im Jahr 2014 etwa 9,5 Mio. Tonnen.

Eigenschaften

Mineralölprodukte, die durch Raffination von Rohöl hergestellt werden, setzen sich aus einer Vielzahl von aliphatischen MKW („Ketten“) und aromatischen MKW („Ringe“) zusammen. Es handelt sich daher um MKW-Gemische. Die MKW-Gemische unterscheiden sich hinsichtlich des Siedebereiches und der Anzahl der Kohlenstoffatome der enthaltenen MKW. Die Anteile der enthaltenen MKW sind von Produkt zu Produkt verschieden. Die chemisch-physikalischen Eigenschaften der MKW-Gemische werden durch die enthaltenen MKW determiniert und lassen sich zahlenmäßig nur als Bandbreiten angeben.

MKW besitzen generell eine geringere Dichte als Wasser. Im Allgemeinen nimmt die Dichte mit steigender Anzahl an Kohlenstoffatomen zu. Die Viskosität bestimmt die Geschwindigkeit, mit der MKW im Untergrund versickern. Benzine bzw. die darin enthaltenen aromatischen MKW (z. B. BTEX – Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole) besitzen eine geringere Viskosität als Wasser und haben damit gute Fließfähigkeiten, die ein „leichtes“ Eindringen in den Untergrund ermöglichen. Im Vergleich mit Wasser durchströmen diese MKW ein trockenes, poröses Medium schneller. Höhersiedende MKW bzw. die entsprechenden Produkte (Diesel, Schmieröl etc.) besitzen hingegen eine höhere Viskosität als Wasser und eine entsprechend schlechtere Fließfähigkeit. Heizöl Schwer und Bitumen sind bei Raumtemperatur nicht fließfähig. Die Wasserlöslichkeit nimmt im Allgemeinen mit steigender Anzahl an Kohlenstoffatomen und Anzahl der Ringe stark ab. In MKW-Gemischen wird die Löslichkeit der Einzelsubstanzen im Normalfall reduziert. Im Vergleich mit Wasser besitzen Benzin bzw. die darin enthaltenen MKW einen höheren Dampfdruck. Diese temperaturabhängige Eigenschaft begünstigt den Übertritt dieser Substanzen in die Bodenluft und in die Atmosphäre. Der Dampfdruck von höhersiedenden MKW (bzw. deren Produkten) ist im Vergleich zu Wasser geringer. Im Allgemeinen nimmt der Dampfdruck mit steigender Anzahl an Kohlenstoffatomen stark ab.

Abhängig vom Einsatzbereich können in Mineralölen zur Verbesserung bestimmter Eigenschaften unterschiedliche Additive enthalten sein. Dazu zählen z. B. Antiklopfmittel zur Erhöhung der Klopffestigkeit der Kraftstoffe (z. B. Methyl-tert-Butylether – MTBE), Stoffe gegen Vergaservereisung (z. B. Tenside, Alkohole), Antioxidantien gegen Polyadditions- und Polymerisationsprozesse (z. B. Amine, Phenole), Korrosionsinhibitoren (z. B. Petroleumsulfonate und –phosphate), Zündbeschleuniger (z. B. Nitrobenzol, Amylnitrat und –nitrit), Viskositätsverbesserer (z. B. chlorierte Polyethylene) oder Stockpunkterniedriger (z. B. bicyclische Aromaten mit langen Seitenketten) etc. Hervorzuheben ist insbesondere das Antiklopfmittel MTBE, das ab den 1980er-Jahren als Bleiersatz in Benzin eingesetzt wird. MTBE ist mit 50 g/l sehr gut wasserlöslich, äußerst mobil und aufgrund seiner Struktur (Etherbindung, tert-Butylgruppe) biologisch schwer abbaubar.

Umweltverhalten

Das Verhalten der MKW in der Umwelt wird durch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmt. Aus diesen Eigenschaften folgt beispielsweise, dass es bei entsprechend großer Eintragsmenge zur vertikalen Ausbreitung einer zusammenhängenden, nichtwässrigen, organischen Phase von MKW (als light non-aqueous phase liquid – LNAPL, in Tröpfchenform oder als große Phasenkörper) im Untergrund kommt. Die Ausbreitung erfolgt, solange die entsprechende Residualsättigung überschritten ist, und bis schlechter durchlässige Schichten (Ausbildung von Pools) oder das Grundwasser erreicht werden (laterale Ausbreitung einer aufschwimmenden MKW-Phase). Aus der aufschwimmenden MKW-Phase lösen sich zumeist über lange Zeiträume Kohlenwasserstoffe und bilden in Abhängigkeit von Alter und Zusammensetzung des eingedrungenen Mineralöls sowie von Schadstoffminderungsprozessen meist Schadstofffahnen mit einer geringen Länge (< 100 m) aus. Bei größeren Schadensfällen sind jedoch auch Fahnenlängen von 200 m und mehr möglich. Die Schadstofffahne gelöster MKW beschränkt sich weitgehend auf die oberen zwei bis vier Meter des Grundwasserleiters, und in tieferen Grundwasserbereichen sind meist keine Belastungen mit MKW festzustellen. Mineralöle mit niedrigem Siedebereich (z.B. Benzin) bildet aufgrund höherer Mobilität längere Schadstofffahnen aus, durch natürliche Verdünnungs- und Abbauprozesse sind derartige Verunreinigungen aber meist nach wenigen Jahrzehnten nicht mehr vorhanden. Aufgrund der besseren Löslichkeit und der höheren Mobilität können sich derartige Verunreinigungen auch in tiefere Grundwasserbereiche ausbreiten.

MKW unterliegen in der wasserungesättigten Zone und im Grundwasser natürlichen Schadstoffminderungsprozessen (z. B. biologischer Abbau, Sorption). Der mikrobielle Abbau kann sowohl unter aeroben als auch unter anaeroben Bedingungen stattfinden. Die höchsten Abbauraten werden im Allgemeinen unter aeroben Bedingungen festgestellt. MKW mit Kettenlängen von 10–16 C-Atomen werden am besten abgebaut. Zu höheren C-Zahlen hin nimmt die Bioverfügbarkeit ab. Verzweigte MKW (iso-Alkane) sind wesentlich schlechter abbaubar als unverzweigte MKW (n-Alkane). Gesättigte MKW sind besser abbaubar als ungesättigte, und diese besser abbaubar als Cycloalkane. Alte MKW-Verunreinigungen sind schwerer abbaubar als rezente Verunreinigungen, weil durch Alterungsprozesse (z. B. Verdampfung flüchtiger Stoffe, Auswaschung gut löslicher Stoffe) und die Abbauprozesse selbst eine Verschiebung der Stoffzusammensetzung hin zu schlechter abbaubaren und geringer bioverfügbaren Stoffen erfolgt. Bei den aromatischen MKW nimmt die Abbaubarkeit mit der Anzahl der aromatischen Ringe und mit zunehmender Zahl und Komplexität von Alkylsubstituenten ab. Der mikrobielle Abbau ist von zahlreichen Milieu-Faktoren abhängig, z. B. Temperatur, pH-Wert, Wassergehalt, Nährstoffangebot (insbesondere Stickstoff- und Phosphorquelle), Elektronenakzeptoren (Sauerstoff, Nitrat, Eisen-III, Mangan-IV, Sulfat, Kohlendioxid), Inhibitoren (z. B. Schwermetalle).

Toxikologie

In toxikologischer Hinsicht wirken sich insbesondere Benzin und Kerosin auf den Menschen bei Inhalation in Form von Narkotisierung, Reizung von Augen, Schleimhäuten und der Atemwege, Schädigung des zentralen Nervensystems, der Lunge, der Nieren und des Gehirns sowie Störungen der Herzfunktion aus. Die orale Aufnahme verursacht Reizungen des Magen-Darmtrakts und kann zu Schädigungen der Lunge führen. Benzol gilt als gesichert krebserregend.

Weiterführende Informationen

MKW-kontaminierte Standorte: Umweltbundesamt-Publikationen Technische Arbeitshilfe zur Erkundung, Beurteilung und Sanierung MKW-kontaminierter Standorte.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) / Teeröl

Entstehung/Vorkommen

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) bilden sich bei der unvollständigen Verbrennung (Pyrolyse) von organischem Material (z. B. Holz, Kohle, Mineralöl, Abfall). Dementsprechend können PAK bei der Mineralöl- und Kohleverarbeitung sowie der Energie- oder Gaserzeugung aus Mineralöl oder Kohle entstehen bzw. in Reststoffen aus diesen Prozessen enthalten sein. PAK sind auch Hauptbestandteile von Teer und Teeröl, die beispielsweise bei der Kokserzeugung aus Steinkohle in der roheisenproduzierenden Industrie in großen Mengen anfallen. Diese Abfallstoffe wurden in weiterer Folge als Produkt zur Imprägnierung von Holz (Eisenbahnschwellen, Strom- und Telegrafenmasten) und Dachpappe verwendet, sodass neben Kokereien und Gaswerken auch Imprägnierwerke zu den typischen Branchen zählen, die häufig als Quelle für PAK-Kontaminationen im Untergrund identifiziert werden können. Darüber hinaus fand Teer bis in die 1970er-Jahre bei der Asphaltherstellung als Bindemittel Verwendung.

Eigenschaften

PAK sind eine Gruppe organischer Verbindungen, die aus mindestens zwei aromatischen Ringen bestehen. Die einfachste Verbindung aus der Gruppe der PAK ist Naphthalin, das sich aus zwei miteinander verbundenen Benzolringen zusammensetzt.

PAK sind feste, meist farblose Verbindungen. Ihre Wasserlöslichkeit ist vergleichsweise gering und sinkt mit steigender Anzahl der Ringe. Auch die Flüchtigkeit sinkt mit steigender Ringanzahl, während die Sorptionsneigung im Untergrund mit steigender Ringanzahl steigt. Höhermolekulare PAK mit vier und mehr Ringen liegen in der Luft und im Boden überwiegend partikelgebunden vor. Niedermolekulare PAK mit zwei und drei Ringen liegen in der Luft hauptsächlich gasförmig vor, im Untergrund gelöst im Sicker- oder Grundwasser.

Stellvertretend für die mehrere Hundert Einzelsubstanzen umfassende Gruppe der PAK werden üblicherweise 16 von der US-Umweltbehörde (US EPA) festgelegte Einzelstoffe analysiert: Naphthalin, Acenaphthylen, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Anthracen, Fluoranthen. Pyren, Benzo(a)antracen, Chrysen, Benzo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzo(a)pyren, Dibenzo(a,h,)anthracen, Indeno(1,2,3-cd)pyren und Benzo(g,h,i)perylen.

Eine den PAK verwandte Stoffgruppe sind die heterozyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe, die neben Kohlenstoff auch andere Elemente in den Ringstrukturen enthalten. Die wichtigste Gruppe bilden die sogenannten NSO-Heterozyklen, die Stickstoff-, Schwefel- oder Sauerstoffatome enthalten.

PAK sind mit einem Gehalt von bis zu 30 % Hauptbestandteil von Steinkohleteer, bei dem es sich um eine hochmolekulare, zähflüssige Masse handelt, die sich aus mehreren Tausend Einzelsubstanzen zusammensetzt. Naphthalin stellt mit bis zu 10 % den Hauptinhaltsstoff dar. Neben PAK sind u.a. diverse Phenole und NSO-Heterozyklen enthalten.

Umweltverhalten

Teeröle sind generell als wenig mobil einzustufen, wobei die Einzelverbindungen der Teeröle signifikante Unterschiede aufweisen. Entsprechend ihrer Dichte und mäßigen Löslichkeit bilden sich bei Teerölschäden bei entsprechend großen in den Untergrund eingedrungenen Schadstoffmengen oft Phasenbereiche auf dem Grundwasserstauer aus (DNAPL, dense non-aqueous phase liquid). Die Schadstoffphase breitet sich vorrangig entlang des Stauerreliefs durch Gravitation aus, diese Ausbreitung kann auch entgegen der Grundwasserströmungsrichtung erfolgen. Im Teeröl können sich auch Anteile mit geringerer Dichte als Wasser befinden, sodass sich in Abhängigkeit der Ausgangssubstanzen auch eine Schwimmphase an der Grundwasseroberfläche bilden kann (LNAPL – light non-aqueous phase liquid).

Von Teerölkontaminationen im Untergrund gehen aufgrund der geringen Mobilität (geringe Löslichkeit und hohe Adsorptionsneigung) der Hauptschadstoffe generell vergleichsweise kurze Schadstofffahnen im Grundwasser aus (max. 100 m). Einzelne PAK, wie Acenaphthen, können jedoch wesentlich längere Fahnen bilden. Bei vielen Teerölkontaminationen wurde bei PAK eine vertikale Schadstoffschichtung mit den höchsten Schadstoffgehalten in den tieferen Grundwasserbereichen festgestellt. Bei Auftreten einer aufschwimmenden Schadstoffphase ist diese eindeutige Schichtung in der Regel nicht gegeben. Teeröle können aus mehreren Tausend Einzelverbindungen bestehen, sodass das Schadensbild sowohl in lateraler als auch in vertikaler Ausdehnung differenziert zu betrachten ist. Neuere Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Gruppe der heterozyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (NSO-Heterozyklen) deutlich längere Schadstofffahnen ausbilden können.

Mit Ausnahme von Naphthalin sind PAK mikrobiologisch sehr schwer abbaubar und zählen daher zu den persistenten Schadstoffen. Die Abbaubarkeit der PAK sinkt mit steigender Ringanzahl und Komplexität der Struktur.

Toxikologie

Einige PAK, darunter Benzo(a)pyren, sind beim Menschen eindeutig krebserzeugend (z.B. Lungen-, Kehlkopf-, Hautkrebs sowie Magen- und Darmkrebs bzw. Blasenkrebs). Die Möglichkeit der Fruchtschädigung oder Beeinträchtigung der Fortpflanzungsfähigkeit besteht.

Weiterführende Informationen

KORA: Kontrolliert natürlicher Rückhalt und Abbau von Schadstoffen bei der Sanierung kontaminierter Grundwässer und Böden

Förderschwerpunkt in Deutschland zur Erforschung und Erkundung von Natural-Attenuation-Prozessen mit zahlreichen Leitfäden und Anwendungsbeispielen; speziell zu PAK.

Metalle

Verwendung

Metalle sind naturgemäß vor allem in der metallerzeugenden und metallverarbeitenden Industrie von Relevanz. Dazu zählen:

  • Metallverhüttung

  • Metallbearbeitung (Gießen, Sintern, Umformen, Abtragen)

  • Oberflächenbehandlung/Galvanisierung

  • Damit zusammenhängende Abfallablagerungen (Schlacken, Stäube, Schlämme, Bergbauhalden)

Daneben können Metalle beispielsweise in folgenden Branchen relevant sein:

  • Chemische Industrie (z. B. Schwermetalllösungen, -salze, Katalysatoren etc.)

  • Farben- und Lackindustrie (Schwermetallpigmente)

  • Gerbereien und Holzimprägnierung (Chrom)

  • Schießplätze (Blei, Antimon)

  • Schrottplätze

Eigenschaften und Umweltverhalten

Metalle können im Untergrund in gelöstem, festem oder adsorbiertem Zustand auftreten. Einzelne Metalle und Metallverbindungen können in Folge ihres niedrigen Siedepunktes auch in den gasförmigen Zustand übergehen (z.B. Quecksilber). Weiters können Metalle als anorganische oder organische Komplexe vorliegen.

Rückhalt und Mobilisierbarkeit von Metallen müssen immer in Zusammenhang mit den chemisch-physikalischen Bedingungen in der jeweiligen Matrix und den anderen in der Matrix vorliegenden Stoffen beurteilt werden. Diese steuern im Wesentlichen die Entstehung möglicher Schwermetallbindungsformen im Untergrund, die wiederum für Rückhalt oder Mobilisierung der Metalle entscheidend sind. Im Oberboden und in der wasserungesättigten Bodenzone wird die Mobilisierbarkeit beispielsweise wesentlich über den Karbonatgehalt (pH-Puffer), den Gehalt an organischer Substanz (Adsorptionsoberfläche bzw. Ligand) sowie den Gehalt an Tonmineralen (Ionenaustausch bzw. Adsorptionsoberfläche) mitbestimmt. Aufgrund ihrer meist positiven Ladung sind gelöste Metallionen in Böden mit relevantem Tonmineralgehalt nur sehr eingeschränkt mobil, da sie im Zuge von Ionenaustauschprozessen gebunden werden.

Im Grund- und Sickerwasser wird die Mobilisierbarkeit vor allem durch die pH- und Redox-Verhältnisse und damit zusammenhängende Ausfällungsreaktionen (Hydroxide und Salze) beeinflusst. Im Allgemeinen sind Schwermetalle bei Verhältnissen, wie sie unter normalen Umständen im oberflächennahen Untergrund und Grundwasser in Österreich vorherrschen (oxidierende Verhältnisse und pH-Wert im neutralen Bereich) relativ immobil. Eine relevante Mobilisierung findet bei vielen Schwermetallen (Blei, Zink, Kupfer, Nickel, Quecksilber) erst bei einer Senkung des pH-Wertes in den stark sauren Bereich statt. Einige dieser Metalle (z. B. Zink, Blei) sind so genannte Amphotere, d. h. sie besitzen nicht nur im sauren sondern auch im basischen Bereich ein ausgeprägtes Löslichkeitsmaximum, wie dies etwa auch bei Chrom, Molybdän oder Vanadium der Fall ist. Eisen und Mangan sind die wichtigsten Vertreter derjenigen Metalle, die unter anaeroben Bedingungen verstärkt mobilisiert werden. Sie können daher auch als „Redoxanzeiger“ für derartige Bedingungen herangezogen werden.

Die in Österreich in der Praxis auftretenden Schwermetallschäden beschränken sich auf einige wenige Schwermetalle und Industriezweige. In diesem Zusammenhang sind v. a. Chromschäden auf (ehemaligen) Gerberei- und Salzimprägnierungsstandorten zu nennen. Die Konzentration von Chromverbindungen im Grundwasser wird durch Redoxreaktionen, Lösungs- und Fällungsvorgänge sowie durch Adsorption und Desorption bestimmt. Die beiden relevanten Spezies sind Chrom-III und Chrom-VI, wobei unter natürlichen Bedingungen Redoxreaktionen in beide Richtungen stattfinden können. Eine Oxidation von Chrom-VI zu Chrom-III findet hauptsächlich durch Mangandioxid statt. Umgekehrt vermögen viele Reduktionsmittel wie Eisen-II, organische Verbindungen oder Sulfide Chrom-VI zu reduzieren. Chrom tritt am häufigsten als Chrom-III-Verbindung auf und ist aufgrund der geringen Löslichkeit meist nur in geringen Spuren im Grundwasser nachweisbar. Nur bei sehr niedrigen pH-Werten erhöht sich die Löslichkeit von Chrom-III signifikant. Unter stark oxidierenden Verhältnissen treten Chrom-VI-Verbindungen auf, die im Gegensatz zu Chrom-III eine hohe Wasserlöslichkeit, jedoch auch eine hohe Sorptionsneigung, z. B. an Eisenoxiden besitzen. Fehlen potentielle Adsorptionssubstanzen, können sich Chrom-VI-Verbindungen im Grundwasser in Abhängigkeit der allgemeinen hydrogeologischen Rahmenbedingungen relativ weit (mehrere 100 Meter) ausbreiten. Im Gegensatze zu Chrom-III besitzt Chrom-VI eine hohe toxikologische Relevanz.