Baugrund, Expertenwissen
Schadstoffe im Boden
Boden versiegelt, Problem gelöst? So einfach geht der Umgang mit Schadstoffen im Boden nicht. Wobei es immer auf die Schadstoffkonzentration ankommt. Warum aber kann eine Reinigung und Aufbereitung von kontaminiertem Bodenmaterial wichtig sein?
1. Einführung
Im Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) sind die wesentlichen Bedingungen zum Umgang des Gutes Boden im Zusammenhang mit aus anthropogenen Einflüssen resultierenden schädlichen Bodenveränderungen erläutert. Im Zentrum steht die Beziehung zwischen den Bodenfunktionen und möglichen schädlichen Einflüssen auf diese. Als konsequente Fortführung sind Anforderungen zur Untersuchung, Bewertung und Sanierung von Verdachtsflächen, Altlasten und altlastverdächtigen Flächen formuliert.
Allgemein wird die obere Schicht der Erdkruste, insofern sie Träger der Bodenfunktionen ist, als Boden bezeichnet. Neben den festen Partikeln umfasst Boden in diesem Kontext auch flüssige und gasförmige Anteile als Bodenlösung und Bodenluft.
Die Funktionen des Bodens werden nach BBodSchG in natürliche und historische Funktionen sowie Nutzungsfunktionen unterschieden. Die natürlichen Funktionen betreffen zunächst die Lebensgrundlage und den Lebensraum von Menschen, Tieren, Pflanzen und Bodenorganismen. Sie setzen voraus, dass der Boden Bestandteil des Naturhaushalts ist. Wesentlich ist der Zusammenhang zwischen den Lebewesen und ihrer Beziehung zu den im Kontext stehenden Wasser- und Nährstoffkreisläufen. Eine weitere wichtige natürliche Funktion des Bodens ist seine Eigenschaft als Abbau-, Ausgleichs- und Aufbaumedium stofflicher Einwirkungen, d. h. Phänomene der Filterung, Pufferung und Stoffumwandlung werden durch den Boden realisiert.
Während die historische Funktion die quasi Archivierung natur- und kulturgeschichtlicher Denkmäler betrifft, ist die Nutzungsfunktion des Bodens im Zusammenhang mit der Nutzung als Rohstofflagerstätte, Fläche zur Siedlung und Erholung, als Standort für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung sowie für sonstige wirtschaftliche und öffentliche Nutzungen, Verkehr, Ver- und Entsorgung zu sehen.
Eine schädliche Bodenveränderung führt zu einer Beeinträchtigung der Bodenfunktionen. Durch eine solche Veränderung können Gefahren, erhebliche Nachteile oder Belästigungen für einzelne Personen oder die Allgemeinheit entstehen. Schadstoffe im Boden sind, sofern sie anthropogenen Ursprungs sind, grundsätzlich geeignet zu schädlichen Bodenveränderungen zu führen. Der Beitrag behandelt in diesem Kontext die wesentlichen Aspekte der Schwerpunkte Schadstoffcharakteristik, Schadstoffausbreitung sowie Boden als Abfall.
2. Schadstoffcharakteristik
Neben der eigentlichen Zusammensetzung von Schadstoffen sowie ihrer Existenz in Verbindung ist die Konzentration derselben entscheidend für ihre schädliche Wirkung. Im Kern ist die sogenannte „Dosis-Wirkung-Beziehung“ für die Entfaltung der Schadstoffe hinsichtlich ihrer Wirkung auf die oben genannten Schutzgüter entscheidend, d. h. jeder Stoff entfaltet in Abhängigkeit seiner Konzentration eine schädliche Wirkung. Auf dieser Grundlage sind Schadstoffe hinsichtlich ihrer Zusammensetzung in anorganisch und organisch zu unterscheiden.
Zu den anorganischen Schadstoffen zählen Schwermetalle und anorganische Verbindungen. Schwermetalle sind differenziert nach ihren Oxiden in Abhängigkeit ihrer Konzentration im Hinblick auf ihre Toxizität zu unterscheiden. Typische relevante Schwermetalle sind Arsen, Blei, Cadmium, Quecksilber, Kupfer und Zink.
In Verbindung mit der Untersuchung von Boden und Grundwasser bezüglich ihrer Schadstoffbelastung durch anorganische Verbindungen sind vor allem Sulfate, Phosphate, Ammonium, Cyanide, Asbest und Brom relevant. Cyanide und Asbest sind als grundsätzlich hochtoxisch einzustufen, während Sulfate, Phosphate und Ammonium nur hochkonzentriert toxisch sind.
Für die zweite große Gruppe der organischen Schadstoffe gilt, dass diese grundsätzlich ein Kohlenstoffgrundgerüst aufweisen. Man unterscheidet hier Verbindungen aus Kohlenstoff und Wasserstoff, sog. Kohlenwasserstoffe, sowie aus Kohlenstoff und anderen Elementen, sog. Heteroatom-Derivate.
Im Bild ist die grundsätzliche Unterscheidung der Kohlenwasserstoffe in aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe gezeigt. Aliphatische Kohlenwasserstoffe sind acyclisch aufgebaut und werden auch als Kettenkohlenwasserstoffe bezeichnet. Aromatische Kohlenwasserstoffe sind cyclisch aufgebaut und werden als Ringkohlenwasserstoffe bezeichnet.
Weitere Schadstoffe sind die halogenierten Kohlenwasserstoffe, Pestizide, Mineralöle, Benzin sowie produktspezifische Verbindungen.
3. Schadstoffausbreitung
Die Schadstoffausbreitung ist prinzipiell durch bestimmte chemische und physikalische Eigenschaften des sich potenziell ausbreitenden Schadstoffes bestimmt. Hierzu zählen der Aggregatzustand, die dynamische Viskosität, die Flüchtigkeit, die Löslichkeit und die Anreicherungsfähigkeit (Sorption).
Um eine Schadstoffausbreitung zu betrachten muss zunächst grundsätzlich eine Schadstoffkonzentration festgestellt werden. Bezugsgrößen sind hierbei die Schadstoffkonzentration im Boden sowie in der Elution des Bodens.
Die Schadstoffausbreitung ist maßgeblich von der Bewegung des Wassers im Boden beeinflusst. Die Beweglichkeit wiederum wird durch die Arten des Wassers im Boden bestimmt. Eine Unterscheidung der in der ungesättigten und der gesättigten Bodenzone möglichen Wasserbewegung ist grundlegend erforderlich.
In der ungesättigten Bodenzone wird ein Transport hauptsächlich durch die Infiltration von Niederschlagwasser und dessen schwerkraftbedingtem Zustreben zur gesättigten Bodenzone bestimmt. Dieser Transport ist durch die im ungesättigen Porenraum des Bodens vorhandene Saugspannung beeinflusst.
Ausgehend von der Schadstoffquelle wird durch das Niederschlagswasser eine Emission und durch den weiteren Transport eine Transmission des Schadstoffes verursacht. Beide Effekte sind mit einer Dispersion des Schadstoffes verbunden. Erreicht der Schadstoff schließlich die gesättigte Bodenzone, kommt es zu einer Verdünnung des Schadstoffes und zugleich einer Verringerung der Schadstoffkonzentration. Nicht lösliche Anteile der Schadstoffe sinken in der gesättigten Bodenzone ab und führen in der Folge potenziell zu einer langfristigen Verschmutzung des Grundwasserleiters.
Auf dem Wirkungspfad Boden – Grundwasser findet der Stofftransport als Emission, Transmission und Immission statt. Weiterhin sind mit dem Thema – Schadstoffausbreitung – die Phänomene des Stofftransportes infolge Brown‘scher Molekularbewegungen, d. h. des strömungsabhängigen Konzentrationsausgleiches, der Sorption sowie des Abbaus von Schadstoffen verbunden.
4. Boden als Abfall
Im Zusammenhang mit der Betrachtung von Schadstoffen im Boden muss auch der Umgang mit kontaminierten Böden nach Erkennen der Kontamination und der Gewinnung bewertet werden. Grundlegende Randbedingungen hierfür nennt das „Gesetz zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Bewirtschaftung von Abfallen“ (KrWG). Unter dem Abfallschlüssel 17 05 sind hier die relevanten Materialien Boden, Steine und Baggergut genannt. Aufbauend auf dem KrWG sind Rechtsverordnungen und schließlich Verwaltungsvorschriften erlassen, um einen lokalen Umgang mit kontaminierten Materialien zu regeln.
Die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) hat in ihrer Mitteilung M20 (2003) im Teil II, Abschnitt 1.2 Bodenmaterial (TR Boden), den Umgang mit kontaminiertem Boden geregelt. Weiterhin ist im Bereich von durchwurzelbaren Böden die Vollzugshilfe §12 der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) zu beachten.
Anhand von Zuordnungswerten spezifischer Schadstoffe ist eine Einordnung von Böden in Einbauklassen und schließlich bei hohen Kontaminationen in Deponieklassen möglich. Im nächsten Bild ist hierzu die systematische Darstellung der möglichen Verwertung nach Einbauklassen und Ablagerung gemäß der Einordnung in Deponieklassen gezeigt. Für die Deponieklassen sind weiterhin relevante Verordnungen genannt.
Die Einordnung erfordert eine Untersuchung relevanter Parameter hinsichtlich der Zuordnungswerte. Die Untersuchung kann bei einem spezifischen Verdacht gezielt für bestimmt Schadstoffe geführt werden. Ist eine Bewertung ohne einen spezifischen Verdacht erforderlich, gibt die DepV eine Anzahl zu untersuchender Parameter vor, welcher die wesentlichen anorganischen und organischen Schadstoffe umfasst. Ein Verwertungsprozess bedingt eine Feststellung der Zuordnungswerte.
5. Ausblick
Angesichts der Vielzahl möglicher Kontaminationen von Boden, des zugleich steigenden Bedarfs an mineralischen Baustoffen in der Bauindustrie sowie der z. T. zeitnahen Verknappung dieser Baustoffe ist ein sorgsamer Umgang mit im Zuge von Bauprozessen gewonnenem Bodenmaterial zwingend erforderlich. Nach der grundsätzlichen Feststellung der Kontamination von Boden und der nachfolgenden Einordnung anhand von Zuordnungswerten wird daher mindestens für gering kontaminierte Materialien zukünftig die Nutzung von Methoden zur Reinigung derselben relevant.
Literatur
LAGA M20. (2003). Mitteilung der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) 20. Bund-/Länder-ArbeitsgemeinschaftAbfall.
Schwille, Friedrich. (1966). Das flüssigkeitsdynamische Verhalten von Mineralöl im Untergrund. Deutsche Gewässerkundliche Mitteilungen, Vol. 10 (4), 102 - 104.