REFINA

Bewertung von Schadstoffen im Flächenrecycling und nachhaltigen Flächenmanagement auf der Basis der Verfügbarkeit/ Bioverfügbarkeit

BioRefine erarbeitete innovative Bewertungsmaßstäbe für kontaminierte Brachflächen (Altlastenflächen) auf der Grundlage der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit der Schadstoffe in Böden. Dabei wurden die Wirkungspfade Boden-Mensch, Boden-Grundwasser, Boden-Pflanze und Boden-Bodenorganismen berücksichtigt. Das Hauptziel des Verbundvorhabens stellt die "Konzepterstellung zur Flächenbeurteilung auf Basis der Verfügbarkeit/ Bioverfügbarkeit von Kontaminanten in Hinblick auf das Flächenrecycling unter Berücksichtigung der geplanten Nutzung" dar. Zur praktischen Umsetzung wurde dieses Hauptziel in fünf Teilziele untergliedert.

• Teilziel 1: Schließen von Lücken im benötigten Methodenspektrum
• Teilziel 2: Verbesserte Expositionsabschätzung für Schutzgüter durch Erfassung verfügbarer/bioverfügbarer Schadstoffanteile
• Teilziel 3: Erstellung von Nutzungskonzepten für die Modellflächen
• Teilziel 4: Erstellung einer Handlungsanleitung basierend auf den Ergebnissen von BioRefine
• Teilziel 5: Kommunikation der Forschungsergebnisse

Für die Ermittlung der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit der Schadstoffe waren zunächst Lücken bei den einsetzbaren Untersuchungsmethoden zu schließen, was die Entwicklung neuer Untersuchungsmethoden, die Ergänzung und Weiterentwicklung vorhandener Untersuchungsmethoden sowie die Qualitätssicherung einschließt.
Die abgestimmten Untersuchungsmethoden (Methodenspektrum) und die Bewertungsmethodik wurden zusammen an Beispielliegenschaften, Beispielumnutzungen und beispielhaften wirtschaftlichen Nachnutzungskonzepten in der Handlungsanleitung nachvollziehbar zusammengestellt. Diese Handlungsanleitung wrd Landkreise, Kommunen, private Eigentümer und Investoren effektiv bei der Überwindung von Entwicklungshemmnissen auf kontaminierten Brachflächen unterstützen. Die Untersuchungs- und Entwicklungsstrategie des Forschungsverbundes ist in Abbildung 1 dargestellt.
Die Einbeziehung der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit in die Gefährdungsabschätzung ermöglicht gegenüber der konventionellen Vorgehensweise entscheidend vertiefte Aussagen zur Gefahrenlage. Dies betrifft insbesondere den konkreten Nutzungs- und Schutzzielbezogenen Handlungsbedarf.
Die Informationen zur Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit der Schadstoffe ermöglichen eine Fokussierung auf effektivere Maßnahmen zur Wiederherstellung der ökologischen Bodenfunktionen bzw. für Sanierungsstrategien unter gleichermaßen wirtschaftlichen und umweltpolitischen Zielstellungen.
Mit innovativen Nachnutzungskonzepten (Anbau nachwachsender Rohstoffe und Verwertung von sekundären Rohdüngern; Biotechnologie-Standorte; Standorte für Anlagen für Erneuerbare Energien; systematisch und schrittweise finanzierter Rückbau des massiven Gebäudebestandes auf ehem. militärisch genutzten Liegenschaften; Vermarktung der hochwertigen Abbruchmaterialien im Straßenbau u. a.), wird das ökologische und ökonomische Potential dieser Liegenschaften kurzfristig für Investoren, die Kommunen und lokale Umwelt- als auch Wirtschaftskreisläufe erschlossen. Modellhaft wurden Finanzierungs- und Sanierungskonzepte für Brachflächen entwickelt.

Die beispielhafte Wiederzuführung der Brachflächen in den Wirtschaftskreislauf wird als wesentliches Arbeitsergebnis in der Handlungsanleitung für Kommunen und Investoren einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Abb. 1: Untersuchungs- und Entwicklungsstrategie des Forschungsverbundes BioRefine

Abb. 2: Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit/Verfügbarkeit von Schadstoffen

Im Forschungsverbund wurden Bewertungsmaßstäbe für Brach- und Altlastenflächen auf Grundlage der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit der Schadstoffe in Böden erarbeitet. Dazu wurden die Wirkungspfade Boden-Mensch, Boden-Pflanze, Boden-Grundwasser und Boden-Bodenorganismen berücksichtigt. Ziel war es, ein Instrumentarium - eine Handlungsanleitung - für Kommunen und Investoren zu entwickeln, um die Bewertungsmaßstäbe der Verfügbarkeit/ Bioverfügbarkeit auf Brach- und Altlastenflächen anzuwenden und für die Standorte individuelle, kostengünstige Umnutzung- und Sanierungskonzepte zu entwickeln. Beispielhaft wurden auf Basis der erarbeiteten Bewertungsmaßstäbe für ausgewählte Flächen Vorschläge für eine Nutzungsbezogene Sanierung erarbeitet, wobei die vom Eigentümer vorhandenen Vorstellungen für die zukünftige Nutzung berücksichtigt wurden.

Die Beurteilung kontaminierter Flächen erfolgte bislang schutzzielbezogen auf unterschiedlichster Basis, wobei Gesamtgehalte und teilweise mobile Gehalte verwendet werden. Aufgrund der Festlegung von Schadstoffen spiegeln Gesamtgehalte nicht das wahre Risiko wider. Eine Beurteilung auf der Basis verfügbarer/bioverfügbarer Gehalte ermöglicht eine Harmonisierung der Schutzzielbezogenen Bewertung und eine realitätsnahe Risikobewertung für den individuellen Standort.
Der Umnutzungsaufwand/Sanierungsaufwand kann durch die Anpassung an die tatsächlichen Erfordernisse vermindert werden, wodurch eine erhebliche Kosten- und Zeitersparnis erzielt wird und eine schnellere Entscheidung für eine Nachnutzung sowie ein schnellerer Beginn der Nachnutzung möglich wird. Hierdurch wird die Attraktivität kontaminierter Standorte für Investoren deutlich erhöht.

Teilvorhaben:

• TV 1: Verfügbarkeit von Schadstoffen, innovative Flächennutzung und Verbundkoordination,
  Freie Universität Berlin, Institut für Geographische Wissenschaften, K. Terytze, A. Nestler, R. Wagner
• TV 2: Lebensraumfunktion und Abbaupotential,
  Fraunhofer Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME), K. Hund-Rinke, K. Derz, C. Bernhardt
• TV 3: Resorptionsverfügbarkeit und Expositionsabschätzung,
  Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, W. Rotard, B. Dietrich
• TV 4: Referenzflächen, praktische Umsetzung und Kommunikation beim Flächenrecycling,
  Prof. Dr. Macholz Umweltprojekte GmbH, R. Macholz, M. Liese

Untersuchungen zur Verfügbarkeit / Bioverfügbarkeit

Hintergrund

Bisher erfolgte die Bewertung von Böden und Bodenmaterial ausschließlich über die Konzentration einer kleinen ausgewählten Anzahl chemischer Stoffe. Die Beurteilung kontaminierter Flächen erfolgte bislang schutzzielbezogen auf unterschiedlichster Basis, wobei Gesamtgehalte und teilweise mobile Gehalte verwendet werden. Diese bilden die Entscheidungsgrundlage für den Umgang mit kontaminierten Liegenschaften.

Aufgrund der Festlegung von Schadstoffen spiegeln Gesamtgehalte jedoch nicht das wahre Risiko für die Umweltkompartimente wider. In Labor- und Feldstudien konnte nachgewiesen werden, dass nur die biologisch verfügbare Fraktion und nicht die Gesamtgehalte der Schadstoffe eine Wirkung bei den Organismen zeigen (Krauss et al. 2000; Reid et al. 2000; Gevao et al. 2001; Alexander et al. 2002). Im Ergebnis werden durch die Bestimmung der Gesamtgehalte die Exposition und die Risiken überbewertet (Alexander 2000) oder aber bei der Entstehung toxischer Abbauprodukte entsprechend unterbewertet (Alexander et al. 2002).

Im Norm-Entwurf ISO/FDIS 17402, 2008-03 ist der aktuelle Stand der Wissenschaft und Technik zum Einsatz von chemischen Methoden zur Bestimmung der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit in Böden und Bodenmaterial dargelegt. Mit diesen Methoden können verschiedene Fraktionen der Kontaminanten erfasst und in Beziehung mit dem jeweiligen Wirkungspfad gesetzt werden. Zur Erfassung der Schadstoffanteile, die im Boden verlagert werden können, liegen mittlerweile ISO-Richtlinien bzw. Guidance Paper vor. Alle beschriebenen Elutionsverfahren sind im Hinblick auf chemische Analytik aber auch für den Einsatz in ökotoxikologischen Testverfahren ausgelegt. In den Technischen Spezifikationen ISO TS 21268-1 (2007) und ISO TS 21268-2 (2007) wird ein Elutionsverfahren im Batchansatz (Schüttelansatz) beschrieben. Die beiden Richtlinien unterscheiden sich im Verhältnis Boden : Wasser von 1 : 2 sowie von 1 : 10. Die Technische Spezifikation ISO TS 21268-3 (2007) betrifft ein Säulenverfahren. In der Einleitung zu den Richtlinien wird darauf hingewiesen, dass die Freisetzung und Verlagerung von löslichen Schadstoffanteilen durch Kontakt mit Wasser als Hauptpfad angesehen wird, über den ein potenzielles Risiko in die Umwelt getragen wird. Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass das Eluat entwickelt wurde, um den Anteil an organischen und anorganischen Schadstoffen zu erfassen, der auf Mikroorganismen, Bodenfauna und Flora wirkt.

Untersuchungen im Forschungsverbund

Zur Erreichung der Ziele bedarf es der Ausarbeitung einer innovativen und praxisorientierten Methodik. Diese besteht aus einem Spektrum verschiedener aufeinander abgestimmten Untersuchungsmethoden zur vollständigen Ermittlung der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit in den folgenden Wirkungspfaden bzw. der entsprechenden Bodenfunktionen (Abbildung 2):

• Boden-Mensch bzw. Lebensraumfunktion
• Boden-Grundwasser bzw. Rückhaltefunktion der Böden
• Boden-Pflanze bzw. Produktionsfunktion und Lebensraumfunktion
• Boden-Bodenorganismen bzw. Lebensraumfunktion und Abbaupotential
• und einer Nutzungsbezogenen Bewertungsmethodik.

Zur Untersuchung der Elution der Schadstoffe liegen inzwischen zwei Norm-Entwürfe zu einem Perkolationsverfahren DIN 19528 Norm-Entwurf, 2007-07 und einem Schüttelverfahren DIN 19529 Norm-Entwurf, 2007-07 vor. Im Zusammenhang mit der abschließenden Normierung der Verfahren wurde an den Validierungsringversuchen (Matrix Boden) teilgenommen. Diese Verfahren werden in die Untersuchungen einbezogen.

Alle Abbildungen zu diesem Beitrag

Brandenburg, ehemalige militärisch genutzte Liegenschaft mit zahlreichen Technikbereichen
Brandenburg, ehemalige Reparatureinheit und ehemaliges militärisch genutztes Tanklager
Brandenburg, ehemalig industriell genutzte Fläche
Berlin, innerstädtische Industriebrache (Gewerbe und Gasanstalt)

• Handlungsanleitung zur Bewertung von Flächen im Flächenrecycling auf der Basis der Bioverfügbarkeit/Verfügbarkeit (Module: Methoden, Bewertung, Planung, Umsetzung, Finanzierung, Qualitätssicherung) und entsprechende Schulungsunterlagen für Akteure.
  Weitere Informationen zur Handlungsanleitung in der Produktdatenbank
• Bewertungsmethodik unter Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit/ Verfügbarkeit von Schadstoffen.
• Praxiserprobung der ISO/FDIS 17402 Norm-Entwurf , 2008-03 im Flächenrecycling bzw. bei der Bewertung kontaminierter Böden.
• Angabe der Messunsicherheit von Analysenergebnissen bei der Bewertung kontaminierter Flächen.
• Finanzierungskonzepte und Nachnutzungskonzepte im nachhaltigen Flächen-management/ Konversionsflächenmanagement (z.B. Anbau nachwachsender Rohstoffe).
• Methode zur Einschätzung der Abbaubarkeit von Schadstoffen in Böden (3-Phasen-Extraktion, Fh-IME, Frau Dr. Hund-Rinke).
• Methode zur Bestimmung der dermalen Schadstoffaufnahme kontaminierter Böden (Diffusionszelle, Technische Universität Berlin, Prof. Rotard).

Kommunikation der erzielten Ergebnisse mit dem Normungsgremium der
ISO/FDIS 17402 Norm-Entwurf , 2008-03
Bodenbeschaffenheit - Anleitung zur Auswahl und Anwendung von Verfahren für die Bewertung der Bioverfügbarkeit von Kontaminanten im Boden und in Bodenmaterialien

The final objective of the research network provided guidance for the cost-effective recycling and economic reuse of contaminated areas considering the mobility, availability and bioavailability of contaminants. The guidance includes the following modules: a) a set of established methods for the determination of availability, bioavailability and leaching of selected contaminants b) a deciding scheme for the soil use and remediation strategies depending on the (bio)availability of the contaminants c) planning module d) implementation module e) financial strategy module for connecting the remediation and land use with economic aspects and f) quality assurance module.
The economic potential of contaminated sites is the investigation of lucrative solutions to develop innovative concepts in reuse and in the revalorization potential of these sites to achieve attractive yields.
So far, soil assessments have mainly been based on the total content of pollutants determined in soils or materials applicable to soils. It is, however, well known and documented in many publications that the extent of harmful effects strongly depends on the availability of pollutants to target organisms. If mobility, availability and bioavailability of pollutants are taken into consideration and serve as a basis for an enhanced risk assessment, it is possible to develop a cost effective remediation strategy for the individual contaminated site.
In the project the methods for the assessment of the availability concentrations had been worked out. On a practical approach investigations were conducted on four different contaminated sites. A risk assessment on the availability contents of the contaminants were conducted for these sites. With the results for the specific area the possible reuse had been enhanced.

• Kurzdarstellung der Verbundpartner (pdf, 135 kB)
• Literaturverzeichnis (pdf, 61 KB)
• Bewertung von Schadstoffen im Flächenrecycling und nachhaltigen Flächenmanagement auf der Basis der Verfügbarkeit/Bioverfügbarkeit. Teilvorhaben 4: Liegenschaftsmanagement und Arbeitsgruppe - Referenzflächen, praktische Umsetzung und Kommunikation beim Flächenrecycling. Abschlussdokumentation. Macholz, Rainer (Verf.); Liese Manja (Verf.); Kaiser David (Verf.); Linnenberg, Werner (Verf.); Stahnsdorf (2010)
  Download (pdf, 21 MB)
• BioRefine- Posterpräsentation auf dem Expertenworkshop am 13. September 2007 Konversionsflächenmanagement zur nachhaltigen Wiedernutzung freigegebener militärischer Liegenschaften im Universitätscasino der Universität der Bundeswehr München.
  Posterpräsentation (pdf, 179 kB)
• Vortrag auf der REFINA-KoM-Tagung "Konversionsflächenmanagement zur nachhaltigen Wiedernutzung freigegebener militärischer Liegenschaften (REFINA-KoM) - Flächenrecycling unter neuen Rahmenbedingungen" 27. und 28. Februar 2008, Universität der Bundeswehr München die Fachtagung.
  Vortrag (pdf, 871 kB)
• Bewertung von Schadstoffen im Flächenrecycling und nachhaltigen Flächenmanagement auf der Basis der Verfügbarkeit / Bioverfügbarkeit (BioRefine) - Ein Verbundprojekt stellt sich vor. Nestler, A., Terytze, K., Wagner, R., Hund-Rinke, K., Derz, K., Rotard, W. und Macholz, R.; In: Bodenschutz, Berlin: E. Schmidt; 13 (2008); Nr. 1; S. 17-23; ISSN 1432-170X
  http://bodenschutzdigital.de
• Bewertungsmaßstäbe zur Beurteilung von Schadstoffbelastungen in Böden anhand der Bioverfügbarkeit. Deutsches Institut für Urbanistik -Difu-, Berlin (Hrsg.); Bundesministerium für Bildung und Forschung, Berlin (Förd.) Terytze, Konstantin (Verf.); Wagner, Robert (Verf.); Hund-Rinke, Kerstin (Verf.); Derz, Kerstin (Verf.); Rotard, Wolfgang (Verf.); Vogel, Ines (Verf.); Schatten, René (Verf.); Macholz, Rainer (Verf.) In: Frerichs, Stefan u.a. (HG.), Flächen- und Standortbewertung für ein nachhaltiges Flächenmanagement. Methoden und Konzepte., Berlin (2010); S. 69-80; ISBN 978-3-88118-444-1 (Reihe REFINA. Beiträge aus der REFINA-Forschung; 5)
  Download
• Bewertungsmaßstäbe zur Beurteilung von Schadstoffbelastungen in Böden anhand der Bioverfügbarkeit. Zielstellung des Verbundvorhabens BioRefine. Terytze, Konstantin (Verf.); Wagner, Robert (Verf.); Hund-Rinke, Kerstin (Verf.); Derz, Kerstin (Verf.); Rotard, Wolfgang (Verf.); Vogel, Ines (Verf.); Schatten, René (Verf.); Macholz, Rainer (Verf.); Bernhardt, Cornelia (Verf.) In: Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung, Berlin: Springer; 22(2010); Nr. 1; S. 63-67
• Methoden zur Abschätzung der für Abbauprozesse verfügbaren Schadstoffanteile in Altlasten Bernhardt, Cornelia (Verf.); Derz, Kerstin (Verf.); Kördel, Werner (Verf.) In: Altlasten-Spektrum, Berlin: E. Schmidt; 19 (2010); Nr. 2; S. 76-80; ISSN 0942-3818
• Beurteilung der Wirkung der bioverfügbaren Anteile von MKW und PAK von Altlastenflächen mit Hilfe ökotoxikologischer Testverfahren In: Altlasten-Spektrum, Berlin: E. Schmidt; 19 (2010); Nr. 2; S. 62-70; ISSN 0942-3818
• Industrielle und militärische Brachflächen in Brandenburg und Berlin - Flächenrecycling unter Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit von Schadstoffen Macholz, Rainer Maria (Verf.); Liese, Manja (Verf.); Kaiser, David Brian (Verf.) In: Altlasten-Spektrum, Berlin: E. Schmidt; 19 (2010); Nr. 2; S. 53-61; ISSN 0942-3818
• Expositionsabschätzung von Schadstoffen in Böden durch Bestimmung der Resorptionsverfügbarkeit Suschke, Bettina (Verf.); Borris, Matthias (Verf.); Rotard, Wolfgang (Verf.) In: Altlasten-Spektrum, Berlin: E. Schmidt; 19 (2010); Nr. 2; S. 71-75; ISSN 0942-3818

Projektleitung

Herr Prof. Dr. mult. Dr. h. c. Konstantin Terytze
Freie Universität Berlin
Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geographische Wissenschaften, AG Organische Umweltgeochemie (FU-OrgU)
Telefon: 030 / 838-70348
Telefax: 030 / 838-70496

Mitwirkung bei der Projektleitung:
Herr Robert Wagner
Freie Universität Berlin
Fachbereich Geowissenschaften, Institut für Geographische Wissenschaften, AG Organische Umweltgeochemie (FU-OrgU)
Telefon: 030 / 838-70435
Telefax: 030 / 838-70671
WWW: www.geo.fu-berlin.de

Wissenschaftliche Kooperation

Frau Dr. Kerstin Hund-Rinke
Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie (Fh-IME)
Auf dem Aberg 1
57392 Schmallenberg
Telefon: 02972 / 302-266
Telefax: 02972 / 302-319

Herr Prof. Dr. rer. nat. Wolfgang Rotard
Technische Universität Berlin
Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Umweltchemie
Telefon: 030 / 314-21978/25220
Telefax: 030 / 314-23850

Herr Prof. Dr. sc. nat. Rainer Macholz
Prof. Dr. Macholz Umweltprojekte GmbH
Potsdamer Allee 66 / 68
14532 Stahnsdorf
Telefon: 03329 / 62937
Telefax: 03329 / 62938

Praxispartner

Verschiedene akkreditierte Labore (Probenahme, chemische Untersuchungen, ökotoxikologische Tests)