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Zusammenfassung Band 22

Thiele, S. (1997): PAK in belasteten Böden: Untersuchungen zur Charakterisierung, Optimierung und Prognose des mikrobiellen PAK-Abbaus sowie zur Abschätzung der für Pflanzen verfügbaren PAK-Fraktion.

 

 Zur Untersuchung des mikrobiellen PAK-Abbaus wurden Freiland-Gefäßversuche, ergänzt durch Laborversuche, durchgeführt. Dabei wurden zehn unterschiedlichen Altlastproben in verschiedenen Varianten gut abbaubare organische Substanzen, mineralische Düngemittel, teilweise Kalk sowie synthetische Tenside zugemischt. Zuvor wurden unter 20 Tensiden vier nichttoxische Produkte aufgrund ihrer guten PAK-Solubilisierungseigenschaften und geringen Mikroorganismentoxizität ausgewählt. Zur Quantifizierung der abiotischen Prozesse der PAK-Abnahrne wurden HgCl2-sterilisierte Varianten angesetzt. Bestmmt wurden 15 der 16 PAK nach der US-EPAListe (1979; ohne Acenaphthylen).

In Abhängigkeit von Art und Menge der verschiedenen Zugaben konnte die biologische Aktivität der Bodenproben erheblich gesteigert werden. Damit wurde eine wesentliche Minderung der Schadstofftoxizität gegenüber Bodenmikroorganismen sowie angebauten Pflanzen erreicht. Infolge der Ehöhung der (co-)metabolischen Abbauleistung der Mikroorganismen wurde in den unterschiedlichen Behandlungsvarianten binnen 74 Wochen eine Abnahme der PAK-Ausgangsgehalte um 4,6 - 90,9 % erzielt. Eine zum Teil deutliche weitere Abnahme der PAK-Gehalte war noch nach 121 Wochen festzusteIlen.

Die PAK-Abnahmen sind v.a. auf mikrobieIlen Ab- und Einbau zurückzuführen und lassen sich zumeist durch zwei gekoppelte Expomentialfunktionen anpassen. Effekte wie der Entzug durch Pflanzen oder die Auswaschung durch Sickerwasser sind nicht relevant. Der Anteil abiotischer Prozesse macht weniger als ca. 30 % der PAK-Abnahme aus. Demgegenüber war auch zwischenzeitliche PAK-Mobilisierungen festzusteIlen. Diese verursacht neben Lösungsvermittlern pedo-, bio- und technogener Herkunft der wechselnde Wassergehalt der Böden.

Höhere PAK Gesarntgehalte bedingen relativ größere PAK-Abnahrnen, die jedoch bei höheren Restgehalten zum Erliegen kommen. Die Persistenz der PAK wird v.a. durch ihre Verfügbarkeit bestirnmt, die wiederum durch ihre KF-Werte als Kenngrößen der Adsorption näherungsweise beschrieben werden kann. Niederkondensierte PAK mit niedrigen KF-Werten sind demnach besser verfügbar und unterliegen einem stärkeren Abbau. Demgegenüber werden die Gehalte der höherkondensierten 5- und 6-Ring-PAK eher durch Festlegungs- und Remobilisierungsvorgänge verändert; dabei ist weniger die Quantität als die Qualität der Bodenaustauscher entscheidend.

Der PAK-Abbau wird durch die Bodenbehandlungen erhöht; die Effekte sind jedoch nur teilweise statistisch signifikant. Dabei steigert die Zugabe leicht abbaubarer organischer Substanz (C/N < 20) in höherer Zugabemenge (3%w/w) mit erhöhter Nitratgabe und Tensidzusatz die PAK-Abnahme am effektivsten. Der abbaufördernde Effekt durch Anhebung des pH einer sehr stark sauren Bodenprobe erreichte bei einem pH-Wert um 6 ein Optimum.

Durch die Gefäßversuche lagen valide Daten zum mikrobieIlen PAK-Abbau vor; in Lysimeterversuchen des LUA NRW (DELSCHEN et al. 1996) wurde die PAK-Aufnahme aus Böden durch Kulturpflanzen untersucht. Damit konnte auf geeignete Bodenproben zur Entwicklung von Labormethoden für die Bestimmung der abbaubaren sowie der für Pflanzen verfügbaren PAK-Anteile zurückgegriffen werden. In Voruntersuchungen wurden verschiedene Extraktionsmittel getestet: H2O (bidest.) und Salzlösungen, 0,02 bis 5%ige Lösungen nichtionischer Tenside, organische Lösungsmittel und -gemische. Wichtigstes Auswahlkriterium war die Korrelation der Extraktionsergebnisse mit den Zielgrößen. Zusätzlich wurden verschiedene Variationen der Extraktionsmethode getestet.

Eingehendere Versuche zur Bestimmung der abbaubaren PAK-Gehalte wurden an je drei Varianten der zehn Gefäßversuchsproben durchgeführt. Nach den Ergebnissen der Vorversuche wurden Toluol/Aceton (3:2) sowie ein- und auch zweimalige Extraktionen mit 0,5%igen Tensidlösungen (Genapol UDD 88 bzw. Synperonic LFtRA 30) gewählt. Die Ergebnisse dieser Extraktionen beschreiben die abbaubaren Gehalte der PAK gut mit r = 0,615 - 0,878. Dabei wurden die PAK nach ihrem Kondensationsgrad in Gruppen geteilt und eine Regressionsgleichung je Gruppe berechnet. Engere Korrelationen zu Bodenparametern oder physikochemischen Kennwerten der PAK bestehen jedoch nicht. Zur Charakterisierung des für Kulturpflanzen verfügbaren Anteils von PAK in Böden wurden neun Bodenproben der Lysimeterversuche verwendet. Die PAK-Aufnahme in Pflanzen wurde an den Gehalten eines mit den Böden beprobten Spinataufwuchses bemessen. Die mittels Ethanol/Wasser (1:4v/v) und 1M NH4NO3 extrahierbaren PAK-Gehalte korrelieren mit den Spinat-Gehalten der einzelnen PAK-Gruppen eng mit r = 0,697 - 0,930. Die getesteten Methoden können zur Anwendung empfohlen werden. 

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