Prof. Dr. Stefan Gäth/Prof. Dr. Ludwig Luckner
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Anforderungen Wissenschaftlich an interdisziplinäre den Einbau mineralischer Bewertung Ersatzbaustoffe des Verordnungsentwurfes und an Verfüllungsmaßnahmen<br />
08.10.2008<br />
Wissenschaftlich interdisziplinäre<br />
Bewertung des Verordnungsentwurfes<br />
<strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>. <strong>Stefan</strong> Gäth<br />
<strong>Prof</strong>essur für Abfall- und Ressourcenmanagement<br />
Justus-Liebig-Universität Giessen<br />
<strong>Prof</strong>. <strong>Dr</strong>.-Ing. <strong>Ludwig</strong> <strong>Luckner</strong><br />
GFI Grundwasserforschungsinstitut GmbH, <strong>Dr</strong>esden<br />
<strong>Prof</strong>essur für Abfall- und<br />
Ressourcenmanagement<br />
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Wissenschaftlich interdisziplinäre Bewertung des Verordnungsentwurfes 08.10.2008<br />
Nationale Nachhaltigkeitsstrategie<br />
Konsultationspapier zum Fortschrittsbericht 2008<br />
2. Schritte zu einer nachhaltigen Rohstoffwirtschaft<br />
…. die stärkere Substitution endlicher durch<br />
nachwachsende (heimische) Rohstoffe, die weiter<br />
zunehmende Sekundärrohstoffnutzung durch<br />
verbessertes Recycling sowie weitgehend<br />
geschlossene Rohstoffkreisläufe ….<br />
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Krw-/AbfG<br />
Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (1996)<br />
1. Vermeidung<br />
2. Verwertung<br />
2a. stoffliche Verwertung<br />
2b. energetische Verwertung<br />
3. Beseitigung<br />
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Anforderungen an die stoffliche Verwertung?<br />
Umweltverträglich<br />
Wirtschaftlich<br />
Technisch<br />
machbar<br />
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Es muss einfach passen!<br />
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ErsatzbaustoffV – Worum geht es?<br />
Mineralischer<br />
Ersatzbaustoff (MEB)<br />
Boden<br />
Grundwasser<br />
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ErsatzbaustoffV – Wie wird der<br />
Materialwert abgeleitet?<br />
3. Schritt:<br />
?<br />
Was<br />
darf in Lösung gehen?<br />
„Quellstärke“<br />
2. Schritt:<br />
Transportmodellierung<br />
1. Schritt:<br />
“Grenzkonzentration” =<br />
GFS bzw. Bezugsmaßstab<br />
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Fragestellungen:<br />
1. Ist die GFS als Grenzwert der Konzentration des<br />
Sickerwassers in der ungesättigten Zone geeignet?<br />
2. Welche Allgemeingültigkeit hat das angewandte<br />
Transportmodell mit seinen Randbedingungen und<br />
Parameterfunktionen?<br />
3. Ist der vorgeschlagene Perkolationstest ein<br />
praktikables und justiziables Instrument zur<br />
Bewertung der Quellstärke von Stoffen?<br />
4. Welche Auswirkungen hat die ErsatzbaustoffV-E<br />
auf andere Regelungen und den Verwertungsvorrang?<br />
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Wissenschaftlich interdisziplinäre Bewertung des Verordnungsentwurfes 08.10.2008<br />
Fragestellungen:<br />
1. Ist die GFS als Grenzwert der Konzentration des<br />
Sickerwassers in der ungesättigten Zone geeignet?<br />
2. Welche Allgemeingültigkeit hat das angewandte<br />
Transportmodell mit seinen Randbedingungen und<br />
Parameterfunktionen?<br />
3. Ist der vorgeschlagene Perkolationstest ein<br />
praktikables und justiziables Instrument zur<br />
Bewertung der Quellstärke von Stoffen?<br />
4. Welche Auswirkungen hat die ErsatzbaustoffV-E<br />
auf andere Regelungen und den Verwertungsvorrang?<br />
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Ableitungsmodell der GFS-Werte<br />
Humantoxikologische Ableitung Ökotoxikologische Ableitung<br />
Grenzwert nach TrinkwasserV<br />
oder Beurteilung in Anlehnung an<br />
TrinkwasserV<br />
Niedrigste Effektkonzentration EC 50<br />
No effect concentration NOEC<br />
Predicted no effect concentration PNEC<br />
Division mit<br />
10² bis 10 n<br />
Division mit<br />
10<br />
Kleinster Wert<br />
+ Basiswert bei<br />
anorgan.<br />
Stoffen<br />
ja<br />
Wert gesetzlich begründet ?<br />
nein<br />
GFS-Wert<br />
nein<br />
ja<br />
Wert < 0,01µg/l ?<br />
ja<br />
Nachgewiesene Wirkung<br />
< 0,01µg/l ?<br />
nein<br />
GFS = 0,01 µg/l<br />
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Wie wurde der GFS-Wert abgeleitet?<br />
GFS-Wert [µg/l] Grundlage der GFS-Werte<br />
Antimon 5 TrinkwV<br />
Arsen 10 TrinkwV<br />
Blei 7 Ökotoxikologisch<br />
Cadmium 0,5 Ökotoxikologisch<br />
Chrom 7 Ökotoxikologisch<br />
Kupfer 14 Ökotoxikologisch<br />
Molybdän 35 Humantoxikologisch<br />
Nickel 14 Ökotoxikologisch<br />
Quecksilber 0,2 Ökotoxikologisch<br />
Selen 7 Ökotoxikologisch<br />
Vanadium 4* Ökotoxikologisch<br />
Zink 58 Ökotoxikologisch<br />
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* Die Anwendung des GFS-Wertes für Vanadium ist wiederholt bis zum 31.12.2008 ausgesetzt.
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3.2 Bezugsmaßstäbe/-werte<br />
„Für die Beurteilung von Sickerwasser werden im<br />
Allgemeinen die Geringfügigkeitsschwellenwerte der<br />
LAWA (LAWA, 2004) bzw. bei einigen anorganischen<br />
Stoffen die Hintergrundwerte von Sickerwasser<br />
natürlicher humusarmer Böden unter Berücksichtigung<br />
methodenbedingter Abweichungen im Eluat bei WF 2<br />
(…) verwendet. ….. Die teilweise Anpassung der GFS-<br />
Werte ist … erforderlich, um natürliche Böden<br />
uneingeschränkt verwenden zu können..“ (S. 49)<br />
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Susset & Leuchs, 2008<br />
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Wie wurde der Bezugsmaßstab abgeleitet?<br />
GFS-Wert [µg/l]<br />
Bezugsmaßstäbe<br />
Susset & Leuchs (2008)<br />
Antimon 5 5<br />
Arsen 10 10<br />
Blei 7 9<br />
Faktor 5<br />
Cadmium 0,5 2,5<br />
Chrom 7 7<br />
Kupfer 14 14<br />
Molybdän 35 35<br />
Nickel 14 20<br />
Quecksilber 0,2 0,2<br />
Selen 7 7<br />
Vanadium 4 10<br />
Zink 58 120<br />
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* Die Anwendung des GFS-Wertes für Vanadium ist wiederholt bis zum 31.12.2008 ausgesetzt.
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Qualität von Mineralwässern<br />
> 4 µg V/l<br />
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1. Ist der GFS-Wert als Grenzwert geeignet?<br />
- Der GFS-Wert spiegelt die Heterogenität von<br />
Geologie, Klima, Grundwassertypen und<br />
Landnutzung nicht wider.<br />
- Der GFS-Wert ist vorwiegend ökotoxikologisch<br />
ermittelt und mit hohen Sicherheiten versehen.<br />
- Der GFS-Wert ist kein Maß für die Sickerwasserkonzentration,<br />
sondern bezieht sich auf den<br />
Grundwasserkörper!<br />
- „Die in Laborversuchen ermittelten Konzentrationen<br />
können grundsätzlich nicht mit GFS-Werten<br />
verglichen werden…“ Martin Böhme, Obmann des<br />
Ständigen Ausschusses der LAWA, Berlin 2006<br />
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Fragestellungen:<br />
1. Ist die GFS als Grenzwert der Konzentration des<br />
Sickerwassers in der ungesättigten Zone geeignet?<br />
2. Welche Allgemeingültigkeit hat das angewandte<br />
Transportmodell mit seinen Randbedingungen und<br />
Parameterfunktionen?<br />
3. Ist der vorgeschlagene Perkolationstest ein<br />
praktikables und justiziables Instrument zur<br />
Bewertung der Quellstärke von Stoffen?<br />
4. Welche Auswirkungen hat die ErsatzbaustoffV-E<br />
auf andere Regelungen und den Verwertungsvorrang?<br />
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Transportmodellierung: Randbedingungen<br />
N=859 mm/a<br />
Quellstärke<br />
k d , 4 Jahre<br />
1 m<br />
A s =583 mm/a<br />
Sand Lehm/Ton<br />
Ton [Gew.%] 2,46 12<br />
pH 4,8 6,6<br />
Dichte [g/cm³] 1,42 1,45<br />
Porosität n 0,17 0,26<br />
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Auffüllung Filterkapazität 50%<br />
200 a<br />
Bezugsmaßstab/GFS<br />
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Transportmodellierung:<br />
Sickerwassermenge<br />
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Mittlere jährliche Grundwasserneubildungsrate<br />
(Hydrologischer Atlas von<br />
Deutschland, 2003)<br />
583 mm/a<br />
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Transportmodellierung: Bodenparameter<br />
Tongehalt<br />
„Der Tongehalt ist ein maßgeblicher Einflussfaktor für<br />
die Ermittlung der Retardation von Schwermetallen. Der<br />
in beiden Boden-Kategorien definierte Tongehalt wird<br />
jeweils von 90 % der Böden überschritten.“ (S. 60)<br />
Sickerstrecke<br />
„Dort ist an vielen Standorten davon auszugehen, dass<br />
die tatsächlichen Mächtigkeiten größer sind.“ (S. 60)<br />
Trockenraumdichte, effektive Porosität<br />
„Sie wurden so gewählt, dass jeweils 90 % der Böden<br />
für das Rückhaltvermögen günstigere hydraulische<br />
Bedingungen aufweisen.“ (S. 61)<br />
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Transportmodellierung: Verteilungskoeffizienten<br />
„Zur Vereinfachung der Modellierung muss die<br />
Freundlich-Isotherme für eine betrachtete Konzentrationsspanne<br />
linearisiert werden. … Dabei wird die<br />
Sorption grundsätzlich auf der sicheren Seite<br />
unterschätzt.“ (S. 61)<br />
„Nach der beschriebenen Vorgehensweise können<br />
konkret die Elemente Antimon, Arsen,<br />
Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Molybdän,<br />
Vanadium und Zink beurteilt werden.“ (S. 61)<br />
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Susset & Leuchs, 2008<br />
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Transportmodellierung: Verteilungskoeffizienten<br />
Element Anzahl Proben Adj. R² Quelle<br />
Antimon 1.181 0,90 Utermann et al., 2005<br />
Arsen 159 k: 0,174; m: 0,072 Schug et al., 1999<br />
Blei 968 0,86 Utermann et al., 2005<br />
Cadmium 1.484 0,93 Utermann et al., 2005<br />
Chrom 967 0,66 Utermann et al., 2005<br />
Kupfer 1.313 0,79 Utermann et al., 2005<br />
Molybdän 1.119 0,85 Utermann et al., 2005<br />
Nickel 1.461 0,90 Utermann et al., 2005<br />
Zink 1.119 0,90 Utermann et al., 2005<br />
Vanadium<br />
20 Unterbodenproben<br />
pH> 5,5 - 0,80<br />
pH< 5,5 - 0,53<br />
Glüh, K., 2006<br />
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0,63<br />
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Utermann et al., 2005<br />
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1.000.000<br />
100.000<br />
10.000<br />
1.000<br />
100<br />
10<br />
1<br />
1<br />
10<br />
100<br />
1.000<br />
10.000<br />
100.000<br />
1.000.000<br />
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Abb. 3.2.-7: Beziehung zwischen berechnetem und<br />
gemessenem log S in Unterbodenproben<br />
(verändert nach Utermann et al., 2005)<br />
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3.2.5 Fazit von Utermann et al., 2005<br />
„Trotz der guten Resultate bestehen bei allen<br />
untersuchten Elementen in unterschiedlichem<br />
Ausmaß Abweichungen von einer<br />
1:1-Beziehung. ….. Dieses Problem ist<br />
insbesondere bei Chrom evident.“<br />
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2. Allgemeingültigkeit (Justiziabilität) der<br />
Transportmodellierung<br />
- Die Sickerwasserraten entsprechen nur in wenigen<br />
Fällen der Realität.<br />
- Die Bodenparameter gelten nur eingeschränkt.<br />
- Die kd-Werte bzw. Verteilungskoeffizienten sind „nur“<br />
eingeschränkt valide.<br />
- Sorptionsphänomene verlaufen i.d.R. nicht linear.<br />
- Die reale Filterkapazität ist deutlich höher als<br />
angenommen, da die ungesättigte Zone im Regelfall<br />
mächtiger als 1 m ist und im Modell nur 50 % der<br />
Filterkapazität „genutzt“ wird.<br />
- Keine Angaben zur Variabilität der Modellierung<br />
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Fragestellungen:<br />
1. Ist die GFS als Grenzwert der Konzentration des<br />
Sickerwassers in der ungesättigten Zone geeignet?<br />
2. Welche Allgemeingültigkeit hat das angewandte<br />
Transportmodell mit seinen Randbedingungen und<br />
Parameterfunktionen?<br />
3. Ist der vorgeschlagene Perkolationstest ein<br />
praktikables und justiziables Instrument zur<br />
Bewertung der Quellstärke von Stoffen?<br />
4. Welche Auswirkungen hat die ErsatzbaustoffV-E<br />
auf andere Regelungen und den Verwertungsvorrang?<br />
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Apparatur zum Perkolationstest<br />
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3. Bewertung der Perkolationsmethode<br />
• „Einführung des Säulenversuchs wäre eine grundlegende<br />
Veränderung der Laboruntersuchung im Boden–<br />
und Abfallrecht.“ Lichtfuss, 2008<br />
• „Ein dem Zusatzaufwand des Säulenversuchs<br />
entsprechender Zusatznutzen gegenüber dem<br />
Schüttelversuch ist m.E. nicht belegt.“ Lichtfuss, 2008<br />
• Zeitaufwand und Kosten steigen um den Faktor ~5<br />
• Höhere Heterogenität in Abhängigkeit von der<br />
Kornverteilung und dem Einbau<br />
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• Ungeeignet für bindige, quellfähige Substrate<br />
• „Bei Metallen lässt sich meist keine statistisch signifikante<br />
Quellstärkefunktion ableiten.“ S. 58 in Susset & Leuchs,<br />
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4. Auswirkungen der ErsatzbaustoffV-E<br />
?<br />
.. dazu kommen 2.800 Verwertungsoptionen!<br />
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4. Auswirkungen der ErsatzbaustoffV-E<br />
Zulässige Eluatkonzentrationen nach Anhang V der DepV für<br />
Materialien zur Herstellung von Rekultivierungsschichten<br />
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Gleiches Recht für alle!<br />
Vanadium-Konzentration im Perkolat in Abhängigkeit vom<br />
Wasser-/Feststoffverhältnis für Bioabfallkompost und Klärschlamm<br />
(eigene Untersuchungen)<br />
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(Zwischen)Fazit:<br />
Vorsorgeprinzip<br />
Schutzfaktor beim GFS: 1.000 und Basiswert<br />
Schutzfaktor beim Sickerwasser: 583 mm/a<br />
Schutzfaktor beim Bodenfilter:<br />
- Filterkapazität 50 %<br />
- Tongehalt<br />
-pH<br />
- Grundwasserspiegeltiefe<br />
- Trockendichte<br />
-...<br />
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Wissenschaftlich interdisziplinäre Bewertung des Verordnungsentwurfes 08.10.2008<br />
(Zwischen)Fazit<br />
Bewertung<br />
Vorschlag<br />
GFS-Werte sind keine<br />
Grenzkonzentrationen<br />
Transportmodellierung nur<br />
eingeschränkt gültig<br />
Perkolationsmethode ist<br />
aufwändiger und nicht<br />
naturnaher<br />
Beseitigung wird statt<br />
Verwertung ansteigen<br />
Berücksichtung von Standort<br />
und Frachten<br />
Datenlage verbessern,<br />
Statistik, Randbedingungen<br />
prüfen<br />
Schüttelversuch bei einem<br />
WF von 2:1 bis 10:1<br />
Verwertung fördern,<br />
Ressourcen schonen<br />
<strong>Prof</strong>essur für Abfall- und<br />
Ressourcenmanagement<br />
www.uni-giessen.de/ilr/gaeth<br />
Grundwasserforschungsinstitut<br />
GmbH <strong>Dr</strong>esden<br />
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Wissenschaftlich interdisziplinäre Bewertung des Verordnungsentwurfes 08.10.2008<br />
Danke für Ihre Aufmerksamkeit<br />
<strong>Prof</strong>essur für Abfall- und<br />
Ressourcenmanagement<br />
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Grundwasserforschungsinstitut<br />
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