Einflussfaktoren auf die Mobilisierbarkeit von PCB und PAK in Rieselfeld-Bodenproben
Anthropogen beeinflusste, urbane Böden, wie das Rieselfeld Berlin-Buch, enthalten oft eine Vielzahl organischer und anorganischer Schadstoffe in hohen Konzentrationen. Eine Wiedernutzung dieser Flächen, z.B. als Erholungsgebiete, beinhaltet ein großes Risiko für die Umwelt und höhere Organismen, da Einflussfaktoren auf das Desorptionsverhalten der verschiedensten Schadstoffe, vor allem der hydrophoben organischen Substanzen (HOC), nur wenig bekannt und zugrunde liegende Mechanismen noch nicht vollständig aufgeklärt sind. In der vorliegenden Arbeit wurden daher verschiedene Faktoren (Salze, Temperatur und Enzyme) untersucht, die derart auf die Struktur des organischen Bodenmaterials (SOM) einwirkten, dass die Mobilisierbarkeit der daran angelagerten HOC verändert wurde. Das Freisetzungsverhalten von insgesamt 57 Einzelsubstanzen, zu denen 4 PAK, 33 PCB und 20 OH-PCB zählten, wurde in Elutionsversuchen untersucht, die unter kinetisch kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt wurden. Die Ergebnisse ermöglichen Aussagen über die Beeinflussung der Desorptionsmechanismen und Mobilisierbarkeit dieser Schadstoffe im Vergleich zum Freisetzungsverhalten des gesamten organischen Materials (DOC). Als Referenzbedingung wurde die Elution des Rieselfeldbodens mit deionisiertem Wasser bei 15 °C definiert. Hierbei zeigte sich, dass, bezogen auf die Gesamtgehalte der Stoffe im Boden, jeweils die polarsten Vertreter der drei untersuchten Schadstoffgruppen (PAK 1, DiCl-OHBP und DiCl-BP) die höchsten Freisetzungsraten aufwiesen und die Mobilisierbarkeit der Substanzen mit sinkender Polarität innerhalb einer Schadstoffgruppe abnahm. Dies deutet auf einen starken Einfluss thermodynamischer Faktoren auf die Desorptionsprozesse innerhalb einer Schadstoffgruppe hin. Beim Vergleich der drei Schadstoffgruppen wurde allerdings deutlich, dass anhand spezifischer Stoffeigenschaften wie der Polarität, das Desorptionsverhalten strukturell verschiedener Stoffe nicht ausreichend beschrieben werden kann, da beispielsweise die OH-PCB im Vergleich zu den hydrophileren PAK höhere Freisetzungsraten aufwiesen. Eine Korrelation des Desorptionsverhaltens von einer Schadstoffgruppe auf eine andere ist daher nur in Annäherung möglich. Die Elution der Bodenproben mit verschiedenen 50 mM Salzlösungen (NaNO3, Ca(NO3)2 und einem NaH2PO4/Na2HPO4-Puffer) führte im Vergleich zur Elution des Bodens mit deionisiertem Wasser zu gesteigerten Freisetzungsraten der organischen Stoffe durch den Phosphat-Eluenten und zu einer verringerten Mobilität durch den Calcium-Eluenten. Der Natrium-Eluent hatte keinen erkennbaren Einfluss auf die Schadstofffreisetzung. Die Abfolge der Elutionsstärken lässt sich sowohl für das gesamte organische Material als auch für die HOC über die Wechselwirkungen der gelösten Elektrolyte mit dem überwiegend anionischen organischen Bodenmaterial erklären. Die Veränderung der Temperatur verursachte keine statistisch signifikanten Unterschiede der Freisetzungsraten einzelner Schadstoffgruppen. Allerdings deutet ein genereller Trend darauf hin, dass durch einen Temperaturanstieg auch die Mobilisierbarkeit der Einzelstoffe erhöht wird. Deutlich erkennbar ist dieser Trend bei der Betrachtung der Gesamtschadstoffmengen. Eine Erhöhung der Temperatur von 5 °C auf 15 °C führte bereits zu einem Anstieg der Gesamtfreisetzungsraten um 40 %, eine Temperaturerhöhung von 5 °C auf 20 °C sogar um 90 %. Die Inkubation des Bodens vor der Elution mit polysaccharidspaltenden Enzymen steigerte ebenfalls die Verfügbarkeit der organischen Schadstoffe im Gegensatz zur Inkubation des Bodens mit denaturiertem Enzym oder deionisiertem Wasser. Im Allgemeinen ist das Freisetzungsverhalten der organischen Schadstoffe dem des gesamten organischen Materials sehr ähnlich – erhöht sich die Mobilität des DOC, erhöhen sich auch die Freisetzungsraten der HOC. Dies legt die Vermutung nahe, dass die Freisetzung hydrophober organischer Schadstoffe meist in gleicher Weise von Faktoren beeinflusst ist wie die des gesamten organischen Bodenmaterials. Unterschiede bestehen allerdings zwischen den einzelnen Schadstoffgruppen. So wirken sich die Salz- und Enzym-Effekte deutlich stärker auf die Freisetzungsraten der hydrophoberen Stoffe aus, während die Freisetzungsraten der hydrophileren Substanzen durch die verschiedenen Salzlösungen und die Inkubation des Bodens mit Enzymen nur wenig beeinflusst sind. Diese Ergebnisse deuten daraufhin, dass die Freisetzung hydrophober organischer Schadstoffe auf einer Kombination kinetischer und thermodynamischer Faktoren beruht. Die Abschätzung des Risikos eines Schadstoffes sollte demnach nicht nur aufgrund von spezifischen Stoffeigenschaften wie der Polarität erfolgen, sondern sollte an weitere Faktoren, wie z.B. die Bodenbeschaffenheit gekoppelt sein.
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