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Der Schutz des Grundwassers spielt bei Umweltverträglichkeitsprüfungen im Zusammenhang mit Straßenbauvorhaben eine immer größere Rolle. Das Bundes-Bodenschutzgesetz gebietet einen flächendeckenden Schutz vor Fremdstoffen, die aus verunreinigten oberen Bodenschichten in das Grundwasser einsickern können. Über die möglichen und in einigen Fällen auch über tatsächliche Auswirkungen des Straßenablaufwassers auf das Grundwasser sind in den letzten Jahren detaillierte Forschungsvorhaben veröffentlicht worden. Im vorliegenden Bericht ist die Aufbereitung der bekannteren Arbeiten zum Thema bewusst knapp gehalten und konzentriert sich auf diejenigen Aspekte der vorgestellten Werke, die über zu erwartende Sicker- und Grundwasserbelastungen, beziehungsweise über Schutzfunktionen des Bodens, besonders zielführend berichten. Schließlich werden die Arbeiten im Zusammenhang betrachtet und einem über die Einzelbeiträge hinausgehendem Resumee unterzogen. Obwohl die Konzentrationen an straßenspezifischen Substanzen im Straßenoberflächenwasser oft hoch sind, finden sich nach der Passage des Bankettbodens nur geringe Spuren im Sickerwasser. Auch in Sickerschächten, Sickerbecken und ihren zuleitenden Gräben wirken die Sedimente als effektiver Filter und lassen Schadstoffe kaum in tiefere Bodenschichten oder das Grundwasser eindringen. Die Bodenschutz-Verordnung bestimmt als Beurteilungszone für das Sickerwasser den Übergang von der wasserungesättigten zur wassergesättigten Bodenschicht. Aus den Ergebnissen lässt sich abschätzen, dass bei ton- und humusreichen neutralen bis basischen Böden keine Gehalte zu erwarten sind, die über den durch die Verordnung vorgegebenen Prüfwerten liegen. Lediglich für bindungsarme, saure Böden bestehen noch Unsicherheiten und Forschungsbedarf.
Die Pflege der Grünflächen an Ausserortsstraßen und die sachgerechte Entsorgung beziehungsweise Verwertung des anfallenden Schnittgutes erfordern erhebliche Aufwendungen und Kosten. Zusätzliche Kosten entstehen, wenn wegen einer vermuteten hohen Schadstoffbelastung das Schnittgut deponiert oder vor einer Weiterverwertung behandelt werden muss. Mit einer "flächendeckenden" Erhebung wird ein repräsentatives Bild der Schadstoffbelastung der Grünflächen an Straßen und des an ihnen anfallenden Schnittgutes gewonnen. Ziel der Untersuchung war es, die weitere Verwendung des Materials bewerten zu können und Verfahren zur Vermeidung hoher Schadstoffkonzentrationen zu entwickeln. Im Idealfall sollten Schwellenwerte der Verkehrsbelastung ermittelt werden, die eine Bestimmung der weiteren Behandlung beziehungsweise Verwendung des Schnittmaterials ermöglichen würden. Die Untersuchungen stützen sich auf etwa 50 ausgewählte Probennahmestellen im Straßennetz des Landschaftsverbandes Rheinland. Die an diesen Stellen entnommenen Gras-, Gehölzschnitt- und Bodenproben wurden vorwiegend auf ihren Gehalt an Schwermetallen, zum Teil auch auf organische Belastung untersucht. Die ermittelten Schadstoffgehalte wurden anhand verschiedener Grenz-/Richtwerte bewertet und daraus die weitere Verwendung des Materials, zum Beispiel seine Kompostierwürdigkeit, bestimmt. Aus dieser Bewertung wurden Empfehlungen für die Praxis und Anregungen für die weitere Forschung hergeleitet. Die Ergebnisse der Untersuchung tragen wesentlich zur Klärung der komplexen Zusammenhänge zwischen der Schadstoffbelastung des Schnittgutes aus der Straßengrünflächenpflege und den vielfältigen Einflussfaktoren bei.
An acht stark verkehrsbelasteten Straßenstandorten mit pufferschwachen Sandböden wurden zwei Jahre lang mögliche Belastungen des Grundwassers durch Schwermetalle untersucht. Die Messergebnisse wurden anhand der Prüfwerte der Bodenschutzverordnung bewertet und die vom Sickerwasser mitgeführten Schwermetallfrachten berechnet. Es zeigte sich, dass in Fahrbahnnähe kaum hohe Schwermetallkonzentrationen in der Bodenlösung auftreten. Bei Entwässerung über das Bankett ist die Grundwasserneubildung unter sandigen Böden deutlich erhöht, auch wenn die versiegelte Fahrbahn einberechnet wird. Dies wird durch die schnelle Infiltration des Straßenabflusses verursacht. Dadurch werden trotz geringer Bodenlösungskonzentrationen an manchen Standorten in unmittelbarer Nähe der Fahrbahn hohe Schwermetallfrachten im Boden transportiert.
Es wurde eine Datenauswertung von Schadstoffgehalten in Bankettmaterial an 840 Proben und 40 Parametern durchgeführt. Bei getrennter Betrachtung der Straßentypen zeigen sich Autobahnen als die am stärksten belasteten Straßen. Hier ist für Blei, Cadmium, Kupfer und Zink sowohl bei den Feststoffgehalten als auch bei den Eluatgehalten ein deutlicher Unterschied zu den deutlich weniger belasteten Bundes-, Landes- und Kreisstraßen zu sehen. Die Vorsorgewerte vieler Stoffe sind an Autobahnen deutlich häufiger überschritten. Bei den anderen Schwermetallen tritt dieser Unterschied nicht in Erscheinung. Die Feststoffgehalte der organischen Schadstoffe PAK, MKW, PCB und EOX überschreiten häufig die Vorsorgewerte. Die Ergebnisse zeigen aber auch, dass 95% der Eluatkonzentrationen von Blei, Zink und Cadmium ebenso wie von Chlorid, Sulfat, Cyanid, Arsen, Nickel, Chrom und Quecksilber die Geringfügigkeitsschwellen und Prüfwerte für Sickerwasser unterschreiten. Bei Kupfer dagegen wird die Geringfügigkeitsschwelle auch bei niedrigen Verkehrsstärken oft überschritten, und bei den Autobahnen liegen mehr als 50% der Messwerte oberhalb des Z0/Z0*-Wertes für die uneingeschränkte Verwertung von Bodenmaterial. Über 90% der Kupfer-Eluatwerte unterschreiten jedoch den derzeit gültigen Prüfwert der Bodenschutzverordnung. Auf Anregung des UBA wurden Säulenversuche mit feldfrischem Bankettmaterial durchgeführt. Es ist vorgesehen, diese Methode zukünftig zur Bewertung der löslichen Schadstoffanteile in Böden und mineralischen Abfällen anzuwenden. Die Versuche zeigten eine sehr starke Bindung der PAK und aller Schwermetalle außer Kupfer an das Bankettmaterial. Die Geringfügigkeitsschwellen der LAWA werden von allen Stoffen außer Kupfer eingehalten. Eine vergleichende Auswertung von Labor- und Felduntersuchungen zur Reinigungsleistung von Straßenbankettböden und Entwässerungseinrichtungen zeigte für MKW, PAK und alle Schwermetalle sehr guten Rückhalt der eingetragenen Konzentrationen und Frachten mit Wirkungsgraden von 70 bis 95%. Kupfer erreichte in Sandböden nur einen Fracht-Wirkungsgrad von 50 %, die Konzentrationen im Sickerwasser überschritten jedoch nicht die Prüfwerte der Bodenschutzverordnung. Anhand dieser Informationen wurden problematische Stoffe in Bankettmaterial identifiziert. Das sind Kupfer, polychorierte Biphenyle (PCB) und extrahierbare halogenierte Kohlenwasserstoffe (EOX). Die Recherche möglicher Ursachen ergab, dass der Abrieb von kupferhaltigen Bremsbelägen die Hauptquelle für hohe Kupfergehalte und wahrscheinlich auch für die hohen eluierbaren Anteile im Bankett ist. Er ist nach Angaben des UBA und der EU-Kommission auch eine Hauptquelle für Kupferemissionen insgesamt. Eine vergleichbar eindeutige Quelle konnte für die hohen PCB- und EOX-Konzentrationen mancher Bankettproben nicht gefunden werden. Das belastete Material emittiert nicht, sondern bindet weiterhin Schadstoffe. Die partikulären Stoffe im Straßenabfluss tragen zum Erhalt der Schadstoffbindungsfähigkeit in den Banketten bei. Insofern steht einer weiteren Verwendung oder Verbleib im Bankett durch Umlagerung lediglich die umstrittene Einstufung als zu entsorgender Abfall entgegen, nicht jedoch die Funktionsfähigkeit in Bezug auf die Reinigungsleistung. Quellen und Rückhalthaltevermögen des Banketts für PCB und EOX sollten geprüft werden. Die Emissionen von Kupfer aus dem Straßenverkehr sollten deutlich gesenkt werden.
Der Reifenabrieb ist eine der mengenmäßig größten Quellen für Staubemissionen des Straßenverkehrs. Das betrifft vor allem sedimentierbaren Staub, aber auch Feinstaub, diesen in sehr viel geringeren Mengen. Menge, Qualität und Herkunft der Stoffeinträge in den Straßenseitenraum sollten genauer bestimmt werden, um Ansätze für Minderungsmaßnahmen zu zeigen. Für die entstehende Menge an Reifenabrieb lagen verschiedene Schätzungen vor, über die Schadstoffgehalte gab es bisher nur wenige Informationen, insbesondere zu anderen Metallen als Zink. Es wurden aufgrund von Markenverteilung, Größen, Einsatzbereich und Zustand 65 Pkw-Reifen der Jahre 1980 bis 2003 ausgewählt. Die Gewinnung der Reifenproben erfolgte mit einer Reifenschälmaschine. In Anlehnung an eine Methode zum Aufschluss von Bitumen wurde von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine stark oxidierende rückstandsfreie Aufschlussmethode entwickelt. Die Elemente Al, As, Cr, Cu, Fe, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, V und Zn wurden aus der Aufschlusslösung mittels Optischer ICP-Emissionsspektrometrie (ICP-ÖS) quantitativ bestimmt, Cd mit Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometrie (AAS). Die Massenanteile der Hauptkomponenten der Proben wurden mit einer thermogravimetrischen Analyse (TGA) nach DIN 51006 bestimmt. Die Auswertung ergibt, dass wie vermutet Zink in teilweise sehr hohen Konzentrationen eingesetzt wird, aber auch, dass Cadmium und Blei im Vergleich zum verbreiteten Elementverhältnis Cd/Zn und Pb/Zn in Reifenmaterial mit geringeren Anteilen vorkommen. Dementsprechend sind die hier erstmals ermittelten emittierten Cadmiumfrachten aus Reifenabrieb geringer als zu erwarten war. Kupfer- und Bleiemissionen aus Reifenmaterial wurden nach Literatur- und Herstellerangaben als problematisch eingeschätzt. Dies kann anhand der vorliegenden Messungen und Abschätzung der emittierten Mengen nicht bestätigt werden. Ebenso wurden keine bedenklichen Emissionen der anderen untersuchten Elemente gefunden. Der zeitliche Verlauf der Konzentrationen von Zink und Cadmium in den Reifenlaufflächen bildet mit einer seit den 1980er Jahren leicht sinkenden Tendenz die Bemühungen um geringere Zinkemissionen ab. Im Zeitverlauf sinkende Rußanteile und steigende Glührückstände zeichnen den zunehmenden Einsatz neuer Füllermaterialien wie Silica nach. Auf Basis der Gesamtabriebmenge von 111.420 Tonnen pro Jahr in Deutschland kann die Freisetzung von circa 1.530 Tonnen leichtflüchtiger Substanzen und 22.000 Tonnen flüchtiger Substanzen pro Jahr abgeschätzt werden. Den größten Massenanteil machen die Gummi- und Polymeranteile mit etwa 43.000 Tonnen und Ruß mit etwa 38.000 Tonnen aus. Die emittierte Metallmenge von 1.375 Tonnen pro Jahr besteht hauptsächlich aus Zink. Die hier abgeschätzte Zinkemission von 1.205 Tonnen pro Jahr und Cadmiumemission von 180 kg pro Jahr aus sedimentierbaren Stäuben basiert auf der ermittelten Reifenabriebmasse von 111.420 Tonnen pro Jahr. Diese Masse beinhaltet Lkw- und Pkw-Abrieb, dieser beträgt jedoch nur etwa die Hälfte. Die wenigen Angaben zur Zusammensetzung des Reifenabriebs von Lkw-Reifen lassen um 60 - 80 Prozent höhere Konzentrationen an Blei und Zink erwarten, sodass die Abschätzung an der Untergrenze der tatsächlichen Emissionen liegt. Die Rolle der Ruß- und Gummibestandteile der Abriebe als organischer Bestandteil der Straßenrandböden sollte näher untersucht werden. Es sollte vor dem Hintergrund der EU-Wasserrahmenrichtlinie geklärt werden, ob Bankette und straßennahe Böden sowie die im Straßenbauregelwerk vorgesehenen Entwässerungseinrichtungen auch für bisher wenig untersuchte Stoffe eine ausreichende Reinigungsfunktion haben.
An drei BAB (A4, A555, A61) wurden Messstandorte eingerichtet, um die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden beziehungsweise in Entwässerungseinrichtungen beurteilen zu können. Die ersten 18 Monate der Messungen werden im Rahmen des vorliegenden Berichtes dokumentiert. Die drei Standorte decken bei vergleichbarer Gesamtverkehrsstärke von etwa 70.000 Kfz/24h mit 5,4 % bis 19,8 % ein breites Spektrum von Lkw-Anteilen am DTV ab. Ihre Lage ermöglicht die Untersuchung verschiedener Stoffausbreitungsvarianten. Die Ergebnisse der Messperiode von Januar 2005 bis Juni 2006 zeigen, dass außer Schwermetallen auch große Mengen an Massenelementen aus dem Straßenverkehr in den Straßenseitenraum gelangen. Dabei handelt es sich nicht nur um Natrium aus Tausalzeinsatz, dessen Einfluss in Staub- und Wasserproben eindeutig nachzuweisen ist, sondern auch um Calcium und Eisen in fast ebenso hohen Konzentrationen und Frachten. Es gibt Hinweise aus laufenden Forschungsprojekten, dass diese Einträge zur Verbesserung des Schadstoffbindungsvermögens im Bankett und in den partikulären Anteilen des Straßenabflusses beitragen. Die in der vorliegenden Untersuchung bestimmten Stoffeinträge liegen in 1,5 m Höhe meist oberhalb der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Die bodennah ermittelten Depositionsraten sind höher. Der Einfluss der Luv- und Leelage der Messpunkte lässt sich sowohl an der Höhe der fahrbahnnahen Stoffeinträge als auch an der räumlichen Verteilung belegen. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Der Standort A61 mit einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten auf. Trotz leicht höherer Verkehrsstärke und höherem Lkw-Anteil liegen die Depositionsraten an der A4 etwas niedriger als an der A555. Dies ist wahrscheinlich durch die unterschiedliche Lage der Standorte zur Hauptwindrichtung bedingt. Ein Einfluss auf den Stoffeintrag durch die Lage der Messpunkte der A4 in Aussen- oder Innenkurve mit entsprechender Entwässerung ließ sich dagegen nicht feststellen. In den Straßenabflussproben weisen viele der Metalle (zum Beispiel Chrom, Kobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel) Werte nahe an oder unter der Bestimmungsgrenze auf. Fast 90 % der Konzentrationswerte der Schwermetalle Cadmium und Zink liegen unterhalb oder im Bereich der Sickerwasserprüfwerte der Bodenschutzverordnung, bei den anderen Schwermetallen fast alle Werte. Vergleichbare Untersuchungen existieren bisher nicht. Eine Abschätzung des Umweltbundesamtes (UBA) zu Stoffeinträgen in Boden und Wasser aus diffusen Quellen zeigt, dass der Kraftfahrzeugverkehr erheblichen Anteil an den Einträgen von Kupfer, Zink und Blei in Gewässer und Böden hat. Die Berechnungen basieren allerdings auf teilweise sehr alten Emissionsdaten und Emissionsabschätzungen. Die hier dokumentierten Messungen sollen die Straßenbauverwaltung bei der Mitwirkung an den nationalen und europäischen Regelwerken zu Boden- und Wasserschutz stützen und bilden eine Datengrundlage für die Bearbeitung weiterführender Fragestellungen. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
An drei BAB-Messstandorten (A4, A555, A61) wurden die Einträge von Schadstoffen aus dem Straßenverkehr in den Boden bzw. in Entwässerungseinrichtungen von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) für den Messzeitraum Mitte 2006 bis Mitte 2007 erfasst und im Vergleich zum Messzeitraum 2005/2006 beurteilt. Die Stoffeinträge des Messzeitraumes Juli 2006 bis Juni 2007 liegen für alle Stoffe deutlich niedriger als die des Messzeitraumes Januar 2005 bis Juni 2006. Abweichend davon weist der Hintergrundmesswert der A555 in 100 m Entfernung vom Fahrbahnrand höhere Depositionsraten aller Stoffe auf, und im Straßenabfluss traten höhere Zink- und Eisenwerte auf als im vorigen Zeitraum. Der mittlere Gesamtstaubniederschlag in Bodennähe erreichte in der Messperiode 2006/2007 nur etwa 55 % bis 90 % des Gesamtstaubniederschlages 2005/2006. Die Frachten der meisten untersuchten Elemente liegen etwa im selben Verhältnis wie die Gesamtstaubdeposition niedriger. Ausgenommen davon sind die vorwiegend straßenverkehrsbedingten Elemente Blei, Kupfer und Zink, die eine deutlich geringere Abnahme als der Staubniederschlag zeigen, am Standort A61 zeigen sich sogar deutlich höhere Frachten dieser drei Elemente. Anhand des zeitlichen Verlaufes der Konzentrationen im Straßenabfluss lässt sich zeigen, dass nicht nur Natrium-, sondern auch Calciumeinträge zum großen Teil durch den Tausalzeinsatz bedingt sind. Für die Konzentrationen von Cadmium und Zink im Straßenabfluss lässt sich ebenfalls ein deutlicher Jahresgang feststellen, für die Deposition mit dem Staubniederschlag nicht. 2006/2007 liegen in 1,5 m Höhe an der A555 und A4 mehr als 90 % der Monatswerte auch 1 m neben der asphaltierten Fahrbahnfläche im Bereich der Vergleichswerte für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Teilweise wies in dieser Höhe der Staubniederschlag auch 2006/2007 so niedrige Einwaagen und Gehalte an Schwermetallen auf, dass die Bestimmungsgrenze in der Aufschlusslösung nicht erreicht wurde. An der A61 treten dagegen am straßennächsten Messpunkt in 2,5 m Entfernung höhere Werte auf, jedoch nicht so hoch wie 2005/2006. Die bodennahen Messpunkte weisen, wie auch 2005/2006, zum Teil wesentlich höhere Gesamtstaubniederschläge auf als die in 1,5 m Höhe. Sie überschritten fast immer die typischen Bereiche für Hintergrundmessstellen und städtische Räume. Es besteht an allen Messstandorten ein starker Zusammenhang zwischen Höhe des Stoffeintrages und Entfernung vom Fahrbahnrand. Die räumlichen Verteilungen der Stoffeinträge zeigen zusätzlich klare Unterschiede für die drei Autobahnstandorte. Die Verkehrsstärken der drei Standorte unterscheiden sich nicht sehr stark, aber der Standort A61 mit der höchsten Verkehrsstärke und einem zwei- bzw. dreimal höheren Lkw-Anteil als A4 und A555 weist auch die höchsten Staubniederschlagsmengen und Depositionsraten für fast alle untersuchten Stoffe auf. Die für 2005/2006 gemachten Aussagen zur Abhängigkeit der Stoffeinträge von der Lage zur Hauptwindrichtung, Lkw-Anteil und Strömungshindernissen können bisher bestätigt werden. Die Konzentrationen liegen in beiden bisherigen Untersuchungszeiträumen in 1,5 m Höhe für viele Elemente höher als in Bodennähe. Eine mögliche Ursache für diesen Konzentrationsunterschied kann der Eintrag von Staub bzw. Bodenmaterial aus der direkten Umgebung in die bodennahen Sammler sein. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes "Schadstoffgehalte in Bankettmaterial - bundesweite Datenauswertung" zeigte sich, dass das hier durchgeführte Messprogramm die relevanten anorganischen Parameter enthält und die Aufnahme weiterer Metalle oder Salze in das Messprogramm nicht notwendig ist. Die regelmäßige Untersuchung organischer Stoffgruppen, die in Bankettmaterial oder Straßenabfluss auffällig erscheinen, wäre sinnvoll, ist aber sehr kostenintensiv. Die Messungen werden im Rahmen eines weiteren Projektes fortgesetzt.
Der Straßenverkehr gehört zu den Hauptemittenten von PAK. Obwohl in Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, dass die auf die Kraftstoffverbrennung zurückzuführenden spezifischen "heißen" PAK-Emissionen als Folge der Einführung des Abgas-Konverters zurückgegangen sind, muss aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens und der damit einhergehenden Zunahme anderer verkehrsbedingter PAK-Quellen (Fahrbahn- und Reifenabrieb) mittelfristig eher mit einer Zunahme verkehrsbedingter PAK-Emissionen gerechnet werden.
Die Elemente der Platingruppe, eingesetzt als Katalysatoren in Abgas-Konvertern, reduzieren unerwünschte gasförmige (NOx, KW, CO) sowie Dioxin- und PAK (polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff)-Emissionen. PGE (Platingruppenelemente) besitzen einige aus humantoxikologischer Sicht kritisch zu bewertende Eigenschaften. Beim regelmäßigen Umgang mit Platinverbindungen treten häufig allergische Reaktionen von Hautreizungen bis zu asthmaähnlichen Erstickungsanfällen auf, auch wurden Anzeichen für kanzerogene Wirkungen vermutet. Die Ergebnisse der durchgeführten Literaturanalyse lassen den Schluss zu, dass die emittierte Menge an PGE für Mensch und Umwelt unerheblich und die Einführung von PGE-Grenzwerten für Böden oder organische Reststoffe nicht erforderlich ist.