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FAQ - Dioxine, Furane und PCB

Häufig gestellte Fragen:

  • Was sind Dioxine und Furane?
  • Wie entstehen Dioxine und Furane?
  • Was sind die Hauptquellen für die Dioxine in der Umwelt?
  • Was sind PCB bzw. dioxinähnliche PCB?
  • Wie entstehen PCB?
  • Wie werden Dioxine, Furane und PCB vom menschlichen Organismus aufgenommen?
  • Welche Auswirkungen haben Dioxine auf die Gesundheit?
  • Welche Maßnahmen wurden ergriffen, um die Dioxinbelastung zu senken?
  • Wie kann die Toxizität einer mit Dioxinen, Furanen und PCB belasteten Probe beurteilt werden?
  • Wie werden Dioxine, Furane und PCB in der Außenluft gemessen?
  • Wie werden Luftkonzentrationsmessungen durchgeführt?
  • Wie werden Depositionsmessungen durchgeführt?
  • Warum werden verschiedene Probenahmeverfahren eingesetzt?
  • Wie werden PCDD/PCDF- und PCB –Luftkonzentrationen und –Depositionen beurteilt
  • Warum werden Monats- und Jahresmittelwerte ermittelt?
  • Wie hoch ist die Dioxin, Furan und PCB- Konzentration in NRW, werden die Zielwerte des LAI erreicht?
  • Wie gelangen Dioxine und PCB in Böden?
  • Wie hoch ist die Konzentration an Dioxinen und PCB in Böden in NRW?
  • Wie sind die Konzentrationen an Dioxinen und PCB in Böden zu beurteilen?
  • Wie hoch ist die Konzentration an Dioxinen und PCB in Pflanzen?
  • Wie sind die Konzentrationen an Dioxinen und dl-PCB in Pflanzen zu beurteilen?

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Was sind Dioxine und Furane?

Dioxine und Furane sind die Kurzbezeichnungen für jeweils eine Gruppe von halogenierten, (häufig chlorierten, aber auch fluorierten und bromierten), tricyclischen aromatischen Verbindungen, bei denen zwei Benzolringe über eine Sauerstoffbrücke verbunden sind. An den Positionen 1 bis 9 können Halogenatome (z.B. Chlor) gebunden sein. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich auf die Polychlorierten Dibenzo-p-Dioxine und –Furane.

Die Gruppe der Dioxine besteht aus 75 verschiedenen Verbindungen (Kongenere), die sich in Anzahl und Anordnung der verschiedenen Chloratome im Molekül unterscheiden. Bei den Furanen sind 135 verschiedene Kongenere möglich. Die Dioxinanalytik konzentriert sich auf 17 Verbindungen, die in 2,3,7,8 Stellung Chloratome tragen und deshalb als besonders toxisch eingestuft werden. Die giftigsten Kongenere sind das 2,3,7,8 Tetrachlordibenzodioxin, das maßgeblich beim Unfall in Seveso (1976) freigesetzt wurde, und das 1,2,3,7,8-Pentachlordibenzodioxin.

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Wie entstehen Dioxine und Furane?

Dioxine und Furane wurden von der chemischen Industrie nie gezielt hergestellt und haben keinerlei praktische Verwendung. Sie sind Nebenprodukte, die ungewollt bei allen Verbrennungsprozessen in Anwesenheit von Chlor und organischen Kohlenstoff entstehen können. Dioxine und Furane entstehen in einem Temperaturbereich zwischen 300°C und 900°C.

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Was sind die Hauptquellen für die Dioxine in der Umwelt?

Die Hauptquellen für den Eintrag von Dioxinen und Furanen in die Umwelt sind:

Thermische Prozesse:

Bildung im Rahmen der unvollständigen Verbrennung (Abfallverbrennung, Metallerzeugung, Metallrecycling, Hausbrand, Brände von PVC, Transformatoren (PCB), bromierte Flammschutzmittel).

Industrielle Quellen

Prozesse und Produkte der Halogenchemie, Chlorphenolchemie: Insektizide, Herbizide, PCB Herstellung, Verunreinigungen in chlororganischen Verbindungen, Zellstoff und Papierindustrie, Textilreinigung, Flammschutzmittel.

Sekundäre Quellen

Abgelagerte oder abgeschiedene Dioxine aus Deponien, Klärschlämmen, Sickerwässern, Altölen, Komposten, Holzschutzmitteln in Innenräumen.

Für den Eintrag in die Luft waren früher Metallgewinnung und die Abfall-Verbrennungsanlagen die wichtigsten Quellen. Dank anspruchsvoller Grenzwerte und Filtertechniken konnte der Dioxinausstoß aus den Abfall-Verbrennungsanlagen drastisch gesenkt werden.

Natürliche Quellen

Auch natürliche Prozesse, wie beispielsweise Wald- oder Steppenbrände, können zur Bildung von Dioxinen führen. Im Vergleich mit den anderen Quellen tragen natürliche Quellen nur in geringem Maß zur Dioxinbelastung der Umwelt bei.

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Was sind PCB bzw. dioxinähnliche PCB?

Polychlorierte Biphenyle (PCB) sind chlorierte Kohlenwasserstoffe. Am Grundgerüst eines Biphenyls sind hier, je nach Verbindung, eine unterschiedliche Anzahl von Wasserstoffatomen durch Chloratome substituiert.

Theoretisch gibt es 209 mögliche Verbindungen (Kongenere), von denen 12 Kongenere als dioxinähnliche- PCB oder dl-PCB bezeichnet werden. Diese weisen eine den Dioxinen und Furanen ähnliche räumliche und elektronische Struktur auf. Man unterscheidet bei den dl-PCB „non-ortho Kongenere“ PCB 77, PCB 81, PCB126, PCB 169) und „mono-ortho Kongenere“ (PCB 105, PCB 114, PCB 118, PCB 123, PCB 156, PCB 157, PCB 167, PCB 189). Die giftigste dioxinähnliche Wirkung zeigt das 3,3',4, 4',5-Pentachlorobiphenyl (PCB 126).

Polychlorierte Biphenyle sind in Deutschland seit 1989 verboten, und müssen als Sonderabfall in der Regel per Hochtemperaturverbrennung entsorgt werden.

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Wie entstehen PCB?

PCB wurden bis in die 1980´er Jahre als bedeutende technische Chemikalie produziert und vor allem in Transformatoren, elektrischen Kondensatoren, in Hydraulikanlagen als Hydraulikflüssigkeit, sowie als Weichmacher in Lacken, Dichtungsmassen, Isoliermitteln und Kunststoffen verwendet. In diesen Gemischen sind unterschiedlich große Anteile dioxinähnlicher PCB enthalten.

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Wie werden Dioxine, Furane und PCB vom menschlichen Organismus aufgenommen?

Die umweltbedingte Belastung des Menschen mit Dioxinen, Furanen und PCB erfolgt im Wesentlichen über die Nahrung, insbesondere über fetthaltige tierische Lebensmittel wie Fisch, Fleisch, Milch und Milchprodukte. Nur ein geringer Prozentsatz (<5 %) wird über die Atemluft und das Wasser aufgenommen.

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Welche Auswirkungen haben Dioxine auf die Gesundheit?

Dioxine sind sehr langlebige Verbindungen. Sie reichern sich im Fettgewebe des Menschen an und werden je nach Kongener mit Halbwertszeiten zwischen einem Jahr und 13 Jahren nur sehr langsam abgebaut. Bei den toxischen Wirkungen der Dioxine und Furane muss man akute Giftwirkungen, die nach Kontakt mit hohen Konzentrationen auftreten, und chronische Effekte, die durch niedrige Konzentrationen hervorgerufen werden können unterscheiden. Akute Wirkungen beim Menschen sind heutzutage nur nach Unfällen, Bränden oder bei beruflich belasteten Personen zu erwarten. Herausragendes Symptom verschiedener Vergiftungsunfälle in der chemischen Industrie bis etwa in die 1980iger Jahre war das Auftreten von Chlorakne. Weitere Symptome akuter Vergiftungen sind u. a. Erbrechen, Muskelschmerzen, Kopfschmerzen, Schlafstörungen sowie Magen-Darm-Beschwerden.

Hinsichtlich chronischer Wirkungen ist vor allem die mögliche krebserzeugende Wirkung des 2,3,7.8-TCDD, des sogenannten „Seveso-Dioxin“, von Bedeutung. Beim Menschen sowie in Tierversuchen ließen sich außerdem Störungen des Immunsystems sowie neurotoxische, reproduktionstoxische und fruchtschädigende Wirkungen feststellen. Daneben weisen Studien auf Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Leberstörungen sowie auf ein erhöhtes Diabetes-Risiko hin. Diese Effekte sind aber unter üblichen Umweltbedingungen von eher geringer Bedeutung.

Insgesamt ist die Belastung des Menschen mit Dioxinen seit den 80iger Jahren des letzten Jahrhunderts rückläufig. So wurden zum Beispiel vor 40 Jahren ca. 6fach höhere Dioxin- und Furangehalte in der Muttermilch gemessen als dies heutzutage der Fall ist. Trotz dieser starken Rückläufigkeit nehmen nach einer aktuellen Auswertung des Bundesinstitutes für Risikobewertung nach wie vor immer noch große Teile der Bevölkerung mehr Dioxine zu sich als aus gesundheitlicher Sicht empfehlenswert wäre. Die Dioxinbelastung der Menschen und der Umwelt muss daher noch weiter gesenkt werden.

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Welche Maßnahmen wurden ergriffen, um die Dioxinbelastung zu senken?

Die Umweltbelastung, aber auch die Belastung von Lebensmitteln und des Menschen durch Dioxine sind in Deutschland seit Ende der 80er Jahre deutlich zurückgegangen. Grund dafür war eine Fülle technischer und rechtlicher Maßnahmen vor allem in der Chemikalienproduktion und Emissionsbeschränkungen bei Verbrennungsprozessen.

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Wie kann die Toxizität einer mit Dioxinen, Furanen und PCB belasteten Probe beurteilt werden?

Für die Beurteilung der von Dioxinen, Furanen und PCB verursachten Toxizität einer Probe werden 17 Kongenere der Dioxine und Furane und 12 Verbindungen aus der Gruppe der PCB analytisch bestimmt.

Die Beurteilung der Toxizität dieser 29 Kongenere erfolgt mit Hilfe von Toxizitätsäquivalenten (TEQ-Werte). Das System der Toxizitätsäquivalente trägt der unterschiedlichen Giftigkeit der Einzelverbindungen Rechnung. Die höchste Giftigkeit weisen das 2,3,7,8 Tetrachlordibenzodioxin (TCDD), das maßgeblich beim Unfall in Seveso (1976) freigesetzt wurde, sowie das 1,2,3,7,8-Pentachlordibenzodioxin auf. Diesen Kongeneren wird ein Toxizitätsäquivalent von jeweils 1 zugeordnet. Allen anderen relevanten Einzelsubstanzen werden im Vergleich Toxizitätsäquivalente < 1 zugeordnet. Die Summe der Toxizitätsäquivalente der Einzelverbindungen, die in einer Probe bestimmt worden sind, ergibt die Gesamttoxizität der Probe (TEQ-Wert).

Nicht-dioxinähnliche PCB werden anhand von 6 Leitsubstanzen (PCB 28, PCB 52, PCB 101, PCB 138, PCB 153, PCB 180) beurteilt. Da der Anteil dieser Kongenere in der Umwelt häufig 20 % von der Summe aller PCB beträgt, wird für eine einheitliche Beurteilung der Gesamt-PCB die Summe der 6 Leitsubstanzen mit dem Faktor 5 multipliziert.

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Wie werden Dioxine, Furane und PCB in der Außenluft gemessen?

Dioxine, Furane und PCB kommen in der Außenluft sowohl gasförmig als auch gebunden an Staubpartikel vor. Die PCDD/PCDF- und PCB-Konzentrationen, die mit der Luft eingeatmet werden, werden in der Luftkonzentrationsmessung (Außenluftkonzentration) erfasst.

Die schwereren Partikel (Staub), die nicht in der Luft schweben und schnell zu Boden sinken, sowie der Niederschlag (Regen, Schnee) werden in der Depositionsmessung erfasst.

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Wie werden Luftkonzentrationsmessungen durchgeführt?

Die Probenahme und Spurenanalytik von Dioxinen, Furanen und PCB in der Außenluft ist wegen der geringen Konzentrationen sehr aufwendig. Eine große Luftmenge (ca. 1000 m³) wird über ein Filtersystem aus Polyurethanschäumen und einem Partikelfilter gesaugt. Der Probenahmezeitraum beträgt in der Regel einen Monat. Die Schadstoffe werden auf den Filtermedien abgeschieden. Nach Ablauf der Probenahmezeit werden die im Probenahmekopf enthaltenen Filtermedien im Labor zu einer Probe vereinigt und auf Dioxine, Furane und PCB untersucht. Die analytische Bestimmung erfolgt per hochauflösender Gaschromatographie / Massenspektrometrie.

Abbildung: Probenahmeapparatur zur Aussenluftkonzentrationsmessung (VDI 3498 Blatt 1)

 

   
Messtation und Probenahmekopf

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Wie werden Depositionsmessungen durchgeführt?

Die Probenahme der atmosphärischen Deposition (Staub, Regen, Schnee) erfolgt - in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 2090 Blatt 1 als Gesamtdeposition. Am Messort werden mehrere Sammelgläser (in der Regel 3-6 Gläser) für 30 Tage aufgestellt. Nach Ablauf der Probenahmezeit wird der Inhalt der Gläser im Labor auf Dioxine, Furane und PCB untersucht. Die analytische Bestimmung erfolgt per hochauflösender Gaschromatographie / Massenspektrometrie.

 


Gerätschaften zur Depositionsprobenahme

 


Depositionsprobenahme

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Warum werden verschiedene Probenahmeverfahren eingesetzt?

Die Luftkonzentrationswerte an Dioxinen, Furanen und PCB spiegeln die Belastung der Luft wieder, die über die Atmung aufgenommen wird.

Die PCDD/PCDF-und PCB-Depositionen stellen ein Maß die Belastung von Nahrungs- und Futterpflanzen dar. Anhand der Depositionswerte kann auch abgeschätzt werden, ob langfristig Bodenbelastungen zu befürchten sind.

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Wie werden PCDD/PCDF- und PCB –Luftkonzentrationen und –Depositionen beurteilt

Für die Beurteilung der PCDD/PCDF- und PCB- Luftkonzentration und Deposition hat der Länderausschuss für Immissionsschutz (21.09.2004) Zielwerte für die langfristige Luftreinhalteplanung empfohlen.

Jahresmittelwert für die Luftkonzentration 150 fg WHO (PCDD/PCDF + dl-PCB) -TEQ/m³ 

Ein Beurteilungsmaßstab für den PCB- Gesamtgehalt in der Außenluft existiert derzeit nicht. Als Vergleichsmaßstab zur Bewertung der PCB (PCB-Gesamtgehalt (28+52+101+153+138+180) x 5) kann der Sanierungszielwert für Innenräume von 300 ng/m³ näherungsweise herangezogen werden.

Jahresmittelwert für die Deposition     4 pg WHO (PCDD/PCDF + dl-PCB)-TEQ/(m²x d)

Anlagenbezogener Jahresmittelwert für die Deposition in Genehmigungsverfahren     9 pg WHO (PCDD/PCDF + dl-PCB)-TEQ/(m²x d)

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Warum werden Monats- und Jahresmittelwerte ermittelt?

Für die Beurteilung von Messwerten wird immer der Jahresmittelwert zugrunde gelegt. Die Monatsmittelwerte von Immissionsmessungen können starken Schwankungen unterliegen. Neben den Schwankungen des monatlichen Eintrages in die Atmosphäre haben Temperatur, Windrichtung und Windgeschwindigkeit einen starken Einfluss auf die Luftkonzentration und Deposition. Bei organischen Komponenten wie den Dioxinen, Furanen und PCB ist ein jahreszeitlicher Temperaturgang zu beobachten.
PCB-Luftkonzentrationen sind in den Sommermonaten deutlich höher als in den Wintermonaten. Bei Dioxinen und Furanen liegt ein entgegengesetzter Jahresgang vor. Zur Beurteilung der Schadstoffbelastung der Luft mit Dioxinen Furanen und PCB werden daher Jahresmittelwerte gebildet, die die durchschnittliche Belastung widerspiegeln.

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Wie hoch ist die Dioxin, Furan und PCB- Konzentration in NRW, werden die Zielwerte des LAI erreicht?

Die Jahresmittelwerte für die PCDD/PCDF- und dl-PCB-Luftkonzentration lagen in NRW in den letzten Jahren zwischen 15 und 50 fg WHO-TEQ/m³ und somit deutlich unter dem LAI-Zielwert.

Die PCB-Gesamtkonzentration in der Außenluft von NRW liegt im langjährigen Mittel bei 1-3 ng PCB/m³.

Die Jahresmittelwerte für die Deposition von Dioxinen, Furanen und dl-PCB lagen in NRW in den letzten Jahren an Hintergrundmessstationen bei ca. 6 pg WHO-TEQ/(m²x d). An Belastungsschwerpunkten sanken die Jahresmittelwerte von über 100 pg WHO-TEQ/(m²x d) in der Regel auf Werte im Bereich um 15 pg WHO-TEQ/(m²x d). Trotz der positiven Tendenz liegen die Messwerte oberhalb des langfristigen Zielwertes des LAI.

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Wie gelangen Dioxine und PCB in Böden?

Der Eintrag von Dioxinen und PCB in Böden erfolgt hauptsächlich über Depositionen aus der Luft. Aber auch durch das Ausbringen von Klärschlamm können Dioxine und PCB in Böden eingebracht werden. Bei Überschwemmungsereignissen können schadstoffhaltige Sedimente auf Flächen im Bereich von Überschwemmungsgebieten verlagert werden, wodurch ebenfalls erhebliche PCB- und Dioxinmengen in die betroffenen Böden gelangen können.

Da Dioxine und PCB in der Natur kaum abgebaut werden und diese Stoffe vor allem in humusreichen Böden gebunden werden, kann es zu einer langfristigen Anreicherung kommen, auch wenn nur geringe Einträge stattfinden.

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Wie hoch ist die Konzentration an Dioxinen und PCB in Böden in NRW?

Aufgrund des Eintrags aus der Luft sind Dioxine und PCB prinzipiell in allen Böden nachweisbar. In ländlichen Gebieten werden üblicherweise geringere Gehalte als in Ballungsräumen nachgewiesen. So liegen die Gehalte an Dioxinen in Gärten in ländlichen Gebieten um 5 ng TEQ/kg Boden, in Gärten in der Umgebung von Ballungsräumen und in Verdichtungsgebieten im Bereich von 10 – 15 ng TEQ/kg Boden.

Die PCB-Gehalte (Summe der 6 PCB) in Gärten liegen in ländlichen Gebieten um 7 µg/kg Boden, in der Umgebung von Ballungsräumen und in Verdichtungsgebieten um 20 µg/kg und im Ballungskern um 25 µg/kg. Erfahrungswerte für üblicherweise vorzufindende Konzentrationen an dl-PCB in Böden liegen noch nicht vor.

Höhere Gehalte weisen Böden in den Überschwemmungsgebieten einiger Flüsse in NRW auf. So wurden beispielsweise in den Überschwemmungsgebieten von Rhein, Ruhr und Wupper Dioxin-Gehalte von 40 – 65 ng TEQ/kg, PCB-Gehalte von 5 – 260 µg/kg und dl-PCB-Gehalte von 12 – 16 ng TEQ/kg nachgewiesen.

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Wie sind die Konzentrationen an Dioxinen und PCB in Böden zu beurteilen?

Die Gehalte von Schadstoffen in Böden sind in Abhängigkeit von der jeweiligen Nutzung unterschiedlich zu bewerten. So wird in der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung beispielsweise für Böden unter Grünlandnutzung bei PCB ein Maßnahmenwert (Summe der 6 PCB) von 0,2 mg/kg genannt. Ist dieser Wert überschritten, müssen entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Für Dioxine gibt es für den Wirkungspfad Boden-Pflanze hingegen keinen rechtsgültigen Beurteilungswert.

Zum Schutz vor Belastungen, die den Menschen „direkt“ über den Boden – beispielsweise wenn spielende Kinder Bodenmaterial über den Mund aufnehmen oder einatmen – treffen können, sind abgestufte Maßnahmenwerte für Kinderspielflächen, Wohngebiete, Park- und Freizeitanlagen oder Industrie- und Gewerbeflächen abgeleitet worden. Für PCB (Summe der 6 PCB) sind für diese Nutzungskategorien hingegen „nur“ Prüfwerte festgelegt worden, bei deren Überschreitungen im Einzelfall weitere Untersuchungen und Prüfungen erfolgen müssen.

 

 

Kinderspielflächen

Wohngebiete

Park-und Freizeitanlagen

Industrie-und Gewerbegrundstücke

Maßnahmenwert Dioxine/Furane
[ng I-TEq/kg Boden] 1)

 

100

 

1.000

 

1.000

 

10.000

Prüfwert
PCB6 2)
(PCB 28,52,101,138,153,180)
[mg/kg Boden]

 

0,4

 

0,8

 

2

 

40

1) Summe der 2,3,7,8-TCDD-Toxizitätsäquivalente nach NATO/CCMS

2) Soweit PCB-Gesamtgehalte bestimmt werden, sind die ermittelten Messwerte durch den Faktor 5 zu dividieren.

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Wie hoch ist die Konzentration an Dioxinen und PCB in Pflanzen?

Dioxine und Furane finden sich in Spurenmengen überall in der Umwelt. Diese organischen Substanzen werden von Pflanzen in der Regel kaum über ihre Wurzeln aufgenommen, können sich aber u.a. in der wachshaltigen Oberschicht von Pflanzen anreichern, wenn sie über die Luft oder durch äußerliche Verschmutzungen mit belastetem Bodenmaterial auf die Pflanzenoberfläche gelangen. Der Mensch nimmt diese Giftstoffe mit dem Verzehr von Nahrungspflanzen in den Körper auf. Zahlreiche Untersuchungen haben ergeben, dass Grünkohl auf Grund seiner äußeren Form, langen Standzeit und wegen seiner Wachsschicht als ausgeprägter Sammler, insbesondere von Dioxinen und Furanen und anderen organischen Verbindungen geeignet ist. Das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz betreibt in NRW 13 Messstellen im Rahmen des Wirkungsdauermessprogramms sowohl in Ballungsgebieten wie auch in ländlichen Regionen. Dort wird u.a. Grünkohl jährlich zwischen August und November nach Standardverfahren in Containern exponiert.

An den ländlichen Hintergrundstationen variieren die Gehalte an Dioxinen und Furanen im Grünkohl zwischen 0,02 und 0,03 ng WHO2005-TEQ/kg Frischmasse (FM). In Ballungsgebieten streuen die Werte zwischen 0,02 und 0,12 ng WHO2005-TEQ/kg FM.

Die dioxinähnlichen PCB (=dl-PCB), die in ihrer Wirkung den Dioxinen und Furanen zugeordnet werden, werden ebenfalls im Gemüse untersucht. In ländlichen Gebieten von NRW bewegen sich die ermittelten Gehalte zwischen 0,01 und 0,03 ng WHO2005-TEQ/kg FM. Betrachtet man dagegen die dl-PCB-Gehalte in Grünkohl in Ballungsgebieten so lassen sich dort Werte zwischen 0,03 und max. 0,36 ng WHO2005-TEQ/kg FM nachweisen. Hierbei ist anzumerken, dass der letztgenannte Wert im näheren Einflussbereich einer entsprechenden PCB-Quelle gelegen ist. Ohne diesen auffälligen Wert bewegen sich die Gehalte von 0,04 bis maximal 0,22 ng WHO2005-TEQ/kg FM.

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Wie sind die Konzentrationen an Dioxinen und dl-PCB in Pflanzen zu beurteilen?

EU- Grenzwerte für Dioxine und Furane (PCDD/F) einschließlich dioxinähnlicher PCB liegen für Gemüse nicht vor. Die EU hat jedoch im Rahmen einer Empfehlung neue Auslösewerte für PCDD/F und dl-PCB für Obst, Gemüse und Getreide (Empfehlung 2011/516/EU) veröffentlicht, die seit Januar 2012 gelten. Der Auslösewert für PCDD/F beträgt 0,3 ng WHO2005-TEQ/kg FM, und für die dl-PCB 0,1 ng WHO2005-TEQ/kg FM.

Die Auslösewerte sind nicht toxikologisch abgeleitet. Sie dienen als Anregung zur Ursachenfindung von Quellen, mit dem Ziel, diese zu identifizieren und Maßnahmen zur Reduzierung oder Beseitigung der Quellen zu veranlassen.