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PFC in Boden und Grundwasserschadensfälle

Perfluorierte Tenside (damals"PFT") waren im Hochsauerland aufgrund krimineller Abfallverbringungen als „Biodünger“ getarnt auf landwirtschaftliche Nutzfläche aufgebracht worden. Diese Bodenverunreinigungen belasten, soweit sie nicht saniert werden konnten, nach wie vor die unmittelbar betroffenen Grundwasservorkommen und Gewässer.

Inzwischen richtet sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf Altstandorte und Altablagerungen sowie Standorte, die mit Löschschaummitteln kontaminiert worden sind (Feuerlösch-Übungsplätze/Löschbecken, Militärflughäfen/Flughäfen, Großbrände). Bei Altstandorten sind vorrangig ehemalige Betriebe mit Chrom-Galvanikbädern von Bedeutung. Daneben kann in besonderen Fällen auch bei Deponien, Altstandorten der Textilverarbeitung, Papierherstellung sowie Foto- und Filmindustrie die Notwendigkeit zur Einbeziehung von PFC in Untersuchungen geboten sein (Bestandsaufnahme von Einzelfällen in NRW). Ein weiteres Kontaminationsrisiko besteht durch bzw. infolge früherer Ausbringung bzw. Lagerung entsprechender Industrieschlämme. In einem länderübergreifenden Projekt wurden Kriterien zur Erfassung entsprechender Flächen in den Katastern der zuständigen Bodenschutzbehörden erarbeitet. Diese Arbeitshilfe wurde in NRW per Erlass vom 12.02.2016 dem Vollzug zur Berücksichtigung bei entsprechenden Fragestellungen bzw. Fallgestaltungen empfohlen. In einem Folgeprojekt wurde eine exemplarische flächendeckende Anwendung dieser Erfassungskriterien sowie eine exemplarische standortbezogene Erkundung durchgeführt. Dabei wurde ein mehrstufiges Vorgehen zur flächendeckenden PFC-Erfassung erarbeitet. Der Projektbericht wurde per Erlass vom 28.02.2018 den Behörden bekannt gegeben und zur Anwendung empfohlen.

 

Lokal können bei relevanten Altstandorten sowie bei Schäden aufgrund des Einsatzes PFC-haltiger Feuerlöschschaummittel hohe PFC-Belastungen im Boden sowie im Grundwasser und damit verbundenen Gewässern festgestellt werden. In betroffenen Böden konnten PFTC-Konzentrationen im 1- bis 2-stelligen mg/kg-Bereich  (Milligramm- pro-Kilogramm) festgestellt werden und in Grundwässern und Grundwasserseen (Baggerseen) im 1- bis 2-stelligen µg/L-Bereich (Mikrogramm-pro-Liter). 

Bodenmonitoring

Im Rahmen des risikoorientierten Boden- und Gewässermonitorings sind umfangreiche Bodenuntersuchungen an Flächen durchgeführt worden, die mit dem als Biodünger getarnten Abfallgemisch „Terrafarm“ beaufschlagt worden sind.

Im ersten Schritt wurde im Auftrag der Bezirksregierung Arnsberg durch die IFUA Projekt GmbH, Bielefeld, ein pilothaftes Flächenmonitoring durchgeführt (Abschlussbericht). Dazu sind zunächst sieben landwirtschaftlich bzw. für die Weihnachtsbaumkultur genutzte Flächen im Hochsauerlandkreis und im Kreis Soest ausgewählt worden.

Im Rahmen des Pilotflächenmonitorings wurde die 10 Hektar große Maisfläche in Brilon-Scharfenberg mit Konzentrationen von mehr als 6.000 Mikrogramm pro Kilogramm und (nach damaliger Schätzung) einem PFC-Depot von etwa 390 Kilogramm festgestellt, für die sofort eine Sanierung eingeleitet wurde.

Bei zwei der übrigen sechs Flächen des Pilotmonitorings lag der Gehalt in den Bodenproben unterhalb der Bestimmungsgrenzen für PFOA und PFOS (10 µg/kg TS); im Oberboden der verbleibenden vier Standorte wurden PFC-Gehalte von 13 bis 200 µg/kg (Summe PFOA+PFOS) ermittelt. In allen Boden- und Materialproben lagen die PFOS-Gehalte oberhalb derjenigen von PFOA; im Mittel beträgt das Verhältnis PFOS : PFOA etwa 6 : 1.

Auf Basis von Erkenntnissen aus der Gewässerüberwachung und infolge der Erkenntnisse aus den Versuchen zum PFC-Transfer aus dem Boden in Futterpflanzen wurde das risikoorientierte Bodenmonitoring weiter fortgesetzt.

Dazu haben die betroffenen Kreise Flächen systematisch beprobt, die mit dem Abfallgemisch der Fa. GW Umwelt beaufschlagt wurden. Die Probenaufbereitung und Analytik wurde durch das LANUV unterstützt. Aus der nachfolgenden Tabelle gehen die Anzahl der durchgeführten Bodenuntersuchungen und die Einteilung in Klassen der PFC-Gehalte hervor (Stand August 2010). Bei den beiden in der höchsten Belastungsklasse dargestellten Flächen in Scharfenberg (Hochsauerlandkreis) und Rüthen (Kreis Soest) bestand Handlungsbedarf zur Gefahrenabwehr. Daher wurden hier Sanierungsmaßnahmen ergriffen.

Transfer Boden-Pflanze

Untersuchungen zum Transfer von per- und polyfluorierten Chemikalien PFC aus Böden und aus wässrigen Lösungen in Pflanzen haben gezeigt, dass PFC in Pflanzen aufgenommen werden. 2007 hat das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und angewandte Ökologie in Schmallenberg im Auftrag des damaligen Ministeriums für Umwelt und Naturschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz NRW  systematische Versuche an verschiedenen Nahrungs- und Futterpflanzen zur Beantwortung der Frage durchgeführt, ob PFC bei hohen Bodengehalten über die Wurzeln von Pflanzen aufgenommen werden können (Bericht 2007).

Die Versuche an Gras, Silomais, Kartoffeln und Weizen zeigen, dass mit höheren Bodengehalten auch die PFC-Gehalte in den Pflanzen steigen. Die Ergebnisse bestätigen damit bereits die im Jahr 2007 auf der hoch belasteten Fläche in Rüthen festgestellten erhöhten PFC-Gehalte im Silomais und wurden durch ergänzende Untersuchungen abgesichert (Bericht 2008).

Untersuchungen in Gefäßversuchen zum Transfer von PFOS und PFOA aus Böden haben gezeigt, dass die Gehalte von PFOS und PFOA in den Pflanzen linear mit deren Gehalten im Boden ansteigen und dass die Aufnahme bzw. Einlagerung in die vegetativen Teile (z.B. Blätter) deutlich höher ist als die innerpflanzliche Umlagerung in die Speicherorgane (z.B. Korn) (Stahl et al.2009).

Kürzerkettige PFC werden deutlich schneller von der Pflanze aufgenommen als längerkettige und  längerkettige PFC reichern sich bevorzugt in der Wurzel an (Felizeter et al., 2014). Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Transfer in Pflanzen haben zudem gezeigt, dass sich Perfluorsulfonsäuren (PFOS) um den Faktor 2-3 stärker anreichern als Perfluorcarbonsäuren (PFOA) gleicher Kettenlänge (Krippner et al., 2014).

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Aufnahme von PFOS und PFOA in Pflanzen sowohl von den Gehalten in Böden als auch von den Eigenschaften der jeweiligen Substanzen (u.a. Kettenlänge) sowie von der Pflanzenart abhängt. Darüber hinaus wird die Aufnahme von der Bodenart und dem pH-Wert des Bodens beeinflusst.

 

Weiterführende Literatur zum Thema Transfer Boden-Pflanze: 

 

  • Blaine, A.C., Rich, C.D., Sedlacko, E.M., Hundal, L.S., Kumar, K., Lau, C., Mills, M.A., Harris, K.M. und Higgins, C.P. (2014): Perfluoralkyl Acid Distribution in Various Plant compartments of Edible Crops grown in Biosolids-Amended soils. Environm. Sci. and Technol., 48, 7858-7865
  • Blaine, A.C., Rich, C.D., Hundal, L.S., Kumar, K., Lau, C., Mills, M.A., Harris, K.M. und Higgins, C.P.(2013): Uptake of Perfluoralkyl Acids into Edible Crops via Land applied Biosolids: Field and Greenhouse Studies. Environ. Sci. Technol. 47, 14062-14069
  • Blaine, A.C., Rich, C.D., Sedlacko, E.M., Hyland, K.C., Stushnoff, C., Dickenson, E.R. und Higgins, C.P. (2014): Perfluoralkyl Acid Uptake in Lettuce (Lactuca sativa) and Strawberry (Fragaria ananassa) irrigated with Reclaimed Water. Dx.doi.org/10.1021/es504150h/Enviro. Sci. Technol.
  • Felizeter, S., McLachlan, M.S., De Voogt, P. (2014): Root uptake and translocation of perfluorinated alkyl acids by three hydroponically grown crops. J. Agric. Food Chem. 62, 3334-3342
  • Krippner, J., Brunn, H., Falk, S., Georgii, S., Schubert, S., Stahl, T. (2014): Effects of chain length and pH on the uptake and distribution of perfluoroalkyl substances in maize (Zea mays). Chemosphere 94, 85–90
  • Müller, C.E., LeFevre, G.H., Timofte, A.E., Hussain, F.A., Sattely, E.S. und Luthy, R.G. (2016): Competing Mechanisms for Perfluoralkyl acid accumulation in plants revealed using an Arabidopsis Model System. Environm. Toxicol. And Chemistry, Vol. 35, No. 5, 1138-1147
  • Stahl, T., Heyn, J., Thiele, H., Hüther, J., Failing, K., Georgii, S., Brunn, H. (2009): Carryover of perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonate (PFOS) from soil to plants. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 57, 289–298
  • Stahl, T., Riebe, R.A., Falk, S., Failing, K. und Brunn, H. (2013): Long Term Lysimeter Experiment To Investigate the Leaching of Perfluoralkyl Substances (PFASs) and the Carry-over from Soil to Plants: Results of a Pilot Study. J. Agric. Food Chem. 61, 1784-1793