Verteilung und Wirkung von Chrom (VI) am Beispiel unterschiedlich belasteter Böden

Das Schwermetall Chrom tritt in Böden vorwiegend in zwei Formen auf: als kationisches, meist wenig lösliches und relativ untoxisches Chrom(III) sowie als lösliches und toxikologisch relevantes Chrom(VI) in Form des Chromat-Anions. Im ersten Teil der Untersuchungen wurde die im Vorläufervorhaben (UBA-Texte 6/98) entwickelte und inzwischen als DIN 19734 vorliegende Methode zur Bestimmung des löslichen Chrom(VI) in Böden überprüft. Insbesondere wurde der Einfluss der Bodentrocknung auf das Ergebnis charakterisiert und Alternativen zur photometrischen Bestimmung geprüft (ICP-Atomemissions-Spektrometrie, lonenchromatografie). Ein abschließend durchgeführter Ringversuch mit 15 Laboratorien ergab Variationskoeffizienten der Vergleichsstandardabweichung von 7 % (Niveau: 25 mg/kg) und 63 % (Niveau 0,5 mg/kg); bei Verwendung einer Variante ohne Sulfit-/Hypochlorit-Behandlung waren die entsprechenden Werte 5 % bzw. 13 %. Weiterhin wurden potenziell chrombelastete Standorte recherchiert und beprobt, um die Methode an realen Bodenproben zu überprüfen. Die Bodenproben wurden auf ihren Gehalt an Gesamt-Chrom (Königswasserauszug) und Chrom(VI) untersucht. Dabei zeigte sich, dass Chrom(VI) nach DIN 19734 nur in wenigen Fällen in Gehalten oberhalb der Bestimmungsgrenze von ca. 0,5 mg/kg TM nachweisbar war. Belastungen benachbarter Flächen über den Luftpfad konnten an Hand zusätzlich untersuchter Bodenproben nicht nachgewiesen werden. Um Korrelationen zwischen den Chrom(VI)-Gehalten nach DIN 19734 und biologischen Wirkungen zu untersuchen, wurden ökotoxikologische Prüfungen an zwei unbelasteten Böden durchgeführt, die zu Versuchsbeginn mit Chrom(VI) versetzt wurden. Untersucht wurde die Wirkung auf Pflanzen, Regenwürmer und Mikroorganismen. Die Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt die Stabilität von Chrom(VI) in den Böden (Abnahme durch Reduktion bzw. Austauschprozesse; als relevanter Gehalt wurde der Mittelwert aus Anfangs- und Endgehalt eingesetzt). Auf diese Weise wurden folgende Effektdaten bestimmt (Angaben bezogen auf das Trockengewicht; für einen sandigen bzw. lehmigen Boden): Rübe: EC50 (Hemmung der Biomassebildung nach 14 d) 5 mg/kg bzw. 3 mg/kg; Hafer: EC50 (Hemmung der Biomassebildung nach 14 d) 36 bzw. 35 mg/kg; Regenwurm: LC50 (Anzahl Tiere nach 14 d) 5 bzw. 15 mg/kg; Mikroorganismen: EC50 (Ammoniumoxidaseaktivität 4 h, nach 14tägiger Inkubation des Bodens mit Chrom(VI)) 1 bzw. 3 mg/kg. Die Wirkungsdaten belegen, dass die Lebensraumfunktion des Bodens durch die bislang festgelegten Prüfwerte gemäß Bundes-Bodenschutzverordnung (BBSchV; je nach Bodenart 30 - 100 mg/kg Gesamt-Chrom; davon 10 % potenziell als Chrom(VI) vorliegend) nur eingeschränkt gewährleistet wird. Es ist erforderlich, einen separaten Prüfwert für Chrom(VI) abzuleiten, um insbesondere solche Böden zu erfassen, die hohe Chrom(VI)-Gehalte bei niedrigen Gesamt-Chrom-Gehalten aufweisen.

The heavy metal chromium predominantly occurs in soils in two forms: as cationic, usually only slightly soluble and relatively non-toxic chromium(III), and as soluble and toxicologically relevant chromium(VI) in form of the chromate anion. In the first part of the investigations a method for the determination of soluble chromium(VI) in soils was validated. It had been developed in an earlier project (UBA-Texte 6/98) and is published as German standard DIN 19734. The influence of the soil drying process on the result was characterized and alternatives to the photometric determination according to DIN 19734 were checked (ICP atomic emission spectrometry, ion chromatography). An interlaboratory test with 15 labora tories principally revealed the reproducibility of the DIN 19734 method. The coefficients of variation of the reproducibility standard deviation were 7 % (concentration approx. 25 mg/kg) and 63 % (concentra tion approx. 0.5 mg/kg). When analysed using a modification of the method (omission- of the sulfite/hy pochlorite treatment), the respective coefficients of variation were 13 % and 5 %. In order to check the DIN 19734 with environmental samples, potentially chromium contaminated sites were investigated. The soil samples were analysed for the content of total chromium in the aqua regia extracts and chromium(VI) according to DIN 19734. The results demonstrated that chromium(VI) was found only in a few of the analysed soils above the limit of determination of approx. 0.5 mg/kg TM (higher values particularly in lower soil horizons). A contamination via the air path of soils, which were situated near chromium-loaded sites, was not detected. In order to examine the correlation between the chromium(VI) content according to DIN 19734 and biological effects, ecotoxicological tests with two non-contaminated soils spiked with chromium(VI) were performed. The effects on plants, earthworms and micro-organisms were examined. The interpretation of the results considers the stability of chromium(VI) in the soils (decrease by reduction or exchange processes; as relevant concentration the average concentration determined at the beginning and the end of a test was appiied). The following effect data were determined (data are referring to the dry weight, determined for a sandy soil and a loamy soil, respectively): beet (EC50 for growth inhibition after 14 d) 5 and 3 mg/kg; oats (EC50 for growth inhibition after 14 d) 36 and 35 mg/kg; earthworms (LC50 for mortality after 14 d) 5 and 15 mg/kg; micro-organisms (EC50 for ammonium oxidase activity after 4 h; after 14 d of incubation of the soil with chromium(VI)) 1 and 3 mg/kg. The effect data prove that the habitat function of the soil is not ensured when applying the precautionary values of the German Soil Protection Ordinance (30 - 100 mg/kg total chromium, depending upon soil type; it is assumed that 10 % of the total chromium is potentially available as chromium(VI). It seems necessary to derive a separate precautionary value for chromium(VI). Especially in soils with high chromium(VI) contents, but low total chro ium contents Affects mav occur althouah the orecautiona values are not exceeded.