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Organisationseinheit der BAM
Influence of weathering on the leaching behaviour of zinc and PAH from synthetic sports surfaces
(2017)
Synthetic materials used for outdoor sports grounds consist of a mix of inorganic, organic and polymeric compounds that show ageing due to weathering and a complex leaching behaviour by percolation of rainwater, which can limit its lifetime. Additionally, weathering exposure induces degradation processes in the polymers, which leads to the formation of new surfaces allowing water to access additional reservoirs of leachable compounds. A laboratory test comprising artificial weathering, ozonisation and subsequent leaching was developed to investigate this behaviour in a reproducible and controllable way. The experiments showed a general decline of Zn, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and total organic carbon (TOC) concentrations after an initial increase. Within this general trend, the course of concentration over exposure duration is very specific for individual sample materials and the analyte under investigation. The results indicate that weathering and degradation behaviour cannot be predicted from initial material conditions. Thus, weathering experiments are recommended to fill this gap of knowledge.
Reaktive Brandschutzbeschichtungen bilden im Brandfall zum Schutz der Stahlträger einen wärmeisolierenden Schaum. Die Systeme beinhalten üblicherweise eine Grundierung, die reaktive Beschichtung und einen Deckanstrich. Jeder Bestandteil enthält eine komplexe Mischung aus verschiedenen Chemikalien wie Additiven, Füllstoffen und Lösungsmitteln, die bei Außenanwendungen in Kontakt mit Regenwasser freigesetzt werden können und negative Auswirkungen auf die Umwelt haben können. Bisher basiert die Bewertung durch das DIBt lediglich auf der Rezeptur der Beschichtungen. Erfahrungen aus dem Bodenschutz oder der Abfallverwertung zeigen, dass Gesamtgehalte alleine für eine Bewertung nicht ausreichen. Die durch Wasser mobilisierbaren Anteile werden mit Elutionsverfahren bestimmt. Ziel der vorgestellten Studie war es, die Eignung von Elutionsverfahren in Kombination mit Ökotoxizitätstests zur Beurteilung der Umweltgefährdung zu untersuchen.
Cadmiumhaltige Pigmente werden in Künstlerfarben (z.B. Cadmiumgelb PY35) verwendet und können beim Reinigen gebrauchter Pinsel mit Wasser über das Abwasser in die Kläranlagen eingetragen werden, wo sie auf Grund ihrer geringen Wasserlöslichkeit im Klärschlamm verbleiben. Bei landwirtschaftlicher Nutzung des Klärschlamms, kann das Cadmium nach Aufnahme in Pflanzen in die menschliche Nahrungskette gelangen. Aufnahme von Cadmium erhöht die Wahrscheinlichkeit an Brustkrebs zu erkranken und führt durch eine Verringerung der Knochendichte zu einer erhöhten Anzahl an Knochenbrüchen. Daher wurde bei der europäischen Chemikalienbehörde ECHA ein Verbotsantrag nach Annex XV von einem Mitgliedsland gestellt.
Mengenmäßig ist der Betrag an Cadmium, der über diesen Expositionsweg auf Agrarflächen eingetragen werden klein: 120 kg im Vergleich zu 120 Tonnen aus anderen Quellen. Zur Abschätzung des Risikos ist allerdings nicht nur die Gesamtmenge entscheidend, sondern auch die Mobilität der Schadstoffe. Um diese zu untersuchen wurden mit Cadmiumpigmenten dotierte Klärschlämme mit Boden gemischt und das Auswaschverhalten mit Hilfe von Säulenperkolationstests untersucht. Das Cadmium liegt in den Pigmenten als Cadmiumsulfid vor, dessen Löslichkeit stark vom Redoxpotential abhängt und dem pH-Wert abhängt. Daher wurden die Versuche unter verschiedenen Redoxbedingungen und mit einem sauren Eluenten durchgeführt.
Eluate wurden über einen Zeitraum von 68 h gesammelt und der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Trübung, Konzentration an organischen Kohlenstoff (TOC) und Cd bestimmt. Das Redoxpotential sinkt nach Start der Elution schnell und hängt von dem Gehalt an Kohlenstoff im Boden ab: Je höher der Gehalt ist, um so langsamer sinkt das Redoxpotential. Einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Cadmiumfreisetzung und Redoxpotential konnte aber nicht gefunden werden. Insgesamt wurden maximal 2 % des vorhandenen Cadmiums freigesetzt. Im Vergleich zu Versuchen mit nicht dotierten Böden, der selbst auch geringe Mengen an Cadmium enthielt, konnte keine erhöhte Freisetzung beobachtet werden. Daraus kann geschlossen werden, dass die Cadmiumpigmente im Boden nur in sehr geringen Maß verfügbar sind
Recycled plastic granules of high-density polyethylene, polyvinyl chloride and polystyrene the size of microplastics were exposed to artificial aging conditions (2000 h; photooxidative and thermo-oxidative) to simulate their fate outdoors. Their potential to leach into water during the aging process was investigated using column percolation tests.
Aging-related changes on the surface of the material were characterised by IR measurements indicating oxidation reactions with the formation of new adsorption bands (C=O, C–O and OH), especially in the case of photooxidative aging.
These findings were confirmed by the identification of leachable organic compounds. Leaching of total organic carbon, Cl, Ca, Cu and Zn is clearly affected by changes due to aging, and their release is increased after photooxidative aging.
In general, exposure to photooxidative conditions shows a greater influence on aging and thus on leaching and seems to be the more important mechanism for the aging of microplastic in the environment. Comparison with the total content of inorganic species revealed that, for most elements, less than 3% of the total content is released after 2000 h of photooxidative aging.
Für Sportböden in Außenanlagen haben sich Kunststoffbeläge und Kunststoffrasenbeläge als extrem nutzungsoptimierte Bodenbeläge bewährt. Neben der Benutzungsqualität ist auch die Bewertung möglicher negativer Auswirkungen auf die Umwelt durch produktionsbedingt enthaltene Schadstoffe notwendig. Sportböden auf Kunststoffbasis sind durch mehrlagige Aufbauten gekennzeichnet. Schadstoffe können in den oberen Lagen in den dort als Füllstoff verwendeten Gummigranulaten vorhanden sein. Die Gesamthöhe dieser Schichten umfasst in der Regel maximal 10 cm. Inhaltsstoffe können durch Regenwasser mobilisiert und mit dem Sickerwasser in den Boden und in das Grundwasser eingetragen werden. Durch eine Kombination von Elutionstests und numerischer Modellierung kann das Mobilisierungs- und Transportpotential ermittelt werden, um eine Boden- und Grundwassergefährdungsabschätzung auf Basis einer Sickerwasserprognose vorzunehmen.
Die hier vorgestellte Studie „Umweltverträglichkeit von Kunststoffbelägen auf Sportfreianlagen- Modellierung der Stofffreisetzung aus Sportböden auf Kunststoffbasis zur Bewertung der Boden- und Grundwasserverträglichkeit“befasst sich ausschließlich mit der Stofffreisetzung und den Pfad Boden-Grundwasser (Boden- und Grundwasserschutz). Der Pfad Boden-Mensch und Belange des Gesundheitsschutzes sind nicht Gegenstand dieser Untersuchungen.
Auslaugversuche wurden mit verschiedenen Bauprodukten durchgeführt, die unter Anwendungsbe-dingungen mit Niederschlägen in Kontakt kommen können. In das Testprogramm wurden Lacke für Außenanwendungen, Wärmedämmverbundsysteme, Dachziegel und polymere Dachfolien einbezogen.
Mit diesen Produkten wurden der von CEN TC 351 entwickelte dynamische Oberflächenauslaugtest (DSLT) und Immersionstests nach EN 16105 durchgeführt. Emissionsverläufe wurden sowohl für an-organische Komponenten als auch für organische Substanzen in den Eluaten ermittelt. Auslaugbare organische Substanzen wurden zuvor in Screeningtests identifiziert.
Um die mögliche Freisetzung von Stoffen aus Bauprodukten beurteilen zu können, ist es erforderlich, Emissionsverläufe zu beschreiben. Dazu sind die verwendeten Testverfahren geeignet. Um Baupro-dukte mit einem Blauen Engel als „Produkte mit geringer Auslaugung“ auszuloben, müssen die aus-laugbaren Substanzen komplett bekannt sein. Für organische Verbindungen ist das noch eine Heraus-forderung. Außerdem erfordert die Bewertung der Testergebnisse sowohl Übertragungsmodelle, die Vorhersagen über freisetzbare Stoffmengen unter Anwendungsbedingungen ermöglichen, als auch Vorgaben zu tolerierbaren Umweltkonzentrationen. Hier besteht noch Handlungsbedarf.
Ausgewählte Ergebnisse des UBA-Vorhabens "Beregnete Bauteile und Bauprodukte: Entwicklungen für Vergabegrundlagen für den Blauen Engel mit Hilfe von Auslaugtest" werden für organische und anorganische Analyten präsentiert. Ein Schwerpunkt ist den Einfluss der verschiedenen Schichten von WDVS-Systemen aufzuzeigen.
Construction products are in contact with water (e.g., rain, seepage water) during their service lifetime and may release potentially harmful compounds by leaching processes. Monitoring studies showed that compounds attributed to construction products are found in storm water and the receiving bodies of water and that the release of biocides in urban areas can be comparable to the input of pesticides from agricultural uses. Therefore, a prospective risk assessment of such products is necessary. Laboratory leaching tests have been developed by the Technical Committee CEN/TC 351 and are ready to use. One major task in the future will be the evaluation of the leaching test results, as concentrations found in laboratory experiments are not directly comparable to the field situations. Another Task will be the selection of compounds to be considered for construction products, which are often a complex mixture and contain additives, pigments, stabilization agents, etc. The formulations of the products may serve as a starting point, but total content is a poor predictor for leachability, and analysis of the eluates is necessary. In some cases, nontargeted approaches might be required to identify compounds in the eluates. In the identification process, plausibility checks referring to available information should be included. Ecotoxicological tests are a complementary method to test eluates, and the combined effects of all compounds—including Degradation products—are included. A bio test battery has been applied in a round robin test and was published in a guidance document. Published studies on the ecotoxicity of construction products show the tests’ suitability to distinguish between products with small and larger effects on the environment.
Leachiing tests - a useful tool for the environmental impact assessment of construction products?
(2018)
Construction products and waste materials used for construction can be in contact with the environment and may release potential harmful compounds. Information on the total content of these substances in the product is not sufficient to assess its envrionmental impact since it does not consider realistic exposure conditions.The impact of these compounds is often assessed by using the total content in the product. This estimation lacks realistic exposure conditions.
Concerning the pathway to soil and groundwater by contact with rain or seepage water leaching tests, which were developed and standardized by the European Committee for Standardization, are available. While for secondary construction products and waste this investigation of the leaching behaviour is standard procedure and is already part of regulation in Germany (draft ordinance on reuse of mineral waste) and within Europe (landfill directive) the release from primary construction products got in the focus more recently. Several monitoring studies found unexpected high concentrations of substances used as herbicides and fungicides in surface water and stormwater originating from urban areas. As some of these compounds are even banned for the use in agricultural applications in Europe alternative sources as roof materials and façade coatings exposed to rain were suggested. Further field and laboratory tests confirmed construction products as sources of these substances in water.
The aim of this presentation is to show exemplary results of existing leaching methods and underline the strength and weaknesses of the test system with selected examples from our work. We especially draw the attention to the research which is still needed to close the gap between the results of leaching experiments and the subsequent risk assessment of the products.
Brominated flame retardants have widely been used for more than 50 years and have been frequently detected in environmental samples as surface water and fish. Leaching from construction products was identified as one possible source. The use of substances as e.g. hexabromocyclododecane (HBCCD) was restricted recently due to increasing concern about negative impacts on the environment and human health caused by the persistent, bio accumulative and toxic properties. New polymeric brominated flame retardants have been developed to replace HBCCD in expanded polystyrene (XPS), which is used for insulation of buildings. It is assumed that the release from the polymer is much smaller in comparison to release of small molecules as HBCCD. The release from the polymer may include monomers or small fragments of different size. Thus, a sum parameter is needed. According to Schlummer et al. it is possible to detect brominated molecules using X-ray fluorescence spectroscopy by determination of brome content in XPS extracts. As only small brominated compounds can be extracted it also allows for the differentiation between the two classes of compounds. This method was applied to verify the presence of different kinds of flame retardants in XPS samples and to evaluate the leaching behavior.