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Reaktive Flammschutzbeschichtungen bilden im Brandfall einen wärmeisolierenden Schaum, der die Stahlträger schützt. Diese Beschichtungen erhalten eine komplexe Mischung aus verschiedenen Chemikalien wie Additiven, Füllstoffen und Lösungsmitteln, die bei Kontakt mit Wasser freigesetzt werden können. Für eine Beurteilung der Auswirkung der auswaschbaren Substanzen auf die Umwelt sollte die gesamte Mischung und nicht nur Einzelkomponenten herangezogen werden. Ziel der vorgestellten Untersuchung war es die Frage zu klären, ob Elutionsverfahren in Kombination mit ökotoxikologischer Testung verwendet werden können, um eine Gefährdung der Umwelt auszuschließen.
Das Freisetzungspotential aus den drei Beschichtungen wurde mit Hilfe von zwei verschiedenen Elutionsverfahren nach DIN/TS 16637-2 (Probe ist permanent in Wasser getaucht) und DIN EN 16105 mehrere (Immersions- und Trocknungszyklen) untersucht. Neben chemischen Parametern (pH-Wert, Leitfähigkeit, Gesamtkohlenstoff, Kationen- und Anionenkonzentration und ein Screening auf organische Substanzen), wurde auch die Wirkung auf verschiedene Organismen (Algen, Daphnien, Fischembryonen und Leuchtbakterien) und die Gentoxizität (AMES) untersucht.
Insgesamt zeigen die Eluate keine bis moderate Toxizität, wobei ein Produkt eine deutlich höhere Toxizität als die anderen beiden Produkte aufweist. Die Eluate zeigen insgesamt eine geringe Leitfähigkeit von 20 bis 150 µS/cm und eine geringe Freisetzung von Kationen und Anionen, die oft unter oder in der Nähe der Bestimmungsgrenze liegen. Lediglich Zink, Barium und Phosphat konnten in nahezu allen Fraktionen des Tests nach DIN/TS 16637-2 nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu lag Phosphat in den Fraktionen des intermittierenden Tests unter der Nachweisgrenze. Dies ist wahrscheinlich auf die kürzere Kontaktzeit zurückzuführen. Die Barium und Zinkkonzentrationen sind ebenfalls geringer im Vergleich zum DIN/TS 16637-2. Das Konzentrationsprofil der DOC-Konzentration ist für die beiden Tests ebenfalls unterschiedlich: im intermittierenden Test sinkt die Konzentration mit den Immersionszyklen, während bei dem Test mit ständigen Tauchen die Konzentration in den letzten Fraktionen steigt. Ein Vergleich der Ökotoxizität der ersten Fraktionen und der Fraktion 7 zeigt, dass diese ebenfalls ansteigt.
Die Kombination der beiden Tests ermöglicht es, nach Produkten mit einem größeren und kleineren Risiko für die Umwelt zu unterscheiden. Allerdings müssen die Fraktionen, die für diese Testung ausgewählt werden je nach Elutionstest, Verwendungsszenario und Konzentrationsprofil der Analyten sorgfältig ausgewählt werden.
Dieses Buch ist die Fortstzung des 2012 ebenfalls in der Schriftenreihe des Bundesinstituts für Sportwissenschaft (2012,02) erschienenen Berichts zum Thema "Umweltverträglichkeit von Kunststoff- und Kunststoffrasenbelägen auf Sportfreianlagen". Bei der ersten Untersuchung lag der Focus auf der Entwicklung von Testmethoden im Labormaßstab, die eine Bewertung des Schadstoffaustrags und des möglichen Gefahrenpotentials für Mensch und Umwelt ermöglichen. Folgerichtig setzte sich das aktuelle Projekt nun mit der Modellierung der Stofffreisetzung auseinander. Diese ist Voraussetzung für eine Bewertung der Boden- und Grundwasserverträglichkeit der untersuchten Sportbodensysteme.
Kurzfassung
Die Umweltverträglichkeit reaktiver Brandschutzbeschichtungen wurde anhand einer Kombination von Auslaugprüfungen und nachfolgender Ökotoxizitätstestung bewertet. Hierzu wurden drei repräsentative reaktive Brandschutz-beschichtungssysteme, die vom Anwendungsbereich her einer direkten Bewitterung ausgesetzt sein können, untersucht. Der Aufbau bestand aus einem Stahlkörper, der Grundierung, einem Haftvermittler, der reaktiven Komponente sowie einem Deckanstrich. Die Prüfkörper wurden in Auslaugversuche nach DIN EN 16105 (Intermittierender Wasserkontakttest mit 9 Immersionszyklen je 1 h Tauchen, 4 h Trocknung und erneut 1 h Tauchen, Flüssig-zu-Flächen (L/A) Verhältnis 25 L/m²) und CEN/TS 16637-2 (Horizontale dynamische Oberflächenauslaugprüfung, DSLT, 8 Fraktionen mit einem L/A Verhältnis von 25 L/m²) getestet. Nachfolgend wurden die DSLT-Eluate hinsichtlich ihrer ökotoxischen Effekte im Algentest (DIN EN ISO 8692), Daphnientest (DIN EN ISO 6341), Fischeitest (DIN EN ISO 15088), Leuchtbakterientest (DIN EN ISO 11348-2) und umu-Test (ISO 13829) sowie bei einem TOC über 10 mg/L im Respirometertest (OECD 301 F) untersucht. Es wurden je eine Eluatmischung der beiden ersten DSLT-Fraktionen sowie ein Eluat nach längerer Exposition (Fraktion 7) untersucht. Zusätzlich wurden Blindwertkontrollen über das gesamte Verfahren mitgetestet.
In den DSLT-Eluaten wurden mit Ausnahme von Zink (Zn) und Barium (Ba) geringe Konzentrationen an Kationen bestimmt. Im GC-MS Screening wurden insbesondere Phenol, 1-Methoxypropylacetat und Benzaldehyd detektiert. Der TOC war in der Fraktion 1 und 2 (Gesamtelutionsdauer 24 h) deutlich geringer, als in der 7. Fraktion (Gesamtelutionsdauer 36 Tage). Als Grund sind ein Aufweichen der Beschichtung sowie die um Faktor 20 verlängerte Kontaktzeit zu nennen. Die Ökotoxizitäten stiegen in der 7. Fraktion deutlich an und erreichten im Leuchtbakterientest Werte bis zu LIDL = 256, während in den vereinigten 1. und 2. Fraktionen lediglich bis zu LIDL=24 bestimmt wurden. Der Daphnientest sprach nur in der 7. Fraktion eines Herstellers an (LIDD = 8), der Fischeitest zeigte in keinem Eluat Effekte. Keine der Proben war im umu-Test gentoxisch. Die Eluate der Fraktion 7 zeigten eine deutliche Abbaubarkeit der organischen Inhaltsstoffe von 69 bis 88%.
Im intermittierenden Tauchtest wurden nur geringe Konzentrationen an Kationen und Anionen im Eluat nachgewiesen. Die berechneten kumulativen Freisetzungen bewegen sich zwischen 10 und 54 mg/m² für Phosphat, zwischen 0,3 und 3 mg/m² für Zn sowie zwischen 0,2 und 0,7 mg/m² für Ba. Im Gegensatz zum DSLT lagen die TOC-Werte der Eluate deutlich niedriger (bis 5 mg/L) und nahmen mit Zunahme der Versuchsdauer ab.
Es wurden Vorschläge für ein geeignetes Untersuchungskonzept für reaktive Brandschutzbeschichtungen erarbeitet.
An Annex XV restriction dossier for cadmium in artists’ paints was submitted by an EU member state to the European Chemicals Agency ECHA. By cleaning used brushes under the tap cadmium can enter the food chain via waste water treatment and subsequent agricultural application of the sewage sludge. It was estimated that 110 kg Cd per year is spread on agricultural land via this exposure route. Other sources of Cd amount to almost 120 tons per year.
The mobility of Cd from pigments was studied in a field-like scenario by leaching experiments using soil samples amended with sewage sludge and spiked with Cd pigments in percolation columns. The redox conditions were confirmed to be the decisive factor for the release of Cd. The release of Cd from artists’ paints was in most cases 1% or lower in the experiments performed.
Cd from artists’ paints in sewage sludge applied in agriculture will be mobilized for intake by crops or to leaching either by oxidation of sulfide to sulfate or by dissolution at lower pH values. The quantity of Cd from artists’ paints calculated in the restriction dossier is however negligible compared to other sources of Cd to agricultural soil. Therefore ECHA did not consider the proposed restriction to be the most appropriate EU wide measure to address the negligible level of risk. In the presentation sources of Cd on agricultural land will be discussed together with possible policy instruments to mitigate such emissions.
Flame retardants are increasingly used in consumer products as e.g. electronics and furniture as well as in construction. Along with the increased usage, concerns about negative effects of flame retardants on human health and the environment have been raised. Concerning construction products one application for flame retardants is the furnishing of steel structures with reactive flameproof coatings. These coatings consist of a complex mixture of different chemicals, additives and solvents. For the evaluation of the risk possibly posed by their application to the environment, this whole mixture should be tested.
Two different leaching tests were applied according to DIN/TS 16637-2 (sample permantly submerged in water) and DIN EN 16105 (immersion and drying cycles), respectively, which can be used for plate-like products. Eluates were divided into subsamples for the measurement of different parameters: pH-value, conductivity, total organic carbon (TOC), cation and anion concentration. For screening of organic compounds, aqueous samples were liquid/liquid extracted using three solvents with different polarity (toluene, hexane and ethylacetate). GC-MS chromatograms were recorded in the SCAN mode and mass spectra of the peaks were compared with spectras stored in the NIST library.
Eluates of leaching test accroding to DIN CEN TS 16637-2 showed low electrical conductivity (20 to 150 µS/cm) and low release of cation and anions often near the LOQ. Diffferences could be observed for plates treated with the reactive coating at both sides and plates coated only at one side, while the other side is only furnished by the corrosive protection layer. Release of TOC and Zn was approx twice or 10 fold higher in the case of plates coated on one side. Furthermore, the comparison of the results for both types of plates showed that a large portion of the released compounds originate rather from the corrosion protection layer than from the reactive coating itself. Leaching tests according to DIN EN 16105 have not been finished yet, but first results show that the conductivity is much lower (1-4 µS/cm) than for the tests according to DIN/TS 16637-2 leading to the assumption that the release of compounds is lower.
By comparison of the mass spectra with library data, mainly organic solvents as xylene, 1-methoxy-2-propanol acetate and n-btuyl carbamate have been tentatively identified so far in the first test fraction done by DIN CEN TS 16637-2.
Background: An Annex XV restriction dossier for cadmium in artists’ paints was submitted by an EU member state to the European Chemicals Agency ECHA. By cleaning used brushes under the tap cadmium can enter the food chain via waste water treatment and subsequent agricultural application of the sewage sludge. It was estimated that 110 kg Cd per year is spread on agricultural land via this exposure route. Other sources of Cd amount to almost 120 tons per year.
Results: The mobility of Cd from pigments was studied in a field-like scenario by leaching experiments using soil samples amended with sewage sludge and spiked with Cd pigments in percolation columns. The redox conditions were confirmed to be the decisive factor for the release of Cd. The release of Cd from artists’ paints was in most cases 1% or lower in the experiments performed.
Conclusions: Application of sewage sludge containing Cd from artist paints does not increase the amount of Cd leached from this soils. Furthermore the quantity of Cd from artists’ paints calculated in the restriction dossier is negligible compared to other sources of Cd to agricultural soil. Therefore ECHA did not consider the proposed restriction to be the most appropriate EU wide measure to address the negligible level of risk.
Im Rahmen eines ZIM-geförderten Projektes wurde eine nass-mechanische Aufbereitung von Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) hinsichtlich der Mengen und der Qualitäten generierter Fraktionen optimiert. Dabei standen besonders die Qualitäten der mineralischen Fraktionen, die mengenmäßig den größten Anteil darstellen, im Vordergrund, da sie für einen möglichen Einsatz als Baustoff nutzbar gemacht werden sollen. Insbesondere die Chlorid- und Sulfatgehalte sollten dafür reduziert werden. Durch die BAM wurde im Projekt u. a. die Freisetzung von umweltrelevanten Stoffen in den mineralischen Fraktionen untersucht. Dafür wurden Schütteleluate als Übereinstimmungstest und Eluate aus Lysimeterversuchen im Labormaßstab zur Bewertung des Langzeitverhaltens auf ihre Inhaltsstoffe analysiert.
Sub-aerial biofilms (SAB) are ubiquitous, self-sufficient microbial ecosystems found on mineral surfaces at all altitudes and latitudes. SABs, which are the principal causes of weathering on exposed terrestrial surfaces, are characterized by patchy growth dominated by associations of algae, cyanobacteria, fungi and heterotrophic bacteria. A recently developed in vitro system to study colonization of rocks exposed to air included two key SAB participants - the rock-inhabiting ascomycete Knufia petricola (CBS 123872) and the phototrophic cyanobacterium Nostoc punctiforme ATCC29133. Both partners are genetically tractable and we used them here to study weathering of granite, K-feldspar and plagioclase. Small fragments of the various rocks or minerals (1–6 mm) were packed into flow-through columns and incubated with 0.1% glucose and 10 μM thiamine-hydrochloride (90 μL min−1) to compare weathering with and without biofilms. Dissolution of the minerals was followed by: (i) analysing the degradation products in the effluent from the columns via Inductively Coupled Plasma Spectroscopy and (ii) by studying polished sections of the incubated mineral fragments/grains using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and energy dispersive X-ray analyses. K. petricola/N. punctiforme stimulated release of Ca, Na, Mg and Mn. Analyses of the polished sections confirmed depletion of Ca, Na and K near the surface of the fragments. The abrupt decrease in Ca concentration observed in peripheral areas of plagioclase fragments favored a dissolution-reprecipitation mechanism. Percolation columns in combination with a model biofilm can thus be used to study weathering in closed systems. Columns can easily be filled with different minerals and biofilms, the effluent as well as grains can be collected after long-term exposure under axenic conditions and easily analyzed.