Schadstoffe im Boden: Eine Einführung in Analytik und Bewertung

356 Pages·1997·13.683 MB·German

by  Dipl.-Ing. Jörg Lewandowski, Dipl.-Ing. Stephan Leitschuh, Dr. rer. nat. habil. Volker Koß (auth.)

Lewandowski· Leitschuh· KoB
Schadstoffe im Boden
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Jorg Lewandowski
Stephan Leitschuh
VolkerKoB
Schadstoffe im Boden
Eine Einfiihrung in Analytik und Bewertung
- mit Versuchsanleitungen -
Mit 120 Abbildungen
Springer
Dipl.-Ing. Jarg Lewandowski
Friesenweg 4
33102 Paderborn
Dipl.-Ing. Stephan Leitschuh
PfeilschifterstraBe 18
86415 Mering
Dr. rer. nat. habil. Volker KoB
DorfstraBe 49
23562 Liibeck
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
Lewandowski, Jorg:
Schadstoffe im Boden : eine Einfiihrung in Analytik und Bewertung ;
mit Versuchsanleitungen / Jorg Lewandowski ; Stephan Leitschuh ;
Volker Koss. -Berlin; Heidelberg ; New York; Wien ; Barcelona ;
Budapest ; Paris; Singapore; Tokyo : Springer, 1997
ISBN 978-3-642-63886-2 ISBN 978-3-642-59184-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-59184-6
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1997
Softcover reprint of the hardcover 15t edition 1997
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SPIN: 10537805 30/3136 -5 43 2 1 o - Gedruckt auf săurefreiem Papier
Dank
Wir mochten allen danken, die uns dabei unterstiitzt haben, dieses Buch zu schreiben. Fur uns
war es eine sehr anregende und lehrreiche Zeit. Eine wichtige Voraussetzung war das ausge
zeichnete und produktive Arbeitsklima am Fachgebiet Umweltchemie der Technischen Uni
versiUit Berlin.
Prof. Wagemann und Wim Gorts haben uns in allen Fragen zum didaktischen Aufbau des
Lehrbuches geholfen. Else Schnakenberg und Ulrike Forster standen uns bei der Arbeit im
Labor zur Seite. Jessica Ahrens, Dipl.-Ing. Roland Borchmann, Prof Bruhl, Dipl.-Ing. Kathrin
Buchholz, Dipl.-Geookol. OlafCirpka, Dirk Fiedler, Inka Greusing, Dr. Gricia Grossi, Dipl.
Phys. Norbert Hormann, Esther Hoffinann, Maike JanBen, Dipl.-Ing. Silke Karcher, Dipl.-Ing.
Christina Lampe, Dr. Winfried Link, Dipl.-Ing. Andreas Maile, Dr. Ralf Martens-Menzel,
Heike Podey, Dipl.-Ing. Almut Reichel, Dipl.-Ing. Joachim Reinelt, Dr. Martin Steiofund Prof
Wilke berieten uns bei der inhaltlichen Konzeption dieses Buches, lasen un sere Entwtirfe,
korrigierten Fehler und gaben uns viele Tips, Anregungen und Verbesserungsvorschlage.
Ganz besonders mochten wir Dipl.-Geol. Sabine Huck danken. Ohne ihre unermudliche
Unterstiitzung bei allen kleinen und groBen Problemen gabe es dieses Buch nicht.
Und auch Ihnen, liebe Leserin oder lieber Leser, mochten wir schon jetzt danken, denn wir
hoffe n, daB Sie uns Ihre Kritik und Ihre Anregungen schicken werden.
Berlin, im April 1997 Volker KoB, Stephan Leitschuh, Jorg Lewandowski
Vorwort
Liebe Leserin, Heber Leser,
Sie werden in diesem Buch direkt angesprochen und zum Nachdenken tiber die stoffiiche
Beschaffenheit des Bodens angeregt. Sie konnen vie! lemen tiber Stoffumsetzungen und
Schadstoffverhalten in Boden. Mehr noch: Sie konnen nach dem Verstandnis dieser Prakti
kumsanleitung analytisch begrundet objektiv beurteilen, ob und welche Gefahren fur die
Bodengesundheit am Ort Ihrer Probenahme bestehen. Sie werden iiberdies, nachdem Sie die
leichtverstandlichen theoretischen Betrachtungen begriffen haben, in der Lage sein, auch
fremde Bodenuntersuchungsergebnisse kritisch zu werten und deren Aussagen zu beurteilen.
Sie lesen einen Text, der Ihnen neben seiner wissenschaftlich-grundlichen Form der Darlegun
gen eine Menge Verstandnishilfen bietet und didaktisch wirksam gestaltet ist. Angesichts
konventionell geschriebener Skripten und Anleitungen zu Laborpraktika ist dieses Werk mit
Lust "gegen den Strich gebtirstet": Sie finden eine Menge eingestreuter Comics, die Ich-und
Wtr-Form ist gebraucht, manchmal werden Sie verulkt mit lustigen Fufinoten, die oft aber auch
sehr kIug und interessant sind. Sprachlich holpert's im Text dazu vernehmlich im Bemiihen der
Autoren urn eine perfekte "sexual correctness", wohl als Zeichen der personlichen Zuwendung
zu Ihnen, Older LeserIn".
Prof Dr. Hanskarl Bruhl
Freie Universitat Berlin
Institut fur Geologie
Vorwort
Es hat in Berlin lange und breite Tradition, dafi Studierende Lehrveranstaltungen betreuen. An
der Technischen Universitat war zeitweise jede zweite Lehrperson eine StudentIn im Haupt
studium, die die Universitat als TutorIn angestellt hatte. TutorInnen betreuen "Ubungen in
kleinen Gruppen". Immer gab es daneben aber auch die Idee, dafi sie Veranstaltungen betreuen,
um ein eigenes Thema mit den anderen Studierenden selbstandig zu bearbeiten. Wissen
schaftliches Studium im eigentlichen Sinn.
Ein solches Vorhaben steht am Anfang einer Geschichte, die in das vorliegende Buch tiber
Schadstoffe im Boden mtindet:
1m Studiengang Technischer Umweltschutz gab es kein Praktikum zur Analytik von Schad
stoffen im Boden. Die beiden erstgenannten Autoren entwickelten im Rahmen ihrer Diplom
arbeit Versuche, konzipierten und verfaJ3ten ein Skript. Nun liegt es als Lehrbuch vor, nachdem
es zusammen mit Prof. Kofi nochmals tiberarbeitet wurde.
Die Vetfasser versuchen in besonderem Mafi, didaktische Qualitat zu erreichen. Sie gliedem
den Text nach verschiedenen Handlungsebenen und lassen sich fur die Darstellung durch das
Hamburger VersUindlichkeitskonzept anregen. Die nattirliche Didaktik, die Studierenden eigen
ist, empfinde ich als noch wichtiger: StudentInnen als Lehrende haben ein enges Verhaltnis
zum Lemen, wissen noch, wo Erklarungen notwendig sind und auf welchen Ebenen von
Anschauung und Konkretheit Verstandnis angeregt werden kann, wie Theorien dazu beitragen,
etwas zu sehen, was man ohne sie nicht sieht, und welche Theorien eher verdunkeln.
Man sptirt diese Didaktik beim Lesen des Buches, und StudentInnen werden es daher be
sonders fiuchtbar nutzen konnen.
Prof. Carl-Hellmut Wagemann
Technische Universtitat Berlin
Institut fur Medienpadagogik
und Hochschuldidaktik
Die Wiederfindung der Ich-Form
"Heinz L. Kretzenbacher hat in einem Referat fiber die Sprache der Wissenschaft
... daraufhingewiesen, wie sehr diese Sprache dominiert wird von der 3. Person
des Verbs. Er hat dies sogar mit einer Prozentzahl untermauert, der ich, weil sie
mir geflillt, auch glauben will, niimlich 'weit fiber 90 Prozent aller finiten Verben'
kommen in der 3. Person vor, also 'man konnte beobachten, es wurde beobachtet,
es war zu beobachten, die Beobachtung ergab' usw. Die 2. Person kommt prak
tisch fiberhaupt nicht vor, und die 1. Person, und das wiire ja der Mensch, der
diese Beobachtung macht, unter bestimmten Umstanden, und der schreiben
konnte 'Ich habe beobachtet', dieser Mensch ist mit den Iumpigen Restprozenten
vertreten, mit anderen Worten, er ist aus der normalen Wissenschaft eliminiert.
Diese Haltung ist in meinen Augen eine Denkkatastrophe.
Hat nicht Kant schon die reine Vemunft kritisiert und darauf aufinerksam ge
macht, daB es keine Wahmehmung gibt au8erhalb unserer Wahmehmungs
organe?
Die 3. Person tiiuscht Objektivitiit vor, die au8erhalb unserer Wahmehmung so
und nicht anders vorhanden sei, die sich selbst beobachtet. ...
Mir fehlt das Ich in der Wissenschaft.
Nicht mein personliehes leh, sondem das Ich der wissenschaftlieh Denkenden
und Forschenden. Und damit diejenigen, die sich mit NotizbUittem ausgeriistet
haben, auch einmal etwas aufschreiben konnen, stelle ich jetzt eine Fo rderung:
leh verlange von der Wissenschaft
die Wiedereinfiihrung der Ich-Form."
(Franz Hohler, Schweizer Kabarettist und Schriftsteller, In: uniz1lrich Nr. 2, 1993, S. 60)
Inhaltsverzeichnis
1 Konzeption des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
1.1 Auswahl der Inhalte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
l.2 Didaktik ....................................................... 2
1.3 Durchfiihrung a1s Laborpraktikum ................................... 6
1.4 Gebrauchsanweisung ............................................. 9
1.5 Lernziele ..................................................... 11
2 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
2.1 Boden: Ein Umweltmedium in Gefahr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15
2.2 Gesamtiibersicht Ober die Bodenanalytik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 17
3 Arbeiten im Labor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23
4 Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29
4.1 Planung einer reprasentativen Probenahme ........................... 30
4.2 Ausfuhrung ........................................ Vl . . . . . . .. 37
5 Feldversuche ...................................................... 43
5.1 Bodenart .......................................... V ........ 43
5.2 Bodenfeuchte ....................................... V ........ 48
5.3 pH-Wert ........................................... V ........ 51
5.4 Carbonatgehalt ...................................... V ........ 53
5.5 SchneUtests ................................................... 56
6 Probenvorbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59
6.1 Probenteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V ........ 60
6.2 Trocknen .......................................... V ........ 61
6.3 Sieben ............................................ V ........ 64
6.4 Mahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65
V bedeutet, daB in diesem Kapitel eine Versuchsdurchfhhrung enthalten ist.
I
X Inhaltsverzeiclmis
7 Bodenkundlicbe Laborvenucbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67
7.1 pH-Wert ........................................... V ........ 67
7.2 Kationenaustauschkapazitat ............................ V ........ 74
7.3 Wassergehalt ....................................... V ........ 88
7.4 Humusgehalt ....................................... V ........ 90
7.5 Weitere Parameter .............................................. 95
8 Anorganiscbe ScbadstotTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
8.1 Anorganische Schadstoffe im Boden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99
8.1.1 Schwermetalle ............................................. 99
8.1.2 Kupfer .................................................. 102
8.1.3 Blei. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 103
8.1.4 Salze .................................................... 106
8.1.5 Radionuklide .............................................. 107
8.2 Bindungen der Schwermetalle ..................................... 108
8.2.1 FestIegungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 108
8.2.2 Bindungspartner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 120
8.2.3 Beeinflussung der Mobilitat ................................. " 123
8.3 Probenaufbereitung ............................................ 128
8.3.1 Aufschlu6verfahren ......................................... 128
8.3.2 Sequentielle Extraktion ............................ V ....... 130
8.4 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) .............................. 138
8.4.1 Theoretische Grundlagen .................................... 138
8.4.2 Grundprinzip der AAS ...................................... 141
8.4.3 Aufbau eines Atomabsorptionsspektrometers ..................... 142
8.4.4 Strahlungsquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 142
8.4.5 Atomisierungseinheit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144
8.4.6 Monochromator ........................................... 148
8.4.7 Detektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 149
8.4.8 Fehlerquellen ............................................. 149
8.4.9 Kalibrierung .............................................. 154
8.4.10 Kupfer-und Bleibestimmung ....................... V ....... 158
8.5 Ionenselektive Elektroden ............................. V ....... 164
8.6 Weitere Analysenverfahren ....................................... 169
9 Organiscbe SchadstotTe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 173
9.1 Mobilitat organischer Schadstoffe im Boden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 174
9.2 Organische Schadstoffe im Boden ................................. 180
9.2.1 Benzol, Toluol, Xylol (BTX) ................................. 180
9.2.2 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) ............... 182
9.2.3 Polychlorierte Biphenyle (PCB) ............................... 184