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55. Umweltverschmutzungskontrolle

Kapitel-Editoren: Jerry Spiegel und Lucien Y. Maystre


 

Inhaltsverzeichnis

Tabellen und Abbildungen

Kontrolle und Vermeidung von Umweltverschmutzung
Jerry Spiegel und Lucien Y. Maystre

Luftreinhaltung
Dietrich Schwela und Berenice Goelzer

Luftverschmutzung: Modellierung der Luftschadstoffausbreitung
Marion Wichmann-Fiebig

Überwachung der Luftqualität
Hans-Ulrich Pfeffer und Peter Bruckmann

Luftreinhaltung
Johannes Elias

Wasserverschmutzungskontrolle
Herbert C. Preul

Abwasserrückgewinnungsprojekt der Region Dan: Eine Fallstudie
Alexander Donagi

Grundsätze der Abfallwirtschaft
Lucien Y. Maystre

Entsorgung und Recycling fester Abfälle
Niels Jorn Hahn und Poul S. Lauridsen

Fallstudie: Canadian Multimedia Pollution Control and Prevention on the Great Lakes
Thomas Tseng, Victor Shantora und Ian R. Smith

Sauberere Produktionstechnologien
David Bennett

Tische

Klicken Sie unten auf einen Link, um die Tabelle im Artikelkontext anzuzeigen.

1. Häufige Luftschadstoffe und ihre Quellen
2. Messplanungsparameter
3. Manuelle Messverfahren für anorganische Gase
4. Automatisierte Messverfahren für anorganische Gase
5. Messverfahren für Schwebstoffe
6. Langstrecken-Messverfahren
7. Chromatographische Messverfahren für die Luftqualität
8. Systematische Überwachung der Luftqualität in Deutschland
9. Schritte bei der Auswahl von Verschmutzungskontrollen
10 Luftqualitätsnormen für Schwefeldioxid
11 Luftqualitätsnormen für Benzol
12 Beispiele für die beste verfügbare Steuerungstechnologie
13 Industriegas: Reinigungsverfahren
14 Muster-Emissionsraten für industrielle Prozesse
15  Abwasserbehandlungsvorgänge und -prozesse
16 Liste der untersuchten Parameter
17 An den Förderbrunnen untersuchte Parameter
18 Abfallquellen
19 Kriterien für die Auswahl von Stoffen
20 Verringerung der Freisetzung von Dioxin und Furan in Kanada

Zahlen

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Im Laufe des XNUMX Gefahren für die Umwelt) hat die Entwicklung und Anwendung von Methoden und Technologien zur Verringerung der Auswirkungen der Umweltverschmutzung angeregt. In diesem Zusammenhang haben die Regierungen regulatorische und andere politische Maßnahmen ergriffen (wie in Kapitel XNUMX beschrieben). Umweltpolitik), um negative Auswirkungen zu minimieren und sicherzustellen, dass Umweltqualitätsstandards erreicht werden.

Ziel dieses Kapitels ist es, eine Orientierung zu den Methoden zu geben, die zur Kontrolle und Vermeidung von Umweltbelastungen angewendet werden. Die Grundsätze zur Beseitigung negativer Auswirkungen auf die Wasser-, Luft- oder Bodenqualität werden vorgestellt; die Verlagerung des Schwerpunkts von der Kontrolle zur Prävention wird berücksichtigt; und die Grenzen von Baulösungen für einzelne Umweltmedien werden untersucht. Es reicht beispielsweise nicht aus, die Luft zu schützen, indem Spurenmetalle aus einem Rauchgas entfernt werden, nur um diese Schadstoffe durch unsachgemäße Abfallmanagementpraktiken auf das Land zu übertragen. Integrierte Multimedia-Lösungen sind gefragt.

Der Umweltschutzansatz

Die Umweltfolgen der raschen Industrialisierung haben zu unzähligen Vorfällen von Land-, Luft- und Wasserressourcen geführt, die mit giftigen Materialien und anderen Schadstoffen kontaminiert wurden und Menschen und Ökosysteme mit ernsthaften Gesundheitsrisiken bedrohen. Die umfassendere und intensivere Nutzung von Materialien und Energie hat zu einem zunehmenden Druck auf die Qualität lokaler, regionaler und globaler Ökosysteme geführt.

Bevor es eine konzertierte Anstrengung gab, die Auswirkungen der Umweltverschmutzung zu begrenzen, ging das Umweltmanagement kaum über Laissez-faire-Toleranz hinaus, gemildert durch die Entsorgung von Abfällen, um störende lokale Belästigungen zu vermeiden, die kurzfristig gedacht waren. Bei nicht akzeptablen Schäden wurde ausnahmsweise Sanierungsbedarf anerkannt. Als das Tempo der industriellen Aktivität zunahm und das Verständnis der kumulativen Effekte zunahm, a Umweltschutz Paradigma wurde zum vorherrschenden Ansatz für das Umweltmanagement.

Als Grundlage für den Steuerungsansatz dienten zwei konkrete Konzepte:

  • Assimilationsfähigkeit Konzept, das das Vorhandensein eines bestimmten Emissionsniveaus in die Umwelt behauptet, das nicht zu unannehmbaren Auswirkungen auf die Umwelt oder die menschliche Gesundheit führt
  • Prinzip der Kontrolle Konzept, das davon ausgeht, dass Umweltschäden vermieden werden können, indem Art, Zeitpunkt und Geschwindigkeit des Eintrags von Schadstoffen in die Umwelt kontrolliert werden

 

Unter dem Umweltschutzansatz haben sich Versuche zum Schutz der Umwelt insbesondere auf das Isolieren von Schadstoffen aus der Umgebung und die Verwendung von End-of-Pipe-Filtern und -Wäschern verlassen. Diese Lösungen konzentrierten sich eher auf medienspezifische Umweltqualitätsziele oder Emissionsgrenzwerte und zielten hauptsächlich auf Punktquelleneinleitungen in bestimmte Umweltmedien (Luft, Wasser, Boden).

Anwendung von Pollution Control-Technologien

Die Anwendung von Methoden zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung hat eine beträchtliche Wirksamkeit bei der Bekämpfung von Verschmutzungsproblemen gezeigt – insbesondere solcher mit lokalem Charakter. Die Anwendung geeigneter Technologien basiert auf einer systematischen Analyse der Quelle und Art der fraglichen Emission oder Einleitung, ihrer Wechselwirkung mit dem Ökosystem und dem zu behandelnden Umweltverschmutzungsproblem sowie der Entwicklung geeigneter Technologien zur Minderung und Überwachung der Auswirkungen der Umweltverschmutzung .

In ihrem Artikel zur Luftreinhaltung erklären Dietrich Schwela und Berenice Goelzer die Bedeutung und die Auswirkungen eines umfassenden Ansatzes zur Bewertung und Kontrolle von Punktquellen und nicht punktuellen Quellen der Luftverschmutzung. Sie heben auch die Herausforderungen – und Möglichkeiten – hervor, die in Ländern angegangen werden, die eine rasche Industrialisierung durchlaufen, ohne dass eine starke Verschmutzungskontrollkomponente die frühere Entwicklung begleitet hat.

Marion Wichman-Fiebig erläutert die Methoden, die zur Modellierung der Luftschadstoffausbreitung angewendet werden, um die Natur von Verschmutzungsproblemen zu bestimmen und zu charakterisieren. Dies bildet die Grundlage, um die umzusetzenden Kontrollen zu verstehen und deren Wirksamkeit zu beurteilen. Mit der Vertiefung des Verständnisses möglicher Auswirkungen hat sich das Verständnis der Auswirkungen von der lokalen über die regionale bis hin zur globalen Ebene ausgeweitet.

Hans-Ulrich Pfeffer und Peter Bruckmann geben eine Einführung in die Geräte und Methoden, die zur Überwachung der Luftqualität verwendet werden, damit potenzielle Verschmutzungsprobleme bewertet und die Wirksamkeit von Kontroll- und Präventionsmaßnahmen bewertet werden können.

John Elias gibt einen Überblick über die Arten der Luftreinhaltung, die angewendet werden können, und die Probleme, die bei der Auswahl geeigneter Verwaltungsoptionen für die Luftreinhaltung angegangen werden müssen.

Die Herausforderung des Gewässerschutzes wird von Herbert Preul in einem Artikel angesprochen, der die Grundlagen erläutert, auf denen die natürlichen Gewässer der Erde aus punktuellen, nicht punktuellen und intermittierenden Quellen verschmutzt werden können; die Grundlage für die Regulierung der Gewässerverschmutzung; und die verschiedenen Kriterien, die bei der Festlegung von Kontrollprogrammen angewendet werden können. Preul erklärt die Art und Weise, wie Einleitungen in Gewässer gelangen und analysiert und bewertet werden können, um Risiken zu bewerten und zu bewältigen. Abschließend wird ein Überblick über die Techniken gegeben, die zur großtechnischen Abwasserreinigung und zum Gewässerschutz eingesetzt werden.

Eine Fallstudie zeigt anschaulich, wie Abwasser wiederverwendet werden kann - ein Thema von erheblicher Bedeutung bei der Suche nach Wegen, wie Umweltressourcen effektiv genutzt werden können, insbesondere in Zeiten knapper Ressourcen. Alexander Donagi gibt einen Überblick über den verfolgten Ansatz zur Behandlung und Grundwasseranreicherung von kommunalem Abwasser für eine Bevölkerung von 1.5 Millionen in Israel.

Umfassendes Abfallmanagement

Unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes wird Abfall als unerwünschtes Nebenprodukt des Produktionsprozesses angesehen, das eingedämmt werden muss, um sicherzustellen, dass Boden, Wasser und Luftressourcen nicht über ein als akzeptabel erachtetes Maß hinaus belastet werden. Lucien Maystre gibt einen Überblick über die Probleme, die bei der Abfallbewirtschaftung angegangen werden müssen, und stellt eine konzeptionelle Verbindung zu den immer wichtiger werdenden Rollen des Recyclings und der Vermeidung von Umweltverschmutzung her.

Als Reaktion auf umfangreiche Beweise für die ernsthafte Kontamination im Zusammenhang mit der uneingeschränkten Abfallbewirtschaftung haben Regierungen Standards für akzeptable Praktiken für die Sammlung, Handhabung und Entsorgung festgelegt, um den Umweltschutz zu gewährleisten. Besonderes Augenmerk wurde auf die Kriterien für eine umweltgerechte Entsorgung durch geordnete Deponien, Verbrennung und Sonderabfallbehandlung gelegt.

Um die potenzielle Umweltbelastung und Kosten im Zusammenhang mit der Abfallentsorgung zu vermeiden und einen gründlicheren Umgang mit knappen Ressourcen zu fördern, haben Abfallminimierung und Recycling zunehmende Aufmerksamkeit erfahren. Niels Hahn und Poul Lauridsen geben eine Zusammenfassung der Probleme, die bei der Verfolgung von Recycling als bevorzugte Abfallbewirtschaftungsstrategie angesprochen werden, und betrachten die möglichen Auswirkungen auf die Arbeitnehmerexposition.

Verlagerung des Schwerpunkts auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung

Die End-of-Pipe-Rohrreinigung birgt das Risiko, Verschmutzung von einem Medium auf ein anderes zu übertragen, wo sie entweder ebenso schwerwiegende Umweltprobleme verursachen oder sogar als indirekte Verschmutzungsquelle für dasselbe Medium enden kann. Die End-of-Pipe-Sanierung ist zwar nicht so teuer wie die Sanierung, kann aber erheblich zu den Kosten von Produktionsprozessen beitragen, ohne einen Wertbeitrag zu leisten. Sie ist typischerweise auch mit Regulierungssystemen verbunden, die andere Kostensätze im Zusammenhang mit der Durchsetzung der Einhaltung von Vorschriften verursachen.

Während der Verschmutzungskontrollansatz beträchtlichen Erfolg bei der Erzielung kurzfristiger Verbesserungen für lokale Verschmutzungsprobleme erzielt hat, war er weniger effektiv bei der Behandlung kumulativer Probleme, die zunehmend auf regionaler (z. B. saurer Regen) oder globaler Ebene (z. B. Ozonabbau) erkannt werden .

Ziel eines gesundheitsorientierten Umweltschutzprogramms ist die Förderung einer besseren Lebensqualität durch Reduzierung der Umweltbelastung auf ein möglichst geringes Maß. Programme und Richtlinien zur Kontrolle der Umweltverschmutzung, deren Auswirkungen und Prioritäten von Land zu Land unterschiedlich sind, decken alle Aspekte der Umweltverschmutzung (Luft, Wasser, Boden usw.) ab und beinhalten die Koordinierung zwischen Bereichen wie industrielle Entwicklung, Stadtplanung, Entwicklung der Wasserressourcen und Transport Richtlinien.

Thomas Tseng, Victor Shantora und Ian Smith liefern ein Fallstudienbeispiel für die multimedialen Auswirkungen, die die Umweltverschmutzung auf ein empfindliches Ökosystem hatte, das vielen Belastungen ausgesetzt war – die nordamerikanischen Großen Seen. Insbesondere wird die begrenzte Wirksamkeit des Immissionsschutzmodells im Umgang mit persistenten Toxinen, die sich über die Umwelt verteilen, untersucht. Durch die Fokussierung auf den in einem Land verfolgten Ansatz und die Implikationen, die dies für internationales Handeln hat, werden die Implikationen für Maßnahmen verdeutlicht, die sich sowohl mit Prävention als auch mit Bekämpfung befassen.

Da die Technologien zur Kontrolle der Umweltverschmutzung immer ausgefeilter und teurer geworden sind, besteht ein wachsendes Interesse an Möglichkeiten, Prävention in die Gestaltung industrieller Prozesse einzubeziehen – mit dem Ziel, schädliche Umweltauswirkungen zu beseitigen und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der Industrien zu fördern. Zu den Vorteilen von Ansätzen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung, sauberen Technologien und der Verringerung des Einsatzes toxischer Stoffe gehört das Potenzial, die Gesundheitsrisiken der Arbeitnehmer zu beseitigen.

David Bennett gibt einen Überblick darüber, warum sich die Vermeidung von Umweltverschmutzung als bevorzugte Strategie herauskristallisiert und in welcher Beziehung sie zu anderen Umweltmanagementmethoden steht. Dieser Ansatz ist von zentraler Bedeutung für die Umsetzung des Übergangs zu nachhaltiger Entwicklung, der seit der Entlassung der Kommission der Vereinten Nationen für Handel und Entwicklung im Jahr 1987 weithin unterstützt und auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung (UNCED) in Rio im Jahr 1992 bekräftigt wurde.

Der Ansatz zur Vermeidung von Umweltverschmutzung konzentriert sich direkt auf den Einsatz von Prozessen, Praktiken, Materialien und Energie, die die Entstehung von Schadstoffen und Abfällen an der Quelle vermeiden oder minimieren, und nicht auf „zusätzliche“ Minderungsmaßnahmen. Während das unternehmerische Engagement eine entscheidende Rolle bei der Entscheidung spielt, die Umweltverschmutzung voranzutreiben (siehe Bringer und Zoesel in Umweltpolitik) macht Bennett auf die gesellschaftlichen Vorteile aufmerksam, wenn Risiken für das Ökosystem und die menschliche Gesundheit – und insbesondere für die Gesundheit der Arbeitnehmer – verringert werden. Er identifiziert Grundsätze, die bei der Bewertung von Möglichkeiten zur Verfolgung dieses Ansatzes sinnvoll angewendet werden können.

 

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Mittwoch, März 09 2011 15: 30

Luftreinhaltung

Das Ziel des Luftreinhaltungsmanagements ist die Beseitigung oder Verringerung auf ein akzeptables Niveau von gasförmigen Schadstoffen in der Luft, Schwebstaub und physikalischen und in gewissem Umfang biologischen Stoffen, deren Vorhandensein in der Atmosphäre nachteilige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben kann (z. Anstieg der Inzidenz oder Prävalenz von Atemwegserkrankungen, Morbidität, Krebs, übermäßige Sterblichkeit) oder Wohlergehen (z. B. sensorische Auswirkungen, Verringerung der Sichtbarkeit), schädliche Auswirkungen auf Tier- oder Pflanzenleben, Schäden an Materialien von wirtschaftlichem Wert für die Gesellschaft und Schäden an der Umwelt (z. B. klimatische Veränderungen). Die ernsthaften Gefahren, die mit radioaktiven Schadstoffen verbunden sind, sowie die besonderen Verfahren, die für ihre Kontrolle und Entsorgung erforderlich sind, verdienen ebenfalls sorgfältige Aufmerksamkeit.

Die Bedeutung eines effizienten Managements der Außen- und Innenluftverschmutzung kann nicht genug betont werden. Wenn es keine angemessene Kontrolle gibt, kann die Vervielfachung von Verschmutzungsquellen in der modernen Welt zu irreparablen Schäden für die Umwelt und die Menschheit führen.

Das Ziel dieses Artikels ist es, einen allgemeinen Überblick über die möglichen Ansätze für das Management der Immissionsverschmutzung durch Kraftfahrzeuge und industrielle Quellen zu geben. Es ist jedoch von vornherein zu betonen, dass die Innenraumluftverschmutzung (insbesondere in Entwicklungsländern) aufgrund der Beobachtung, dass die Schadstoffkonzentrationen in der Innenraumluft oft wesentlich höher sind als die Außenluftkonzentrationen, eine noch größere Rolle als die Außenluftverschmutzung spielen kann.

Abgesehen von Überlegungen zu Emissionen aus festen oder mobilen Quellen umfasst das Luftreinhaltungsmanagement die Berücksichtigung zusätzlicher Faktoren (wie Topografie und Meteorologie sowie die Beteiligung von Gemeinden und Regierungen, neben vielen anderen), die alle in ein umfassendes Programm integriert werden müssen. Beispielsweise können meteorologische Bedingungen die bodennahen Konzentrationen, die aus derselben Schadstoffemission resultieren, stark beeinflussen. Luftverschmutzungsquellen können über eine Gemeinde oder Region verstreut sein, und ihre Auswirkungen können von mehr als einer Verwaltung gespürt oder an ihrer Kontrolle beteiligt sein. Darüber hinaus kennt die Luftverschmutzung keine Grenzen, und Emissionen aus einer Region können durch den Fernverkehr Auswirkungen in einer anderen Region haben.

Das Luftreinhaltungsmanagement erfordert daher einen multidisziplinären Ansatz sowie eine gemeinsame Anstrengung privater und staatlicher Stellen.

Quellen der Luftverschmutzung

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von menschengemachter Luftverschmutzung (oder Emissionsquellen):

  • stationär, die unterteilt werden können in Flächenquellen wie landwirtschaftliche Produktion, Bergbau und Steinbrüche, Industrie, Punkt- und Flächenquellen wie die Herstellung von Chemikalien, nichtmetallische Mineralprodukte, Grundmetallindustrie, Stromerzeugung und Gemeinschaftsquellen (z. B. Beheizung von Häusern und Gebäuden, Siedlungsabfall- und Klärschlammverbrennungsanlagen, Feuerstätten, Kochanlagen, Wäschereien und Reinigungsanlagen)
  • Mobile, einschließlich aller Arten von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (z. B. leichte benzinbetriebene Autos, leichte und schwere dieselbetriebene Fahrzeuge, Motorräder, Flugzeuge, einschließlich Linienquellen mit Emissionen von Gasen und Feinstaub aus dem Fahrzeugverkehr).

 

Hinzu kommen natürliche Schadstoffquellen (z. B. Erosionsgebiete, Vulkane, bestimmte Pflanzen, die große Mengen an Pollen freisetzen, Bakterien-, Sporen- und Virenquellen). Natürliche Quellen werden in diesem Artikel nicht behandelt.

Arten von Luftschadstoffen

Luftschadstoffe werden üblicherweise in Schwebstoffe (Stäube, Dämpfe, Nebel, Rauche), gasförmige Schadstoffe (Gase und Dämpfe) und Gerüche eingeteilt. Einige Beispiele für übliche Schadstoffe sind nachstehend aufgeführt:

Schwebstoffe (SPM, PM-10) umfasst Dieselabgase, Kohleflugasche, Mineralstäube (z. B. Kohle, Asbest, Kalkstein, Zement), Metallstäube und -dämpfe (z. B. Zink, Kupfer, Eisen, Blei) und Säurenebel (z , Schwefelsäure), Fluoride, Farbpigmente, Pestizidrückstände, Ruß und Ölrauch. Schwebende partikelförmige Schadstoffe können neben ihrer Wirkung, Atemwegserkrankungen, Krebs, Korrosion, Zerstörung von Pflanzen usw. hervorzurufen, auch eine Belästigung darstellen (z. B. Ansammlung von Schmutz), das Sonnenlicht stören (z. B. Bildung von Smog und Dunst aufgrund von Lichtstreuung) und wirken als katalytische Oberflächen für die Reaktion von adsorbierten Chemikalien.

Gasförmige Schadstoffe umfassen Schwefelverbindungen (z. B. Schwefeldioxid (SO2) und Schwefeltrioxid (SO3)), Kohlenmonoxid, Stickstoffverbindungen (z. B. Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Ammoniak), organische Verbindungen (z. B. Kohlenwasserstoffe (HC), flüchtige organische Verbindungen (VOC), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), Aldehyde), Halogenverbindungen und Halogenderivate (z. B. HF und HCl), Schwefelwasserstoff, Schwefelkohlenstoff und Mercaptane (Gerüche).

Sekundäre Schadstoffe können durch thermische, chemische oder photochemische Reaktionen entstehen. Beispielsweise kann Schwefeldioxid durch thermische Einwirkung zu Schwefeltrioxid oxidieren, das in Wasser gelöst zur Bildung von Schwefelsäurenebel führt (katalysiert durch Mangan- und Eisenoxide). Photochemische Reaktionen zwischen Stickoxiden und reaktiven Kohlenwasserstoffen können Ozon (O3), Formaldehyd und Peroxyacetylnitrat (PAN); Reaktionen zwischen HCl und Formaldehyd können Bischlormethylether bilden.

Während einige Gerüche bekanntermaßen durch bestimmte chemische Stoffe wie Schwefelwasserstoff (H2S), Schwefelkohlenstoff (CS2) und Mercaptane (R-SH oder R1-S-R2) andere sind chemisch schwer zu definieren.

Beispiele für die Hauptschadstoffe, die mit einigen industriellen Luftverschmutzungsquellen in Verbindung gebracht werden, sind in Tabelle 1 aufgeführt (Economopoulos 1993).

Tabelle 1. Übliche Luftschadstoffe und ihre Quellen

Kategorie

Quelle

Ausgestoßene Schadstoffe

Landwirtschaft

Offenes Brennen

SPM, CO, VOC

Bergbau und
Steinbruch

Kohle abbauen

Rohöl
und Erdgasförderung

Nichteisenerzabbau

Steinbruch

SPM, SO2, Ich habe nichtx, VOC

SO2

SPM, Pb

SPM

Fertigung

Lebensmittel, Getränke und Tabak

Textil- und Lederindustrie

Holzprodukte

Papierprodukte, Druck

SPM, CO, VOC, H2S

SPM, VOC

SPM, VOC

SPM, SO2, CO, VOC, H2S, R-SH

Herstellung
von Chemikalien

Phthalsäureanhydrid

Chloralkali

Salzsäure

Fluorwasserstoffsäure

Schwefelsäure

Salpetersäure

Phosphorsäure

Bleioxid und Pigmente

Ammoniak

Natriumcarbonat

Calciumcarbid

Adipinsäure

Alkylblei

Maleinsäureanhydrid u
Terephthalsäure

Dünger und
Pestizidproduktion

Ammoniumnitrat

Ammoniumsulfat

Kunstharze, Kunststoff
Materialien, Fasern

Farben, Firnisse, Lacke

STÜCKSEIFE

Ruß und Druckfarbe

Trinitrotoluol

SPM, SO2, CO, VOC

Cl2

HCl

HF, SiF4

SO2, SO3

NEINx

SPM, F2

SPM, Pb

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, NH3

SPM, NH3

SPM

SPM, NRx, CO, VOC

Pb

CO, VOC

SPM, NH3

SPM, NH3, H.N.O.3

VOC

SPM, VOC, H2S, CS2

SPM, VOC

SPM

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, H2S

SPM, SO2, Ich habe nichtx, SO3, H.N.O.3

Erdölraffinerien

Verschiedene Produkte
von Erdöl und Kohle

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC

Nichtmetallisches Mineral
Herstellung von Produkten

Glasprodukte

Strukturelle Tonprodukte

Zement, Kalk und Gips

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, F

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, F2

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO

Grundlegende Metallindustrien

Eisen und Stahl

Nichteisenindustrie

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, Pb

SPM, SO2, F, Pb

Stromerzeugung

Strom, Gas und Dampf

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, SO3, Pb

Großhandel und
Einzelhandel

Kraftstofflagerung, Tankvorgänge

VOC

Transport

 

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, Pb

Gemeinützige Arbeit

Kommunale Verbrennungsanlagen

SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC, Pb

Quelle: Economopoulos 1993

Umsetzungspläne für saubere Luft

Das Luftqualitätsmanagement zielt auf die Erhaltung der Umweltqualität ab, indem es den tolerierten Verschmutzungsgrad vorschreibt und es den lokalen Behörden und Verursachern überlässt, Maßnahmen zu entwickeln und umzusetzen, um sicherzustellen, dass dieser Verschmutzungsgrad nicht überschritten wird. Ein Beispiel für Rechtsvorschriften innerhalb dieses Ansatzes ist die Annahme von Luftqualitätsnormen, die sehr oft auf Luftqualitätsrichtlinien (WHO 1987) für verschiedene Schadstoffe beruhen; dies sind akzeptierte Höchstwerte für Schadstoffe (oder Indikatoren) im Zielgebiet (z. B. in Bodennähe an einem bestimmten Punkt in einer Gemeinde) und können entweder primäre oder sekundäre Standards sein. Primärstandards (WHO 1980) sind Höchstgehalte, die mit einem angemessenen Sicherheitsabstand und der Erhaltung der öffentlichen Gesundheit vereinbar sind und innerhalb einer bestimmten Frist eingehalten werden müssen; sekundäre Standards sind solche, die zum Schutz vor bekannten oder erwarteten schädlichen Wirkungen außer Gesundheitsgefahren (hauptsächlich auf die Vegetation) als notwendig erachtet werden und „innerhalb einer angemessenen Zeit“ eingehalten werden müssen. Luftqualitätsnormen sind kurz-, mittel- oder langfristige Werte, die für 24 Stunden pro Tag, 7 Tage pro Woche und für eine monatliche, saisonale oder jährliche Exposition aller lebenden Personen (einschließlich sensibler Untergruppen wie Kinder, ältere Menschen und Menschen) gelten krank) sowie nicht lebende Objekte; dies steht im Gegensatz zu den zulässigen Höchstwerten für die berufliche Exposition, die für eine teilweise wöchentliche Exposition (z. B. 8 Stunden pro Tag, 5 Tage pro Woche) von erwachsenen und angeblich gesunden Arbeitnehmern gelten.

Typische Maßnahmen im Luftqualitätsmanagement sind Kontrollmaßnahmen an der Quelle, zum Beispiel die Durchsetzung des Einsatzes von Katalysatoren in Fahrzeugen oder von Emissionsnormen in Verbrennungsanlagen, die Flächennutzungsplanung und die Schließung von Fabriken oder die Reduzierung des Verkehrs bei ungünstigen Wetterbedingungen . Das beste Luftqualitätsmanagement betont, dass die Luftschadstoffemissionen so gering wie möglich gehalten werden sollten; dies wird im Wesentlichen durch Emissionsstandards für einzelne Quellen der Luftverschmutzung definiert und könnte für industrielle Quellen beispielsweise durch geschlossene Systeme und hocheffiziente Kollektoren erreicht werden. Eine Emissionsnorm ist eine Begrenzung der Menge oder Konzentration eines Schadstoffs, der von einer Quelle emittiert wird. Diese Art von Gesetzgebung erfordert für jede Branche eine Entscheidung über die besten Mittel zur Kontrolle ihrer Emissionen (dh Festsetzung von Emissionsnormen).

Das grundlegende Ziel des Luftreinhaltemanagements ist die Ableitung eines Luftreinhalteplans (bzw. Luftreinhalteplans) (Schwela und Köth-Jahr 1994), der aus folgenden Elementen besteht:

  • Gebietsbeschreibung in Bezug auf Topographie, Meteorologie und Sozioökonomie
  • Emissionsinventar
  • Vergleich mit Abgasnormen
  • Inventar der Luftschadstoffkonzentrationen
  • simulierte Luftschadstoffkonzentrationen
  • Vergleich mit Luftqualitätsnormen
  • Bestandsaufnahme der Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt
  • Ursachenanalyse
  • Kontrollmaßnahmen
  • Kosten der Kontrollmaßnahmen
  • Kosten der öffentlichen Gesundheit und Umweltauswirkungen
  • Kosten-Nutzen-Analyse (Kontrollkosten vs. Aufwandskosten)
  • Verkehrs- und Flächennutzungsplanung
  • Durchsetzungsplan; Ressourcenbindung
  • Prognosen für die Zukunft zu Bevölkerung, Verkehr, Industrie und Kraftstoffverbrauch
  • Strategien zur Nachsorge.

 

Einige dieser Probleme werden nachstehend beschrieben.

Emissionsinventar; Vergleich mit Abgasnormen

Das Emissionsinventar ist eine möglichst vollständige Auflistung der Quellen in einem bestimmten Gebiet und ihrer einzelnen Emissionen, die so genau wie möglich aus allen emittierenden Punkt-, Linien- und Flächenquellen (diffus) geschätzt werden. Der Vergleich dieser Emissionen mit Emissionsnormen, die für eine bestimmte Quelle festgelegt wurden, gibt erste Hinweise auf mögliche Kontrollmaßnahmen, wenn Emissionsnormen nicht eingehalten werden. Das Emissionsinventar dient auch der Bewertung einer Prioritätenliste wichtiger Quellen nach der Menge der emittierten Schadstoffe und zeigt den relativen Einfluss verschiedener Quellen auf – zum Beispiel Verkehr im Vergleich zu industriellen oder privaten Quellen. Das Emissionsinventar ermöglicht auch eine Schätzung der Luftschadstoffkonzentrationen für solche Schadstoffe, für die Messungen der Umgebungskonzentration schwierig oder zu teuer durchzuführen sind.

Verzeichnis der Luftschadstoffkonzentrationen; Vergleich mit Luftqualitätsnormen

Das Luftschadstoffkonzentrationsinventar fasst die Ergebnisse der Überwachung von Immissionsschadstoffen in Jahresmittelwerten, Perzentilen und Trends dieser Mengen zusammen. Zu den für ein solches Inventar gemessenen Verbindungen gehören die folgenden:

  • Schwefeldioxid
  • Stickoxide
  • Schwebstoffe
  • Kohlenmonoxid
  • Ozon
  • Schwermetalle (Pb, Cd, Ni, Cu, Fe, As, Be)
  • Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe: Benzo(a)Pyren, Benzo(e)Pyren, Benzo(a)Anthracen, Dibenzo(Ah)Anthracen, Benzobeachten)Perylen, Coronen
  • flüchtige organische Verbindungen: n-Hexan, Benzol, 3-Methylhexan, n-Heptan, Toluol, Octan, Ethylbenzol, Xylol (o-,m-,p-), n-Nonan, Isopropylbenzol, Propylbenzol, n-2-/3-/4-Ethyltoluol, 1,2,4-/1,3,5-Trimethylbenzol, Trichlormethan, 1,1,1-Trichlorethan, Tetrachlormethan, Tri-/Tetrachlorethen.

 

Der Vergleich von Luftschadstoffkonzentrationen mit Luftqualitätsnormen oder -richtlinien, falls vorhanden, zeigt Problembereiche auf, für die eine Ursachenanalyse durchgeführt werden muss, um herauszufinden, welche Quellen für die Nichteinhaltung verantwortlich sind. Zur Durchführung dieser Kausalanalyse muss die Ausbreitungsmodellierung herangezogen werden (siehe „Luftverschmutzung: Modellierung der Luftschadstoffausbreitung“). Geräte und Verfahren, die in der heutigen Immissionsüberwachung verwendet werden, sind in „Luftqualitätsüberwachung“ beschrieben.

Simulierte Luftschadstoffkonzentrationen; Vergleich mit Luftqualitätsnormen

Ausgehend vom Emissionsinventar mit seinen Tausenden von Verbindungen, die aus wirtschaftlichen Gründen nicht alle in der Umgebungsluft überwacht werden können, kann der Einsatz von Ausbreitungsmodellen helfen, die Konzentrationen „exotischerer“ Verbindungen abzuschätzen. Unter Verwendung geeigneter meteorologischer Parameter in einem geeigneten Ausbreitungsmodell können Jahresmittelwerte und Perzentile geschätzt und mit Luftqualitätsnormen oder -richtlinien, falls vorhanden, verglichen werden.

Inventar der Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt; Ursachenanalyse

Eine weitere wichtige Informationsquelle ist das Wirkungsinventar (Ministerium für Umwelt 1993), das aus Ergebnissen epidemiologischer Untersuchungen im jeweiligen Gebiet und aus beobachteten Wirkungen von Luftschadstoffen an biologischen und stofflichen Rezeptoren wie z. B. Pflanzen, Tieren und Bauten besteht Metalle und Bausteine. Beobachtete Effekte, die der Luftverschmutzung zugeschrieben werden, müssen im Hinblick auf die für einen bestimmten Effekt verantwortliche Komponente kausal analysiert werden – zum Beispiel erhöhte Prävalenz von chronischer Bronchitis in einem belasteten Gebiet. Wenn die Verbindung oder Verbindungen in einer Kausalanalyse (Verbindungs-Kausal-Analyse) festgestellt wurden, muss eine zweite Analyse durchgeführt werden, um die verantwortlichen Quellen herauszufinden (Quellen-Kausal-Analyse).

Kontrollmaßnahmen; Kosten der Kontrollmaßnahmen

Zu den Kontrollmaßnahmen für Industrieanlagen gehören angemessene, gut konzipierte, gut installierte, effizient betriebene und gewartete Luftreinigungsgeräte, auch Abscheider oder Sammler genannt. Ein Abscheider oder Sammler kann definiert werden als „Apparat zum Abscheiden eines oder mehrerer der folgenden Stoffe aus einem gasförmigen Medium, in dem sie suspendiert oder vermischt sind: feste Partikel (Filter- und Staubabscheider), flüssige Partikel (Filter und Tropfenabscheider) und Gase (Gasreiniger)“. Die Grundtypen von Geräten zur Luftreinhaltung (weiter beschrieben in „Luftreinhaltung“) sind die folgenden:

  • für Feinstaub: Trägheitsabscheider (z. B. Zyklone); Gewebefilter (Schlauchfilter); elektrostatische Abscheider; Nasssammler (Wäscher)
  • für gasförmige Schadstoffe: Nassabscheider (Wäscher); Adsorptionseinheiten (z. B. Adsorptionsbetten); Nachbrenner, die direkt befeuert (thermische Verbrennung) oder katalytisch (katalytische Verbrennung) sein können.

 

Mit Nassabscheidern (Scrubbern) können gleichzeitig gasförmige Schadstoffe und Feinstaub gesammelt werden. Außerdem können bestimmte Arten von Verbrennungsvorrichtungen brennbare Gase und Dämpfe sowie bestimmte brennbare Aerosole verbrennen. Abhängig von der Art des Abwassers kann ein Sammler oder eine Kombination von mehr als einem Sammler verwendet werden.

Die Kontrolle chemisch identifizierbarer Gerüche beruht auf der Kontrolle der chemischen Mittel, von denen sie ausgehen (z. B. durch Absorption, durch Verbrennung). Wenn jedoch ein Geruch chemisch nicht definiert ist oder das produzierende Mittel in extrem geringen Konzentrationen gefunden wird, können andere Techniken verwendet werden, wie z neutralisiert den unangenehmen Geruch).

Es sollte bedacht werden, dass eine angemessene Bedienung und Wartung unabdingbar sind, um die erwartete Effizienz eines Kollektors zu gewährleisten. Dies sollte in der Planungsphase sowohl aus fachlicher als auch aus finanzieller Sicht sichergestellt werden. Der Energiebedarf darf nicht vernachlässigt werden. Bei der Auswahl eines Luftreinigungsgeräts sollten nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch die Betriebs- und Wartungskosten berücksichtigt werden. Beim Umgang mit hochgiftigen Schadstoffen sollte auf eine hohe Effizienz sowie auf besondere Verfahren zur Instandhaltung und Entsorgung von Abfallstoffen geachtet werden.

Die grundlegenden Kontrollmaßnahmen in Industrieanlagen sind die folgenden:

Austausch von Materialien. Beispiele: Ersatz von hochgiftigen Lösungsmitteln durch weniger giftige Lösungsmittel, die in bestimmten industriellen Prozessen verwendet werden; Verwendung von Brennstoffen mit geringerem Schwefelgehalt (z. B. gewaschene Kohle), wodurch weniger Schwefelverbindungen entstehen usw.

Modifizierung oder Änderung des industriellen Prozesses oder der Ausrüstung. Beispiele: in der Stahlindustrie Umstellung von Roherz auf pelletiertes Sintererz (um die Staubentwicklung beim Erzumschlag zu reduzieren); Nutzung geschlossener statt offener Systeme; Umstellung von Brennstoffheizsystemen auf Dampf-, Heißwasser- oder Elektrosysteme; Einsatz von Katalysatoren an den Abluftauslässen (Verbrennungsprozesse) und so weiter.

Änderungen in Prozessen sowie im Anlagenlayout können auch die Bedingungen für die Verteilung und Sammlung von Schadstoffen erleichtern und/oder verbessern. Beispielsweise kann ein anderes Anlagenlayout die Installation eines lokalen Abgassystems erleichtern; die Durchführung eines Prozesses mit einer niedrigeren Rate kann die Verwendung eines bestimmten Kollektors ermöglichen (mit Volumenbeschränkungen, aber ansonsten angemessen). Prozessmodifikationen, die unterschiedliche Abwasserquellen konzentrieren, stehen in engem Zusammenhang mit der behandelten Abwassermenge, und die Effizienz einiger Luftreinigungsgeräte steigt mit der Schadstoffkonzentration im Abwasser. Sowohl die Substitution von Materialien als auch die Änderung von Prozessen können technische und/oder wirtschaftliche Einschränkungen haben, die berücksichtigt werden sollten.

Angemessene Haushaltsführung und Lagerung. Beispiele: strenge Hygienemaßnahmen bei der Verarbeitung von Lebensmitteln und tierischen Produkten; Vermeidung der offenen Lagerung von Chemikalien (z. B. Schwefelhaufen) oder staubenden Materialien (z. B. Sand) oder andernfalls Besprühen der Schüttguthaufen mit Wasser (wenn möglich) oder Aufbringen von Oberflächenbeschichtungen (z. B. Netzmittel, Plastik) zu Materialhaufen, die wahrscheinlich Schadstoffe abgeben.

Angemessene Entsorgung von Abfällen. Beispiele: Vermeidung des einfachen Aufhäufens von chemischen Abfällen (z. B. Abfälle aus Polymerisationsreaktoren) sowie des Einbringens von Schadstoffen (fest oder flüssig) in Wasserströme. Die letztgenannte Praxis verursacht nicht nur Wasserverschmutzung, sondern kann auch eine sekundäre Quelle der Luftverschmutzung schaffen, wie im Fall von flüssigen Abfällen aus Sulfitprozess-Zellstofffabriken, die unangenehm riechende gasförmige Schadstoffe freisetzen.

Wartung. Beispiel: Gut gewartete und gut abgestimmte Verbrennungsmotoren produzieren weniger Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe.

Arbeitserfahrung. Beispiel: Berücksichtigung meteorologischer Bedingungen, insbesondere Winde, beim Spritzen von Pestiziden.

In Analogie zu angemessenen Praktiken am Arbeitsplatz können bewährte Praktiken auf Gemeindeebene zur Luftreinhaltung beitragen - zum Beispiel Änderungen bei der Nutzung von Kraftfahrzeugen (mehr Sammelverkehr, Kleinwagen usw.) und Kontrolle von Heizungsanlagen (bessere Isolierung von Gebäuden, um weniger Heizenergie, bessere Brennstoffe usw. zu benötigen).

Kontrollmaßnahmen bei Fahrzeugemissionen sind angemessene und effiziente obligatorische Inspektions- und Wartungsprogramme, die für die bestehende Fahrzeugflotte durchgesetzt werden, Programme zur Durchsetzung der Verwendung von Katalysatoren in Neuwagen, aggressiver Ersatz von kraftstoffbetriebenen durch Solar-/Batterie-betriebene Autos , Regulierung des Straßenverkehrs sowie Konzepte der Verkehrs- und Flächennutzungsplanung.

Die Emissionen von Kraftfahrzeugen werden durch die Kontrolle der Emissionen pro gefahrener Fahrzeugmeile (VMT) und durch die Kontrolle der VMT selbst kontrolliert (Walsh 1992). Emissionen pro VMT können reduziert werden, indem die Fahrzeugleistung – Hardware, Wartung – sowohl für neue als auch für in Gebrauch befindliche Autos kontrolliert wird. Die Kraftstoffzusammensetzung von verbleitem Benzin kann durch Reduzieren des Blei- oder Schwefelgehalts gesteuert werden, was ebenfalls eine vorteilhafte Wirkung auf die Verringerung der HC-Emissionen von Fahrzeugen hat. Das Senken der Schwefelgehalte in Dieselkraftstoff als Mittel zum Senken der Dieselpartikelemissionen hat den zusätzlichen vorteilhaften Effekt, dass das Potenzial für eine katalytische Kontrolle von Dieselpartikel- und organischen HC-Emissionen erhöht wird.

Ein weiteres wichtiges Management-Tool zum Reduzieren von Fahrzeugverdunstungs- und Betankungsemissionen ist die Steuerung der Benzinflüchtigkeit. Die Steuerung der Kraftstoffflüchtigkeit kann die HC-Verdunstungsemissionen des Fahrzeugs stark verringern. Die Verwendung von sauerstoffhaltigen Additiven in Benzin senkt die HC- und CO-Abgase, solange die Kraftstoffflüchtigkeit nicht erhöht wird.

Die Reduzierung von VMT ist ein zusätzliches Mittel zur Kontrolle von Fahrzeugemissionen durch Kontrollstrategien wie z

  • Nutzung effizienterer Verkehrsträger
  • Erhöhung der durchschnittlichen Anzahl der Fahrgäste pro Auto
  • Verteilung von überlasteten Spitzenverkehrslasten
  • Reduzierung der Reisenachfrage.

 

Während solche Ansätze die Kraftstoffeinsparung fördern, werden sie von der allgemeinen Bevölkerung noch nicht akzeptiert, und die Regierungen haben nicht ernsthaft versucht, sie umzusetzen.

Alle diese technologischen und politischen Lösungen für das Kraftfahrzeugproblem mit Ausnahme der Substitution von Elektroautos werden zunehmend durch das Wachstum der Fahrzeugpopulation ausgeglichen. Das Fahrzeugproblem kann nur gelöst werden, wenn das Wachstumsproblem in geeigneter Weise angegangen wird.

Kosten der öffentlichen Gesundheit und Umweltauswirkungen; Kosten-Nutzen-Analyse

Die Schätzung der Kosten für die öffentliche Gesundheit und die Auswirkungen auf die Umwelt ist der schwierigste Teil eines Umsetzungsplans für saubere Luft, da es sehr schwierig ist, den Wert der lebenslangen Reduzierung von Krankheiten, Krankenhauseinweisungen und Arbeitsausfall abzuschätzen. Diese Abschätzung und ein Vergleich mit den Kosten von Kontrollmaßnahmen sind jedoch absolut notwendig, um die Kosten von Kontrollmaßnahmen gegenüber den Kosten einer Nichtdurchführung einer solchen Maßnahme in Bezug auf die Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit und die Umwelt abzuwägen.

Verkehrs- und Flächennutzungsplanung

Das Verschmutzungsproblem ist eng mit Landnutzung und Transport verbunden, einschließlich Themen wie Gemeindeplanung, Straßengestaltung, Verkehrskontrolle und Massentransport; zu Belangen der Demographie, Topographie und Wirtschaft; und zu sozialen Belangen (Venzia 1977). Im Allgemeinen haben die schnell wachsenden städtischen Ansammlungen ernsthafte Verschmutzungsprobleme aufgrund schlechter Landnutzungs- und Transportpraktiken. Die Transportplanung für die Luftreinhaltung umfasst Transportkontrollen, Transportrichtlinien, Massentransport- und Autobahnstaukosten. Transportkontrollen haben einen wichtigen Einfluss auf die breite Öffentlichkeit in Bezug auf Gerechtigkeit, Unterdrückung und soziale und wirtschaftliche Störungen – insbesondere direkte Transportkontrollen wie Beschränkungen für Kraftfahrzeuge, Benzinbeschränkungen und Reduzierungen von Kraftfahrzeugemissionen. Emissionsminderungen durch direkte Kontrollen lassen sich verlässlich abschätzen und nachweisen. Indirekte Transportkontrollen wie die Verringerung der zurückgelegten Fahrzeugkilometer durch Verbesserung der Nahverkehrssysteme, Vorschriften zur Verbesserung des Verkehrsflusses, Vorschriften zu Parkplätzen, Straßen- und Benzinsteuern, Pkw-Benutzungsgenehmigungen und Anreize für freiwillige Ansätze basieren größtenteils auf früheren Erprobungen. Fehlererfahrung und beinhalten viele Unsicherheiten bei dem Versuch, einen tragfähigen Transportplan zu entwickeln.

Nationale Aktionspläne, die indirekte Verkehrskontrollen beinhalten, können die Verkehrs- und Flächennutzungsplanung in Bezug auf Autobahnen, Parkplätze und Einkaufszentren beeinflussen. Eine langfristige Planung des Verkehrssystems und des von ihm beeinflussten Gebiets verhindert eine signifikante Verschlechterung der Luftqualität und sorgt für die Einhaltung von Luftqualitätsstandards. Der Nahverkehr wird immer wieder als potenzielle Lösung für Probleme der städtischen Luftverschmutzung angesehen. Die Auswahl eines Nahverkehrssystems für ein bestimmtes Gebiet und unterschiedliche Modal-Splits zwischen Autobahnnutzung und Bus- oder Schienenverkehr werden letztendlich die Flächennutzungsmuster verändern. Es gibt eine optimale Aufteilung, die die Luftverschmutzung minimiert; Dies ist jedoch möglicherweise nicht akzeptabel, wenn nicht umweltbedingte Faktoren berücksichtigt werden.

Das Automobil wurde als der größte je bekannte Erzeuger wirtschaftlicher Externalitäten bezeichnet. Einige davon, wie Arbeitsplätze und Mobilität, sind positiv, aber die negativen, wie Luftverschmutzung, Unfälle mit Todesfolge und Verletzungen, Sachschäden, Lärm, Zeitverlust und Ärger, lassen den Schluss zu, dass der Verkehr es nicht ist eine Industrie mit sinkenden Kosten in urbanisierten Gebieten. Autobahnstaukosten sind ein weiterer externer Effekt; Zeitverlust und Staukosten sind jedoch schwer zu ermitteln. Eine echte Bewertung von konkurrierenden Verkehrsmitteln, wie z. B. Massenverkehrsmitteln, ist nicht möglich, wenn die Reisekosten für Dienstreisen keine Staukosten enthalten.

Die Landnutzungsplanung für die Kontrolle der Luftverschmutzung umfasst Zonencodes und Leistungsstandards, Landnutzungskontrollen, Wohnungsbau und Landentwicklung sowie Landnutzungsplanungsrichtlinien. Landnutzungszonen waren der erste Versuch, den Schutz der Menschen, ihres Eigentums und ihrer wirtschaftlichen Möglichkeiten zu erreichen. Die allgegenwärtige Natur von Luftschadstoffen erforderte jedoch mehr als die physische Trennung von Industrie und Wohngebieten, um den Einzelnen zu schützen. Aus diesem Grund wurden Leistungsstandards, die ursprünglich auf ästhetischen oder qualitativen Entscheidungen basierten, in einige Zonencodes eingeführt, um zu versuchen, Kriterien zur Identifizierung potenzieller Probleme zu quantifizieren.

Für eine langfristige Landnutzungsplanung müssen die Grenzen der Assimilationsfähigkeit der Umwelt identifiziert werden. Dann können Landnutzungskontrollen entwickelt werden, die die Kapazität gerecht auf die gewünschten lokalen Aktivitäten verteilen. Landnutzungskontrollen umfassen Genehmigungssysteme für die Überprüfung neuer stationärer Quellen, Zonenregelungen zwischen Industrie- und Wohngebieten, Beschränkungen durch Grunddienstbarkeit oder Grundstückskauf, Rezeptorstandortkontrolle, Emissionsdichtezoneinteilung und Emissionszuteilungsvorschriften.

Wohnungsbaumaßnahmen, die darauf abzielen, Wohneigentum für viele zugänglich zu machen, die es sich ansonsten nicht leisten könnten (wie Steueranreize und Hypothekenpolitiken), fördern die Zersiedelung der Städte und schrecken indirekt von der Bebauung dichterer Wohngebiete ab. Diese Politik hat sich nun als ökologisch katastrophal erwiesen, da die gleichzeitige Entwicklung effizienter Transportsysteme nicht berücksichtigt wurde, um den Bedürfnissen der Vielzahl von neuen Gemeinden gerecht zu werden, die entwickelt werden. Die Lehre aus dieser Entwicklung ist, dass Programme, die Auswirkungen auf die Umwelt haben, koordiniert und umfassende Planungen auf der Ebene des Problems und in einem Umfang durchgeführt werden sollten, der groß genug ist, um das gesamte System einzubeziehen.

Die Flächennutzungsplanung muss auf nationaler, provinzieller oder bundesstaatlicher, regionaler und lokaler Ebene geprüft werden, um den langfristigen Schutz der Umwelt angemessen zu gewährleisten. Regierungsprogramme beginnen in der Regel mit der Standortwahl für Kraftwerke, Mineralgewinnungsstätten, Küstenzonen und der Entwicklung von Wüsten, Bergen oder anderen Erholungsgebieten. Da die Vielzahl lokaler Regierungen in einer bestimmten Region regionale Umweltprobleme nicht angemessen bewältigen kann, sollten regionale Regierungen oder Behörden die Landentwicklung und die Dichtemuster koordinieren, indem sie die räumliche Anordnung und den Standort neuer Bauten und Nutzungen sowie die Transporteinrichtungen überwachen. Landnutzungs- und Verkehrsplanung müssen mit der Durchsetzung von Vorschriften verknüpft werden, um die gewünschte Luftqualität aufrechtzuerhalten. Im Idealfall sollte die Luftreinhaltung von derselben regionalen Behörde geplant werden, die die Landnutzungsplanung durchführt, da sich die externen Effekte beider Themen überschneiden.

Durchsetzungsplan, Ressourcenverpflichtung

Der Umsetzungsplan zur Luftreinhaltung sollte immer einen Durchsetzungsplan enthalten, aus dem hervorgeht, wie die Kontrollmaßnahmen durchgesetzt werden können. Dies impliziert auch eine Ressourcenverpflichtung, die nach dem Verursacherprinzip festlegt, was der Verursacher umzusetzen hat und wie die Regierung den Verursacher bei der Erfüllung der Verpflichtung unterstützt.

Projektionen für die Zukunft

Im Sinne eines Vorsorgeplans sollte der Umsetzungsplan zur Luftreinhaltung auch Abschätzungen zur Bevölkerungs-, Verkehrs-, Branchen- und Kraftstoffverbrauchsentwicklung enthalten, um Reaktionen auf zukünftige Probleme abzuschätzen. Dies wird zukünftige Belastungen vermeiden, indem Maßnahmen rechtzeitig vor eingebildeten Problemen durchgesetzt werden.

Strategien für die Nachverfolgung

Eine Strategie für die Nachverfolgung des Luftqualitätsmanagements besteht aus Plänen und Richtlinien zur Umsetzung zukünftiger Pläne zur Umsetzung sauberer Luft.

Rolle der Umweltverträglichkeitsprüfung

Die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) ist der Prozess der Bereitstellung einer detaillierten Erklärung der zuständigen Behörde zu den Umweltauswirkungen einer vorgeschlagenen Maßnahme, die die Qualität der menschlichen Umwelt erheblich beeinträchtigt (Lee 1993). Die UVP ist ein Präventionsinstrument, das darauf abzielt, die menschliche Umwelt in einem frühen Stadium der Entwicklung eines Programms oder Projekts zu berücksichtigen.

Besonders wichtig ist die UVP für Länder, die Projekte im Rahmen der wirtschaftlichen Neuausrichtung und Restrukturierung entwickeln. Die UVP ist in vielen entwickelten Ländern gesetzlich verankert und wird nun zunehmend in Entwicklungsländern und Transformationsländern angewandt.

Die UVP ist integrativ im Sinne einer umfassenden Umweltplanung und -steuerung unter Berücksichtigung der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Umweltmedien. Andererseits integriert die UVP die Abschätzung von Umweltfolgen in den Planungsprozess und wird dadurch zu einem Instrument der nachhaltigen Entwicklung. EIA kombiniert auch technische und partizipative Eigenschaften, da es wissenschaftliche und technische Daten unter Berücksichtigung von Qualitätskontrolle und Qualitätssicherung sammelt, analysiert und anwendet, und betont die Bedeutung von Konsultationen vor Genehmigungsverfahren zwischen Umweltbehörden und der Öffentlichkeit, die von bestimmten Projekten betroffen sein könnten . Ein Umsetzungsplan zur Luftreinhaltung kann als Teil des UVP-Verfahrens in Bezug auf die Luft betrachtet werden.

 

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Ziel der Luftverschmutzungsmodellierung ist die Abschätzung von Schadstoffkonzentrationen im Freien, die beispielsweise durch industrielle Produktionsprozesse, unfallbedingte Freisetzungen oder Verkehr verursacht werden. Die Luftverschmutzungsmodellierung wird verwendet, um die Gesamtkonzentration eines Schadstoffs zu ermitteln und die Ursache für außergewöhnlich hohe Werte zu finden. Bei Projekten in der Planungsphase kann der zusätzliche Beitrag zur bestehenden Belastung im Voraus abgeschätzt und die Emissionsbedingungen optimiert werden.

Abbildung 1. Globales Umweltüberwachungssystem/Management der Luftverschmutzung

EPC020F1

Abhängig von den für den jeweiligen Schadstoff festgelegten Luftqualitätsnormen sind Jahresmittelwerte oder kurzzeitige Spitzenkonzentrationen von Interesse. Üblicherweise müssen Konzentrationen dort bestimmt werden, wo Menschen aktiv sind – also oberflächennah in einer Höhe von etwa zwei Metern über dem Boden.

Parameter, die die Schadstoffausbreitung beeinflussen

Zwei Arten von Parametern beeinflussen die Schadstoffausbreitung: Quellparameter und meteorologische Parameter. Bei Quellparametern sind die Konzentrationen proportional zur emittierten Schadstoffmenge. Bei Stäuben muss zur Bestimmung der Sedimentation und Ablagerung des Materials der Partikeldurchmesser bekannt sein (VDI 1992). Da die Oberflächenkonzentrationen mit größerer Schornsteinhöhe geringer sind, muss auch dieser Parameter bekannt sein. Außerdem hängen die Konzentrationen von der Gesamtmenge des Abgases sowie von dessen Temperatur und Geschwindigkeit ab. Wenn die Temperatur des Abgases die Temperatur der Umgebungsluft übersteigt, unterliegt das Gas einem thermischen Auftrieb. Seine Austrittsgeschwindigkeit, die sich aus dem Kamininnendurchmesser und dem Abgasvolumen berechnen lässt, bewirkt einen dynamischen Impulsauftrieb. Zur Beschreibung dieser Merkmale können empirische Formeln verwendet werden (VDI 1985; Venkatram und Wyngaard 1988). Es muss betont werden, dass nicht die Masse des jeweiligen Schadstoffes, sondern die des gesamten Gases für den thermischen und dynamischen Auftrieb verantwortlich ist.

Meteorologische Parameter, die die Schadstoffausbreitung beeinflussen, sind Windgeschwindigkeit und -richtung sowie vertikale thermische Schichtung. Die Schadstoffkonzentration ist proportional zum Kehrwert der Windgeschwindigkeit. Das liegt vor allem am beschleunigten Transport. Außerdem nimmt die turbulente Vermischung mit zunehmender Windgeschwindigkeit zu. Da sogenannte Inversionen (dh Situationen, in denen die Temperatur mit der Höhe zunimmt) eine turbulente Mischung behindern, werden maximale Oberflächenkonzentrationen während einer hochstabilen Schichtung beobachtet. Im Gegensatz dazu verstärken konvektive Situationen die vertikale Durchmischung und weisen daher die niedrigsten Konzentrationswerte auf.

Luftqualitätsstandards – zum Beispiel Jahresmittelwerte oder 98-Perzentile – basieren in der Regel auf Statistiken. Daher werden Zeitreihendaten für die relevanten meteorologischen Parameter benötigt. Idealerweise sollte die Statistik auf einer zehnjährigen Beobachtung beruhen. Liegen nur kürzere Zeitreihen vor, ist darauf zu achten, dass diese für einen längeren Zeitraum repräsentativ sind. Dies kann beispielsweise durch die Analyse längerer Zeitreihen von anderen Beobachtungsorten erfolgen.

Die verwendeten meteorologischen Zeitreihen müssen zudem repräsentativ für den betrachteten Standort sein, also die lokalen Besonderheiten widerspiegeln. Dies ist besonders wichtig in Bezug auf Luftqualitätsstandards, die auf Spitzenanteilen der Verteilung basieren, wie z. B. 98 Perzentilen. Wenn keine solche Zeitreihe zur Hand ist, kann ein meteorologisches Strömungsmodell verwendet werden, um eine aus anderen Daten zu berechnen, wie unten beschrieben wird.

 


 

Internationale Überwachungsprogramme

Internationale Organisationen wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO), die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) und das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) haben Überwachungs- und Forschungsprojekte ins Leben gerufen, um die Probleme der Luftverschmutzung zu klären und Maßnahmen zur Vorbeugung zu fördern weitere Verschlechterung der öffentlichen Gesundheit sowie der Umwelt- und Klimabedingungen.

Das Global Environmental Monitoring System GEMS/Air (WHO/UNEP 1993) wird von WHO und UNEP organisiert und gefördert und hat ein umfassendes Programm zur Bereitstellung von Instrumenten für ein rationelles Luftreinhaltungsmanagement entwickelt (siehe Abbildung 55.1.[EPC01FE] Der Kern dieses Programms ist eine globale Datenbank der städtischen Luftschadstoffkonzentrationen von Schwefeldioxid, Schwebstaub, Blei, Stickoxiden, Kohlenmonoxid und Ozon. Ebenso wichtig wie diese Datenbank ist jedoch die Bereitstellung von Verwaltungsinstrumenten wie Leitfäden für schnelle Emissionsinventuren, Programme B. für Ausbreitungsmodellierung, Schätzungen der Bevölkerungsexposition, Kontrollmaßnahmen und Kosten-Nutzen-Analysen.In dieser Hinsicht stellt GEMS/Air Handbücher zur Methodiküberprüfung bereit (WHO/UNEP 1994, 1995), führt globale Bewertungen der Luftqualität durch und erleichtert die Überprüfung und Validierung von Bewertungen , fungiert als Daten-/Informationsmakler, erstellt technische Dokumente zur Unterstützung aller Aspekte des Luftqualitätsmanagements, erleichtert die Etablierung Überwachung, führt jährliche Überprüfungen durch und verbreitet diese weit und richtet regionale Kooperationszentren und/oder Experten ein oder bestimmt sie, um Aktivitäten gemäß den Bedürfnissen der Regionen zu koordinieren und zu unterstützen. (WHO/UNEP 1992, 1993, 1995)

Das Global Atmospheric Watch (GAW)-Programm (Miller und Soudine 1994) liefert Daten und andere Informationen über die chemische Zusammensetzung und verwandte physikalische Eigenschaften der Atmosphäre und ihre Trends mit dem Ziel, die Beziehung zwischen der sich ändernden atmosphärischen Zusammensetzung und den Änderungen der globalen Atmosphäre zu verstehen und regionales Klima, der weiträumige atmosphärische Transport und die Ablagerung potenziell schädlicher Substanzen über terrestrische, Süßwasser- und Meeresökosysteme sowie der natürliche Kreislauf chemischer Elemente im globalen System Atmosphäre/Ozean/Biosphäre und anthropogene Auswirkungen darauf. Das GAW-Programm besteht aus vier Aktivitätsbereichen: dem Global Ozone Observing System (GO3OS), der globalen Überwachung der atmosphärischen Hintergrundzusammensetzung, einschließlich des Background Air Pollution Monitoring Network (BAPMoN); Ausbreitung, Transport, chemische Umwandlung und Ablagerung von Luftschadstoffen über Land und Meer auf unterschiedlichen Zeit- und Raumskalen; Schadstoffaustausch zwischen der Atmosphäre und anderen Umweltkompartimenten; und integrierte Überwachung. Einer der wichtigsten Aspekte des GAW ist die Einrichtung von Quality Assurance Science Activity Centers zur Überwachung der Qualität der im Rahmen des GAW produzierten Daten.


 

 

Konzepte der Luftverschmutzungsmodellierung

Wie oben erwähnt, ist die Schadstoffausbreitung abhängig von Emissionsbedingungen, Transport und turbulenter Vermischung. Die Verwendung der vollständigen Gleichung, die diese Merkmale beschreibt, wird Eulersche Dispersionsmodellierung genannt (Pielke 1984). Bei diesem Ansatz müssen Zu- und Abgänge des betreffenden Schadstoffs an jedem Punkt auf einem imaginären räumlichen Raster und in bestimmten Zeitschritten bestimmt werden. Da diese Methode sehr komplex und rechenintensiv ist, kann sie in der Regel nicht routinemäßig gehandhabt werden. Für viele Anwendungen kann es jedoch unter Verwendung der folgenden Annahmen vereinfacht werden:

  • keine Änderung der Emissionsbedingungen mit der Zeit
  • keine Änderung der meteorologischen Bedingungen während des Transports
  • Windgeschwindigkeiten über 1 m/s.

 

In diesem Fall kann die oben genannte Gleichung analytisch gelöst werden. Die resultierende Formel beschreibt eine Fahne mit Gaußscher Konzentrationsverteilung, das sogenannte Gaußsche Fahnenmodell (VDI 1992). Die Verteilungsparameter hängen von den meteorologischen Bedingungen und der Leeentfernung sowie von der Schornsteinhöhe ab. Sie müssen empirisch ermittelt werden (Venkatram und Wyngaard 1988). Situationen, in denen Emissionen und/oder meteorologische Parameter zeitlich und/oder räumlich erheblich variieren, können durch das Gaussian Puff Model (VDI 1994) beschrieben werden. Bei diesem Ansatz werden verschiedene Puffs in festen Zeitschritten ausgesandt, die jeweils ihrem eigenen Weg entsprechend den aktuellen meteorologischen Bedingungen folgen. Auf seinem Weg wächst jeder Zug entsprechend der turbulenten Mischung. Parameter, die dieses Wachstum beschreiben, müssen wiederum aus empirischen Daten ermittelt werden (Venkatram und Wyngaard 1988). Es muss jedoch betont werden, dass zur Erreichung dieses Ziels Eingabeparameter mit der erforderlichen zeitlichen und/oder räumlichen Auflösung verfügbar sein müssen.

Bei unfallbedingten Freisetzungen oder Einzelfallstudien ist ein Lagrange- oder Partikelmodell (VDI-Richtlinie 3945, Teil 3) wird empfohlen. Das Konzept dabei ist, die Wege vieler Partikel zu berechnen, von denen jedes eine feste Menge des betreffenden Schadstoffs darstellt. Die einzelnen Pfade setzen sich aus Transport durch den mittleren Wind und aus stochastischen Störungen zusammen. Aufgrund des stochastischen Anteils stimmen die Bahnen nicht vollständig überein, sondern bilden die Mischung durch Turbulenzen ab. Grundsätzlich sind Lagrange-Modelle in der Lage, komplexe meteorologische Bedingungen zu berücksichtigen - insbesondere Wind und Turbulenzen; Felder, die durch die unten beschriebenen Strömungsmodelle berechnet wurden, können für die Lagrange-Ausbreitungsmodellierung verwendet werden.

Ausbreitungsmodellierung in komplexem Gelände

Müssen Schadstoffkonzentrationen in strukturiertem Gelände bestimmt werden, kann es erforderlich sein, topographische Effekte auf die Schadstoffausbreitung in die Modellierung einzubeziehen. Solche Effekte sind zum Beispiel Transporte, die der topografischen Struktur folgen, oder thermische Windsysteme wie Meeresbrisen oder Gebirgswinde, die im Tagesverlauf die Windrichtung ändern.

Wenn solche Effekte in einem viel größeren Maßstab als das Modellgebiet auftreten, kann der Einfluss anhand meteorologischer Daten berücksichtigt werden, die die lokalen Eigenschaften widerspiegeln. Stehen solche Daten nicht zur Verfügung, kann die topographisch der Strömung aufgeprägte dreidimensionale Struktur durch Verwendung eines entsprechenden Strömungsmodells gewonnen werden. Basierend auf diesen Daten kann die Ausbreitungsmodellierung selbst durchgeführt werden, wobei eine horizontale Homogenität angenommen wird, wie oben im Fall des Gaußschen Plume-Modells beschrieben. In Situationen, in denen sich die Windverhältnisse innerhalb des Modellgebiets jedoch erheblich ändern, muss die Ausbreitungsmodellierung selbst die dreidimensionale Strömung berücksichtigen, die von der topografischen Struktur beeinflusst wird. Wie oben erwähnt, kann dies unter Verwendung eines Gaußschen Puffs oder eines Lagrange-Modells erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die komplexere Eulersche Modellierung durchzuführen.

Um die Windrichtung in Übereinstimmung mit dem topographisch strukturierten Gelände zu bestimmen, kann eine massenkonsistente oder diagnostische Strömungsmodellierung verwendet werden (Pielke 1984). Mit diesem Ansatz wird die Strömung an die Topographie angepasst, indem die Anfangswerte so wenig wie möglich verändert werden und ihre Masse konstant gehalten wird. Da dies ein Ansatz ist, der zu schnellen Ergebnissen führt, kann er auch verwendet werden, um Windstatistiken für einen bestimmten Standort zu berechnen, wenn keine Beobachtungen verfügbar sind. Dazu werden geostrophische Windstatistiken (dh obere Luftdaten von Rawinsonden) verwendet.

Sollen jedoch thermische Windsysteme genauer betrachtet werden, müssen sogenannte Prognosemodelle verwendet werden. Je nach Maßstab und Steilheit des Modellgebietes bietet sich ein hydrostatischer oder der noch komplexere nicht-hydrostatische Ansatz an (VDI 1981). Modelle dieser Art benötigen viel Rechenleistung, sowie viel Erfahrung in der Anwendung. Konzentrationsbestimmungen auf Basis von Jahresmitteln sind mit diesen Modellen im Allgemeinen nicht möglich. Stattdessen können Worst-Case-Studien durchgeführt werden, indem nur eine Windrichtung und die Windgeschwindigkeits- und Schichtungsparameter berücksichtigt werden, die zu den höchsten Oberflächenkonzentrationswerten führen. Wenn diese Worst-Case-Werte die Luftqualitätsnormen nicht überschreiten, sind detailliertere Studien nicht erforderlich.

Abbildung 2. Topographische Struktur einer Modellregion

EPC30F1A

Abbildung 2, Abbildung 3 und Abbildung 4 zeigen, wie der Transport und die Abgabe von Schadstoffen in Bezug auf den Einfluss von Gelände- und Windklimatologien dargestellt werden können, die aus der Berücksichtigung von Oberflächen- und geostrophischen Windfrequenzen abgeleitet werden.

Abbildung 3. Oberflächenhäufigkeitsverteilungen, bestimmt aus der geostrophischen Häufigkeitsverteilung

EPC30F1B

Abbildung 4. Jährliche mittlere Schadstoffkonzentrationen für eine hypothetische Region, berechnet aus der geostrophischen Häufigkeitsverteilung für heterogene Windfelder

EPC30F1C

Ausbreitungsmodellierung bei niedrigen Quellen

Bei der Luftverschmutzung durch niedrige Quellen (z. B. Schornsteinhöhen in der Größenordnung der Gebäudehöhe oder Emissionen des Straßenverkehrs) muss der Einfluss der umliegenden Gebäude berücksichtigt werden. Die Emissionen des Straßenverkehrs werden bis zu einem gewissen Grad in Straßenschluchten aufgefangen. Es wurden empirische Formulierungen gefunden, um dies zu beschreiben (Yamartino und Wiegand 1986).

Schadstoffe, die von einem auf einem Gebäude befindlichen niedrigen Schornstein emittiert werden, werden in der Zirkulation auf der Leeseite des Gebäudes aufgefangen. Das Ausmaß dieser Leezirkulation hängt von der Höhe und Breite des Gebäudes sowie von der Windgeschwindigkeit ab. Daher sind vereinfachte Ansätze zur Beschreibung der Schadstoffausbreitung in einem solchen Fall allein anhand der Gebäudehöhe nicht allgemeingültig. Die vertikale und horizontale Ausdehnung der Lee-Zirkulation wurde aus Windkanalstudien (Hosker 1985) erhalten und kann in massenkonsistente Diagnosemodelle implementiert werden. Sobald das Strömungsfeld bestimmt ist, kann daraus der Transport und die turbulente Durchmischung der emittierten Schadstoffe berechnet werden. Dies kann durch Lagrange- oder Eulersche Dispersionsmodellierung erfolgen.

Genauere Untersuchungen – beispielsweise zu unfallbedingten Freisetzungen – können nur mit nicht-hydrostatischen Strömungs- und Ausbreitungsmodellen anstelle eines diagnostischen Ansatzes durchgeführt werden. Da dies im Allgemeinen eine hohe Rechenleistung erfordert, empfiehlt sich vor einer vollständigen statistischen Modellierung ein Worst-Case-Ansatz wie oben beschrieben.

 

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Mittwoch, März 09 2011 15: 40

Überwachung der Luftqualität

Überwachung der Luftqualität bedeutet die systematische Messung von Luftschadstoffen, um die Belastung gefährdeter Rezeptoren (z. B. Menschen, Tiere, Pflanzen und Kunstwerke) auf der Grundlage von Normen und Richtlinien, die aus beobachteten Wirkungen abgeleitet werden, beurteilen zu können, und/oder um die Quelle der Luftverschmutzung festzustellen (Ursachenanalyse).

Schadstoffkonzentrationen in der Luft werden durch die räumliche oder zeitliche Varianz der Schadstoffemissionen und die Dynamik ihrer Ausbreitung in der Luft beeinflusst. Als Folge treten starke Tages- und Jahreskonzentrationsschwankungen auf. Es ist praktisch unmöglich, all diese unterschiedlichen Schwankungen der Luftqualität (in statistischer Sprache die Grundgesamtheit der Luftqualitätszustände) einheitlich zu bestimmen. So haben Immissionsmessungen immer den Charakter von räumlichen oder zeitlichen Stichproben.

Messplanung

Der erste Schritt in der Messplanung besteht darin, den Zweck der Messung möglichst genau zu formulieren. Wichtige Fragestellungen und Einsatzgebiete der Luftqualitätsüberwachung sind:

Flächenmessung:

  • repräsentative Ermittlung der Exposition in einem Bereich (allgemeine Luftüberwachung)
  • repräsentative Messung der Altlasten im Bereich einer geplanten Anlage (Genehmigung, TA Luft)
  • Smogwarnung (Wintersmog, hohe Ozonkonzentrationen)
  • Messungen an Brennpunkten der Luftverschmutzung zur Abschätzung der maximalen Exposition von Rezeptoren (EU-NO2 Richtlinie, Messungen in Straßenschluchten, gemäß Bundes-Immissionsschutzgesetz)
  • Überprüfung der Ergebnisse von Schadstoffminderungsmaßnahmen und Trends im Laufe der Zeit
  • Screening-Messungen
  • wissenschaftliche Untersuchungen - zum Beispiel Transport von Luftschadstoffen, chemische Umwandlungen, Kalibrierung von Ausbreitungsrechnungen.

 

Anlagenmessung:

  • Messungen als Reaktion auf Reklamationen
  • Ermittlung von Emissionsquellen, Ursachenanalyse
  • Messungen bei Bränden und unbeabsichtigten Freisetzungen
  • Überprüfung des Erfolgs von Reduktionsmaßnahmen
  • Überwachung flüchtiger Fabrikemissionen.

 

Ziel der Messplanung ist es, spezifische Fragestellungen mit adäquaten Mess- und Bewertungsverfahren mit hinreichender Sicherheit und möglichst geringem Aufwand zu beantworten.

Ein Beispiel für die Parameter, die für die Messplanung verwendet werden sollten, ist in Tabelle 1 in Bezug auf eine Bewertung der Luftverschmutzung im Bereich einer geplanten Industrieanlage dargestellt. In Anbetracht der unterschiedlichen Formerfordernisse je nach Rechtsprechung ist zu beachten, dass hier ausdrücklich auf die deutschen Genehmigungsverfahren für Industrieanlagen verwiesen wird.

Tabelle 1. Parameter für die Messplanung bei der Messung von Immissionskonzentrationen (mit Anwendungsbeispiel)

Parameter

Anwendungsbeispiel: Zulassungsverfahren für
Industrieanlagen in Deutschland

Aussage der Frage

Messung der Vorbelastung im Genehmigungsverfahren; repräsentative Stichprobenmessung

Bereich der Messung

Umkreisen Sie den Standort mit einem Radius von 30 mal der tatsächlichen Schornsteinhöhe (vereinfacht)

Bewertungsmaßstäbe (orts- und zeitabhängig): Kennwerte zu sein
aus Messdaten gewonnen

Grenzwerte IW1 (arithmetisches Mittel) und IW2 (98. Perzentil) der TA Luft (Technische Unterweisung Luft); Berechnung von I1 (arithmetisches Mittel) und I2 (98. Perzentil) aus Messungen über 1 km2 (Bewertungsfläche) mit IW1 und IW2 zu vergleichen

Bestellung, Auswahl und Dichte
von Messstellen

Regelmäßiger Scan von 1 km2, was zu einer „zufälligen“ Auswahl von Messstellen führt

Messzeitraum

1 Jahr, mindestens 6 Monate

Messhöhe

1.5 bis 4 Meter über dem Boden

Messfrequenz

52 (104) Messungen pro Beurteilungsgebiet für gasförmige Schadstoffe, je nach Höhe der Belastung

Dauer jeder Messung

1/2 Stunde für gasförmige Schadstoffe, 24 Stunden für schwebenden Staub, 1 Monat für Staubniederschlag

Messzeit

Zufällige Auswahl

Gemessenes Objekt

Luftverschmutzung durch die geplante Anlage

Messverfahren

Nationales Einheitsmessverfahren (VDI-Richtlinien)

Notwendige Sicherheit der Messergebnisse

High

Qualitätsanforderungen, Qualitätskontrolle, Kalibrierung, Wartung

VDI-Richtlinien

Messdatenerfassung, Validierung, Archivierung, Bewertung

Berechnung der Datenmenge I1V und I2V für jeden Bewertungsbereich

Kosten

Abhängig von Messbereich und Zielen

 

Das Beispiel in Tabelle 1 zeigt den Fall eines Messnetzes, das die Luftqualität in einem bestimmten Gebiet möglichst repräsentativ überwachen soll, um sie mit ausgewiesenen Luftqualitätsgrenzwerten zu vergleichen. Die Idee hinter diesem Ansatz ist, dass eine zufällige Auswahl von Messstellen getroffen wird, um in einem Gebiet mit unterschiedlicher Luftqualität (z. B. Wohngebiete, Straßen, Industriegebiete, Parks, Innenstädte, Vororte) gleichermaßen Orte abzudecken. Dieser Ansatz kann in großen Gebieten aufgrund der Anzahl der erforderlichen Messstellen sehr kostspielig sein.

Eine andere Konzeption für ein Messnetz geht daher von repräsentativ ausgewählten Messstellen aus. Wenn an den wichtigsten Orten Messungen unterschiedlicher Luftqualität durchgeführt werden und die Verweildauer der Schutzobjekte in diesen „Mikroumgebungen“ bekannt ist, kann die Exposition ermittelt werden. Dieser Ansatz kann auf andere Mikroumgebungen (z. B. Innenräume, Autos) ausgedehnt werden, um die Gesamtexposition abzuschätzen. Diffusionsmodellierung oder Screening-Messungen können bei der Auswahl der richtigen Messstellen helfen.

Ein dritter Ansatz besteht darin, an den Stellen der mutmaßlich höchsten Exposition zu messen (z. B. für NO2 und Benzol in Straßenschluchten). Werden an diesem Standort Bewertungsmaßstäbe erfüllt, ist dies mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auch für alle anderen Standorte der Fall. Dieser Ansatz erfordert durch die Fokussierung auf kritische Punkte relativ wenige Messstellen, die jedoch mit besonderer Sorgfalt ausgewählt werden müssen. Bei dieser speziellen Methode besteht die Gefahr, dass das reale Risiko überschätzt wird.

Die Parameter Messzeitraum, Bewertung der Messdaten und Messhäufigkeit sind im Wesentlichen in der Definition der Bewertungsmaßstäbe (Grenzwerte) und der angestrebten Ergebnissicherheit gegeben. Grenzwerte und die bei der Messplanung zu berücksichtigenden Randbedingungen hängen zusammen. Durch den Einsatz kontinuierlicher Messverfahren kann eine zeitlich nahezu lückenlose Auflösung erreicht werden. Dies ist aber nur bei der Überwachung von Spitzenwerten und/oder bei Smogwarnungen erforderlich; B. zur Überwachung von Jahresmittelwerten, sind diskontinuierliche Messungen ausreichend.

Der folgende Abschnitt widmet sich der Beschreibung der Leistungsfähigkeit von Messverfahren und der Qualitätskontrolle als weiterer für die Messplanung wichtiger Parameter.

Qualitätssicherung

Die Durchführung von Messungen von Schadstoffkonzentrationen in der Luft kann kostspielig sein, und die Ergebnisse können wichtige Entscheidungen mit schwerwiegenden wirtschaftlichen oder ökologischen Auswirkungen beeinflussen. Daher sind Qualitätssicherungsmaßnahmen ein integraler Bestandteil des Messprozesses. Hier sind zwei Bereiche zu unterscheiden.

Verfahrensorientierte Maßnahmen

Jedes vollständige Messverfahren besteht aus mehreren Schritten: Probenahme, Probenvorbereitung und Reinigung; Trennung, Nachweis (letzter analytischer Schritt); und Datenerhebung und -auswertung. In manchen Fällen, insbesondere bei der kontinuierlichen Messung von anorganischen Gasen, können Verfahrensschritte weggelassen werden (z. B. Trennung). Bei der Durchführung von Messungen ist eine umfassende Einhaltung von Verfahren anzustreben. Es sollten standardisierte und damit umfassend dokumentierte Vorgehensweisen in Form von DIN/ISO-Normen, CEN-Normen oder VDI-Richtlinien eingehalten werden.

Nutzerorientierte Maßnahmen

Die Verwendung standardisierter und bewährter Geräte und Verfahren zur Messung der Schadstoffkonzentration in der Luft allein kann keine akzeptable Qualität gewährleisten, wenn der Benutzer keine angemessenen Methoden zur Qualitätskontrolle anwendet. Wichtig für Anwender sind die Normenreihen DIN/EN/ISO 9000 (Qualitätsmanagement- und Qualitätssicherungsnormen), EN 45000 (definiert die Anforderungen an Prüflaboratorien) und ISO Guide 25 (Allgemeine Anforderungen an die Kompetenz von Kalibrier- und Prüflaboratorien). orientierte Maßnahmen zur Qualitätssicherung.

Zu den wichtigen Aspekten der Maßnahmen zur Benutzerqualitätskontrolle gehören:

  • Akzeptanz und Einübung der Inhalte der Maßnahmen im Sinne der Guten Laborpraxis (GLP)
  • ordnungsgemäße Wartung von Messeinrichtungen, qualifizierte Maßnahmen zur Störungsbeseitigung und Sicherstellung der Instandsetzung
  • Durchführung von Kalibrierungen und regelmäßige Überprüfung auf einwandfreie Funktion
  • Durchführung von Ringversuchen.

 

Messverfahren

Messverfahren für anorganische Gase

Für das breite Spektrum anorganischer Gase existiert eine Fülle von Messverfahren. Wir werden zwischen manuellen und automatischen Verfahren unterscheiden.

Manuelle Verfahren

Bei manuellen Messverfahren für anorganische Gase wird der Messstoff normalerweise während der Probenahme in einer Lösung oder einem Feststoff adsorbiert. In den meisten Fällen erfolgt nach entsprechender Farbreaktion eine photometrische Bestimmung. Als Referenzverfahren kommt einigen manuellen Messverfahren eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund des relativ hohen Personalaufwands werden diese manuellen Verfahren heute nur noch selten für Feldmessungen durchgeführt, wenn alternative automatische Verfahren zur Verfügung stehen. Die wichtigsten Verfahren sind in Tabelle 2 kurz skizziert.

Tabelle 2. Manuelle Messverfahren für anorganische Gase

Material

Verfahren

ausführung

Kommentare

SO2

TCM-Verfahren

Aufnahme in Tetrachloromercurat-Lösung (Waschflasche); Reaktion mit Formaldehyd und Pararosanilin zu rotvioletter Sulfonsäure; photometrische Bestimmung

EU-Referenzmessverfahren;
DL = 0.2 ug SO2;
s = 0.03 mg/m3 bei 0.5 mg/m3

SO2

Kieselgel-Verfahren

Entfernung von Störstoffen durch konzentriertes H3PO4; Adsorption an Kieselgel; thermische Desorption in H2-Stream und Reduktion auf H2S; Reaktion auf Molybdänblau; photometrische Bestimmung

DL = 0.3 ug SO2;
s = 0.03 mg/m3 bei 0.5 mg/m3

NEIN2

Saltzman-Verfahren

Aufnahme in Reaktionslösung unter Bildung eines roten Azofarbstoffes (Waschflasche); photometrische Bestimmung

Kalibrierung mit Natriumnitrit;
DL = 3 µg/m3

O3

Kaliumiodid
Verfahren

Iodbildung aus wässriger Kaliumiodidlösung (Spritzflasche); photometrische Bestimmung

DL = 20 µg/m3;
rel. s = ± 3.5 % bei 390 µg/m3

F-

Silberperlenverfahren;
Variante 1

Probenahme mit Staubvorabscheider; Bereicherung von F- auf mit Natriumcarbonat beschichteten Silberperlen; Elution und Messung mit ionensensitiver Lanthanfluorid-Elektrodenkette

Einbeziehung eines unbestimmten Anteils an partikulären Fluoridimmissionen

F-

Silberperlenverfahren;
Variante 2

Probenahme mit beheiztem Membranfilter; Bereicherung von F- auf mit Natriumcarbonat beschichteten Silberperlen; Bestimmung durch elektrochemisches (Variante 1) oder photometrisches (Alizarin-Komplexon) Verfahren

Gefahr von Minderbefunden durch partielle Sorption von gasförmigen Fluoridimmissionen am Membranfilter;
DL = 0.5 µg/m3

Cl-

Quecksilberrhodanid
Verfahren

Aufnahme in 0.1 N Natronlauge (Spritzflasche); Reaktion mit Quecksilberrhodanid und Fe(III)-Ionen zum Eisen-Thiocyanato-Komplex; photometrische Bestimmung

DL = 9 µg/m3

Cl2

Methyl-Orange-Verfahren

Bleichreaktion mit Methylorangenlösung (Waschflasche); photometrische Bestimmung

DL = 0.015 mg/m3

NH3

Indophenol-Verfahren

Absorption in verdünntem H2SO4 (Impinger/Waschflasche); Umwandlung mit Phenol und Hypochlorit zum Indophenol-Farbstoff; photometrische Bestimmung

DL = 3 µg/m3 (Impinger); teilweise
Einbeziehung von Verbindungen und Aminen

NH3

Nessler-Verfahren

Absorption in verdünntem H2SO4 (Impinger/Waschflasche); Destillation und Reaktion mit Nessler-Reagenz, photometrische Bestimmung

DL = 2.5 µg/m3 (Impinger); teilweise
Einbeziehung von Verbindungen und Aminen

H2S

Molybdänblau
Verfahren

Absorption als Silbersulfid an mit Silbersulfat und Kaliumhydrogensulfat behandelten Glasperlen (Sorptionsröhrchen); Freisetzung als Schwefelwasserstoff und Umwandlung in Molybdänblau; photometrische Bestimmung

DL = 0.4 µg/m3

H2S

Methylenblau-Verfahren

Aufnahme in Cadmiumhydroxid-Suspension unter Bildung von CdS; Umwandlung in Methylenblau; photometrische Bestimmung

DL = 0.3 µg/m3

DL = Nachweisgrenze; s = Standardabweichung; rel. s = relativ s.

Eine spezielle Probenahmevariante, die vor allem im Zusammenhang mit manuellen Messverfahren eingesetzt wird, ist das Diffusionstrennrohr (Denuder). Die Denuder-Technik zielt darauf ab, die Gas- und Partikelphasen durch Nutzung ihrer unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten zu trennen. Daher wird es häufig bei schwierigen Trennproblemen eingesetzt (z. B. Ammoniak und Ammoniumverbindungen; Stickoxide, Salpetersäure und Nitrate; Schwefeloxide, Schwefelsäure und Sulfate oder Halogenwasserstoffe/Halogenide). Bei der klassischen Denuder-Technik wird die Prüfluft je nach zu sammelndem Material durch ein speziell beschichtetes Glasrohr gesaugt. Die Denuder-Technik wurde in vielen Variationen weiterentwickelt und teilweise auch automatisiert. Sie hat die Möglichkeiten der differenzierten Probenahme stark erweitert, kann aber je nach Variante sehr aufwendig sein und die richtige Anwendung erfordert viel Erfahrung.

Automatisierte Verfahren

Für Schwefeldioxid, Stickoxide, Kohlenmonoxid und Ozon gibt es zahlreiche verschiedene kontinuierlich messende Monitore auf dem Markt. Sie werden überwiegend insbesondere in Messnetzen eingesetzt. Die wichtigsten Merkmale der einzelnen Verfahren sind in Tabelle 3 zusammengestellt.

Table 3. Automatisierte Messverfahren für anorganische Gase

Material

Messprinzip

Kommentare

SO2

Konduktometrische Reaktion von SO2 mit H.2O2 in verdünntem H2SO4; Messung der erhöhten Leitfähigkeit

Ausschluss von Interferenzen mit selektivem Filter (KHSO4/AgNO3)

SO2

UV-Fluoreszenz; Erregung von SO2 Moleküle mit UV-Strahlung (190–230 nm); Messung von Fluoreszenzstrahlung

Störungen, z. B. durch Kohlenwasserstoffe,
müssen mit geeigneten Filtersystemen beseitigt werden

NEIN/NEIN2

Chemilumineszenz; Reaktion von NO mit O3 zu NEIN2; Nachweis von Chemilumineszenzstrahlung mit Photomultiplier

NEIN2 nur indirekt messbar; Einsatz von Konvertern zur Reduktion von NO2 auf NEIN; Messung von NO und NOx
(=NEIN+NEIN2) in getrennten Kanälen

CO

Nichtdispersive Infrarotabsorption;
Messung der IR-Absorption mit
spezifischer Detektor gegen Referenzzelle

Referenz: (a) Zelle mit N2; (b) Umgebungsluft nach Entfernung von CO; (c) optische Entfernung der CO-Absorption (Gasfilterkorrelation)

O3

UV-Absorption; Hg-Niederdrucklampe als Strahlungsquelle (253.7 nm); Erfassung der UV-Absorption nach dem Lambert-Beerschen Gesetz; Detektor: Vakuumfotodiode, lichtempfindliches Ventil

Referenz: Umgebungsluft nach Entfernung von Ozon (z. B. Cu/MnO2)

O3

Chemilumineszenz; Reaktion von O3 mit Ethen zu Formaldehyd; Nachweis von Chemilumineszenzstrahlung mit
Fotovervielfacher

Gute Selektivität; Ethylen als Reaktionsgas notwendig

 

An dieser Stelle sei betont, dass alle automatischen Messverfahren, die auf chemisch-physikalischen Prinzipien beruhen, mit (manuellen) Referenzverfahren kalibriert werden müssen. Da automatische Einrichtungen in Messnetzen oft längere Zeit (z. B. mehrere Wochen) ohne direkte menschliche Überwachung laufen, ist es unabdingbar, dass ihre korrekte Funktion regelmäßig und automatisch überprüft wird. Dies geschieht in der Regel mit Null- und Prüfgasen, die durch mehrere Verfahren (Aufbereitung von Umgebungsluft; Druckgasflaschen; Permeation; Diffusion; statische und dynamische Verdünnung) hergestellt werden können.

Messverfahren für staubbildende Luftschadstoffe und deren Zusammensetzung

Bei den partikulären Luftschadstoffen wird Staubniederschlag und Schwebstaub (SPM) unterschieden. Staubniederschlag besteht aus größeren Partikeln, die aufgrund ihrer Größe und Dicke zu Boden sinken. SPM umfasst die Partikelfraktion, die quasi-stabil und quasi-homogen in der Atmosphäre dispergiert ist und daher für eine gewisse Zeit in der Schwebe bleibt.

Messung von Schwebstaub und metallischen Verbindungen in SPM

Wie bei Messungen von gasförmigen Luftverunreinigungen können auch bei SPM kontinuierliche und diskontinuierliche Messverfahren unterschieden werden. In der Regel wird SPM zunächst auf Glasfaser- oder Membranfiltern abgeschieden. Es folgt eine gravimetrische oder radiometrische Bestimmung. Je nach Probenahme kann zwischen einem Verfahren zur Messung des Gesamt-SPM ohne Fraktionierung nach der Größe der Partikel und einem Fraktionierungsverfahren zur Messung des Feinstaubs unterschieden werden.

Die Vor- und Nachteile fraktionierter Schwebstaubmessungen sind international umstritten. In Deutschland beispielsweise beziehen sich alle Grenzwerte und Bewertungsmaßstäbe auf den Gesamtschwebstaub. Das bedeutet, dass meist nur Gesamt-SPM-Messungen durchgeführt werden. In den USA hingegen ist das sogenannte PM-10-Verfahren (Feinstaub £ 10μm) weit verbreitet. Bei diesem Verfahren werden nur Partikel mit einem aerodynamischen Durchmesser bis 10 μm eingeschlossen (50 Prozent Einschlussanteil), die einatembar sind und in die Lunge gelangen können. Es ist geplant, das PM-10-Verfahren als Referenzverfahren in der Europäischen Union einzuführen. Der Aufwand für fraktionierte SPM-Messungen ist erheblich höher als für die Messung von Gesamtschwebstaub, da die Messgeräte mit speziellen, aufwendig konstruierten und wartungsintensiven Probenahmeköpfen ausgestattet werden müssen. Tabelle 4 enthält Details zu den wichtigsten SPM-Messverfahren.

Tabelle 4. Messverfahren für Schwebstaub (SPM)

Verfahren

Messprinzip

Kommentare

Kleines Filtergerät

Unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 2.7–2.8 m3/h; Filterdurchmesser 50 mm; gravimetrische Analyse

Einfache Handhabung; Kontrolluhr;
Gerät mit PM-10 betreibbar
Vorabscheider

LIB-Gerät

Unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 15-16 m3/h; Filterdurchmesser 120 mm; gravimetrische Analyse

Abscheidung von grobem Staub
Mengen; vorteilhaft für
Analyse von Staubbestandteilen;
Kontrolluhr

High-Volume-Sampler

Einschluss von Partikeln bis ca. 30 um Durchmesser; Luftdurchsatz ca. 100m3/h; Filterdurchmesser 257 mm; gravimetrische Analyse

Abscheidung von grobem Staub
Mengen, vorteilhaft z
Analyse von Staubbestandteilen;
relativ hoher Geräuschpegel

FH 62I

Kontinuierliches, radiometrisches Staubmessgerät; nicht fraktionierende Probenahme; Luftdurchsatz 1 oder 3 m3/h; Registrierung der auf einem Filterband abgeschiedenen Staubmasse durch Messung der Schwächung der β-Strahlung (Krypton 85) beim Durchgang durch freiliegende Filter (Ionisationskammer)

Gravimetrische Kalibrierung durch Bestäuben einzelner Filter; Gerät auch mit PM-10 Vorabscheider betreibbar

BETA Staubmessgerät F 703

Kontinuierliches, radiometrisches Staubmessgerät; unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 3 m3/h; Registrierung der auf einem Filterband abgeschiedenen Staubmasse durch Messung der Schwächung der β-Strahlung (Kohlenstoff 14) beim Durchgang durch freiliegende Filter (Geiger-Müller-Zählrohr)

Gravimetrische Kalibrierung durch Bestäuben einzelner Filter; Gerät auch mit PM-10 Vorabscheider betreibbar

TEOM 1400

Kontinuierliches Staubmessgerät; unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 1m3/h; Staub gesammelt auf einem Filter, der Teil eines selbstresonierenden, vibrierenden Systems ist, im Seitenstrom (3 l/min); Registrierung der Frequenzabsenkung durch erhöhte Staubbelastung des Filters

Zusammenhang zwischen Frequenz
Absenkung und Staubmasse sein müssen
durch Kalibrierung ermittelt

 

 

 

In jüngerer Zeit wurden auch automatische Filterwechsler entwickelt, die eine größere Anzahl von Filtern aufnehmen und diese in zeitlichen Abständen nacheinander dem Probenehmer zuführen. Die belichteten Filter werden in einem Magazin aufbewahrt. Die Nachweisgrenzen für Filterverfahren liegen zwischen 5 und 10 µg/m3 Staub, in der Regel.

Abschließend ist noch das Schwarzrauchverfahren für SPM-Messungen zu erwähnen. Aus Großbritannien stammend, wurde es in die EU-Richtlinien für SO aufgenommen2 und schwebender Staub. Bei diesem Verfahren wird die Schwärzung des beschichteten Filters nach der Probenahme mit einem Reflexphotometer gemessen. Die so photometrisch ermittelten Schwarzrauchwerte werden in gravimetrische Einheiten umgerechnet (μg/m3) mit Hilfe einer Kalibrierkurve. Da diese Kalibrierfunktion stark von der Staubzusammensetzung, insbesondere dem Rußgehalt, abhängt, ist die Umrechnung in gravimetrische Einheiten problematisch.

Metallverbindungen werden heute häufig routinemäßig in Schwebestaub-Immissionsproben bestimmt. In der Regel schließt sich an die Sammlung des Schwebstaubes auf Filtern eine chemische Auflösung der abgeschiedenen Stäube an, da die gängigsten analytischen Endschritte eine Überführung der metallischen und nichtmetallischen Verbindungen in eine wässrige Lösung voraussetzen. Die in der Praxis mit Abstand wichtigsten Methoden sind die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) und die Spektroskopie mit Plasmaanregung (ICP-OES). Weitere Verfahren zur Bestimmung metallischer Verbindungen in Schwebestaub sind die Röntgenfluoreszenzanalyse, die Polarographie und die Neutronenaktivierungsanalyse. Obwohl metallische Verbindungen seit mehr als einem Jahrzehnt als Bestandteil von SPM in der Außenluft an bestimmten Messstellen gemessen werden, bleiben wichtige offene Fragen. Die herkömmliche Probenahme durch Abscheidung des Schwebstaubes auf Filtern setzt also voraus, dass die Abscheidung der Schwermetallverbindungen auf dem Filter vollständig ist. In der Literatur wurden jedoch frühere Hinweise gefunden, die dies in Frage stellen. Die Ergebnisse sind sehr heterogen.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei der Analyse von metallischen Verbindungen in Schwebstäuben mit den herkömmlichen Messverfahren verschiedene Verbindungsformen bzw. Einzelverbindungen der jeweiligen Elemente nicht unterschieden werden können. Während in vielen Fällen ausreichende Gesamtbestimmungen möglich sind, wäre bei bestimmten besonders krebserregenden Metallen (As, Cd, Cr, Ni, Co, Be) eine genauere Differenzierung wünschenswert. Bei der krebserzeugenden Wirkung von Elementen und ihren Einzelverbindungen gibt es oft große Unterschiede (z. B. Chromverbindungen der Oxidationsstufen III und VI – nur die der Stufe VI sind krebserzeugend). In solchen Fällen wäre eine gezielte Messung der einzelnen Verbindungen (Speziesanalyse) wünschenswert. Trotz der Bedeutung dieses Problems gibt es in der Messtechnik bisher nur erste Ansätze zur Artenanalyse.

Messung von Staubniederschlag und metallischen Verbindungen im Staubniederschlag

Zum Sammeln von Staub werden zwei grundsätzlich unterschiedliche Methoden verwendet:

  • Probenahme in Sammelgefäßen
  • Probenahme auf Klebeflächen.

 

Ein beliebtes Verfahren zur Staubfallmessung (abgelagerter Staub) ist das sogenannte Bergerhoff-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird der gesamte atmosphärische Niederschlag (Trocken- und Nassniederschlag) über 30 ± 2 Tage in Behältern etwa 1.5 bis 2.0 Meter über dem Boden gesammelt (Massenniederschlag). Anschließend werden die Auffanggefäße ins Labor gebracht und aufbereitet (filtriert, entwässert, getrocknet, gewogen). Das Ergebnis errechnet sich aus der Oberfläche des Auffanggefäßes und der Einwirkzeit in Gramm pro Quadratmeter und Tag (g/m2d). Die relative Nachweisgrenze liegt bei 0.035 g/m2d.

Weitere Verfahren zum Sammeln von Staub umfassen das Liesegang-Löbner-Gerät und Verfahren, die den abgeschiedenen Staub auf Klebefolien sammeln.

Alle Messergebnisse zum Staubfall sind relative Werte, die vom verwendeten Gerät abhängen, da die Staubabscheidung von den Strömungsverhältnissen am Gerät und anderen Parametern beeinflusst wird. Die Unterschiede in den Messwerten der verschiedenen Verfahren können bis zu 50 Prozent betragen.

Wichtig ist auch die Zusammensetzung des abgeschiedenen Staubes, wie beispielsweise der Gehalt an Blei, Cadmium und anderen metallischen Verbindungen. Die dabei angewandten Analyseverfahren sind grundsätzlich die gleichen wie bei Schwebstäuben.

Messen von speziellen Materialien in Staubform

Zu den besonderen Stoffen in Staubform gehören Asbest und Ruß. Das Sammeln von Fasern als Luftschadstoffe ist wichtig, da Asbest als nachweislich krebserregendes Material eingestuft wurde. Als krebserzeugend gelten Fasern mit einem Durchmesser von D ≤ 3 μm und einer Länge von L ≥ 5 μm, wobei L:D ≥ 3 ist. Messverfahren für Faserstoffe bestehen darin, die auf Filtern abgeschiedenen Fasern unter dem Mikroskop zu zählen. Für Außenluftmessungen kommen nur elektronenmikroskopische Verfahren in Frage. Die Fasern werden auf goldbeschichteten porösen Filtern abgeschieden. Vor der Begutachtung im Elektronenrastermikroskop wird die Probe durch Plasmaverbrennung direkt auf dem Filter von organischen Substanzen befreit. Die Fasern werden auf einem Teil der Filterfläche gezählt, zufällig ausgewählt und nach Geometrie und Faserart klassifiziert. Mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenanalyse (EDXA) können Asbestfasern, Calciumsulfatfasern und andere anorganische Fasern anhand der elementaren Zusammensetzung unterschieden werden. Das gesamte Verfahren ist äußerst kostenintensiv und erfordert größte Sorgfalt, um verlässliche Ergebnisse zu erzielen.

Ruß in Form von Partikeln, die von Dieselmotoren emittiert werden, ist relevant geworden, da Dieselruß auch als krebserregend eingestuft wurde. Aufgrund seiner wechselnden und komplexen Zusammensetzung und aufgrund der Tatsache, dass verschiedene Bestandteile auch aus anderen Quellen emittiert werden, gibt es kein spezifisches Messverfahren für Dieselruß. Um dennoch etwas Konkretes über die Konzentrationen in der Umgebungsluft aussagen zu können, wird Ruß üblicherweise als elementarer Kohlenstoff als Teil des Gesamtkohlenstoffs definiert. Sie wird nach Probenahme und einem Extraktionsschritt und/oder thermischer Desorption gemessen. Die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts erfolgt durch Verbrennen im Sauerstoffstrom und coulometrische Titration oder nichtdispersive IR-Detektion des dabei entstehenden Kohlendioxids.

Das sogenannte Aethalometer und der photoelektrische Aerosolsensor werden im Prinzip auch zur Messung von Ruß verwendet.

Messen von nassen Ablagerungen

Die Nassdeposition bei Regen, Schnee, Nebel und Tau stellt neben der Trockendeposition den wichtigsten Eintragsweg für Schadstoffe aus der Luft in Erdreich, Gewässer oder Pflanzenoberflächen dar.

Um die nasse Deposition bei Regen und Schnee (Nebel und Tau stellen besondere Probleme dar) von der Messung der Gesamtdeposition (Massenniederschlag, siehe Abschnitt „Messung von Staubniederschlag und metallischen Verbindungen“ oben) und der trockenen Deposition klar zu unterscheiden, werden Regenfänger, deren Sammelöffnungen, die bei Regenstillstand abgedeckt sind (Naßsammler), dienen der Probenahme. Bei Regensensoren, die meist nach dem Prinzip der Leitfähigkeitsänderung arbeiten, wird die Abdeckung bei einsetzendem Regen geöffnet und bei aufhörendem Regen wieder geschlossen.

Die Proben werden durch einen Trichter (offene Fläche ca. 500 cm) überführt2 und mehr) in einen abgedunkelten und möglichst isolierten Sammelbehälter (aus Glas oder Polyethylen nur für anorganische Bestandteile).

Im Allgemeinen kann die Analyse des gesammelten Wassers auf anorganische Bestandteile ohne Probenvorbereitung durchgeführt werden. Bei sichtbarer Trübung sollte das Wasser zentrifugiert oder gefiltert werden. Die Leitfähigkeit, der pH-Wert und wichtige Anionen (NO3 - , SO4 2- Cl-) und Kationen (ca2+K+, Mg2+Na+NH4 + usw.) werden routinemäßig gemessen. Instabile Spurenverbindungen und Zwischenzustände wie H2O2 oder HSO3 - werden auch zu Forschungszwecken gemessen.

Zur Analyse werden Verfahren eingesetzt, die für wässrige Lösungen allgemein verfügbar sind, wie Konduktometrie für Leitfähigkeit, Elektroden für pH-Werte, Atomadsorptionsspektroskopie für Kationen (siehe Abschnitt „Messung spezieller staubförmiger Materialien“ oben) und zunehmend Ionenaustauschchromatographie mit Leitfähigkeitsdetektion für Anionen.

Organische Verbindungen werden zB mit Dichlormethan aus dem Regenwasser extrahiert oder mit Argon ausgeblasen und mit Tenax-Rohren adsorbiert (nur leicht flüchtige Stoffe). Anschließend werden die Materialien einer gaschromatographischen Analyse unterzogen (siehe unten „Messverfahren für organische Luftschadstoffe“).

Die Trockenablagerung korreliert direkt mit den Konzentrationen in der Umgebungsluft. Die Konzentrationsunterschiede luftgetragener Schadstoffe im Regen sind jedoch relativ gering, so dass für die Messung der Nassdeposition weitmaschige Messnetze ausreichen. Beispiele sind das europäische Messnetz EMEP, in dem an rund 90 Stationen der Eintrag von Sulfat- und Nitrationen, bestimmte Kationen und Niederschlags-pH-Werte erfasst werden. Auch in Nordamerika gibt es umfangreiche Messnetze.

Optische Fernmessverfahren

Während die bisher beschriebenen Verfahren die Luftverschmutzung punktuell erfassen, messen optische Fernmessverfahren integriert über mehrere Kilometer Lichtwege oder bestimmen die räumliche Verteilung. Sie nutzen die Absorptionseigenschaften von Gasen in der Atmosphäre im UV-, sichtbaren oder IR-Spektralbereich und basieren auf dem Lambert-Beer-Gesetz, wonach das Produkt aus Lichtweg und Konzentration proportional zur gemessenen Extinktion ist. Wechseln Sender und Empfänger der Messanlage die Wellenlänge, können mit einem Gerät mehrere Komponenten parallel oder sequentiell gemessen werden.

In der Praxis spielen die in Tabelle 5 identifizierten Messsysteme die größte Rolle.

Tabelle 5. Langstrecken-Messverfahren

Verfahren

Anwendung

Vorteile Nachteile

Fourier
transformieren
infrarot
Spektroskopie (FTIR)

IR-Reichweite (ca. 700–3,000 cm-1), mehrere hundert Meter Lichtweg.
Überwacht diffuse Oberflächenquellen (optischer Zaun), misst einzelne organische Verbindungen

+ Mehrkomponentensystem
+ dl ein paar ppb
- Teuer

Differentiell
optisch
Absorption
Spektrometrie (DOAS)

Lichtweg bis mehrere km; misst SO2, Ich habe nicht2, Benzol, HNO3; überwacht Linien- und Oberflächenquellen, die in Messnetzen verwendet werden

+ Einfache Handhabung 
+ Erfolgreicher Leistungstest
+ Mehrkomponentensystem
– Hohes dl bei schlechter Sicht (z. B. Nebel)

Fern
Laserabsorption
Spektroskopie (TDLAS)

Forschungsgebiet, in Niederdruckküvetten für OH-

+ Hohe Empfindlichkeit (zu ppt)
+ Misst instabile Spurenverbindungen
- Hohe Kosten
- Schwer zu bedienen

Differentiell
Absorption
LIDAR (ZIFFERBLATT)

Überwachung von Oberflächenquellen, großflächige Immissionsmessungen

+ Messungen von räumlichen
Verteilung
+ Maßnahmen nicht zugänglich
Orte (z. B. Rauchgasspuren)
- Teuer
– Eingeschränktes Komponentenspektrum (SO2, The3, Ich habe nicht2)

LIDAR = Light Detection and Ranging; DIAL = differentielles Absorptions-LIDAR.

 

Messverfahren für organische Luftschadstoffe

Die Messung der Luftverschmutzung mit organischen Bestandteilen wird vor allem durch die Stoffvielfalt dieser Verbindungsklasse erschwert. Mehrere hundert Einzelkomponenten mit sehr unterschiedlichen toxikologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften werden in den Immissionskatastern und Luftreinhalteplänen der Ballungsgebiete unter dem Sammelbegriff „organische Luftschadstoffe“ erfasst.

Insbesondere aufgrund der großen Unterschiede im Wirkungspotential tritt die Erfassung relevanter Einzelkomponenten immer mehr an die Stelle der bisher eingesetzten Summierungsverfahren (z. B. Flammenionisationsdetektor, Gesamtkohlenstoffverfahren), deren Ergebnisse toxikologisch nicht bewertbar sind. Eine gewisse Bedeutung hat das FID-Verfahren jedoch in Verbindung mit einer kurzen Trennsäule zur Abtrennung des photochemisch wenig reaktiven Methans und zur Sammlung der Vorläufer flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) für die Bildung von Photooxidantien behalten.

Die häufige Notwendigkeit, die komplexen Mischungen der organischen Verbindungen in relevante Einzelkomponenten zu trennen, macht ihre Messung geradezu zu einer Übung in der angewandten Chromatographie. Chromatographische Verfahren sind die Methode der Wahl, wenn die organischen Verbindungen thermisch und chemisch ausreichend stabil sind. Für organische Materialien mit reaktiven funktionellen Gruppen haben sich weiterhin separate Verfahren durchgesetzt, die die physikalischen Eigenschaften der funktionellen Gruppen oder chemische Reaktionen zum Nachweis nutzen.

Beispiele sind die Verwendung von Aminen zur Umwandlung von Aldehyden in Hydrazone mit anschließender photometrischer Messung; Derivatisierung mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin und Abtrennung des gebildeten 2,4-Hydrazons; oder Bildung von Azofarbstoffen mit p-Nitroanilin zum Nachweis von Phenolen und Kresolen.

Unter den chromatographischen Verfahren werden die Gaschromatographie (GC) und die Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) am häufigsten zur Trennung der oft komplexen Stoffgemische eingesetzt. Für die Gaschromatographie werden heute fast ausschließlich Trennsäulen mit sehr schmalen Durchmessern (ca. 0.2 bis 0.3 mm und ca. 30 bis 100 m Länge), sogenannte hochauflösende Kapillarsäulen (HRGC), eingesetzt. Zum Auffinden der einzelnen Komponenten nach der Trennsäule stehen eine Reihe von Detektoren zur Verfügung, wie der oben erwähnte FID, der ECD (Elektroneneinfangdetektor, speziell für elektrophile Ersatzstoffe wie Halogen), der PID (Photoionisationsdetektor, d.h besonders empfindlich gegenüber aromatischen Kohlenwasserstoffen und anderen p-Elektronensystemen) und dem NPD (thermoionischer Detektor speziell für Stickstoff- und Phosphorverbindungen). Die HPLC verwendet spezielle Durchflussdetektoren, die beispielsweise als Durchflussküvette eines UV-Spektrometers ausgebildet sind.

Besonders effektiv, aber auch besonders teuer ist die Verwendung eines Massenspektrometers als Detektor. Eine wirklich sichere Identifizierung, insbesondere bei unbekannten Stoffgemischen, ist oft nur über das Massenspektrum der organischen Verbindung möglich. Die mit konventionellen Detektoren im Chromatogramm enthaltene qualitative Information der sogenannten Retentionszeit (Verweildauer des Materials in der Säule) wird durch den spezifischen Nachweis der Einzelkomponenten durch Massenfragmentogramme mit hoher Nachweisempfindlichkeit ergänzt.

Die Probenahme muss vor der eigentlichen Analyse in Betracht gezogen werden. Die Wahl des Probenahmeverfahrens wird in erster Linie durch die Flüchtigkeit bestimmt, aber auch durch den zu erwartenden Konzentrationsbereich, die Polarität und die chemische Stabilität. Außerdem muss bei nichtflüchtigen Verbindungen zwischen Konzentrations- und Depositionsmessungen gewählt werden.

Tabelle 6 gibt einen Überblick über gängige Verfahren in der Luftüberwachung zur aktiven Anreicherung und chromatographischen Analyse organischer Verbindungen mit Anwendungsbeispielen.

Tabelle 6. Übersicht gängiger chromatographischer Luftqualitätsmessverfahren organischer Verbindungen (mit Anwendungsbeispielen)

Materialgruppe

Konzentration
Angebot

Probenahme, Vorbereitung

Letzter analytischer Schritt

Kohlenwasserstoffe C1-C9

μg/m3

Gasmäuse (schnelle Probenahme), gasdichte Spritze, Kühlfalle vor Kapillarsäule (Fokussierung), Thermodesorption

GC/FID

Niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe, hoch
flüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe

ng/m3–μg/m3

Evakuierter, passivierter Edelstahlzylinder (auch für Reinluftmessungen)
Probenversand durch Gaskreisläufe, Kühlfallen, Thermodesorption

GC/FID/ECD/PID

Organische Verbindungen im Siedepunkt
Bereich C6-C30 (60–350 °C)

μg/m3

Adsorption an Aktivkohle, (a) Desorption mit CS2 (b) Desorption mit Lösungsmitteln (c) Headspace-Analyse

Kapillar
GC/FID

Organische Verbindungen im Siedepunkt
Bereich 20–300 ºC

ng/m3–μg/m3

Adsorption an organischen Polymeren (z. B. Tenax) oder Molekularkohlesieb (Carbopack), thermische Desorption mit Kühlfalle vor Kapillarsäule (Fokussierung) oder Lösungsmittelextraktion

Kapillar
GC/FID/ECD/MS

Modifikation für Niedrigsieder
Verbindungen (ab –120 ºC)

ng/m3–μg/m3

Adsorption an gekühlten Polymeren (z. B. Thermogradientenrohr), gekühlt auf –120 ºC, Verwendung von Carbopack

Kapillar
GC/FID/ECD/MS

Hochsiedende organische Verbindungen
teilweise an Partikel gebunden
(insb. PAK, PCB, PCDD/PCDF),
hohes Probenahmevolumen

fg/m3–ng/m3

Probenahme auf Filtern (z. B. Kleinfiltergerät oder Großraumsammler) mit nachgeschalteten Polyurethankartuschen für gasförmigen Anteil, Lösemitteldesorption von Filter und Polyurethan, diverse Reinigungs- und Aufbereitungsschritte, bei PAK auch Sublimation

Kapillar
GC-GCMS
(PCDD/PCDF),
Kapillar-GC-FID bzw
MS (PAH), HPLC
Fluoreszenz
Detektor (PAH)

Hochsiedende organische Verbindungen,
insb. PCDD, PCDF, PBDD, PBDF,
geringes Probenahmevolumen

fg/m3–ng/m3

Adsorption an organischen Polymeren (z. B. Polyurethanschaumzylinder) mit vorgeschalteten Filtern (z. B. Glasfaser) oder anorg. adsorbieren. (z. B. Kieselgel), Extraktion mit Lösungsmitteln, verschiedene Reinigungs- und Vorbereitungsschritte (einschließlich Mehrsäulenchromatographie), Derivatisierung für Chlorphenole

HRGC/ECD

Hochsiedende organische Verbindungen
gebunden an Partikel, z. B. Komponenten
von organischen Aerosolen, Ablagerung
Proben

ng/m3
ng–μg/g
Sprühdose
pg–ng/m2 Tag

Abscheidung von Aerosolen auf Glasfaserfiltern (zB High- oder Low Volume Sampler) oder Entstaubung auf standardisierten Oberflächen, Extraktion mit Lösungsmitteln (zur Abscheidung auch von gefiltertem Restwasser), diverse Reinigungs- und Aufbereitungsschritte

HRGC/MS
HPLC (für PAK)

GC = Gaschromatographie; GCMS = GC/Massenspektroskopie; FID = Flammenionisationsdetektor; HRGC/ECD = hochauflösende GC/ECD; ECD = Elektroneneinfangdetektor; HPLC = Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. PID = Photoionisationsdetektor.

 

Ablagerungsmessungen schwerflüchtiger organischer Verbindungen (z. B. Dibenzodioxine und Dibenzofurane (PCDD/PCDF), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)) gewinnen aus Sicht der Umweltverträglichkeit zunehmend an Bedeutung. Da Nahrung die Hauptaufnahmequelle des Menschen ist, ist das auf Nahrungspflanzen übertragene Material aus der Luft von großer Bedeutung. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Stofftransfer durch partikuläre Abscheidung weniger wichtig ist als die trockene Abscheidung quasi-gasförmiger Verbindungen.

Zur Messung der Gesamtablagerung werden standardisierte Geräte zur Staubabscheidung verwendet (z. B. Bergerhoff-Verfahren), die durch Abdunklung zum Schutz vor starkem Lichteinfall leicht modifiziert wurden. Wichtige messtechnische Probleme, wie die Resuspendierung bereits abgeschiedener Partikel, Verdunstung oder mögliche photolytische Zersetzung, werden nun systematisch erforscht, um die suboptimalen Probenahmeverfahren für organische Verbindungen zu verbessern.

Olfaktometrische Untersuchungen

Olfaktometrische Immissionsuntersuchungen werden im Monitoring zur Quantifizierung von Geruchsbeanstandungen und zur Ermittlung von Ausgangsbelastungen in Genehmigungsverfahren eingesetzt. Sie dienen in erster Linie der Beurteilung, ob vorhandene oder zu erwartende Gerüche als signifikant einzustufen sind.

Grundsätzlich lassen sich drei methodische Ansätze unterscheiden:

  • Messung der Emissionskonzentration (Anzahl Geruchseinheiten) mit einem Olfaktometer und anschließender Ausbreitungsmodellierung
  • Messung einzelner Komponenten (z. B. NH3) oder Mischungen von Verbindungen (z. B. Gaschromatographie von Deponiegasen), wenn diese den Geruch hinreichend charakterisieren
  • Geruchsbestimmungen durch Begehungen.

 

Die erste Möglichkeit kombiniert Emissionsmessung mit Modellierung und kann streng genommen nicht unter den Begriff Luftqualitätsüberwachung eingeordnet werden. Bei der dritten Methode wird die menschliche Nase als Detektor mit deutlich reduzierter Genauigkeit im Vergleich zu physikalisch-chemischen Methoden verwendet.

Einzelheiten zu Prüfungen, Messplänen und Bewertung der Ergebnisse sind beispielsweise in den Umweltschutzverordnungen einiger Bundesländer enthalten.

Screening-Messverfahren

Für vorbereitende Studien (Screening) werden teilweise vereinfachte Messverfahren eingesetzt. Beispiele sind Passivsammler, Reagenzgläser und biologische Verfahren. Bei passiven (diffusiven) Probenehmern wird das zu untersuchende Material mit frei fließenden Prozessen wie Diffusion, Permeation oder Adsorption in einfachen Formen von Sammlern (Röhrchen, Plättchen) gesammelt und in imprägnierten Filtern, Sieben oder anderen Adsorptionsmedien angereichert. Eine sogenannte aktive Probenahme (Ansaugen der Probenluft durch eine Pumpe) entfällt somit. Die nach Einwirkzeit analytisch ermittelte angereicherte Stoffmenge wird aufgrund physikalischer Gesetzmäßigkeiten (z. B. der Diffusion) mit Hilfe der Sammelzeit und der geometrischen Parameter des Kollektors in Konzentrationseinheiten umgerechnet. Die Methodik stammt aus dem Bereich des Arbeitsschutzes (personenbezogene Probenahme) und der Raumluftmessung, wird aber zunehmend für Schadstoffkonzentrationsmessungen in der Außenluft eingesetzt. Eine Übersicht findet sich in Brown 1993.

Prüfröhrchen werden häufig zur Probenahme und schnellen vorbereitenden Analyse von Gasen verwendet. Durch ein Glasröhrchen, das mit einem dem Prüfziel entsprechenden Adsorptionsreagenz gefüllt ist, wird eine bestimmte Prüfluftmenge gesaugt. Je nach Konzentration des zu bestimmenden Stoffes in der Prüfluft verfärbt sich der Röhrcheninhalt. Kleine Reagenzgläser werden häufig im Bereich der Arbeitsplatzüberwachung oder als schnelles Vorgehen bei Unfällen, wie z. B. Bränden, eingesetzt. Für routinemäßige Messungen der Schadstoffkonzentration in der Luft werden sie aufgrund der allgemein zu hohen Nachweisgrenzen und der zu begrenzten Selektivität nicht verwendet. Detektor-Reagenzgläser sind für zahlreiche Materialien in verschiedenen Konzentrationsbereichen erhältlich.

Unter den biologischen Verfahren haben sich zwei Methoden in der Routineüberwachung durchgesetzt. Beim standardisierten Flechtenexpositionsverfahren wird die Mortalitätsrate der Flechte über die Expositionszeit von 300 Tagen bestimmt. In einem anderen Verfahren wird französisches Weidegras für 14 ± 1 Tage exponiert. Dann wird die Wachstumsmenge bestimmt. Beide Verfahren dienen der summarischen Bestimmung von Luftschadstoffkonzentrationseffekten.

Netze zur Überwachung der Luftqualität

Weltweit werden die unterschiedlichsten Arten von Luftqualitätsnetzen eingesetzt. Zu unterscheiden sind Messnetze, bestehend aus automatischen, computergesteuerten Messstationen (Messcontainern) und virtuellen Messnetzen, die lediglich die Messorte für verschiedene Arten von Luftschadstoffkonzentrationsmessungen in Form eines vorgegebenen Rasters definieren. Aufgaben und Konzeptionen von Messnetzen wurden oben diskutiert.

Kontinuierliche Überwachung von Netzwerken

Kontinuierlich betriebene Messnetze basieren auf automatischen Messstationen und dienen in erster Linie der Überwachung der Luftqualität in städtischen Gebieten. Gemessen werden Luftschadstoffe wie Schwefeldioxid (SO2), Staub, Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Kohlenmonoxid (CO), Ozon (O3) und teilweise auch die Summe der Kohlenwasserstoffe (freies Methan, CnHm) oder einzelne organische Komponenten (z. B. Benzol, Toluol, Xylole). Hinzu kommen je nach Bedarf meteorologische Parameter wie Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Niederschlag, Globalstrahlung oder Strahlungsbilanz.

Die in Messstationen betriebene Messtechnik besteht in der Regel aus einem Analysator, einer Kalibriereinheit und einer Steuer- und Steuerelektronik, die die gesamte Messtechnik überwacht und eine standardisierte Schnittstelle zur Datenerfassung enthält. Neben den Messwerten liefert die Messeinrichtung sogenannte Statussignale über Fehler und den Betriebszustand. Die Kalibrierung der Geräte wird in regelmäßigen Abständen automatisch per Computer überprüft.

Die Messstationen sind in der Regel über feste Datenleitungen, Wählverbindungen oder andere Datenübertragungssysteme mit einem Rechner (Prozessrechner, Workstation oder PC, je nach Systemumfang) verbunden, in dem die Messergebnisse eingegeben, verarbeitet und verarbeitet werden angezeigt. Die Rechner des Messnetzes und ggf. speziell geschultes Personal überwachen kontinuierlich, ob verschiedene Grenzwerte überschritten werden. Auf diese Weise können kritische Luftqualitätssituationen jederzeit erkannt werden. Dies ist insbesondere für die Überwachung kritischer Smogsituationen im Winter und Sommer (Photooxidantien) und für die aktuelle Information der Öffentlichkeit sehr wichtig.

Messnetze für Stichprobenmessungen

Über das telemetrische Messnetz hinaus werden in unterschiedlichem Umfang auch andere Messsysteme zur Überwachung der Luftqualität eingesetzt. Beispiele sind (teilweise teilautomatisierte) Messnetze zur Ermittlung von:

  • Staubablagerung und ihre Bestandteile
  • suspendierter Staub (SPM) und seine Bestandteile
  • Kohlenwasserstoffe und chlorierte Kohlenwasserstoffe
  • schwer flüchtige organische Materialien (Dioxine, Furane, polychlorierte Biphenyle).

 

Eine Reihe von auf diese Weise gemessenen Substanzen wurden als krebserregend eingestuft, beispielsweise Cadmiumverbindungen, PAK oder Benzol. Ihre Überwachung ist daher besonders wichtig.

Als Beispiel für ein umfassendes Programm fasst Tabelle 7 die Luftqualitätsüberwachung zusammen, die in Nordrhein-Westfalen, dem mit 18 Millionen Einwohnern bevölkerungsreichsten Bundesland, systematisch durchgeführt wird.

Tabelle 7. Systematische Überwachung der Luftqualität in Nordrhein-Westfalen (Deutschland)

Kontinuierliche Messung
System

Teilweise automatisiert
Messsystem

Diskontinuierliche Messung
System/Mehrkomponenten
Messungen

Schwefeldioxid
Stickstoffmonoxid
Stickstoffdioxid
Kohlenmonoxid
Schwebende Partikel
Materie (SPM)
Ozon
Kohlenwasserstoffe
Windrichtung
Windgeschwindigkeit
Lufttemperatur
Luftdruck
Relative Luftfeuchte
Strahlungsbilanz
Niederschlag

SPM-Zusammensetzung:
Führen (Lead)
Cadmium
Super
Kupfer
Eisen
Arsen
Beryllium
Benzo[a]Pyren
Benzo[e]Pyren
Benzo[a]Anthracen
Dibenzo[Ah]Anthracen
Benzo[ghi)Perylen
Corona

Benzol und andere
Kohlenwasserstoffe
Halogenierte Kohlenwasserstoffe
Staubablagerung u
Material Zusammensetzung
Ruß
Polychlorierte Biphenyle
Polyhalogeniert
Dibenzodioxine u
Dibenzofurane
(PCDD/PCDF)

 

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Mittwoch, März 09 2011 15: 48

Luftreinhaltung

Management der Luftverschmutzung

Das Ziel eines Managers eines Luftreinhaltungssystems besteht darin, sicherzustellen, dass übermäßige Konzentrationen von Luftschadstoffen kein empfindliches Ziel erreichen. Ziele können Menschen, Pflanzen, Tiere und Materialien sein. In allen Fällen sollten wir uns mit der empfindlichsten dieser Gruppen befassen. Luftschadstoffe können Gase, Dämpfe, Aerosole und in einigen Fällen biologisch gefährliche Materialien umfassen. Ein gut konzipiertes System verhindert, dass ein Ziel eine schädliche Konzentration eines Schadstoffs erhält.

Die meisten Luftreinhaltungssysteme beinhalten eine Kombination mehrerer Kontrolltechniken, normalerweise eine Kombination aus technologischen Kontrollen und administrativen Kontrollen, und in größeren oder komplexeren Quellen kann es mehr als eine Art von technologischer Kontrolle geben.

Idealerweise erfolgt die Auswahl der geeigneten Steuerung im Kontext der zu lösenden Problemstellung.

  • Was wird in welcher Konzentration emittiert?
  • Was sind die Ziele? Was ist das anfälligste Ziel?
  • Was sind akzeptable kurzfristige Expositionsniveaus?
  • Was sind akzeptable Langzeitbelastungen?
  • Welche Kombination von Kontrollen muss gewählt werden, um sicherzustellen, dass die Kurzzeit- und Langzeitexpositionswerte nicht überschritten werden?

 

Tabelle 1 beschreibt die Schritte in diesem Prozess.

 


Tabelle 1. Schritte zur Auswahl von Verschmutzungskontrollen

 

 

Schritt 1:
Festlegung
Emissionen.

Der erste Teil besteht darin, zu bestimmen, was aus dem Stack freigegeben wird.
Alle potenziell schädlichen Emissionen müssen aufgelistet werden. Der zweite Teil ist zu
schätzen, wie viel von jedem Material freigesetzt wird. Ohne das
Informationen, kann der Manager nicht damit beginnen, ein Kontrollprogramm zu entwerfen.

Schritt 2:
Festlegung
Zielgruppen.

Alle anfälligen Ziele sollten identifiziert werden. Dazu gehören Menschen, Tiere, Pflanzen und Materialien. In jedem Fall muss das anfälligste Mitglied jeder Gruppe identifiziert werden. Beispielsweise Asthmatiker in der Nähe einer Anlage, die Isocyanate emittiert.

Schritt 3:
Bestimmen
akzeptabel
Belichtungsstufen.*

Ein akzeptables Expositionsniveau für die empfindlichste Zielgruppe muss erreicht werden
etabliert sein. Handelt es sich bei dem Schadstoff um einen Stoff mit kumulativer Wirkung,
B. ein Karzinogen, dann müssen langfristige (jährliche) Expositionswerte festgelegt werden. Wenn der Schadstoff kurzfristige Wirkungen hat, wie z. B. ein Reizstoff oder ein Sensibilisator, muss ein kurzfristiger oder vielleicht Spitzenbelastungswert festgelegt werden.**

Schritt 4:
Auswählen
Kontrollen.

Schritt 1 identifiziert die Emissionen und Schritt 3 bestimmt die akzeptablen
Belichtungsstufen. In diesem Schritt wird jeder Schadstoff überprüft, um sicherzustellen, dass er es ist
das akzeptable Maß nicht überschreitet. Wenn es das akzeptable Niveau überschreitet,
zusätzliche Kontrollen müssen hinzugefügt und die Expositionsniveaus erneut überprüft werden. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis alle Expositionen auf oder unter dem akzeptablen Niveau liegen. Die Ausbreitungsmodellierung kann verwendet werden, um die Expositionen für neue Anlagen abzuschätzen oder alternative Lösungen für bestehende Anlagen zu testen.

* Bei der Einstellung der Expositionswerte in Schritt 3 muss beachtet werden, dass es sich bei diesen Expositionen um Gesamtexpositionen handelt, nicht nur um die der Anlage. Sobald das akzeptable Niveau festgelegt wurde, werden Hintergrundwerte und Beiträge anderer Pflanzen einfach abgezogen, um die maximale Menge zu bestimmen, die die Anlage emittieren kann, ohne das akzeptable Expositionsniveau zu überschreiten. Geschieht dies nicht und dürfen drei Anlagen die maximale Menge emittieren, werden die Zielgruppen dem Dreifachen der zulässigen Menge ausgesetzt.

** Einige Materialien wie Karzinogene haben keinen Schwellenwert, unterhalb dessen keine schädlichen Wirkungen auftreten. Solange ein Teil des Materials in die Umwelt entweichen kann, besteht daher ein gewisses Risiko für die Zielpopulationen. In diesem Fall kann kein No-Effect-Pegel (anders als Null) eingestellt werden. Stattdessen muss ein akzeptables Risikoniveau festgelegt werden. Üblicherweise wird dies im Bereich von 1 unerwünschtem Ergebnis auf 100,000 bis 1,000,000 exponierte Personen festgelegt.


 

Einige Gerichtsbarkeiten haben einen Teil der Arbeit geleistet, indem sie Standards festgelegt haben, die auf der maximalen Konzentration einer Verunreinigung basieren, die ein anfälliges Ziel erhalten kann. Bei dieser Art von Standard muss der Manager die Schritte 2 und 3 nicht durchführen, da dies bereits von der Regulierungsbehörde durchgeführt wurde. Bei diesem System muss der Manager nur die unkontrollierten Emissionsstandards für jeden Schadstoff festlegen (Schritt 1) ​​und dann bestimmen, welche Kontrollen erforderlich sind, um den Standard zu erfüllen (Schritt 4).

Durch Luftqualitätsstandards können Regulierungsbehörden die individuelle Exposition messen und so feststellen, ob jemand potenziell schädlichen Werten ausgesetzt ist. Es wird davon ausgegangen, dass die unter diesen Bedingungen gesetzten Standards niedrig genug sind, um die anfälligste Zielgruppe zu schützen. Dies ist nicht immer eine sichere Annahme. Wie in Tabelle 2 gezeigt, kann es große Unterschiede bei den gängigen Luftqualitätsnormen geben. Die Luftqualitätsnormen für Schwefeldioxid reichen von 30 bis 140 μg/m3. Bei weniger häufig regulierten Materialien kann diese Variation sogar noch größer sein (1.2 bis 1,718 μg/m3), wie in Tabelle 3 für Benzol gezeigt. Dies ist nicht verwunderlich, da die Ökonomie bei der Standardsetzung eine ebenso große Rolle spielen kann wie die Toxikologie. Wenn ein Standard nicht niedrig genug angesetzt wird, um anfällige Bevölkerungsgruppen zu schützen, ist niemandem gut gedient. Exponierte Bevölkerungsgruppen haben ein falsches Vertrauen und können unwissentlich einem Risiko ausgesetzt werden. Der Emittent mag zunächst das Gefühl haben, von einem milderen Standard profitiert zu haben, aber wenn Auswirkungen in der Gemeinde das Unternehmen dazu zwingen, seine Kontrollen neu zu gestalten oder neue Kontrollen zu installieren, könnten die Kosten höher sein, als wenn man es beim ersten Mal richtig macht.

Tabelle 2. Bereich der Luftqualitätsnormen für eine allgemein kontrollierte Luftverunreinigung (Schwefeldioxid)

Länder und Gebiete

Langzeit-Schwefeldioxid
Luftqualitätsnormen (µg/m
3)

Australien

50

Kanada

30

Finnland

40

Deutschland

140

Ungarn

70

Taiwan

133

 

Tabelle 3. Bereich der Luftqualitätsnormen für eine weniger häufig kontrollierte Luftverunreinigung (Benzol)

Stadtstaat

24-Stunden-Luftqualitätsstandard für
Benzol (μg/m
3)

Connecticut

53.4

Massachusetts

1.2

Michigan

2.4

North Carolina

2.1

Nevada

254

New York

1,718

Philadelphia

1,327

Virginia

300

Die Werte wurden auf eine Mittelungszeit von 24 Stunden standardisiert, um die Vergleiche zu erleichtern.

(Adaptiert von Calabrese und Kenyon 1991.)

 

Manchmal wird dieser schrittweise Ansatz zur Auswahl von Luftreinhaltungsmaßnahmen kurzgeschlossen, und die Regulierungsbehörden und Designer gehen direkt zu einer „universellen Lösung“. Eine solche Methode ist die beste verfügbare Steuerungstechnologie (BACT). Es wird davon ausgegangen, dass durch die Verwendung der besten Kombination aus Scrubbern, Filtern und guten Arbeitspraktiken an einer Emissionsquelle ein Emissionsniveau erreicht wird, das niedrig genug ist, um die anfälligste Zielgruppe zu schützen. Häufig liegt das resultierende Emissionsniveau unter dem Minimum, das zum Schutz der anfälligsten Ziele erforderlich ist. Auf diese Weise sollten alle unnötigen Belichtungen eliminiert werden. Beispiele für BACT sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4. Ausgewählte Beispiele der besten verfügbaren Steuerungstechnologie (BACT), die die verwendete Steuerungsmethode und die geschätzte Effizienz zeigen

Verfahren

Schadstoff

Kontrollmethode

Geschätzte Effizienz

Bodensanierung

Kohlenwasserstoffe

Thermisches Oxidationsmittel

99

Kraftzellstofffabrik
Rückgewinnungskessel

Partikuliert

Elektrostatisch
Abscheider

99.68

Herstellung von Rauch
Kieselerde

Kohlenmonoxid

Gute Übung

50

Autolackierung

Kohlenwasserstoffe

Backofen Nachbrenner

90

Elektrolichtbogenofen

Partikuliert

Sackhaus

100

Erdölraffinerie,
katalytische Zersetzung

Einatembare Partikel

Zyklon + Venturi
Wäscher

93

Medizinische Verbrennungsanlage

Chlorwasserstoff

Nasswäscher + trocken
Wäscher

97.5

Kohlebefeuerter Kessel

Schwefeldioxid

Sprühtrockner +
Absorber

90

Entsorgung durch
Austrocknung u
Verbrennung

Partikuliert

Zyklon + Kondensator
+ Venturiwäscher +
Nasswäscher

95

Asphaltanlage

Kohlenwasserstoffe

Thermisches Oxidationsmittel

99

 

BACT allein gewährleistet keine angemessenen Kontrollniveaus. Obwohl dies das beste Steuersystem auf der Grundlage von Gasreinigungssteuerungen und guten Betriebspraktiken ist, ist BACT möglicherweise nicht gut genug, wenn die Quelle eine große Anlage ist oder wenn sie sich neben einem empfindlichen Ziel befindet. Die beste verfügbare Steuerungstechnologie sollte getestet werden, um sicherzustellen, dass sie tatsächlich gut genug ist. Die resultierenden Emissionsstandards sollten überprüft werden, um festzustellen, ob sie selbst mit den besten Gasreinigungssteuerungen noch schädlich sein können oder nicht. Wenn die Emissionsnormen immer noch schädlich sind, müssen möglicherweise andere grundlegende Kontrollen in Betracht gezogen werden, z. B. die Auswahl sichererer Prozesse oder Materialien oder die Verlagerung in einen weniger sensiblen Bereich.

Eine weitere „universelle Lösung“, die einige der Schritte umgeht, sind Quellleistungsstandards. Viele Gerichtsbarkeiten legen Emissionsnormen fest, die nicht überschritten werden dürfen. Emissionsstandards basieren auf Emissionen an der Quelle. Normalerweise funktioniert das gut, aber wie BACT können sie unzuverlässig sein. Die Werte sollten niedrig genug sein, um die maximalen Emissionen niedrig genug zu halten, um empfindliche Zielpopulationen vor typischen Emissionen zu schützen. Wie bei der besten verfügbaren Kontrolltechnologie ist dies jedoch möglicherweise nicht gut genug, um alle zu schützen, wenn es große Emissionsquellen oder in der Nähe anfällige Bevölkerungsgruppen gibt. Ist dies der Fall, müssen andere Verfahren angewendet werden, um die Sicherheit aller Zielgruppen zu gewährleisten.

Sowohl BACT als auch Emissionsstandards haben einen grundlegenden Fehler. Sie gehen davon aus, dass bei Erfüllung bestimmter Kriterien in der Anlage die Zielgruppen automatisch geschützt werden. Dies ist nicht unbedingt der Fall, aber sobald ein solches System gesetzlich verankert ist, werden die Auswirkungen auf das Ziel der Einhaltung des Gesetzes untergeordnet.

Als Mindestkriterien für Kontrollen sollten BACT- und Quellenemissionsstandards oder Designkriterien verwendet werden. Wenn BACT- oder Emissionskriterien die anfälligen Ziele schützen, können sie wie beabsichtigt verwendet werden, andernfalls müssen andere Verwaltungskontrollen angewendet werden.

Kontrollmaßnahmen

Kontrollen können in zwei grundlegende Arten von Kontrollen unterteilt werden – technologische und administrative. Technologische Kontrollen werden hier als die Hardware definiert, die an einer Emissionsquelle angebracht wird, um Verunreinigungen im Gasstrom auf ein Niveau zu reduzieren, das für die Gemeinschaft akzeptabel ist und das das empfindlichste Ziel schützt. Verwaltungskontrollen werden hier als andere Kontrollmaßnahmen definiert.

Technologische Kontrollen

Gasreinigungssysteme werden an der Quelle vor dem Schornstein platziert, um Verunreinigungen aus dem Gasstrom zu entfernen, bevor er an die Umgebung abgegeben wird. Tabelle 5 zeigt eine kurze Zusammenfassung der verschiedenen Klassen von Gasreinigungssystemen.

Tabelle 5. Gasreinigungsverfahren zur Entfernung schädlicher Gase, Dämpfe und Partikel aus industriellen Prozessemissionen

Kontrollmethode

Beispiele

Beschreibung

effizienz

Gase/Dämpfe

     

Kondensation

Kondensatoren kontaktieren
Oberflächenkondensatoren

Der Dampf wird gekühlt und zu einer Flüssigkeit kondensiert. Dies ist ineffizient und wird als Vorbedingung für andere Verfahren verwendet

80+ % bei Konzentration >2,000 ppm

Absorption

Nasswäscher (verpackt
oder Plattenabsorber)

Das Gas oder der Dampf wird in einer Flüssigkeit gesammelt.

82–95 % bei Konzentration <100 ppm
95–99 % bei Konzentration >100 ppm

Adsorption

Kohlenstoff
Aluminiumoxide
Kieselgel
Molekularsieb

Das Gas oder der Dampf wird auf einem Festkörper gesammelt.

90+ % bei Konzentration <1,000 ppm
95+ % bei Konzentration >1,000 ppm

Verbrennung

Flares
Verbrennungsanlage
Katalytische Verbrennungsanlage

Ein organisches Gas oder Dampf wird oxidiert, indem es auf eine hohe Temperatur erhitzt und für a auf dieser Temperatur gehalten wird
ausreichender Zeitraum.

Wann nicht zu empfehlen
Konzentration < 2,000 ppm
80+ % bei Konzentration >2,000 ppm

Partikuliert

     

Trägheits
Separatoren

Zyklone

Partikelbeladene Gase werden gezwungen, ihre Richtung zu ändern. Die Trägheit der Partikel bewirkt, dass sie sich vom Gasstrom trennen. Dies ist ineffizient und wird als verwendet
Vorbedingung für andere Methoden.

70-90%

Nasswäscher

Venturi
Benetzter Filter
Teller- oder Siebwäscher

Flüssigkeitströpfchen (Wasser) sammeln die Partikel durch Aufprall, Abfangen und Diffusion. Die Tröpfchen und ihre Partikel werden dann vom Gasstrom getrennt.

Für 5-μm-Partikel 98.5 % bei 6.8 wg;
99.99+% bei 50 wg
Für 1-μm-Partikel 45 % bei 6.8 wg; 99.95
bei 50 wg

Elektrostatisch
Abscheider

Plattendraht
Flacher Teller
Röhrenförmig
Nass

Elektrische Kräfte werden verwendet, um die Partikel aus dem Gasstrom auf Sammelplatten zu bewegen

95–99.5 % für 0.2-μm-Partikel
99.25–99.9+ % für 10-μm-Partikel

Filter

Sackhaus

Ein poröser Stoff entfernt Partikel aus dem Gasstrom. Der poröse Staubkuchen, der sich dann tatsächlich auf dem Stoff bildet
übernimmt die Filterung.

99.9 % für 0.2-μm-Partikel
99.5 % für 10-μm-Partikel

 

Der Gasreiniger ist Teil eines komplexen Systems, das aus Hauben, Kanälen, Ventilatoren, Reinigern und Schornsteinen besteht. Das Design, die Leistung und die Wartung jedes Teils wirken sich auf die Leistung aller anderen Teile und des Systems als Ganzes aus.

Es ist zu beachten, dass die Systemeffizienz für jeden Reinigertyp stark variiert, abhängig von seiner Konstruktion, dem Energieeintrag und den Eigenschaften des Gasstroms und der Verunreinigung. Daher sind die Beispielwirkungsgrade in Tabelle 5 nur Näherungswerte. Die Variation der Effizienz wird mit Nasswäschern in Tabelle 5 gezeigt. Die Sammeleffizienz von Nasswäschern reicht von 98.5 Prozent für 5-μm-Partikel bis 45 Prozent für 1-μm-Partikel bei demselben Druckabfall über den Wäscher (6.8 Zoll Wassersäule (wg )). Bei gleicher Partikelgröße von 1 μm steigt der Wirkungsgrad von 45 Prozent Wirkungsgrad bei 6.8 wg auf 99.95 % bei 50 wg. Daher müssen Gasreiniger an den jeweiligen Gasstrom angepasst werden. Die Verwendung generischer Geräte wird nicht empfohlen.

Müllentsorgung

Bei der Auswahl und Konstruktion von Gasreinigungssystemen muss sorgfältig auf die sichere Entsorgung des gesammelten Materials geachtet werden. Wie in Tabelle 6 gezeigt, produzieren einige Prozesse große Mengen an Verunreinigungen. Wenn die meisten Verunreinigungen von der Gasreinigungsanlage gesammelt werden, kann es zu einem Entsorgungsproblem für gefährlichen Abfall kommen.

Tabelle 6. Beispiele für unkontrollierte Emissionsraten für ausgewählte Industrieprozesse

Industrielle Quelle

Emissionsrate

100 Tonnen Elektroofen

257 Tonnen/Jahr Feinstaub

1,500 MM BTU/h Öl-/Gasturbine

444 lb/h SO2

Verbrennungsofen mit 41.7 Tonnen/Stunde

208 lb/h NEINx

100 Lkw/Tag Klarlack

3,795 Pfund/Woche Bio

 

In einigen Fällen können die Abfälle wertvolle Produkte enthalten, die recycelt werden können, wie Schwermetalle aus einer Schmelze oder Lösungsmittel aus einer Lackierstraße. Die Abfälle können als Rohstoff für andere industrielle Prozesse verwendet werden – beispielsweise kann als Schwefelsäure gesammeltes Schwefeldioxid zur Herstellung von Düngemitteln verwendet werden.

Wenn die Abfälle nicht recycelt oder wiederverwendet werden können, ist die Entsorgung möglicherweise nicht einfach. Nicht nur die Lautstärke kann ein Problem sein, sondern sie können selbst gefährlich sein. Wenn beispielsweise die aus einem Kessel oder einer Schmelze aufgefangene Schwefelsäure nicht wiederverwendet werden kann, muss sie vor der Entsorgung weiter behandelt werden, um sie zu neutralisieren.

Dispersion

Dispersion kann die Konzentration eines Schadstoffs an einem Ziel reduzieren. Es muss jedoch daran erinnert werden, dass die Dispergierung nicht die Gesamtmenge an Material verringert, die eine Anlage verlässt. Ein hoher Stapel ermöglicht nur, dass sich die Wolke ausbreitet und verdünnt wird, bevor sie den Boden erreicht, wo wahrscheinlich anfällige Ziele vorhanden sind. Wenn der Schadstoff in erster Linie eine Belästigung darstellt, wie beispielsweise ein Geruch, kann eine Verteilung akzeptabel sein. Wenn das Material jedoch persistent oder kumulativ ist, wie z. B. Schwermetalle, ist eine Verdünnung möglicherweise keine Antwort auf ein Luftverschmutzungsproblem.

Dispersion sollte mit Vorsicht verwendet werden. Lokale Wetter- und Bodenoberflächenbedingungen müssen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann es in kälteren Klimazonen, insbesondere bei Schneebedeckung, zu häufigen Temperaturinversionen kommen, die Schadstoffe in Bodennähe einschließen können, was zu unerwartet hohen Expositionen führt. Wenn sich eine Anlage in einem Tal befindet, können sich die Schwaden in ähnlicher Weise im Tal auf und ab bewegen oder von umliegenden Hügeln blockiert werden, sodass sie sich nicht wie erwartet ausbreiten und auflösen.

Administrative Kontrollen

Neben den technologischen Systemen gibt es eine weitere Gruppe von Kontrollen, die bei der Gesamtkonzeption eines Luftreinhaltungssystems berücksichtigt werden müssen. Sie stammen größtenteils aus den Grundwerkzeugen der Betriebshygiene.

Substitution

Eine der bevorzugten Arbeitshygienemethoden zur Kontrolle von Umweltgefahren am Arbeitsplatz besteht darin, ein sichereres Material oder Verfahren zu ersetzen. Wenn ein sichereres Verfahren oder Material verwendet und schädliche Emissionen vermieden werden können, wird die Art oder Wirksamkeit von Kontrollen akademisch. Es ist besser, das Problem zu vermeiden, als zu versuchen, eine schlechte erste Entscheidung zu korrigieren. Beispiele für die Substitution sind die Verwendung sauberer Brennstoffe, Abdeckungen für die Massenlagerung und niedrigere Temperaturen in Trocknern.

Das gilt für kleinere Anschaffungen ebenso wie für die großen Auslegungskriterien der Anlage. Wenn nur umweltverträgliche Produkte oder Verfahren eingekauft werden, besteht keine Gefahr für die Umwelt, drinnen oder draußen. Wenn ein falscher Kauf getätigt wird, besteht der Rest des Programms darin, zu versuchen, diese erste Entscheidung zu kompensieren. Wenn ein kostengünstiges, aber gefährliches Produkt oder Verfahren gekauft wird, sind möglicherweise spezielle Handhabungsverfahren und -geräte sowie spezielle Entsorgungsmethoden erforderlich. Infolgedessen hat der Billigartikel möglicherweise nur einen niedrigen Anschaffungspreis, aber einen hohen Gebrauchs- und Entsorgungspreis. Vielleicht wäre ein sichereres, aber teureres Material oder Verfahren auf lange Sicht weniger kostspielig gewesen.

Lokale Belüftung

Kontrollen sind für alle identifizierten Probleme erforderlich, die nicht durch den Ersatz sichererer Materialien oder Methoden vermieden werden können. Emissionen beginnen an der einzelnen Baustelle, nicht am Schornstein. Ein Belüftungssystem, das Emissionen an der Quelle auffängt und kontrolliert, trägt dazu bei, die Gemeinschaft zu schützen, wenn es richtig konzipiert ist. Die Hauben und Kanäle des Lüftungssystems sind Teil des Gesamtsystems zur Luftreinhaltung.

Ein lokales Belüftungssystem wird bevorzugt. Es verdünnt die Verunreinigungen nicht und liefert einen konzentrierten Gasstrom, der vor der Freisetzung in die Umwelt leichter zu reinigen ist. Gasreinigungsgeräte sind effizienter bei der Reinigung von Luft mit höheren Schadstoffkonzentrationen. Beispielsweise verhindert eine Auffanghaube über dem Ausguss eines Metallofens, dass Verunreinigungen in die Umgebung gelangen, und leitet die Dämpfe an das Gasreinigungssystem weiter. Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass die Reinigungseffizienz von Absorptions- und Adsorptionsreinigern mit der Schadstoffkonzentration zunimmt und Kondensationsreiniger für geringe Schadstoffkonzentrationen (< 2,000 ppm) nicht empfohlen werden.

Wenn Schadstoffe nicht an der Quelle aufgefangen werden und durch Fenster und Lüftungsöffnungen entweichen können, werden sie zu unkontrollierten flüchtigen Emissionen. In einigen Fällen können diese unkontrollierten flüchtigen Emissionen erhebliche Auswirkungen auf die unmittelbare Nachbarschaft haben.

Isolation

Isolation – die Anlage entfernt von anfälligen Zielen zu platzieren – kann eine wichtige Kontrollmethode sein, wenn technische Kontrollen allein nicht ausreichen. Dies kann das einzige Mittel sein, um ein akzeptables Kontrollniveau zu erreichen, wenn man sich auf die beste verfügbare Kontrolltechnologie (BACT) verlassen muss. Wenn eine Zielgruppe nach Anwendung der besten verfügbaren Kontrollen immer noch gefährdet ist, muss erwogen werden, einen alternativen Standort zu finden, an dem keine empfindlichen Populationen vorhanden sind.

Isolierung, wie oben dargestellt, ist ein Mittel, um eine einzelne Pflanze von anfälligen Zielen zu trennen. Ein weiteres Isolationssystem besteht darin, dass lokale Behörden die Zoneneinteilung verwenden, um Branchenklassen von anfälligen Zielen zu trennen. Sobald die Industrien von den Zielpopulationen getrennt wurden, sollte es der Bevölkerung nicht gestattet werden, neben die Anlage umzuziehen. Obwohl dies nach gesundem Menschenverstand erscheint, wird es nicht so oft angewendet, wie es sein sollte.

Arbeitsabläufe

Arbeitsverfahren müssen entwickelt werden, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung ordnungsgemäß und sicher verwendet wird, ohne Gefahr für Arbeiter oder die Umwelt. Komplexe Abluftreinigungsanlagen müssen ordnungsgemäß gewartet und betrieben werden, wenn sie ihre Aufgabe wie vorgesehen erfüllen sollen. Ein wichtiger Faktor dabei ist die Mitarbeiterschulung. Das Personal muss in der Verwendung und Wartung der Ausrüstung geschult werden, um die Menge an gefährlichen Materialien, die an den Arbeitsplatz oder in die Gemeinschaft abgegeben werden, zu reduzieren oder zu eliminieren. In einigen Fällen stützt sich BACT auf bewährte Verfahren, um akzeptable Ergebnisse zu gewährleisten.

Echtzeitüberwachung

Ein auf Echtzeitüberwachung basierendes System ist nicht beliebt und wird nicht allgemein verwendet. In diesem Fall können kontinuierliche Emissions- und meteorologische Überwachung mit Ausbreitungsmodellierung kombiniert werden, um die Exposition vor dem Wind vorherzusagen. Wenn sich die vorhergesagten Expositionen den akzeptablen Werten nähern, werden die Informationen verwendet, um Produktionsraten und Emissionen zu reduzieren. Dies ist eine ineffiziente Methode, kann aber eine akzeptable vorläufige Kontrollmethode für eine bestehende Einrichtung sein.

Das Gegenteil davon, Warnungen an die Öffentlichkeit zu verkünden, wenn die Bedingungen so sind, dass übermäßige Konzentrationen von Schadstoffen vorliegen können, damit die Öffentlichkeit geeignete Maßnahmen ergreifen kann. Wenn zum Beispiel eine Warnung gesendet wird, dass die atmosphärischen Bedingungen so sind, dass der Schwefeldioxidgehalt in Windrichtung einer Schmelze zu hoch ist, würden anfällige Bevölkerungsgruppen wie Asthmatiker wissen, dass sie nicht nach draußen gehen sollten. Auch dies kann eine akzeptable Zwischenkontrolle sein, bis dauerhafte Kontrollen installiert sind.

Die atmosphärische und meteorologische Überwachung in Echtzeit wird manchmal verwendet, um größere Luftverschmutzungsereignisse zu vermeiden oder zu reduzieren, wenn mehrere Quellen vorhanden sein können. Wenn es offensichtlich wird, dass eine übermäßige Luftverschmutzung wahrscheinlich ist, kann die private Nutzung von Autos eingeschränkt und große emittierende Industrien geschlossen werden.

Wartung/Haushalt

In allen Fällen hängt die Wirksamkeit der Kontrollen von der ordnungsgemäßen Wartung ab; Das Gerät muss bestimmungsgemäß funktionieren. Nicht nur die Luftreinhaltung muss bestimmungsgemäß gewartet und verwendet werden, sondern auch die Prozesse, die potenzielle Emissionen verursachen, müssen ordnungsgemäß gewartet und betrieben werden. Ein Beispiel für einen industriellen Prozess ist ein Hackschnitzeltrockner mit einem defekten Temperaturregler; Wenn der Trockner bei zu hoher Temperatur betrieben wird, gibt er mehr Materialien und möglicherweise eine andere Art von Material aus dem trocknenden Holz ab. Ein Beispiel für die Wartung von Gasreinigern, die sich auf die Emissionen auswirken, wäre ein schlecht gewartetes Beutelhaus mit kaputten Beuteln, wodurch Partikel durch den Filter gelangen könnten.

Auch die Haushaltsführung spielt eine wichtige Rolle bei der Kontrolle der Gesamtemissionen. Stäube, die innerhalb der Anlage nicht schnell entfernt werden, können wieder mitgerissen werden und eine Gefahr für das Personal darstellen. Wenn die Stäube außerhalb der Anlage getragen werden, stellen sie eine Gefahr für die Gemeinschaft dar. Schlechte Haushaltsführung im Werkshof könnte ein erhebliches Risiko für die Gemeinde darstellen. Freigelegte Schüttgüter, Pflanzenabfälle oder durch Fahrzeuge aufgewirbelter Staub können dazu führen, dass Schadstoffe mit dem Wind in die Gemeinde getragen werden. Um die Gesamtemissionen zu reduzieren, ist es wichtig, den Hof sauber zu halten und geeignete Container oder Lagerplätze zu verwenden. Ein System muss nicht nur richtig konzipiert, sondern auch richtig genutzt werden, wenn die Gemeinschaft geschützt werden soll.

Ein Worst-Case-Beispiel für schlechte Wartung und Ordnung wäre die Bleirückgewinnungsanlage mit einem defekten Bleistaubförderer. Der Staub wurde aus dem Förderer entweichen gelassen, bis der Haufen so hoch war, dass der Staub den Haufen hinunter und aus einem zerbrochenen Fenster rutschen konnte. Lokale Winde trugen den Staub dann durch die Nachbarschaft.

Ausrüstung für die Emissionsprobenahme

Source Sampling kann aus mehreren Gründen durchgeführt werden:

  • Zur Charakterisierung der Emissionen. Um ein System zur Luftreinhaltung zu entwerfen, muss man wissen, was emittiert wird. Nicht nur das Gasvolumen, sondern auch die Menge, die Identität und bei Partikeln die Größenverteilung des emittierten Materials müssen bekannt sein. Die gleichen Informationen sind erforderlich, um die Gesamtemissionen in einem Viertel zu katalogisieren.
  • Um die Effizienz der Ausrüstung zu testen. Nachdem ein System zur Luftreinhaltung gekauft wurde, sollte es getestet werden, um sicherzustellen, dass es die vorgesehene Aufgabe erfüllt.
  • Als Teil eines Kontrollsystems. Wenn die Emissionen kontinuierlich überwacht werden, können die Daten zur Feinabstimmung des Luftreinhaltungssystems oder des Anlagenbetriebs selbst verwendet werden.
  • Um die Einhaltung zu bestimmen. Wenn regulatorische Standards Emissionsgrenzwerte enthalten, kann eine Emissionsprobenahme verwendet werden, um die Einhaltung oder Nichteinhaltung der Standards zu bestimmen.

 

Die Art des verwendeten Probenahmesystems hängt vom Grund der Probenahme, den Kosten, der Verfügbarkeit der Technologie und der Schulung des Personals ab.

Sichtbare Emissionen

Wo es darum geht, die Verschmutzungskraft der Luft zu verringern, die Sicht zu verbessern oder den Eintrag von Aerosolen in die Atmosphäre zu verhindern, können Standards auf sichtbaren Emissionen basieren.

Sichtbare Emissionen bestehen aus kleinen Partikeln oder farbigen Gasen. Je undurchsichtiger eine Wolke ist, desto mehr Material wird emittiert. Diese Eigenschaft ist für das Auge offensichtlich, und geschulte Beobachter können verwendet werden, um die Emissionswerte zu beurteilen. Die Verwendung dieser Methode zur Bewertung von Emissionsstandards hat mehrere Vorteile:

  • Es ist keine teure Ausrüstung erforderlich.
  • Eine Person kann an einem Tag viele Beobachtungen machen.
  • Anlagenbetreiber können schnell und kostengünstig die Auswirkungen von Prozessänderungen einschätzen.
  • Verstöße können ohne zeitaufwändige Quellenprüfung zitiert werden.
  • Fragwürdige Emissionen können lokalisiert und die tatsächlichen Emissionen dann durch Quellentests bestimmt werden, wie in den folgenden Abschnitten beschrieben.

 

Extraktive Probenahme

Ein viel strengeres Probenahmeverfahren erfordert, dass eine Probe des Gasstroms aus dem Schornstein entnommen und analysiert wird. Obwohl dies einfach klingt, lässt es sich nicht in eine einfache Sampling-Methode übersetzen.

Die Probe sollte isokinetisch gesammelt werden, insbesondere wenn Partikel gesammelt werden. Isokinetische Probenahme ist als Probenahme definiert, bei der die Probe mit der gleichen Geschwindigkeit in die Probenahmesonde gezogen wird, mit der sich das Material im Schornstein oder Kanal bewegt. Dazu wird die Geschwindigkeit des Gasstroms mit einem Staurohr gemessen und dann die Probenahmerate so angepasst, dass die Probe mit derselben Geschwindigkeit in die Sonde eintritt. Dies ist bei der Probenahme von Partikeln unerlässlich, da größere, schwerere Partikel einer Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderung nicht folgen. Infolgedessen ist die Konzentration größerer Partikel in der Probe nicht repräsentativ für den Gasstrom und die Probe ist ungenau.

Ein Probenzug für Schwefeldioxid ist in Abbildung 1 dargestellt. Es ist nicht einfach, und ein geschulter Bediener ist erforderlich, um sicherzustellen, dass eine Probe ordnungsgemäß entnommen wird. Wenn etwas anderes als Schwefeldioxid als Probe genommen werden soll, können die Impinger und das Eisbad entfernt und die entsprechende Sammelvorrichtung eingesetzt werden.

Abbildung 1. Ein Diagramm eines isokinetischen Probenahmezugs für Schwefeldioxid

EPC050F2

Die extraktive Probenahme, insbesondere die isokinetische Probenahme, kann sehr genau und vielseitig sein und hat mehrere Verwendungszwecke:

  • Es ist ein anerkanntes Probenahmeverfahren mit angemessenen Qualitätskontrollen und kann daher zur Feststellung der Einhaltung von Standards verwendet werden.
  • Die potentielle Genauigkeit des Verfahrens macht es geeignet für die Leistungsprüfung neuer Steuergeräte.
  • Da für viele Komponenten Proben unter kontrollierten Laborbedingungen gesammelt und analysiert werden können, ist es nützlich, den Gasstrom zu charakterisieren.

 

Ein vereinfachtes und automatisiertes Probenahmesystem kann an einen kontinuierlichen Gasanalysator (elektrochemische, ultraviolett-photometrische oder Flammenionisationssensoren) oder Partikelanalysator (Nephelometer) angeschlossen werden, um die Emissionen kontinuierlich zu überwachen. Damit können die Emissionen und der aktuelle Betriebszustand der Luftreinhalteanlage dokumentiert werden.

Probenahme vor Ort

Emissionen können auch im Schornstein beprobt werden. Fig. 2 ist eine Darstellung eines einfachen Transmissometers, das verwendet wird, um Materialien in dem Gasstrom zu messen. In diesem Beispiel wird ein Lichtstrahl über den Stapel auf eine Fotozelle projiziert. Die Partikel oder das farbige Gas absorbieren oder blockieren einen Teil des Lichts. Je mehr Material, desto weniger Licht gelangt zur Fotozelle. (Siehe Abbildung 2.)

Abbildung 2. Ein einfaches Transmissometer zur Messung von Partikeln in einem Schornstein

EPC050F1

Durch die Verwendung unterschiedlicher Lichtquellen und Detektoren wie Ultraviolettlicht (UV) können Gase nachgewiesen werden, die für sichtbares Licht durchlässig sind. Diese Geräte können auf bestimmte Gase eingestellt werden und können somit die Gaskonzentration im Abfallstrom messen.

An in situ Das Überwachungssystem hat gegenüber einem extraktiven System den Vorteil, dass es die Konzentration über den gesamten Schornstein oder Kanal messen kann, während das extraktive Verfahren die Konzentrationen nur an dem Punkt misst, an dem die Probe entnommen wurde. Dies kann zu erheblichen Fehlern führen, wenn der Probengasstrom nicht gut gemischt ist. Das extraktive Verfahren bietet jedoch mehr Analysemethoden und kann daher möglicherweise in mehr Anwendungen verwendet werden.

Da der in situ Das System liefert eine kontinuierliche Anzeige, es kann zur Dokumentation von Emissionen oder zur Feinabstimmung des Betriebssystems verwendet werden.

 

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Mittwoch, März 09 2011 16: 00

Wasserverschmutzungskontrolle

Dieser Artikel soll dem Leser ein Verständnis der derzeit verfügbaren Technologie zur Annäherung an die Kontrolle der Wasserverschmutzung vermitteln, aufbauend auf der Diskussion von Trends und Ereignissen, die von Hespanhol und Helmer in diesem Kapitel bereitgestellt wurden Gefahren für die Umwelt. Die folgenden Abschnitte befassen sich mit der Bekämpfung von Wasserverschmutzungsproblemen, zuerst unter der Überschrift „Oberflächengewässerverunreinigungsbekämpfung“ und dann unter der Überschrift „Grundwasserverunreinigungsbekämpfung“.

Kontrolle der Oberflächengewässer

Definition von Wasserverschmutzung

Wasserverschmutzung bezieht sich auf den qualitativen Zustand der Verunreinigung oder Unsauberkeit in hydrologischen Gewässern einer bestimmten Region, beispielsweise einer Wasserscheide. Sie resultiert aus einem Ereignis oder Prozess, das/der zu einer Verringerung des Nutzens der Gewässer der Erde führt, insbesondere in Bezug auf die menschliche Gesundheit und die Auswirkungen auf die Umwelt. Der Verschmutzungsprozess betont den Reinheitsverlust durch Kontamination, was ferner das Eindringen oder den Kontakt mit einer externen Quelle als Ursache impliziert. Der Begriff verschmutzt wird auf extrem geringe Wasserverschmutzung angewendet, wie bei ihrer anfänglichen Korruption und ihrem Verfall. Befleckung ist das Ergebnis von Verschmutzung und deutet auf Verletzung oder Entweihung hin.

Hydrologische Gewässer

Die natürlichen Gewässer der Erde können als kontinuierlich zirkulierendes System betrachtet werden, wie in Abbildung 1 gezeigt, die eine grafische Darstellung der Gewässer im Wasserkreislauf bietet, einschließlich Oberflächen- und unterirdischer Gewässer.

Abbildung 1. Der Wasserkreislauf

EPC060F1

Als Referenz für die Wasserqualität dient destilliertes Wasser (H2O) repräsentieren den höchsten Reinheitszustand. Gewässer im Wasserkreislauf können als natürlich angesehen werden, sind aber nicht rein. Sie werden sowohl durch natürliche als auch durch menschliche Aktivitäten verschmutzt. Natürliche Abbaueffekte können aus einer Vielzahl von Quellen resultieren – aus Fauna, Flora, Vulkanausbrüchen, Blitzeinschlägen, die Brände verursachen, und so weiter, die für wissenschaftliche Zwecke langfristig als vorherrschende Hintergrundwerte angesehen werden.

Die von Menschen verursachte Verschmutzung stört das natürliche Gleichgewicht, indem sie Abfallstoffe aus verschiedenen Quellen überlagert. Schadstoffe können an jeder Stelle in die Gewässer des Wasserkreislaufs eingetragen werden. Zum Beispiel: atmosphärische Niederschläge (Niederschläge) können durch Luftschadstoffe kontaminiert werden; Oberflächengewässer können durch den Abfluss aus Wassereinzugsgebieten verunreinigt werden; Abwasser kann in Bäche und Flüsse eingeleitet werden; und Grundwasser können durch Versickerung und unterirdische Kontamination verunreinigt werden.

 

 

Abbildung 2 zeigt eine Verteilung der hydrologischen Gewässer. Verschmutzungen überlagern diese Gewässer dann und können daher als unnatürlicher oder unausgeglichener Umweltzustand angesehen werden. Der Verschmutzungsprozess kann in Gewässern in jedem Teil des Wasserkreislaufs auftreten und ist auf der Erdoberfläche in Form von Abflüssen aus Wassereinzugsgebieten in Bäche und Flüsse offensichtlicher. Die Grundwasserverschmutzung hat jedoch auch erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und wird im Anschluss an den Abschnitt über die Verschmutzung von Oberflächengewässern erörtert.

Abbildung 2. Niederschlagsverteilung

EPC060F2

Watershed Quellen der Wasserverschmutzung

Wassereinzugsgebiete sind der Ursprungsbereich der Verschmutzung von Oberflächengewässern. Ein Wassereinzugsgebiet ist definiert als ein Bereich der Erdoberfläche, auf den hydrologische Gewässer fallen, sich ansammeln, verwendet, entsorgt und schließlich in Bäche, Flüsse oder andere Gewässer eingeleitet werden. Es besteht aus einem Entwässerungssystem mit endgültigem Abfluss oder Sammlung in einem Bach oder Fluss. Große Flusseinzugsgebiete werden üblicherweise als Einzugsgebiete bezeichnet. Abbildung 3 ist eine Darstellung des Wasserkreislaufs auf einer regionalen Wasserscheide. Für eine Region kann die Anordnung der verschiedenen Gewässer als einfache Gleichung geschrieben werden, die die Grundgleichung der Hydrologie ist, wie sie von Viessman, Lewis und Knapp (1989) geschrieben wurde; typische Einheiten sind mm/Jahr:

P – R – G – E – T = ±S

wo:

P = Niederschlag (dh Niederschlag, Schneefall, Hagel)

R = Abfluss oder Wasserscheide-Oberflächenfluss

G = Grundwasser

E = Verdunstung

T = Transpiration

S = Oberflächenlagerung

Abbildung 3. Regionaler Wasserkreislauf

EPC060F3

Niederschlag wird als auslösende Form im obigen Wasserhaushalt angesehen. Der Begriff Abfluss ist gleichbedeutend mit Stromfluss. Lagerung bezieht sich auf Stauseen oder Rückhaltesysteme, die Wasser sammeln; Beispielsweise schafft ein von Menschenhand geschaffener Damm (Staudamm) an einem Fluss ein Reservoir zum Zweck der Wasserspeicherung. Grundwasser sammelt sich als Speicher und kann von einem Ort zum anderen fließen; es kann in Bezug auf Oberflächenströme Zufluss oder Abfluss sein. Verdunstung ist ein Wasseroberflächenphänomen, und Transpiration ist mit der Übertragung von Biota verbunden.

 

 

 

 

 

 

 

Obwohl die Größe von Wassereinzugsgebieten sehr unterschiedlich sein kann, werden bestimmte Entwässerungssysteme für die Wasserverschmutzungskennzeichnung als städtisch oder nicht städtisch (landwirtschaftlich, ländlich, unbebaut) eingestuft. Die in diesen Entwässerungssystemen auftretende Verschmutzung stammt aus folgenden Quellen:

Punktquellen: Abfälle werden an einem bestimmten Ort in einen aufnehmenden Wasserkörper eingeleitet, beispielsweise an einem Abwasserrohr oder einer Art konzentriertem Systemauslass.

Nicht punktförmige (verstreute) Quellen: Verschmutzung, die aus verteilten Quellen in der Wasserscheide in einen aufnehmenden Wasserkörper gelangt; Typisch ist die Ableitung von nicht gesammeltem Niederschlagswasser in einen Bach. Nicht punktförmige Quellen werden manchmal auch als „diffuse“ Gewässer bezeichnet; der Begriff verstreut wird jedoch als aussagekräftiger angesehen.

Intermittierende Quellen: von einem Punkt oder einer Quelle, die unter bestimmten Umständen entlädt, z. B. bei Überlastung; Typisch sind Mischwasserüberläufe während Starkregenabflusszeiten.

Wasserschadstoffe in Bächen und Flüssen

Wenn schädliche Abfallstoffe aus den oben genannten Quellen in Ströme oder andere Gewässer eingeleitet werden, werden sie zu Schadstoffen, die in einem vorherigen Abschnitt klassifiziert und beschrieben wurden. Schadstoffe oder Verunreinigungen, die in ein Gewässer gelangen, können weiter unterteilt werden in:

  • abbaubare (nicht-konservative) Schadstoffe: Verunreinigungen, die sich schließlich in unschädliche Stoffe zersetzen oder durch Behandlungsmethoden entfernt werden können; das heißt, bestimmte organische Materialien und Chemikalien, häusliche Abwässer, Wärme, Pflanzennährstoffe, die meisten Bakterien und Viren, bestimmte Sedimente
  • nicht abbaubare (konservative) Schadstoffe: Verunreinigungen, die in der Wasserumgebung verbleiben und deren Konzentration nicht abnimmt, wenn sie nicht verdünnt oder durch Behandlung entfernt werden; das heißt, bestimmte organische und anorganische Chemikalien, Salze, kolloidale Suspensionen
  • gefährliche Schadstoffe im Wasser: Komplexe Formen schädlicher Abfälle einschließlich giftiger Spurenmetalle, bestimmter anorganischer und organischer Verbindungen
  • radioaktive Schadstoffe: Materialien, die einer radioaktiven Quelle ausgesetzt waren.

 

Gewässerschutzverordnung

Allgemein anwendbare Wasserschutzvorschriften werden im Allgemeinen von nationalen Regierungsbehörden erlassen, detailliertere Vorschriften von Staaten, Provinzen, Gemeinden, Wasserbezirken, Naturschutzbezirken, Abwasserkommissionen und anderen. Auf nationaler und staatlicher (oder provinzieller) Ebene sind Umweltschutzbehörden (EPAs) und Gesundheitsministerien normalerweise mit dieser Verantwortung betraut. Bei der nachstehenden Erörterung der Vorschriften folgen das Format und bestimmte Teile dem Beispiel der Wasserqualitätsnormen, die derzeit für den US-Bundesstaat Ohio gelten.

Verwendungsbezeichnungen für die Wasserqualität

Das ultimative Ziel bei der Kontrolle der Wasserverschmutzung wäre die Null-Einleitung von Schadstoffen in die Gewässer; Eine vollständige Erreichung dieses Ziels ist jedoch in der Regel nicht kosteneffektiv. Der bevorzugte Ansatz besteht darin, zum angemessenen Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt Beschränkungen für die Einleitung von Abfällen festzulegen. Obwohl diese Standards in verschiedenen Gerichtsbarkeiten stark variieren können, bilden Nutzungsbezeichnungen für bestimmte Gewässer üblicherweise die Grundlage, wie nachstehend kurz angesprochen wird.

Zur Wasserversorgung gehören:

  • öffentliche Wasserversorgung: Wasser, das bei herkömmlicher Behandlung für den menschlichen Verzehr geeignet ist
  • landwirtschaftliche Versorgung: Wasser, das ohne Behandlung zur Bewässerung und Viehtränke geeignet ist
  • industrielle/gewerbliche Versorgung: Wässer, die mit oder ohne Behandlung für industrielle und kommerzielle Zwecke geeignet sind.

 

Zu den Freizeitaktivitäten gehören:

  • Badegewässer: Gewässer, die zu bestimmten Jahreszeiten zum Schwimmen geeignet sind, da die Wasserqualität sowie die Schutzbedingungen und -einrichtungen genehmigt wurden
  • Hauptansprechpartner: Gewässer, die zu bestimmten Jahreszeiten für Ganzkörperkontakt-Freizeitaktivitäten wie Schwimmen, Kanufahren und Unterwassertauchen geeignet sind und aufgrund der Wasserqualität nur eine minimale Gefahr für die öffentliche Gesundheit darstellen
  • Nebenkontakt: Gewässer, die zu bestimmten Jahreszeiten für die Erholung mit Teilkörperkontakt geeignet sind, wie z. B., aber nicht beschränkt auf, Waten, mit minimaler Gefährdung der öffentlichen Gesundheit aufgrund der Wasserqualität.

 

Öffentliche Wasserressourcen werden als Wasserkörper kategorisiert, die innerhalb von Parksystemen, Feuchtgebieten, Wildschutzgebieten, Wild-, Landschafts- und Erholungsflüssen und öffentlichen Seen liegen, sowie Gewässer von außergewöhnlicher Erholungs- oder ökologischer Bedeutung.

Lebensräume im Wasser

Typische Bezeichnungen variieren je nach Klima, beziehen sich jedoch auf Bedingungen in Gewässern zur Unterstützung und Erhaltung bestimmter Wasserorganismen, insbesondere verschiedener Fischarten. Zum Beispiel sind die Verwendungsbezeichnungen in einem gemäßigten Klima, wie sie in Vorschriften für die Umweltschutzbehörde des Bundesstaates Ohio (EPA) unterteilt sind, unten ohne detaillierte Beschreibungen aufgeführt:

  • warmes Wasser
  • begrenzt Warmwasser
  • außergewöhnlich warmes Wasser
  • modifiziertes Warmwasser
  • saisonale Salmoniden
  • Kaltwasser-
  • begrenzte Ressource Wasser.

 

Kriterien des Gewässerschutzes

Natürliche Wässer und Abwässer werden hinsichtlich ihrer physikalischen, chemischen und biologischen Zusammensetzung charakterisiert. Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften und die chemischen und biologischen Bestandteile von Abwasser und ihre Quellen sind eine lange Liste, die in einem Lehrbuch von Metcalf und Eddy (1991) aufgeführt ist. Analytische Verfahren für diese Bestimmungen sind in einem weit verbreiteten Handbuch mit dem Titel " Standardmethoden zur Untersuchung von Wasser und Abwasser von der American Public Health Association (1995).

Jeder ausgewiesene Wasserkörper sollte gemäß Vorschriften kontrolliert werden, die sowohl grundlegende als auch detailliertere numerische Kriterien umfassen können, wie nachstehend kurz erörtert.

Grundlegende Freiheit von Verschmutzung. Soweit praktikabel und möglich, sollten alle Gewässer die Grundkriterien der „Fünf Freiheiten vor Verschmutzung“ erreichen:

  1. frei von Schwebstoffen oder anderen Stoffen, die durch menschliche Aktivitäten in die Gewässer gelangen und die sich absetzen und faulige oder anderweitig unangenehme Schlammablagerungen bilden oder die das Leben im Wasser beeinträchtigen
  2. frei von schwimmenden Trümmern, Öl, Schaum und anderen schwimmenden Materialien, die durch menschliche Aktivitäten in ausreichenden Mengen in die Gewässer gelangen, um unansehnlich zu sein oder eine Verschlechterung zu verursachen
  3. frei von Materialien, die durch menschliche Aktivitäten in die Gewässer gelangen und Farbe, Geruch oder andere Bedingungen in einem solchen Ausmaß erzeugen, dass sie eine Belästigung darstellen
  4. frei von Stoffen, die durch menschliche Aktivitäten in die Gewässer gelangen, in Konzentrationen, die für Menschen, Tiere oder Wasserlebewesen giftig oder schädlich sind und/oder in der Mischzone schnell tödlich sind
  5. frei von Nährstoffen, die durch menschliche Aktivitäten in die Gewässer gelangen, in Konzentrationen, die lästiges Wachstum von aquatischen Unkräutern und Algen verursachen.

 

Wasserqualitätskriterien sind zahlenmäßige Begrenzungen und Richtlinien für die Kontrolle von chemischen, biologischen und toxischen Bestandteilen in Gewässern.

Bei über 70,000 chemischen Verbindungen, die heute verwendet werden, ist es unpraktisch, die Kontrolle jeder einzelnen zu spezifizieren. Allerdings können Kriterien für Chemikalien auf der Grundlage von Einschränkungen aufgestellt werden, da sie sich zunächst auf drei große Verbrauchs- und Expositionsklassen beziehen:

Kurs 1: Chemische Kriterien zum Schutz der menschlichen Gesundheit sind von größter Bedeutung und sollten gemäß den Empfehlungen der staatlichen Gesundheitsbehörden, der WHO und anerkannter Gesundheitsforschungsorganisationen festgelegt werden.

Kurs 2: Chemische Kriterien für die Kontrolle der Wasserversorgung in der Landwirtschaft sollten auf anerkannten wissenschaftlichen Studien und Empfehlungen beruhen, die vor nachteiligen Auswirkungen auf Nutzpflanzen und Nutztiere infolge der Bewässerung von Nutzpflanzen und Nutztieren schützen.

Kurs 3: Chemische Kriterien zum Schutz von Wasserlebewesen sollten auf anerkannten wissenschaftlichen Studien zur Empfindlichkeit dieser Arten gegenüber bestimmten Chemikalien und auch in Bezug auf den Verzehr von Fisch und Meeresfrüchten durch den Menschen beruhen.

Abwasserkriterien beziehen sich auf Begrenzungen von Schadstoffbestandteilen, die in Abwasserabwässern vorhanden sind, und sind eine weitere Kontrollmethode. Sie können in Bezug auf die Wassernutzungsbezeichnungen von Gewässern und in Bezug auf die oben genannten Klassen für chemische Kriterien festgelegt werden.

Biologische Kriterien basieren auf den Lebensraumbedingungen von Gewässern, die zur Erhaltung des aquatischen Lebens erforderlich sind.

Organischer Gehalt von Abwässern und natürlichen Wässern

Der Bruttogehalt an organischer Substanz ist für die Charakterisierung der Verschmutzungsstärke sowohl von Abwasser als auch von natürlichen Gewässern am wichtigsten. Zu diesem Zweck werden üblicherweise drei Labortests verwendet:

Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB): Fünf-Tage-BSB (BSB5) ist der am häufigsten verwendete Parameter; Dieser Test misst den gelösten Sauerstoff, der von Mikroorganismen bei der biochemischen Oxidation von organischem Material über diesen Zeitraum verbraucht wird.

Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB): Dieser Test misst die organische Substanz in Siedlungs- und Industrieabfällen, die Verbindungen enthalten, die für biologisches Leben toxisch sind; es ist ein Maß für das Sauerstoffäquivalent der organischen Substanz, die oxidiert werden kann.

Gesamter organischer Kohlenstoff (TOC): Dieser Test ist besonders anwendbar auf kleine Konzentrationen organischer Stoffe in Wasser; es ist ein Maß für die organische Substanz, die zu Kohlendioxid oxidiert wird.

Bestimmungen der Antidegradationspolitik

Ein weiterer Ansatz, um die Ausbreitung von Gewässerverunreinigungen über bestimmte Rahmenbedingungen hinaus zu verhindern, sind abbauschutzpolitische Regelungen. Beispielsweise besteht die Antidegradationsrichtlinie der Ohio Environmental Protection Agency Water Quality Standards aus drei Schutzstufen:

Tier 1: Bestehende Nutzungen müssen erhalten und geschützt werden. Eine weitere Verschlechterung der Wasserqualität, die bestehende Nutzungszwecke beeinträchtigen würde, ist nicht zulässig.

Tier 2: Als nächstes muss eine bessere Wasserqualität als zum Schutz der Nutzungen erforderlich aufrechterhalten werden, es sei denn, es wird nachgewiesen, dass eine geringere Wasserqualität für wichtige wirtschaftliche oder soziale Entwicklungen erforderlich ist, wie vom EPA-Direktor festgelegt.

Tier 3: Schließlich muss die Qualität der Wasserressourcen erhalten und geschützt werden. Ihre vorhandene Umgebungswasserqualität darf nicht durch Substanzen verschlechtert werden, die als toxisch oder als störend für eine bestimmungsgemäße Verwendung eingestuft wurden. Erhöhte Schadstofffrachten dürfen in Gewässer eingeleitet werden, wenn sie nicht zu einer Verschlechterung der bestehenden Gewässerqualität führen.

Mischzonen für Wasserverschmutzungsableitungen und Modellierung der Abfalllastverteilung

Mischzonen sind Bereiche in einem Gewässer, die es ermöglichen, dass behandeltes oder unbehandeltes Abwasser stabilisierte Bedingungen erreicht, wie in Abbildung 4 für einen fließenden Strom dargestellt. Der Abfluss befindet sich anfänglich in einem Übergangszustand, der von der Quellenkonzentration bis zu den Bedingungen des aufnehmenden Wassers zunehmend verdünnt wird. Es ist nicht als Behandlungseinheit zu betrachten und kann mit bestimmten Einschränkungen abgegrenzt werden.

Abbildung 4. Mischzonen

EPC060F4

Typischerweise dürfen Mischzonen nicht:

  • die Wanderung, das Überleben, die Fortpflanzung oder das Wachstum von Wasserlebewesen beeinträchtigen
  • umfassen Laich- oder Aufwuchsgebiete
  • enthalten die öffentliche Wasserversorgung
  • Badebereiche umfassen
  • mehr als die Hälfte der Breite eines Baches ausmachen
  • mehr als die Hälfte der Querschnittsfläche einer Bachmündung ausmachen
  • sich stromabwärts über eine Entfernung erstrecken, die mehr als das Fünffache der Strombreite beträgt.

 

Studien zur Zuordnung von Abfallfrachten sind wegen der hohen Kosten für die Nährstoffkontrolle von Abwassereinleitungen wichtig geworden, um eine Eutrophierung im Strom zu vermeiden (wie unten definiert). Diese Studien verwenden im Allgemeinen die Verwendung von Computermodellen zur Simulation der Wasserqualitätsbedingungen in einem Bach, insbesondere im Hinblick auf Nährstoffe wie Formen von Stickstoff und Phosphor, die die Dynamik des gelösten Sauerstoffs beeinflussen. Traditionelle Wasserqualitätsmodelle dieser Art werden durch das US EPA-Modell QUAL2E repräsentiert, das von Brown und Barnwell (1987) beschrieben wurde. Ein neueres Modell, das von Taylor (1995) vorgeschlagen wurde, ist das Omni Diurnal Model (ODM), das eine Simulation des Einflusses von Wurzelvegetation auf die Dynamik von Nährstoffen und gelöstem Sauerstoff im Fluss beinhaltet.

Abweichungsbestimmungen

Alle Vorschriften zur Kontrolle der Wasserverschmutzung sind in ihrer Perfektion begrenzt und sollten daher Bestimmungen enthalten, die auf der Grundlage bestimmter Bedingungen, die eine sofortige oder vollständige Einhaltung verhindern können, eine Beurteilungsabweichung zulassen.

Risikobewertung und -management in Bezug auf Wasserverschmutzung

Die oben genannten Wasserverschmutzungskontrollvorschriften sind typisch für weltweite Regierungsansätze, um die Einhaltung von Wasserqualitätsstandards und Abwassereinleitungsgrenzwerten zu erreichen. Im Allgemeinen wurden diese Vorschriften auf der Grundlage von Gesundheitsfaktoren und wissenschaftlicher Forschung festgelegt; wo eine gewisse Ungewissheit hinsichtlich möglicher Auswirkungen besteht, werden häufig Sicherheitsfaktoren angewendet. Die Umsetzung bestimmter dieser Vorschriften kann sowohl für die breite Öffentlichkeit als auch für Privatunternehmen unangemessen und außerordentlich kostspielig sein. Daher gibt es ein wachsendes Interesse an einer effizienteren Allokation von Ressourcen zum Erreichen von Zielen zur Verbesserung der Wasserqualität. Wie bereits in der Diskussion über hydrologische Wässer erwähnt, existiert selbst in natürlich vorkommenden Wässern keine ursprüngliche Reinheit.

Ein wachsender technologischer Ansatz fördert die Bewertung und das Management ökologischer Risiken im Rahmen von Wasserverschmutzungsvorschriften. Das Konzept basiert auf einer Analyse des ökologischen Nutzens und der Kosten bei der Einhaltung von Normen oder Grenzwerten. Parkhurst (1995) hat die Anwendung der aquatischen ökologischen Risikobewertung als Hilfe bei der Festlegung von Grenzwerten für die Kontrolle der Wasserverschmutzung vorgeschlagen, insbesondere zum Schutz von Wasserlebewesen. Solche Risikobewertungsmethoden können angewendet werden, um die ökologischen Auswirkungen chemischer Konzentrationen für ein breites Spektrum von Bedingungen der Oberflächenwasserverschmutzung abzuschätzen, einschließlich:

  • Verschmutzung durch Punktquellen
  • Verschmutzung durch nicht punktuelle Quellen
  • vorhandene kontaminierte Sedimente in Bachkanälen
  • Deponien für gefährliche Abfälle in Bezug auf Gewässer
  • Analyse bestehender Gewässerschutzkriterien.

 

Das vorgeschlagene Verfahren besteht aus drei Stufen; wie in Abbildung 5 gezeigt, die den Ansatz veranschaulicht.

Abbildung 5. Methoden zur Durchführung einer Risikobewertung für aufeinanderfolgende Analyseebenen. Stufe 1: Screening-Level; Stufe 2: Quantifizierung potenziell signifikanter Risiken; Tier 3: Standortspezifische Risikoquantifizierung

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Wasserverschmutzung in Seen und Stauseen

Seen und Stauseen sorgen für die volumetrische Speicherung des Zuflusses von Wassereinzugsgebieten und können im Vergleich zu dem schnellen Zu- und Abfluss bei einer Reichweite in einem fließenden Strom lange Spülzeiten haben. Daher sind sie im Hinblick auf die Retention bestimmter Inhaltsstoffe, insbesondere Nährstoffe einschließlich Formen von Stickstoff und Phosphor, die die Eutrophierung fördern, von besonderer Bedeutung. Eutrophierung ist ein natürlicher Alterungsprozess, bei dem der Wassergehalt organisch angereichert wird, was zur Dominanz von unerwünschtem aquatischen Bewuchs wie Algen, Wasserhyazinthen usw. führt. Der eutrophe Prozess neigt dazu, das Leben im Wasser zu verringern und hat nachteilige Auswirkungen auf gelösten Sauerstoff. Sowohl natürliche als auch kulturelle Quellen von Nährstoffen können den Prozess fördern, wie Preul (1974) in Abbildung 6 illustriert, die eine schematische Auflistung von Nährstoffquellen und -senken für Lake Sunapee im US-Bundesstaat New Hampshire zeigt.

Abbildung 6. Schematische Auflistung der Quellen und Senken von Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor) für Lake Sunapee, New Hampshire (USA)

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Seen und Stauseen können natürlich beprobt und analysiert werden, um ihren trophischen Status zu bestimmen. Analytische Studien beginnen normalerweise mit einer grundlegenden Nährstoffbilanz wie der folgenden:

(Nährstoffe des Seezuflusses) = (Nährstoffe des Seeabflusses) + (Nährstoffretention im See)

Diese Grundbilanz kann weiter ausgebaut werden, um die in Abbildung 6 dargestellten verschiedenen Quellen einzubeziehen.

Die Spülzeit ist ein Hinweis auf die relativen Retentionsaspekte eines Seesystems. Flache Seen wie der Eriesee haben relativ kurze Spülzeiten und sind mit einer fortgeschrittenen Eutrophierung verbunden, da flache Seen häufig das Wachstum von Wasserpflanzen fördern. Tiefe Seen wie Lake Tahoe und Lake Superior haben sehr lange Spülzeiten, die meist mit Seen mit minimaler Eutrophierung in Verbindung gebracht werden, weil sie bis heute nicht überlastet wurden und auch weil ihre extreme Tiefe einem ausgedehnten Wasserpflanzenwachstum nicht förderlich ist außer im Epilimnion (obere Zone). Seen in dieser Kategorie werden im Allgemeinen als oligotroph eingestuft, da sie relativ nährstoffarm sind und ein minimales aquatisches Wachstum wie Algen unterstützen.

Es ist von Interesse, die Spülzeiten einiger großer US-Seen zu vergleichen, wie sie von Pecor (1973) unter Verwendung der folgenden Berechnungsgrundlage angegeben wurden:

Seespülzeit (LFT) = (Seespeichervolumen)/(Seeabfluss)

Einige Beispiele sind: Lake Wabesa (Michigan), LFT=0.30 Jahre; Houghton Lake (Michigan), 1.4 Jahre; Eriesee, 2.6 Jahre; Oberer See, 191 Jahre; Lake Tahoe, 700 Jahre.

Obwohl die Beziehung zwischen dem Eutrophierungsprozess und dem Nährstoffgehalt komplex ist, wird Phosphor typischerweise als der limitierende Nährstoff angesehen. Basierend auf vollständig gemischten Bedingungen berichtete Sawyer (1947), dass Algenblüten dazu neigen, aufzutreten, wenn die Stickstoffwerte 0.3 mg/l und die Phosphorwerte 0.01 mg/l überschreiten. In geschichteten Seen und Stauseen sind niedrige Gehalte an gelöstem Sauerstoff im Hypoliminion frühe Anzeichen einer Eutrophierung. Vollenweider (1968, 1969) hat kritische Belastungsniveaus für Gesamtphosphor und Gesamtstickstoff für eine Reihe von Seen basierend auf Nährstoffbelastungen, mittleren Tiefen und trophischen Zuständen entwickelt. Für einen Vergleich der Arbeiten zu diesem Thema hat Dillon (1974) eine kritische Übersicht über das Nährstoffhaushaltsmodell von Vollenweider und andere verwandte Modelle veröffentlicht. Neuere Computermodelle stehen auch zur Simulation von Stickstoff/Phosphor-Kreisläufen mit Temperaturschwankungen zur Verfügung.

Wasserverschmutzung in Flussmündungen

Eine Mündung ist ein Zwischenwasserweg zwischen der Mündung eines Flusses und einer Meeresküste. Diese Passage besteht aus einer Flussmündungskanalstrecke mit Flusszufluss (Süßwasser) von stromaufwärts und Abfluss auf der stromabwärts gelegenen Seite in einen sich ständig ändernden Unterwasserspiegel von Meerwasser (Salzwasser). Ästuare sind ständig von Gezeitenschwankungen betroffen und gehören zu den komplexesten Gewässern im Gewässerschutz. Die vorherrschenden Merkmale einer Mündung sind ein unterschiedlicher Salzgehalt, ein Salzkeil oder eine Schnittstelle zwischen Salz- und Süßwasser und oft große Bereiche mit flachem, trübem Wasser, die über Wattflächen und Salzwiesen liegen. Nährstoffe werden größtenteils aus dem einströmenden Fluss in eine Flussmündung geliefert und verbinden sich mit dem Lebensraum Meerwasser, um eine produktive Produktion von Biota und Meereslebewesen zu ermöglichen. Besonders erwünscht sind Meeresfrüchte, die aus Flussmündungen geerntet werden.

Aus Sicht der Wasserverschmutzung sind Ästuare individuell komplex und erfordern im Allgemeinen spezielle Untersuchungen mit umfangreichen Feldstudien und Computermodellen. Für ein weiteres grundlegendes Verständnis wird der Leser auf Reish 1979 über Meeres- und Mündungsverschmutzung verwiesen; und an Reid und Wood 1976 über die Ökologie von Binnengewässern und Flussmündungen.

Wasserverschmutzung in marinen Umgebungen

Die Ozeane können als das letzte aufnehmende Wasser oder die Senke angesehen werden, da die von den Flüssen getragenen Abfälle schließlich in diese Meeresumwelt eingeleitet werden. Obwohl die Ozeane riesige Salzwasserkörper mit scheinbar unbegrenzter Assimilationskapazität sind, neigt die Verschmutzung dazu, die Küsten zu verderben und das Meeresleben weiter zu beeinträchtigen.

Zu den Quellen von Meeresschadstoffen gehören viele von denen, die in landgestützten Abwasserumgebungen angetroffen werden, sowie weitere im Zusammenhang mit Meeresoperationen. Eine begrenzte Liste ist unten angegeben:

  • häusliche Abwässer und Schlämme, Industrieabfälle, feste Abfälle, Schiffsabfälle
  • Fischereiabfälle, Sedimente und Nährstoffe aus Flüssen und Landabflüssen
  • Ölverschmutzungen, Offshore-Ölexploration und Produktionsabfälle, Baggerarbeiten
  • Hitze, radioaktive Abfälle, Chemikalienabfälle, Pestizide und Herbizide.

 

Jedes der oben genannten erfordert eine spezielle Handhabung und Kontrollmethoden. Die Einleitung von häuslichen Abwässern und Klärschlämmen durch Meeresabflüsse ist vielleicht die Hauptquelle der Meeresverschmutzung.

Bezüglich aktueller Technologie zu diesem Thema wird der Leser auf das Buch über Meeresverschmutzung und ihre Kontrolle von Bishop (1983) verwiesen.

Techniken zur Verringerung der Verschmutzung in Abwassereinleitungen

Die großtechnische Abwasserbehandlung wird typischerweise von Kommunen, Sanitärbezirken, Industrie, Gewerbebetrieben und verschiedenen Immissionsschutzkommissionen durchgeführt. Der Zweck hier ist es, zeitgemäße Methoden der kommunalen Abwasserbehandlung zu beschreiben und dann einige Einblicke in die Behandlung von Industrieabfällen und fortschrittlichere Methoden zu geben.

Im Allgemeinen können alle Verfahren der Abwasserbehandlung in physikalische, chemische oder biologische Typen eingeteilt werden, und eines oder mehrere davon können verwendet werden, um ein gewünschtes Abwasserprodukt zu erzielen. Diese Klassifizierungsgruppierung ist für das Verständnis von Abwasserbehandlungsansätzen am besten geeignet und ist in Tabelle 1 tabellarisch aufgeführt.

Tabelle 1. Allgemeine Klassifizierung von Abwasserbehandlungsvorgängen und -prozessen

Physische Operationen

Chemische Prozesse

Biologische Prozesse

Durchflussmessung
Sieben/Entfernen von Sand
Vermischung
Flockung
Sedimentation
Flotation
Filtration
Trocknen
Destillation
Zentrifugieren
Einfrieren
Umkehrosmose

Niederschlag
Neutralisation
Adsorption
Desinfektion
Chemische Oxidation
Chemische Reduktion
Verbrennung
Ionenaustausch
Elektrodialyse

Aerobe Aktion
Anaerobe Wirkung
Aerob-anaerobe Kombinationen

 

Zeitgenössische Methoden der Abwasserbehandlung

Die Abdeckung hier ist begrenzt und soll eher einen konzeptionellen Überblick über aktuelle Abwasserbehandlungspraktiken auf der ganzen Welt bieten als detaillierte Konstruktionsdaten. Für Letzteres sei auf Metcalf und Eddy 1991 verwiesen.

Kommunale Abwässer werden zusammen mit einer gewissen Vermischung von Industrie-/Gewerbeabfällen in Systemen behandelt, die üblicherweise eine Primär-, Sekundär- und Tertiärbehandlung wie folgt verwenden:

Primärbehandlungssystem: Vorbehandlung ® Vorklärung ® Desinfektion (Chlorung) ® Abwasser

Zweitbehandlungssystem: Vorbehandlung ® Vorklärung ® Biologische Einheit ® Zweitklärung ® Desinfektion (Chlorung) ® Abwasser zum Strom

Tertiäres Behandlungssystem: Vorbehandlung ® Erstklärung ® Biologische Einheit ® Zweite Klärung ® Tertiäreinheit ® Desinfektion (Chlorung) ® Abwasser zum Strom

Fig. 7 zeigt ferner ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Abwasserbehandlungssystems. Es folgen Übersichtsbeschreibungen der obigen Prozesse.

Abbildung 7. Schematische Darstellung der konventionellen Abwasserbehandlung

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Erstbehandlung

Das grundlegende Ziel der Primärbehandlung von kommunalen Abwässern, einschließlich Haushaltsabwässern, die mit einigen Industrie-/Gewerbeabfällen vermischt sind, besteht darin, Schwebstoffe zu entfernen und das Abwasser zu klären, um es für die biologische Behandlung geeignet zu machen. Nach einigen Vorbehandlungen wie Sieben, Entsandung und Zerkleinerung besteht der Hauptprozess der Vorklärung im Absetzen des Rohabwassers in großen Absetzbecken über Zeiträume von bis zu mehreren Stunden. Dieses Verfahren entfernt 50 bis 75 % der gesamten suspendierten Feststoffe, die als Unterlaufschlamm abgezogen und zur separaten Behandlung gesammelt werden. Der Überlaufabfluss aus dem Verfahren wird dann zur Sekundärbehandlung geleitet. In bestimmten Fällen können Chemikalien eingesetzt werden, um den Grad der Primärbehandlung zu verbessern.

Sekundärbehandlung

Der Anteil der organischen Bestandteile des Abwassers, der fein suspendiert oder gelöst ist und nicht im Primärprozess entfernt wird, wird durch eine Sekundärbehandlung behandelt. Zu den allgemein akzeptierten Formen der Sekundärbehandlung, die allgemein verwendet werden, gehören Tropfkörper, biologische Kontaktoren wie rotierende Scheiben, Belebtschlamm, Abfallstabilisierungsteiche, belüftete Teichsysteme und Landanwendungsverfahren, einschließlich Feuchtgebietssysteme. Alle diese Systeme werden als biologische Prozesse irgendeiner Form verwendend erkannt. Die gebräuchlichsten dieser Prozesse werden im Folgenden kurz diskutiert.

Biologische Schützsysteme. Tropfkörper sind eine der frühesten Formen dieses Verfahrens zur Nachbehandlung und werden mit einigen verbesserten Anwendungsmethoden immer noch weit verbreitet verwendet. Bei dieser Behandlung wird das Abwasser aus den Primärtanks gleichmäßig auf ein Bett aus Medien wie Gestein oder synthetischen Kunststoffmedien aufgebracht. Eine gleichmäßige Verteilung wird typischerweise erreicht, indem die Flüssigkeit aus perforierten Rohren, die über dem Bett rotieren, intermittierend oder kontinuierlich entsprechend dem gewünschten Verfahren getropft wird. Abhängig von der Rate der organischen und hydraulischen Belastungen können Tropfkörper bis zu 95 % des organischen Inhalts entfernen, der normalerweise als biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) analysiert wird. Es gibt zahlreiche andere neuere biologische Kontaktorsysteme, die in Gebrauch sind und Behandlungsentfernungen im gleichen Bereich liefern können; Einige dieser Verfahren bieten besondere Vorteile, die insbesondere unter bestimmten Randbedingungen wie Platz, Klima usw. anwendbar sind. Es ist anzumerken, dass ein nachfolgendes Nachklärbecken als notwendiger Teil des Abschlusses des Prozesses angesehen wird. Bei der Nachklärung wird ein Teil des sogenannten Humusschlamms als Unterlauf abgezogen und der Überlauf als Nebenabwasser abgeleitet.

Belebtschlamm. In der gebräuchlichsten Form dieses biologischen Prozesses fließt primär behandeltes Abwasser in einen Tank einer Belebtschlammeinheit, der eine zuvor vorhandene biologische Suspension, genannt Belebtschlamm, enthält. Diese Mischung wird als Mischflüssigkeit suspendierte Feststoffe (MLSS) bezeichnet und wird mit einer Kontaktzeit versehen, die typischerweise von mehreren Stunden bis zu 24 Stunden oder mehr reicht, abhängig von den gewünschten Ergebnissen. Während dieser Zeit wird die Mischung stark belüftet und gerührt, um die aerobe biologische Aktivität zu fördern. Am Ende des Prozesses wird ein Teil der Mischung (MLSS) abgezogen und zur Fortsetzung des biologischen Aktivierungsprozesses in den Zufluss zurückgeführt. Im Anschluss an die Belebungsanlage ist eine Nachklärung zum Absetzen der Belebtschlammsuspension und zum Abführen eines geklärten Überlaufs als Ablauf vorgesehen. Das Verfahren ist in der Lage, bis zu etwa 95 % des zufließenden BOD zu entfernen.

Tertiäre Behandlung

Eine dritte Behandlungsebene kann bereitgestellt werden, wenn ein höherer Grad an Schadstoffentfernung erforderlich ist. Diese Form der Behandlung kann typischerweise Sandfiltration, Stabilisierungsteiche, Landentsorgungsverfahren, Feuchtgebiete und andere Systeme umfassen, die das Sekundärabwasser weiter stabilisieren.

Desinfektion von Abwässern

Häufig ist eine Desinfektion erforderlich, um Bakterien und Krankheitserreger auf ein akzeptables Maß zu reduzieren. Chlorierung, Chlordioxid, Ozon und ultraviolettes Licht sind die am häufigsten verwendeten Verfahren.

Gesamteffizienz der Kläranlage

Abwässer enthalten eine breite Palette von Bestandteilen, die im Allgemeinen als suspendierte und gelöste Feststoffe, anorganische Bestandteile und organische Bestandteile klassifiziert werden.

Die Effizienz eines Aufbereitungssystems kann anhand der prozentualen Entfernung dieser Bestandteile gemessen werden. Übliche Messparameter sind:

  • PUNKT: biochemischer Sauerstoffbedarf, gemessen in mg/l
  • KABELJAU: Chemischer Sauerstoffbedarf, gemessen in mg/l
  • TSS: Gesamtschwebstoffe, gemessen in mg/l
  • TDS: insgesamt gelöste Feststoffe, gemessen in mg/l
  • Stickstoff entsteht: einschließlich Nitrat und Ammoniak, gemessen in mg/l (Nitrat ist als Nährstoff bei der Eutrophierung besonders bedenklich)
  • Phosphat: gemessen in mg/l (auch besonders bedenklich als Nährstoff bei Eutrophierung)
  • pH: Säuregrad, gemessen als Zahl von 1 (am sauersten) bis 14 (am basischsten)
  • coliforme Bakterien zählt: gemessen als wahrscheinlichste Zahl pro 100 ml (Escherichia und fäkale coliforme Bakterien sind die häufigsten Indikatoren).

 

Industrielle Abwasserbehandlung

Arten von Industrieabfällen

Industrielle (Nicht-Haushalts-)Abfälle sind zahlreich und variieren stark in ihrer Zusammensetzung; sie können stark sauer oder alkalisch sein und erfordern oft eine detaillierte Laboranalyse. Eine spezielle Behandlung kann erforderlich sein, um sie vor der Entlassung unschädlich zu machen. Die Toxizität ist bei der Entsorgung von Industrieabwässern von großer Bedeutung.

Repräsentative Industrieabfälle umfassen: Zellstoff und Papier, Schlachthöfe, Brauereien, Gerbereien, Lebensmittelverarbeitung, Konservenfabriken, Chemikalien, Erdöl, Textilien, Zucker, Wäsche, Fleisch und Geflügel, Schweinefütterung, Tierkörperverwertung und viele andere. Der erste Schritt bei der Entwicklung des Behandlungskonzepts ist eine Untersuchung der Industrieabfälle, die Daten zu Schwankungen der Fließ- und Abfalleigenschaften liefert. Unerwünschte Abfalleigenschaften nach Eckenfelder (1989) lassen sich wie folgt zusammenfassen:

  • lösliche organische Stoffe, die zu einem Abbau von gelöstem Sauerstoff führen
  • Schwebstoffe
  • Spuren organischer Stoffe
  • Schwermetalle, Zyanid und giftige organische Stoffe
  • Farbe und Trübung
  • Stickstoff und Phosphor
  • feuerfeste Substanzen, die gegen biologischen Abbau beständig sind
  • Öl und Schwimmstoffe
  • flüchtige Materialien.

 

Die US-Umweltschutzbehörde EPA hat außerdem eine Liste toxischer organischer und anorganischer Chemikalien mit spezifischen Einschränkungen bei der Erteilung von Einleitungsgenehmigungen definiert. Die Liste umfasst mehr als 100 Verbindungen und ist zu lang, um sie hier erneut abzudrucken, kann aber bei der EPA angefordert werden.

Behandlungsmethoden

Die Behandlung von Industrieabfällen ist spezialisierter als die Behandlung von Haushaltsabfällen; Wenn sie jedoch einer biologischen Reduktion zugänglich sind, werden sie normalerweise mit Methoden behandelt, die den zuvor beschriebenen (sekundäre/tertiäre biologische Behandlungsansätze) für kommunale Systeme ähneln.

Abfallberuhigungsteiche sind eine gängige Methode der organischen Abwasserreinigung, wenn ausreichend Landfläche zur Verfügung steht. Durchlaufteiche werden im Allgemeinen nach ihrer Bakterienaktivität in aerob, fakultativ oder anaerob eingeteilt. Belüftete Teiche werden durch diffuse oder mechanische Belüftungssysteme mit Sauerstoff versorgt.

Abbildung 8 und Abbildung 9 zeigen Skizzen von Abfallstabilisierungsteichen.

Abbildung 8. Stabilisierungsteich mit zwei Zellen: Querschnittsdiagramm

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Abbildung 9. Belüftete Lagunentypen: Schematische Darstellung

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Vermeidung von Umweltverschmutzung und Abfallminimierung

Wenn betriebliche Abläufe und Prozesse von Industrieabfällen an ihrer Quelle analysiert werden, können sie oft so kontrolliert werden, dass erhebliche Schadstoffemissionen verhindert werden.

Kreislauftechniken sind wichtige Ansätze in Programmen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Ein Beispiel für eine Fallstudie ist ein von Preul (1981) veröffentlichter Recyclingplan für das Abwasser einer Ledergerberei, der die Rückgewinnung/Wiederverwendung von Chrom sowie die vollständige Rückführung aller Gerbereiabwässer ohne Abwasser in einen Strom außer in Notfällen umfasste. Das Flussdiagramm für dieses System ist in Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 10. Flussdiagramm für das Abwasserrecyclingsystem einer Gerberei

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Für neuere Innovationen in dieser Technologie wird der Leser auf eine Veröffentlichung über Verschmutzungsvermeidung und Abfallminimierung von der Water Environment Federation (1995) verwiesen.

Fortgeschrittene Methoden der Abwasserbehandlung

Eine Reihe fortschrittlicher Verfahren steht für höhere Entfernungsgrade von Verschmutzungsbestandteilen zur Verfügung, wenn dies erforderlich sein kann. Eine allgemeine Auflistung umfasst:

Filterung (Sand und Multimedia)

chemische Fällung

Kohlenstoffadsorption

Elektrodialyse

Destillation

Nitrifikation

Algen ernten

Rückgewinnung von Abwässern

Mikro-Belastung

Ammoniak-Strippen

Umkehrosmose

Ionenaustausch

Landanwendung

Denitrifikation

Feuchtgebiete.

Ausgehend von der Qualität und Menge des Rohabwassers, dem Vorfluterbedarf und natürlich den Kosten muss das für die jeweilige Situation am besten geeignete Verfahren ermittelt werden. Als weitere Referenz siehe Metcalf und Eddy 1991, das ein Kapitel über fortgeschrittene Abwasserbehandlung enthält.

Fallstudie zur fortgeschrittenen Abwasserbehandlung

Die an anderer Stelle in diesem Kapitel besprochene Fallstudie des Projekts zur Abwasserrückgewinnung in der Region Dan bietet ein hervorragendes Beispiel für innovative Methoden zur Abwasserbehandlung und -rückgewinnung.

Wärmebelastung

Thermische Verschmutzung ist eine Form von Industrieabfällen, definiert als nachteilige Erhöhungen oder Verringerungen der normalen Wassertemperaturen aufnehmender Gewässer, die durch die Ableitung von Wärme aus von Menschenhand geschaffenen Anlagen verursacht werden. Die Industrien, die viel Abwärme produzieren, sind Kraftwerke für fossile Brennstoffe (Öl, Gas und Kohle) und Kernkraftwerke, Stahlwerke, Erdölraffinerien, Chemiefabriken, Zellstoff- und Papierfabriken, Brennereien und Wäschereien. Von besonderer Bedeutung ist die Stromerzeugungsindustrie, die Energie für viele Länder liefert (z. B. etwa 80 % in den USA).

Einfluss von Abwärme auf Vorfluter

Einfluss auf die Abfallaufnahmekapazität

  • Hitze erhöht die biologische Oxidation.
  • Wärme verringert den Sauerstoffsättigungsgehalt des Wassers und verringert die Rate der natürlichen Reoxygenierung.
  • Die Nettowirkung von Hitze ist im Allgemeinen während der warmen Monate des Jahres nachteilig.
  • Der Wintereffekt kann in kälteren Klimazonen von Vorteil sein, wo die Eisbedingungen aufgebrochen sind und eine Oberflächenbelüftung für Fische und Wasserlebewesen bereitgestellt wird.

 

Einfluss auf das Leben im Wasser

Viele Arten haben Temperaturtoleranzgrenzen und müssen geschützt werden, insbesondere in hitzebeeinflussten Abschnitten eines Baches oder Gewässers. Zum Beispiel haben Kaltwasserbäche normalerweise die höchste Art von Sportfischen wie Forellen und Lachse, während warme Gewässer im Allgemeinen Grobfischpopulationen unterstützen, mit bestimmten Arten wie Hechten und Bassfischen in Gewässern mit mittlerer Temperatur.

Abbildung 11. Wärmeaustausch an den Grenzen eines Vorfluterquerschnitts

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Thermische Analyse in aufnehmenden Gewässern

Abbildung 11 veranschaulicht die verschiedenen Formen des natürlichen Wärmeaustauschs an den Grenzen eines Vorfluters. Wenn Wärme an ein aufnehmendes Gewässer wie einen Fluss abgegeben wird, ist es wichtig, die Flusskapazität für thermische Zusätze zu analysieren. Das Temperaturprofil eines Flusses kann berechnet werden, indem eine Wärmebilanz gelöst wird, ähnlich der, die bei der Berechnung von Durchhangkurven für gelösten Sauerstoff verwendet wird. Die Hauptfaktoren der Wärmebilanz sind in Abbildung 12 für eine Flussstrecke zwischen den Punkten A und B dargestellt. Jeder Faktor erfordert eine individuelle Berechnung in Abhängigkeit von bestimmten Wärmegrößen. Wie bei einer Bilanz von gelöstem Sauerstoff ist die Temperaturbilanz einfach eine Summierung von Temperaturwerten und -verbindlichkeiten für einen bestimmten Abschnitt. Andere anspruchsvollere analytische Ansätze sind in der Literatur zu diesem Thema verfügbar. Die Ergebnisse der Wärmebilanzrechnungen können zur Festlegung von Wärmeabfuhrbegrenzungen und ggf. bestimmter Nutzungsbeschränkungen für ein Gewässer herangezogen werden.

Abbildung 12. Flusskapazität für thermische Ergänzungen

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Kontrolle der thermischen Verschmutzung

Die wichtigsten Ansätze zur Kontrolle der thermischen Verschmutzung sind:

  • verbesserte Kraftwerksbetriebseffizienz
  • Kühltürme
  • isolierte Kühlteiche
  • Berücksichtigung alternativer Methoden der Stromerzeugung wie Wasserkraft.

 

Wo die physikalischen Bedingungen innerhalb bestimmter Umweltgrenzen günstig sind, sollte die Wasserkraft als Alternative zur Energieerzeugung aus fossilen Brennstoffen oder Kernkraft in Betracht gezogen werden. Bei der Stromerzeugung aus Wasserkraft wird weder Wärme entsorgt, noch werden Abwässer eingeleitet, die die Gewässer verschmutzen.

Kontrolle der Grundwasserverschmutzung

Bedeutung des Grundwassers

Da die Wasservorräte der Welt in großem Umfang aus Grundwasserleitern entnommen werden, ist es äußerst wichtig, dass diese Versorgungsquellen geschützt werden. Es wird geschätzt, dass mehr als 95 % der verfügbaren Süßwasservorräte der Erde unterirdisch sind; In den Vereinigten Staaten stammen laut dem US Geological Survey von 50 etwa 1984 % des Trinkwassers aus Brunnen. Da die Verschmutzung und Bewegung von Grundwasser subtiler und unsichtbarer Natur ist, wird der Analyse und Kontrolle dieser Form der Wasserverschlechterung manchmal weniger Aufmerksamkeit geschenkt als der Verschmutzung von Oberflächengewässern, die weitaus offensichtlicher ist.

Abbildung 13. Wasserkreislauf und Quellen der Grundwasserverschmutzung

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Quellen der unterirdischen Verschmutzung

Abbildung 13 zeigt den Wasserkreislauf mit überlagerten Grundwasserverunreinigungsquellen. Eine vollständige Auflistung der potenziellen Quellen unterirdischer Verschmutzung ist umfangreich; Zur Veranschaulichung gehören jedoch zu den offensichtlichsten Quellen:

  • industrielle Abfallentsorgung
  • verschmutzte Bäche in Kontakt mit Grundwasserleitern
  • Bergbau
  • Entsorgung von festen und gefährlichen Abfällen
  • unterirdische Lagertanks wie für Erdöl
  • Bewässerungssysteme
  • künstliche Aufladung
  • Eindringen von Meerwasser
  • Verschüttungen
  • verschmutzte Teiche mit durchlässigen Böden
  • Entsorgungsbrunnen
  • Klärgruben-Fliesenfelder und Laugengruben
  • unsachgemäße Brunnenbohrung
  • landwirtschaftliche Betriebe
  • Straßen-Auftausalze.

 

Spezifische Schadstoffe in der unterirdischen Verunreinigung werden weiter kategorisiert als:

  • unerwünschte chemische Bestandteile (typische, nicht vollständige Liste) - organisch und anorganisch (z. B. Chlorid, Sulfat, Eisen, Mangan, Natrium, Kalium)
  • Gesamthärte und insgesamt gelöste Feststoffe
  • toxische Bestandteile (typische, nicht vollständige Liste) - Nitrat, Arsen, Chrom, Blei, Cyanid, Kupfer, Phenole, gelöstes Quecksilber
  • unerwünschte physikalische Eigenschaften - Geschmack, Farbe und Geruch
  • Pestizide und Herbizide - chlorierte Kohlenwasserstoffe und andere
  • radioaktive Materialien - verschiedene Formen von Radioaktivität
  • biologisch - Bakterien, Viren, Parasiten und so weiter
  • sauer (niedriger pH-Wert) oder ätzend (hoher pH-Wert).

 

Von den oben genannten sind Nitrate sowohl in Grundwasser als auch in Oberflächengewässern von besonderer Bedeutung. In Grundwasservorräten können Nitrate die Krankheit Methämoglobinämie (Säuglingszyanose) verursachen. Sie verursachen außerdem nachteilige Eutrophierungseffekte in Oberflächengewässern und kommen in einer Vielzahl von Wasserressourcen vor, wie von Preul (1991) berichtet. Preul (1964, 1967, 1972) und Preul und Schroepfer (1968) haben ebenfalls über die unterirdische Bewegung von Stickstoff und anderen Schadstoffen berichtet.

Umweltverschmutzung im unterirdischen Bereich

Die Grundwasserbewegung ist im Vergleich zur Bewegung von Oberflächengewässern im Wasserkreislauf außerordentlich langsam und subtil. Für ein einfaches Verständnis der Bewegung von gewöhnlichem Grundwasser unter idealen stationären Strömungsbedingungen ist das Gesetz von Darcy der grundlegende Ansatz für die Bewertung der Grundwasserbewegung bei niedrigen Reynolds-Zahlen (R):

V = K(dh/dl)

wo:

V = Geschwindigkeit des Grundwassers im Aquifer, m/Tag

K = Durchlässigkeitskoeffizient des Grundwasserleiters

(dh/dl) = hydraulischer Gradient, der die treibende Kraft für die Bewegung darstellt.

Beim unterirdischen Transport von Schadstoffen wird gewöhnliches Grundwasser (H2O) ist im Allgemeinen die tragende Flüssigkeit und kann so berechnet werden, dass sie sich mit einer Geschwindigkeit gemäß den Parametern im Gesetz von Darcy bewegt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit oder Geschwindigkeit eines Schadstoffs, wie beispielsweise einer organischen oder anorganischen Chemikalie, kann jedoch aufgrund von Advektion und hydrodynamischen Dispersionsprozessen unterschiedlich sein. Bestimmte Ionen bewegen sich aufgrund von Reaktionen innerhalb des Aquifermediums langsamer oder schneller als die allgemeine Rate des Grundwasserflusses, sodass sie als „reagierend“ oder „nicht reagierend“ kategorisiert werden können. Reaktionen haben im Allgemeinen die folgenden Formen:

  • physikalische Reaktionen zwischen dem Schadstoff und dem Aquifer und/oder der Transportflüssigkeit
  • chemische Reaktionen zwischen dem Schadstoff und dem Aquifer und/oder der Transportflüssigkeit
  • biologische Wirkungen auf den Schadstoff.

 

Typisch für reagierende und nicht reagierende Schadstoffe im Untergrund sind:

  • reagierende Schadstoffe - Chrom, Ammoniumionen, Kalzium, Natrium, Eisen und so weiter; Kationen im Allgemeinen; biologische Bestandteile; radioaktive Bestandteile
  • nicht reagierende Schadstoffe - Chlorid, Nitrat, Sulfat und so weiter; bestimmte Anionen; bestimmte Pestizide und Herbizide.

 

Auf den ersten Blick mag es scheinen, dass reagierende Schadstoffe der schlimmste Typ sind, aber dies muss nicht immer der Fall sein, da die Reaktionen die Ausbreitung von Schadstoffen zurückhalten oder verzögern, während die Ausbreitung von nicht reagierenden Schadstoffen weitgehend ungehindert sein kann. Mittlerweile sind bestimmte „weiche“ Haushalts- und Landwirtschaftsprodukte erhältlich, die sich nach einiger Zeit biologisch abbauen und somit die Möglichkeit einer Grundwasserkontamination vermeiden.

Grundwassersanierung

Die Vermeidung von unterirdischer Verschmutzung ist offensichtlich der beste Ansatz; Das unkontrollierte Vorhandensein verunreinigter Grundwasserverhältnisse wird jedoch normalerweise nach seinem Auftreten bekannt, z. B. durch Beschwerden von Brunnenbenutzern in der Umgebung. Bis das Problem erkannt wird, sind leider bereits schwere Schäden aufgetreten, die behoben werden müssen. Die Sanierung kann umfangreiche hydrogeologische Felduntersuchungen mit Laboranalysen von Wasserproben erfordern, um das Ausmaß von Schadstoffkonzentrationen und Wanderfahnen festzustellen. Häufig können vorhandene Brunnen für die Erstprobenentnahme verwendet werden, aber in schweren Fällen können umfangreiche Bohrungen und Wasserproben erforderlich sein. Diese Daten können dann analysiert werden, um aktuelle Bedingungen zu ermitteln und Vorhersagen über zukünftige Bedingungen zu treffen. Die Analyse der Ausbreitung von Grundwasserkontaminationen ist ein Spezialgebiet, das häufig den Einsatz von Computermodellen erfordert, um die Dynamik des Grundwassers besser zu verstehen und Vorhersagen unter verschiedenen Randbedingungen zu treffen. Hierfür stehen in der Literatur eine Reihe von zwei- und dreidimensionalen Computermodellen zur Verfügung. Für detailliertere analytische Ansätze wird der Leser auf das Buch von Freeze und Cherry (1987) verwiesen.

Umweltschutz

Der bevorzugte Ansatz zum Schutz der Grundwasserressourcen ist die Vermeidung von Verschmutzungen. Obwohl Trinkwassernormen im Allgemeinen für die Nutzung von Grundwasservorräten gelten, müssen die Rohwasservorräte vor Verunreinigungen geschützt werden. Staatliche Stellen wie Gesundheitsministerien, Behörden für natürliche Ressourcen und Umweltschutzbehörden sind im Allgemeinen für solche Aktivitäten verantwortlich. Die Bemühungen zur Kontrolle der Grundwasserverschmutzung richten sich weitgehend auf den Schutz von Grundwasserleitern und die Vermeidung von Verschmutzungen.

Die Vermeidung von Umweltverschmutzung erfordert Landnutzungskontrollen in Form von Zoneneinteilungen und bestimmten Vorschriften. Gesetze können zur Verhinderung bestimmter Funktionen gelten, insbesondere für Punktquellen oder Handlungen, die möglicherweise eine Umweltverschmutzung verursachen können. Die Kontrolle durch Landnutzungszonen ist ein Instrument zum Schutz des Grundwassers, das auf kommunaler oder Kreisebene am effektivsten ist. Programme zum Schutz von Grundwasserleitern und Bohrlöchern, wie unten beschrieben, sind führende Beispiele für die Vermeidung von Umweltverschmutzung.

Ein Programm zum Schutz des Grundwasserleiters erfordert die Festlegung der Grenzen des Grundwasserleiters und seiner Neubildungsgebiete. Aquifere können von einem nicht begrenzten oder begrenzten Typ sein und müssen daher von einem Hydrologen analysiert werden, um diese Bestimmung vorzunehmen. Die meisten großen Grundwasserleiter sind in Industrieländern im Allgemeinen gut bekannt, aber andere Gebiete können Felduntersuchungen und hydrogeologische Analysen erfordern. Das Schlüsselelement des Programms zum Schutz des Grundwasserleiters vor einer Verschlechterung der Wasserqualität ist die Kontrolle der Landnutzung über dem Grundwasserleiter und seinen Wiederauffüllungsgebieten.

Der Schutz des Bohrlochkopfs ist ein definitiverer und begrenzterer Ansatz, der für den Wiederauffüllungsbereich gilt, der zu einem bestimmten Bohrloch beiträgt. Die US-Bundesregierung verlangt nun durch 1986 verabschiedete Änderungen des Safe Drinking Water Act (SDWA) (1984), dass für öffentliche Versorgungsbrunnen spezielle Bohrlochschutzbereiche eingerichtet werden. Der Wellhead Protection Area (WHPA) ist in der SDWA definiert als „der Oberflächen- und Untergrundbereich, der einen Wasserbrunnen oder ein Brunnenfeld umgibt und ein öffentliches Wasserversorgungssystem versorgt, durch das sich Schadstoffe mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit zu einem solchen Brunnen oder Brunnen bewegen und diesen erreichen Gebiet." Das Hauptziel des WHPA-Programms, wie von der US EPA (1987) umrissen, ist die Abgrenzung von Bohrlochschutzgebieten auf der Grundlage ausgewählter Kriterien, des Bohrlochbetriebs und hydrogeologischer Überlegungen.

 

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Konzeption und Design

Das Dan-Region-Rekultivierungsprojekt für kommunales Abwasser ist das größte Projekt seiner Art weltweit. Es besteht aus Einrichtungen zur Behandlung und Grundwasseranreicherung von kommunalem Abwasser aus der Metropolregion Dan Region – einem Konglomerat aus acht Städten rund um Tel Aviv, Israel, mit einer Gesamtbevölkerung von etwa 1.5 Millionen Einwohnern. Das Projekt wurde zum Zweck der Sammlung, Behandlung und Entsorgung von kommunalem Abwasser erstellt. Das zurückgewonnene Abwasser wird nach einer relativ langen Haftzeit im unterirdischen Grundwasserleiter zur uneingeschränkten landwirtschaftlichen Nutzung gepumpt und bewässert den trockenen Negev (den südlichen Teil Israels). Ein allgemeines Schema des Projekts ist in Abbildung 1 dargestellt. Das Projekt wurde in den 1960er Jahren gegründet und ist kontinuierlich gewachsen. Derzeit sammelt und verarbeitet das System etwa 110 x 106 m3 pro Jahr. In wenigen Jahren wird das System in seiner Endausbaustufe 150 bis 170 x 10 verarbeiten6 m3 pro Jahr.

Abbildung 1. Kläranlage der Region Dan: Grundriss

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Es ist bekannt, dass Kläranlagen eine Vielzahl von Umwelt- und Arbeitsschutzproblemen verursachen. Das Projekt der Region Dan ist ein einzigartiges System von nationaler Bedeutung, das nationalen Nutzen mit beträchtlicher Einsparung von Wasserressourcen, hoher Aufbereitungseffizienz und Produktion von kostengünstigem Wasser kombiniert, ohne übermäßige Berufsrisiken zu schaffen.

Während des gesamten Entwurfs, der Installation und des routinemäßigen Betriebs des Systems wurden Aspekte der Wasserhygiene und der Arbeitshygiene sorgfältig berücksichtigt. Es wurden alle notwendigen Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, dass das aufbereitete Abwasser praktisch so sicher wie normales Trinkwasser ist, falls es versehentlich getrunken oder verschluckt wird. In ähnlicher Weise wurde der Problematik der Minimierung jeglicher potenzieller Exposition gegenüber Unfällen oder anderen biologischen, chemischen oder physikalischen Gefahren, die entweder die Arbeiter in der eigentlichen Abwasserbehandlungsanlage oder andere Arbeiter, die mit der Entsorgung und der landwirtschaftlichen Nutzung beschäftigt sind, schaden können, angemessene Aufmerksamkeit geschenkt des aufbereiteten Wassers.

In Stufe XNUMX des Projekts wurde das Abwasser durch ein System aus fakultativen Oxidationsteichen mit Rezirkulation und zusätzlicher chemischer Behandlung durch ein Kalk-Magnesium-Verfahren biologisch behandelt, gefolgt von der Zurückhaltung des Abwassers mit hohem pH-Wert in „Polierbecken“. Das teilweise gereinigte Abwasser wurde über die Soreq-Ausbreitbecken wieder dem regionalen Grundwasserleiter zugeführt.

In der zweiten Stufe wird das der Kläranlage zugeführte Abwasser einer mechanisch-biologischen Reinigung durch ein Belebtschlammverfahren mit Nitrifikation-Denitrifikation unterzogen. Das Sekundärabwasser wird über die Ausbreitbecken Yavneh 1 und Yavneh 2 wieder dem Grundwasser zugeführt.

Das Gesamtsystem besteht aus einer Reihe verschiedener Elemente, die sich gegenseitig ergänzen:

  • ein Kläranlagensystem, bestehend aus einer Belebtschlammanlage (der biomechanischen Anlage), die die meisten Abfälle behandelt, und einem System von Oxidations- und Klärteichen, die hauptsächlich zur Behandlung überschüssiger Abwasserströme verwendet werden
  • ein Grundwasseranreicherungssystem für das behandelte Abwasser, das aus Ausbreitungsbecken an zwei verschiedenen Standorten (Yavneh und Soreq) besteht, die zeitweise überflutet werden; Das absorbierte Abwasser fließt durch die ungesättigte Zone des Bodens und durch einen Teil des Grundwasserleiters und bildet eine spezielle Zone, die der ergänzenden Abwasserbehandlung und saisonalen Speicherung gewidmet ist, die als SAT (Soil-Aquifer-Treatment) bezeichnet wird.
  • Netze von Beobachtungsbrunnen (insgesamt 53 Brunnen), die die Auffüllbecken umgeben und die Überwachung der Effizienz des Behandlungsprozesses ermöglichen
  • Netze von Rückgewinnungsbrunnen (insgesamt 74 aktive Brunnen im Jahr 1993), die die Wiederauffüllungsstellen umgeben
  • eine spezielle und separate Hauptleitung für aufbereitetes Wasser zur uneingeschränkten Bewässerung landwirtschaftlicher Flächen im Negev; Diese Hauptleitung wird „Die dritte Negev-Leitung“ genannt und ergänzt das Wasserversorgungssystem der Negev, das zwei weitere Hauptleitungen für die Frischwasserversorgung umfasst
  • eine Einrichtung zur Chlorung des Abwassers, die derzeit aus drei Chlorierungsstandorten besteht (zwei weitere sollen in Zukunft hinzugefügt werden)
  • sechs betriebsbereite Reservoirs entlang des Fördersystems, die die Wassermengen regulieren, die entlang des Systems gepumpt und verbraucht werden
  • ein Abwasserverteilungssystem, bestehend aus 13 großen Druckzonen entlang der Abwasserhauptleitung, die das aufbereitete Wasser den Verbrauchern zuführen
  • ein umfassendes Überwachungssystem, das den gesamten Projektablauf überwacht und steuert.

 

Beschreibung des Rückgewinnungssystems

Das allgemeine Schema des Rückgewinnungssystems ist in Abbildung 1 und das Flussdiagramm in Abbildung 2 dargestellt. Das System besteht aus den folgenden Segmenten: Kläranlage, Wasseranreicherungsfelder, Rückgewinnungsbrunnen, Förder- und Verteilungssystem, Chlorierungsanlage und eine umfassende Überwachung System.

Abbildung 2. Flussdiagramm des Dan-Region-Projekts

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Die Kläranlage

Die Kläranlage der Metropolregion Dan Region nimmt die Haushaltsabfälle der acht Städte der Region auf und verarbeitet auch einen Teil ihrer Industrieabfälle. Die Anlage befindet sich in den Rishon-Lezion-Sanddünen und basiert hauptsächlich auf der Nachbehandlung der Abfälle durch das Belebtschlammverfahren. Einige der Abfälle, hauptsächlich während Spitzenlastableitungen, werden in einem anderen, älteren System von Oxidationsteichen behandelt, das eine Fläche von 300 Acres einnimmt. Die beiden Systeme zusammen können derzeit etwa 110 x 10 verarbeiten6 m3 pro Jahr.

Die Aufladefelder

Die Abwässer der Kläranlage werden an drei verschiedene Stellen innerhalb der regionalen Sanddünen gepumpt, wo sie auf dem Sand verteilt werden und nach unten in den unterirdischen Grundwasserleiter sickern, um sie vorübergehend zu speichern und für eine zusätzliche zeitabhängige Behandlung. Zwei der Ausbreitbecken dienen der Wiederauffüllung des Abwassers der mechanisch-biologischen Kläranlage. Dies sind Yavneh 1 (60 Acres, 7 km südlich der Anlage) und Yavneh 2 (45 Acres, 10 km südlich der Anlage); Das dritte Becken dient zur Wiederauffüllung einer Mischung aus dem Abwasser des Oxidationsteichs und einer bestimmten Fraktion aus der biomechanischen Kläranlage, die erforderlich ist, um die Qualität des Abwassers auf das erforderliche Niveau zu verbessern. Dies ist der Soreq-Standort, der eine Fläche von etwa 60 Acres hat und sich östlich der Teiche befindet.

Die Erholungsbrunnen

Rund um die Auffüllstellen gibt es Netze von Beobachtungsbrunnen, durch die das aufgefüllte Wasser wieder gepumpt wird. Nicht alle der 74 in Betrieb befindlichen 1993 Bohrlöcher waren während des gesamten Projekts aktiv. 1993 wurden insgesamt etwa 95 Millionen Kubikmeter Wasser aus den Brunnen des Systems gewonnen und in die Dritte Negev-Linie gepumpt.

Die Förder- und Verteilungssysteme

Das aus den verschiedenen Rückgewinnungsbrunnen gepumpte Wasser wird im Förder- und Verteilungssystem der Dritten Linie gesammelt. Das Fördersystem besteht aus drei Abschnitten mit einer Gesamtlänge von 87 km und einem Durchmesser von 48 bis 70 Zoll. Entlang des Fördersystems wurden sechs verschiedene, auf der Hauptleitung „schwimmende“ Betriebsspeicher errichtet, um den Wasserfluss des Systems zu regulieren. Das Betriebsvolumen dieser Stauseen reicht von 10,000 m3 bis 100,000 m3.

Das im Third-Line-System fließende Wasser wurde den Kunden 1993 durch ein System von 13 Hauptdruckzonen zugeführt. An diese Druckzonen sind zahlreiche Wasserverbraucher, meist landwirtschaftliche Betriebe, angeschlossen.

Das Chlorierungssystem

Der Zweck der Chlorung, die in der Third Line durchgeführt wird, ist die „Unterbrechung der menschlichen Verbindung“, was bedeutet, dass jegliche Existenzmöglichkeit von Mikroorganismen menschlichen Ursprungs im Wasser der Third Line beseitigt wird. Im Laufe des Monitorings wurde festgestellt, dass es während des Aufenthalts des aufbereiteten Wassers in den Wasserreservoirs zu einer erheblichen Vermehrung von fäkalen Mikroorganismen kommt. Daher wurde beschlossen, weitere Chlorierungspunkte entlang der Leitung hinzuzufügen, und bis 1993 waren drei separate Chlorierungspunkte routinemäßig in Betrieb. Demnächst soll die Anlage um zwei weitere Chlorierungsstellen ergänzt werden. Der Restchlorgehalt liegt zwischen 0.4 und 1.0 mg/l freies Chlor. Diese Methode, bei der an verschiedenen Stellen entlang des Systems niedrige Konzentrationen an freiem Chlor aufrechterhalten werden und nicht eine einzige massive Dosis am Anfang der Leitung, sichert den Bruch der menschlichen Verbindung und ermöglicht gleichzeitig den Fischen, in den Reservoirs zu leben . Darüber hinaus desinfiziert dieses Chlorierungsverfahren das Wasser in den stromabwärts gelegenen Abschnitten des Förder- und Verteilungssystems, falls Schadstoffe an einer Stelle stromabwärts von der anfänglichen Chlorierungsstelle in das System eingedrungen sind.

Das Überwachungssystem

Der Betrieb des Rückgewinnungssystems der dritten Negev-Linie hängt vom routinemäßigen Funktionieren einer Überwachungseinrichtung ab, die von einer professionellen und unabhängigen wissenschaftlichen Einrichtung überwacht und kontrolliert wird. Dieses Gremium ist das Forschungs- und Entwicklungsinstitut des Technion – Israel Institute of Technology in Haifa, Israel.

Die Einrichtung eines unabhängigen Überwachungssystems ist eine zwingende Anforderung des israelischen Gesundheitsministeriums, der lokalen Rechtsbehörde gemäß der israelischen Verordnung über die öffentliche Gesundheit. Die Notwendigkeit, diese Überwachungseinrichtung einzurichten, ergibt sich aus folgenden Tatsachen:

  1. Dieses Abwasseraufbereitungsprojekt ist das größte der Welt.
  2. Es enthält einige nicht routinemäßige Elemente, mit denen noch nicht experimentiert wurde.
  3. Das zurückgewonnene Wasser soll für die unbegrenzte Bewässerung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen verwendet werden.

 

Die Hauptaufgabe des Überwachungssystems besteht daher darin, die chemische und hygienische Qualität des von der Anlage gelieferten Wassers zu sichern und Warnungen bei Änderungen der Wasserqualität auszugeben. Darüber hinaus führt die Überwachungseinrichtung eine Nachverfolgung des gesamten Renaturierungsprojekts der Region Dan durch und untersucht auch bestimmte Aspekte, wie den Routinebetrieb der Anlage und die chemisch-biologische Qualität ihres Wassers. Dies ist notwendig, um die Eignung des Wassers der dritten Linie für eine unbegrenzte Bewässerung nicht nur aus hygienischer, sondern auch aus landwirtschaftlicher Sicht festzustellen.

Das vorläufige Monitoring-Layout wurde von Mekoroth Water Co., dem größten israelischen Wasserversorger und Betreiber des Dan-Region-Projekts, entworfen und vorbereitet. Ein speziell ernannter Lenkungsausschuss hat das Überwachungsprogramm regelmäßig überprüft und es gemäß den gesammelten Erfahrungen aus dem Routinebetrieb modifiziert. Das Überwachungsprogramm befasste sich mit den verschiedenen Probenahmestellen entlang des Systems der Dritten Linie, den verschiedenen untersuchten Parametern und der Probenahmehäufigkeit. Das vorläufige Programm bezog sich auf verschiedene Anlagenabschnitte, namentlich auf Förderbrunnen, Förderleitung, Reservoirs, eine begrenzte Anzahl von Verbraucheranschlüssen sowie das Vorhandensein von Trinkwasserbrunnen in der Nähe der Anlage. Die Liste der im Überwachungsplan der Dritten Linie enthaltenen Parameter ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1. Liste der untersuchten Parameter

Ag

Silber

μg/l

Al

Aluminium

μg/l

ALG

Algen

Nr./100 ml

ALKM

Alkalität als CaCO3

mg / l

As

Arsen

μg/l

B

Bor

mg / l

Ba

Barium

μg/l

PUNKT

Biochemischer Sauerstoffbedarf

mg / l

Br

Bromid

mg / l

Ca

Kalzium

mg / l

Cd

Cadmium

μg/l

Cl

Chlorid

mg / l

CLDE

Chlorbedarf

mg / l

CLRL

Chlorophil

μg/l

CN

Cyanide

μg/l

Co

Cobalt

μg/l

FARBE

Farbe (Platin-Kobalt)

 

KABELJAU

Chemischer Sauerstoffbedarf

mg / l

Cr

Chrom

μg/l

Cu

Kupfer

μg/l

DO

Gelöster Sauerstoff als O2

mg / l

DOC

Gelöster organischer Kohlenstoff

mg / l

DS10

Gelöste Feststoffe bei 105 ºC

mg / l

DS55

Gelöste Feststoffe bei 550 ºC

mg / l

EC

Elektrische Leitfähigkeit

μmhos/cm

ENTR

Enterococcus

Nr./100 ml

F-

Fluorid

mg / l

FCOL

Fäkalcoliforme

Nr./100 ml

Fe

Eisen

μg/l

HART

Härte als CaCO3

mg / l

HCO3 -

Bicarbonat als HCO3 -

mg / l

Hg

Merkur

μg/l

K

Kalium

mg / l

Li

Lithium

μg/l

MBA-Verlängerung

Waschmittel

μg/l

Mg

Magnesium

mg / l

Mn

Mangan

μg/l

Mo

Molybdän

μg/l

Na

Natrium

mg / l

NH4 +

Ammoniak als NH4 +

mg / l

Ni

Super

μg/l

NKJT

Gesamtstickstoff nach Kjeldahl

mg / l

NEIN2

Nitrit als NO2 -

mg / l

NEIN3

Nitrat als NO3 -

mg / l

GERUCH

Geruchsschwelle Geruchszahl

 

OG

Öl und Fett

μg/l

Pb

Führen (Lead)

μg/l

PHEN

Phenole

μg/l

PHFD

pH-Wert im Feld gemessen

 

PO4

Phosphat als PO4 -2

mg / l

PTO

Gesamtphosphor als P

mg / l

RSCL

Restliches freies Chlor

mg / l

SAR

Natriumadsorptionsverhältnis

 

Se

Selenium

μg/l

Si

Kieselsäure als H2SiO3

mg / l

Sn

Zinn

μg/l

SO4

Sulfat

mg / l

Sr

Strontium

μg/l

SS10

Schwebstoffe bei 100 ºC

mg / l

SS55

Schwebstoffe bei 550 ºC

mg / l

STRP

Streptokokkus

Nr./100 ml

T

Temperaturen

º C

TCOL

Coliforme insgesamt

Nr./100 ml

TOTB

Gesamtbakterien

Nr./100 ml

TS10

Gesamtfeststoffe bei 105 ºC

mg / l

TS55

Gesamtfeststoffe bei 550 ºC

mg / l

TURB

Trübung

NTU

UV

UV (absorb. bei 254 nm)(/cm x 10)

 

Zn

Zink

μg/l

 

Überwachung von Bergungsbrunnen

Das Probenahmeprogramm der Förderbohrungen basiert auf einer zweimonatlichen oder dreimonatlichen Messung einiger „Indikatorparameter“ (Tabelle 2). Wenn die Chloridkonzentration am beprobten Bohrloch den anfänglichen Chloridgehalt des Bohrlochs um mehr als 15 % übersteigt, wird dies als „signifikanter“ Anstieg des Anteils des zurückgewonnenen Abwassers im unterirdischen Grundwasserleiter interpretiert und in das Bohrloch überführt die nächste Kategorie der Probenahme. Hier werden alle drei Monate 23 „charakteristische Parameter“ bestimmt. In einigen Brunnen wird einmal im Jahr eine komplette Wasseruntersuchung mit 54 verschiedenen Parametern durchgeführt.

Tabelle 2. Die verschiedenen Parameter, die an den Förderbohrungen untersucht wurden

Gruppe A

Gruppe B

Gruppe C

Indikatorparameter

Charakteristische Parameter

Complete-Test-Parameter

1. Chloride
2. Elektrische Leitfähigkeit
3. Reinigungsmittel
4. UV-Absorption
5. Gelöster Sauerstoff

Gruppe A und:
6. Temperaturen
7. pH-Wert
8. Trübung
9. Gelöste Feststoffe
10. Gelöster organischer Kohlenstoff
11. Alkalität
12. Härte
13. Kalzium
14. Magnesium
15. Natrium
16. Kalium
17. Nitrate
18. Nitrite
19. Ammoniak
20. Gesamtstickstoff nach Kjeldahl
21. Gesamtphosphor
22. Sulfat
23. Bor

Gruppen A+B und:
24. Schwebstoffe
25. Darmviren
26. Gesamtkeimzahl
27. Coliforme
28. Kolibakterien
29. Fäkale Streptokokken
30. Zink
31. Aluminium
32. Arsen
33. Eisen
34. Barium
35. Silber
36. Quecksilber
37. Chrom
38.Lithium
39. Molybdän
40. Mangan
41. Kupfer
42. Nickel
43. Selen
44. Strontium
45. Führen
46. ​​Fluorid
47. Cyanide
48. Cadmium
49. Kobalt
50. Phenole
51. Mineralöl
52. Inhaltsverzeichnis
53. Geruch
54. Farbe

 

Überwachung von Fördersystemen

Das Fördersystem mit einer Länge von 87 km wird an sieben zentralen Punkten entlang der Abwasserleitung überwacht. An diesen Stellen werden einmal pro Monat 16 verschiedene Parameter abgetastet. Diese sind: PHFD, DO, T, EC, SS10, SS55, UV, TURB, NR3 +, PTOT, ALKM, DOC, TOTB, TCOL, FCOL und ENTR. Parameter, bei denen keine Veränderung entlang des Systems zu erwarten ist, werden nur an zwei Probenahmestellen gemessen – am Anfang und am Ende der Förderstrecke. Diese sind: Cl, K, Na, Ca, Mg, HARD, B, DS, SO4 -2NH4 +, Ich habe nicht2 - und MBAS. An diesen beiden Probenahmestellen werden einmal jährlich verschiedene Schwermetalle (Zn, Sr, Sn, Se, Pb, Ni, Mo, Mn, Li, Hg, Fe, Cu, Cr, Co, Cd, Ba, As, Al, Ag).

Überwachung von Stauseen

Der Überwachungsaufbau der Stauseen der Dritten Linie basiert hauptsächlich auf der Untersuchung einer begrenzten Anzahl von Parametern, die als Indikatoren für die biologische Entwicklung in den Stauseen dienen und den Eintrag externer Schadstoffe lokalisieren. Fünf Lagerstätten werden einmal im Monat beprobt für: PHFD, T, DO, Gesamt-SS, flüchtige SS, DOC, CLRL, RSCL, TCOL, FCOL, STRP und ALG. An diesen fünf Lagerstätten werden auch einmal alle zwei Monate Si-Proben entnommen. Alle diese Parameter werden auch in einem anderen Reservoir, Zohar B, sechsmal pro Jahr beprobt.

Zusammenfassung

Das Dan Region Reclamation Project liefert hochwertiges aufbereitetes Wasser für die uneingeschränkte Bewässerung des israelischen Negev.

Stufe Eins dieses Projektes ist seit 1970 im Teilbetrieb und seit 1977 im Vollbetrieb. Von 1970 bis 1993 wurde den fakultativen Oxidationsteichen eine Gesamtrohabwassermenge von 373 Millionen Kubikmetern (MCM) und eine Gesamtwassermenge von 243 zugeführt 1974 MCM wurden im Zeitraum 1993–1993 aus dem Aquifer gepumpt und in den Süden des Landes geliefert. Ein Teil des Wassers ging verloren, hauptsächlich durch Verdunstung und Versickerung aus den Teichen. 6.9 betrugen diese Verluste etwa 1994 % des Rohabwassers, das der Stufe-XNUMX-Anlage zugeführt wurde (Kanarek XNUMX).

Die Mechanisch-Biologische Kläranlage, Stufe 1987 des Projektes, ist seit 1987 in Betrieb. Während der Betriebszeit von 1993-478 wurde der Mechanisch-Biologischen Kläranlage eine Rohabwassermenge von insgesamt 1993 MCM zugeführt. 103 wurden etwa 95 MCM Wasser (8 MCM aufbereitetes Wasser plus XNUMX MCM Trinkwasser) durch das System geleitet und für die unbegrenzte Bewässerung des Negev verwendet.

Das Wasser aus den Rückgewinnungsbrunnen repräsentiert die Wasserqualität des Grundwasserleiters. Die Wasserqualität des Grundwasserleiters ändert sich ständig durch das Einsickern von Abwässern. Die Wasserqualität des Aquifers nähert sich der des Abwassers für diejenigen Parameter, die nicht durch die Bodengrundwasserbehandlung (SAT)-Prozesse beeinflusst werden, während Parameter, die durch den Durchgang durch die Bodenschichten beeinflusst werden (z. B. Trübung, Schwebstoffe, Ammoniak, gelöst). organischer Kohlenstoff usw.) weisen deutlich niedrigere Werte auf. Bemerkenswert ist der Chloridgehalt des Aquiferwassers, der innerhalb der letzten vier Jahre um 15 bis 26 % gestiegen ist, wie die wechselnde Wasserqualität in den Bergungsbrunnen belegt. Diese Veränderung weist auf den kontinuierlichen Ersatz von Grundwasser durch Abwasser mit einem erheblich höheren Chloridgehalt hin.

Die Qualität des Wassers in den sechs Stauseen des Systems der Dritten Linie wird durch biologische und chemische Veränderungen beeinflusst, die innerhalb der offenen Stauseen auftreten. Durch die Photosynthese der Algen und durch die Auflösung von Luftsauerstoff wird der Sauerstoffgehalt erhöht. Die Konzentrationen verschiedener Bakterienarten werden auch durch zufällige Verschmutzung durch verschiedene Wasserfauna, die sich in der Nähe der Stauseen aufhält, erhöht.

Die Qualität des den Kunden entlang des Systems zugeführten Wassers hängt von der Qualität des Wassers aus den Rückgewinnungsbrunnen und den Reservoirs ab. Die obligatorische Chlorung des Anlagenwassers ist eine zusätzliche Absicherung gegen irrtümliche Nutzung des Wassers als Trinkwasser. Der Vergleich der Wasserdaten der dritten Zeile mit den Anforderungen des israelischen Gesundheitsministeriums an die Qualität des Abwassers zur unbegrenzten landwirtschaftlichen Nutzung zeigt, dass die Wasserqualität die Anforderungen in den meisten Fällen vollständig erfüllt.

Abschließend kann gesagt werden, dass das Abwasserrückgewinnungs- und -nutzungssystem der dritten Linie ein erfolgreiches ökologisches und nationales israelisches Projekt war. Es hat das Problem der sanitären Entsorgung der Abwässer der Region Dan gelöst und gleichzeitig die nationale Wasserbilanz um einen Faktor von etwa 5 % erhöht. In einem trockenen Land wie Israel, wo die Wasserversorgung, insbesondere für die landwirtschaftliche Nutzung, sehr begrenzt ist, ist dies ein echter Beitrag.

Die Kosten für den Auffüllbetrieb und die Wartung des aufbereiteten Wassers betrugen 1993 etwa 3 US-Cent pro m3 (0.093 NIS/m3).

Das System wird seit Ende der 1960er Jahre unter strenger Überwachung des israelischen Gesundheitsministeriums und der Arbeitsschutz- und Hygieneabteilung von Mekoroth betrieben. Es liegen keine Berichte über Berufskrankheiten vor, die aus dem Betrieb dieses komplizierten und umfassenden Systems resultieren.

 

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Mittwoch, März 09 2011 17: 00

Grundsätze der Abfallwirtschaft

Das Umweltbewusstsein führt zu einem raschen Wandel der Abfallwirtschaftspraktiken. Eine Interpretation dieser Änderung ist notwendig, bevor die Methoden der Abfallbewirtschaftung und des Umgangs mit Reststoffen näher untersucht werden.

Moderne Prinzipien der Abfallwirtschaft basieren auf dem Paradigma einer verzahnten Verbindung zwischen Biosphäre und Anthroposphäre. Ein globales Modell (Abbildung 1), das diese beiden Sphären in Beziehung setzt, basiert auf der Annahme, dass alle der Umwelt entnommenen Materialien entweder direkt (aus dem Produktionssektor) oder indirekt (aus dem Recyclingsektor) als Abfall enden, wobei alle berücksichtigt werden müssen Konsumabfälle fließen entweder zur Verwertung und/oder zur Entsorgung in diesen Recyclingsektor zurück.

Abbildung 1. Ein globales Modell der Prinzipien der Abfallwirtschaft

EPC070F1

Aus dieser Perspektive muss Recycling breit definiert werden: vom Recycling ganzer Gegenstände (Mehrweg) über das Recycling von Gegenständen für einige ihrer Ersatzteile (z. B. Autos, Computer) bis hin zur Herstellung neuer Materialien (z. B. Papier und Karton, Blechdosen) oder die Herstellung ähnlicher Gegenstände (Recycling, Downcycling etc.). Langfristig kann man sich dieses Modell als stationäres System vorstellen, in dem Waren nach wenigen Tagen oder oft nach einigen Jahren als Abfall enden.

 

 

 

 

 

Abzüge vom Modell

Aus diesem Modell können einige wichtige Schlussfolgerungen gezogen werden, vorausgesetzt, die verschiedenen Ströme sind klar definiert. Für die Zwecke dieses Modells:

  • Po= Jährlicher Materialeinsatz aus der Umwelt (Bio-, Hydro- oder Lithosphäre). Im stationären Zustand entspricht dieser Input der jährlichen Endlagerung von Abfällen.
  • P = die jährliche Warenproduktion von Po.
  • C = der jährliche Warenstrom in der Anthroposphäre.
  • R = der jährliche Abfallstrom, der durch Recycling in Waren umgewandelt wird. (Im stationären Zustand: C=R+ P)
  • p = die Effektivität der Produktion, gemessen als Verhältnis von P/Po.
  • Wenn r = die Effektivität des Recyclings, gemessen als Verhältnis von R/C, dann lautet die Beziehung: C/Po=p(1-r).
  • Wenn C/Po=C*; dann ist C* das Verhältnis von Gütern zu den der Natur entnommenen Materialien.

 

Mit anderen Worten, C* ist ein Maß für die Verzahnung der Verbindung zwischen Umwelt und Anthroposphäre. Sie hängt mit der Effizienz der Produktion und des Recyclingsektors zusammen. Die Beziehung zwischen C*, p und r, die eine Nutzenfunktion ist, kann wie in Abbildung 2 dargestellt werden, die den expliziten Kompromiss zwischen zeigt p und r, für einen ausgewählten Wert von C*.

Abbildung 2. Eine Nutzenfunktion, die Kompromisse beim Produktionsrecycling veranschaulicht

EPC070F2

In der Vergangenheit hat sich die Industrie entlang der Linie einer Steigerung der Effizienz der Produktion entwickelt, p. Gegenwärtig, Ende der 1990er Jahre, ist der Preis für die Abfallentsorgung durch Verteilung in die Atmosphäre, in Gewässer oder in Böden (unkontrollierte Deponierung) oder das Vergraben von Abfällen in geschlossenen Deponien aufgrund immer strengerer Vorschriften sehr schnell gestiegen Umweltschutzstandards. Unter diesen Bedingungen ist es wirtschaftlich attraktiv geworden, die Effektivität des Recyclings zu erhöhen (d.h. zu erhöhen r). Dieser Trend wird sich in den kommenden Jahrzehnten fortsetzen.

Um die Effektivität des Recyclings zu verbessern, muss eine wichtige Bedingung erfüllt sein: Die zu recycelnden Abfälle (also die Rohstoffe der zweiten Generation) müssen möglichst „rein“ (d. h. frei von unerwünschten Bestandteilen, die Recycling ausschließen). Dies wird nur durch die Umsetzung einer allgemeinen Politik des „Nichtvermischens“ von Haushalts-, Gewerbe- und Industrieabfällen an der Quelle erreicht. Dies wird oft fälschlicherweise als Sortierung an der Quelle bezeichnet. Sortieren heißt trennen; aber die Idee ist gerade, die verschiedenen Abfallkategorien nicht trennen zu müssen, indem sie bis zu ihrer Sammlung in getrennten Behältern oder an getrennten Orten gelagert werden. Das Paradigma der modernen Abfallwirtschaft ist die Nichtvermischung von Abfällen an der Quelle, um eine Effizienzsteigerung des Recyclings zu ermöglichen und damit ein besseres Verhältnis von Gütern zu Material, das der Umwelt entnommen wird.

Praktiken der Abfallbewirtschaftung

Abfall kann je nach seiner Produktion in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:

  1. aus dem primären Produktionssektor (Bergbau, Forstwirtschaft, Landwirtschaft, Tierzucht, Fischerei)
  2. aus der Produktions- und Verarbeitungsindustrie (Lebensmittel, Geräte, Produkte aller Art)
  3. aus dem Konsumbereich (Haushalte, Unternehmen, Verkehr, Handel, Bau, Dienstleistungen etc.).

 

Abfälle können auch per Gesetzesdekret klassifiziert werden:

  • Siedlungsabfälle und gemischte Abfälle aus Unternehmen, die als Siedlungsabfälle zusammengefasst werden können, da beide aus denselben Abfallkategorien bestehen und von geringer Größe sind (Gemüse, Papier, Metalle, Glas, Kunststoffe usw.), wenn auch in unterschiedlichen Anteilen.
  • Siedlungssperrmüll (Möbel, Geräte, Fahrzeuge, Bau- und Abbruchabfälle außer Inertmaterial)
  • Abfälle, die besonderen Rechtsvorschriften unterliegen (z. B. gefährlich, infektiös, radioaktiv).

 

Entsorgung von kommunalen und gewöhnlichen Gewerbeabfällen:

Diese Abfälle werden per LKW eingesammelt und können (direkt oder über Umladestationen von Straße zu Straße, Straße zu Schiene oder Straße zu Wasser und Ferntransportmitteln) zu einer Deponie oder zu einer stofflichen Aufbereitungsanlage transportiert werden Verwertung (mechanische Sortierung, Kompostierung, Biomethanisierung) oder zur energetischen Verwertung (Gitter- oder Ofenverbrennung, Pyrolyse).

Kläranlagen produzieren verhältnismäßig kleine Mengen an Rückständen, die für die Umwelt gefährlicher sein können als der ursprüngliche Abfall. Beispielsweise produzieren Verbrennungsanlagen Flugasche mit sehr hohem Gehalt an Schwermetallen und komplexen Chemikalien. Diese Rückstände werden oft gesetzlich als gefährlicher Abfall eingestuft und erfordern eine angemessene Entsorgung. Kläranlagen unterscheiden sich von Deponien dadurch, dass sie „offene Systeme“ mit Ein- und Ausgängen sind, während Deponien im Wesentlichen „Senken“ sind (wenn man die geringe Sickerwassermenge vernachlässigt, die eine weitere Behandlung und die Produktion von Biogas verdient, das eine genutzte Quelle sein kann Energie auf sehr großen Deponien).

Industrie- und Haushaltsgeräte:

Der gegenwärtige Trend, der auch kommerzielle Beiträge hat, geht dahin, dass die Produzenten der Abfallsektoren (z. B. Autos, Computer, Maschinen) für das Recycling verantwortlich sind. Reststoffe sind dann entweder gefährliche Abfälle oder ähneln gewöhnlichen Abfällen aus Unternehmen.

Bau- und Abbruchabfälle:

Die steigenden Deponiepreise sind ein Anreiz für eine bessere Sortierung solcher Abfälle. Durch die Trennung der gefährlichen und brennbaren Abfälle von der großen Menge an inerten Materialien können letztere mit einer weitaus geringeren Rate entsorgt werden als gemischte Abfälle.

Sondermüll:

Chemisch gefährliche Abfälle müssen vor der Ablagerung auf Sonderdeponien durch Neutralisation, Mineralisierung, Insolubilisierung oder Inertisierung behandelt werden. Infektiöse Abfälle werden am besten in speziellen Verbrennungsanlagen verbrannt. Radioaktive Abfälle unterliegen einer sehr strengen Gesetzgebung.

Management von Rückständen

Produktions- und Verbrauchsabfälle, die nicht recycelt, downgecycelt, wiederverwendet oder zur Energieerzeugung verbrannt werden können, müssen letztendlich entsorgt werden. Die Umwelttoxizität dieser Rückstände soll nach dem Grundsatz „Beste verfügbare Technik zum akzeptablen Preis“ reduziert werden. Nach dieser Behandlung sollten die Rückstände an Orten deponiert werden, an denen sie das Wasser und das Ökosystem nicht kontaminieren und sich nicht in der Atmosphäre, im Meer oder in Seen und Flüssen ausbreiten.

Die Datierung von Abfalldeponien erfolgt in der Regel durch die Kombination von mehrschichtiger Isolierung (mit Ton, Geotextilien, Kunststofffolien etc.), der Ableitung aller exogenen Wässer und wasserdichten Deckschichten. Dauerlagerstätten müssen über Jahrzehnte überwacht werden. Auch die Beschränkungen der Landnutzung einer Lagerstätte müssen über lange Zeiträume kontrolliert werden. Kontrollierte Entwässerungssysteme für Sickerwasser oder Gase sind in den meisten Fällen erforderlich.

Biochemisch stabilere und chemisch inerte Rückstände aus der Abfallbehandlung erfordern weniger strenge Bedingungen für ihre endgültige Entsorgung, was es weniger schwierig macht, eine Deponie für sie innerhalb der Region der Abfallerzeugung zu finden. Der Export von Abfällen oder deren Reststoffen, der immer NIMBY-Reaktionen (Not In My Back Yard) weckt, könnte so vermieden werden.

 

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Mittwoch, März 09 2011 17: 04

Entsorgung und Recycling fester Abfälle

Feste Abfälle werden traditionell als Restprodukte bezeichnet, die bei der Entsorgung Kosten verursachen.

Die Abfallbewirtschaftung umfasst eine Reihe komplexer potenzieller Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Sicherheit sowie die Umwelt. Die Auswirkungen, obwohl die Art der Gefahren ähnlich sein kann, sollten für drei verschiedene Betriebsarten unterschieden werden:

  • Handhabung und Lagerung beim Abfallerzeuger
  • Abholung und Transport
  • sortieren, verarbeiten und entsorgen.

 

Dabei ist zu bedenken, dass Gesundheits- und Sicherheitsgefahren dort entstehen, wo der Abfall überhaupt entsteht – in der Fabrik oder beim Verbraucher. Daher kann die Abfalllagerung beim Abfallerzeuger – und insbesondere wenn der Abfall an der Quelle getrennt wird – schädliche Auswirkungen auf die nahe Umgebung haben. Dieser Artikel konzentriert sich auf einen Rahmen für das Verständnis von Praktiken der Abfallbewirtschaftung und die Einordnung der Gesundheits- und Sicherheitsrisiken am Arbeitsplatz, die mit der Abfallsammlung, dem Transport, der Verarbeitung und der Entsorgungsindustrie verbunden sind.

Warum Abfallmanagement?

Die Bewirtschaftung fester Abfälle wird notwendig und relevant, wenn sich die Struktur der Gesellschaft von einer landwirtschaftlichen mit geringer Bevölkerungsdichte und weit verbreiteter Bevölkerung zu einer städtischen Bevölkerung mit hoher Bevölkerungsdichte ändert. Darüber hinaus hat die Industrialisierung eine Vielzahl von Produkten eingebracht, die die Natur nicht oder nur sehr langsam zersetzen oder verdauen kann. Daher enthalten bestimmte Industrieprodukte Substanzen, die sich aufgrund ihrer geringen Abbaubarkeit oder sogar toxischen Eigenschaften in der Natur in Mengen anreichern können, die eine Bedrohung für die zukünftige Nutzung der natürlichen Ressourcen durch die Menschheit darstellen - also Trinkwasser, landwirtschaftliche Böden, Luft usw .

Das Ziel der Abfallwirtschaft ist es, die Verschmutzung der natürlichen Umwelt zu verhindern.

Ein Entsorgungssystem für feste Abfälle sollte auf technischen Studien und allgemeinen Planungsverfahren beruhen, einschließlich:

  • Studien und Schätzungen zu Abfallzusammensetzung und -mengen
  • Studien zur Erhebungstechnik
  • Studien zu Verarbeitungs- und Entsorgungsanlagen
  • Studien zur Verhütung der Verschmutzung der natürlichen Umwelt
  • Studien zu Arbeitsschutzstandards
  • Machbarkeitsstudien.

 

Das Studium muss Aspekte des Naturschutzes und des Arbeitsschutzes unter Berücksichtigung der Möglichkeiten einer nachhaltigen Entwicklung beinhalten. Da es selten möglich ist, alle Probleme auf einmal zu lösen, ist es wichtig, in der Planungsphase zu beachten, dass es hilfreich ist, eine Prioritätenliste zu erstellen. Der erste Schritt zur Lösung von Umwelt- und Berufsgefahren besteht darin, die Existenz der Gefahren zu erkennen.

Grundsätze der Abfallwirtschaft

Die Abfallwirtschaft umfasst ein komplexes und breites Spektrum von Arbeitsschutzbeziehungen. Die Abfallwirtschaft stellt einen „umgekehrten“ Produktionsprozess dar; Das „Produkt“ ist die Entfernung von überschüssigem Material. Das ursprüngliche Ziel war einfach, die Materialien zu sammeln, den wertvollen Teil der Materialien wiederzuverwenden und den Rest an den nächstgelegenen nicht landwirtschaftlich genutzten Standorten, Gebäuden usw. zu entsorgen. In vielen Ländern ist das immer noch so.

Abfallquellen lassen sich durch die unterschiedlichen Funktionen in einer modernen Gesellschaft beschreiben (siehe Tabelle 1).

Tabelle 1. Abfallquellen

Aktivität

Abfallbeschreibung

Branche

Produktrückstände
Standardprodukte

Großhandelsvertrieb

Standardprodukte

Handel

Transportverpackung
Standardprodukte
Bio (aus der Lebensmittelverarbeitung)
Lebensmittelabfälle

Konsumgüter

Transportverpackung
Handelsverpackungen (Papier, Glas, Metall, Kunststoffe etc.)
Küchenabfälle (Organik)
Gefährliche Abfälle (Chemikalien, Öl)
Sperrmüll (Altmöbel) etc.
Gartenabfälle

Bau und Abriss

Beton, Ziegel, Eisen, Erde usw.

Infrastrukturaktivitäten

Abfall parken
Abfälle der Straßenreinigung
Klinker, Asche und Rauchgas aus der Energieerzeugung
Klärschlamm
Krankenhausabfälle

Abfallverarbeitung

Ausschuss aus Sortieranlagen
Klinker, Aschen und Produkte zur Rauchgasreinigung aus
Verbrennung

 

Jede Abfallart wird durch ihren Ursprung oder die Art des Produkts charakterisiert, bevor sie zu Abfall wurde. Daher sollten seine Gesundheits- und Sicherheitsrisiken grundsätzlich auf die Beschränkung der Handhabung des Produkts durch den Abfallerzeuger festgelegt werden. In jedem Fall können durch die Lagerung der Abfälle neue und stärkere Gefahrenelemente entstehen (chemische und/oder biologische Aktivität während der Lagerzeit).

Die Entsorgung fester Abfälle kann in folgende Phasen unterteilt werden:

  • Trennung an der Quelle in spezifische Abfallfraktionen je nach Materialeigenschaften
  • Zwischenlagerung beim Abfallerzeuger in Tonnen, Säcken, Containern oder lose
  • Abholung und Transport per Fahrzeug:
    • manuell, Pferdegespann, motorisiert und so weiter
    • offene Plattform, geschlossener LKW-Aufbau, Verdichtungseinheit und so weiter
  • Übergabestation: Verdichtung und Umladung auf größere Transporteinheiten
  • Recycling- und/oder Abfallverarbeitungsanlagen
  • Abfallverarbeitung:
    • manuelle oder maschinelle Sortierung in verschiedene Materialfraktionen zur Wiederverwertung
    • Verarbeitung von vorsortierten Abfallfraktionen zu Sekundärrohstoffen
    • Verarbeitung zu neuen (Roh-)Materialien
    • Verbrennung zur Volumenreduzierung und/oder Energierückgewinnung
    • anaerobe Vergärung von organischen Stoffen zur Herstellung von Bodenverbesserer, Dünger und Energie (Biogas)
    • Kompostierung von organischen Stoffen zur Herstellung von Bodenverbesserern und Düngemitteln
  • Müllentsorgung:
    • Deponie, die so konzipiert und angeordnet sein sollte, dass sie die Migration von verunreinigtem Wasser (Deponiesickerwasser), insbesondere in Trinkwasserressourcen (Grundwasserressourcen, Brunnen und Flüsse), verhindert.

Das Recycling von Abfällen kann auf jeder Stufe des Abfallsystems erfolgen, und auf jeder Stufe des Abfallsystems können besondere Gesundheits- und Sicherheitsgefahren am Arbeitsplatz entstehen.

In einkommensschwachen Gesellschaften und nichtindustriellen Ländern ist das Recycling fester Abfälle ein Grundeinkommen für die Abfallsammler. Typischerweise werden die Gesundheits- und Sicherheitsgefahren in diesen Bereichen nicht hinterfragt.

In den stark industrialisierten Ländern gibt es einen klaren Trend, den Fokus verstärkt auf die Wiederverwertung der riesigen Abfallmengen zu legen. Wichtige Gründe gehen über den direkten Marktwert des Abfalls hinaus und umfassen das Fehlen geeigneter Entsorgungsmöglichkeiten und das wachsende öffentliche Bewusstsein für das Ungleichgewicht zwischen Verbrauch und Schutz der natürlichen Umwelt. Daher wurde die Abfallsammlung und -entsorgung in Recycling umbenannt, um die Tätigkeit in der Öffentlichkeit aufzuwerten, was zu einem stark wachsenden Bewusstsein für die Arbeitsbedingungen in der Abfallwirtschaft führte.

Die Arbeitsschutzbehörden der Industrieländer fokussieren sich heute auf Arbeitsbedingungen, die noch vor wenigen Jahren unbemerkt mit unausgesprochener Akzeptanz vorübergingen, wie zum Beispiel:

  • unsachgemäßes schweres Heben und übermäßige Menge an Materialien, die pro Arbeitstag gehandhabt werden
  • unangemessene Exposition gegenüber Staub unbekannter Zusammensetzung
  • unbemerkte Beeinflussung durch Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) und Endotoxine
  • unbemerkter Kontakt mit giftigen Chemikalien.

 

Recycling

Recycling oder Wiederverwertung ist der Begriff, der sowohl die Wiederverwendung (Verwendung für den gleichen Zweck) als auch die Rückgewinnung/Rückgewinnung von Materialien oder Energie umfasst.

Die Gründe für die Umsetzung des Recyclings können sich je nach nationalen und lokalen Bedingungen ändern, und die Schlüsselideen in den Argumenten für das Recycling können sein:

  • Entgiftung von gefährlichen Abfällen, wenn hohe Umweltstandards von den Behörden festgelegt werden
  • Ressourcenrückgewinnung in Gebieten mit niedrigem Einkommen
  • Reduzierung des Volumens in Bereichen, in denen die Deponierung vorherrscht
  • Energierückgewinnung in Bereichen, in denen die Umwandlung von Abfall in Energie fossile Brennstoffe (Kohle, Erdgas, Rohöl usw.) für die Energieerzeugung ersetzen kann.

 

Wie bereits erwähnt, kann das Recycling in jeder Phase des Abfallsystems erfolgen, aber das Recycling kann so gestaltet werden, dass verhindert wird, dass Abfall „geboren“ wird. Das ist der Fall, wenn Produkte für das Recycling und ein System für den Rückkauf nach der Endnutzung konzipiert sind, z. B. durch Pfand auf Getränkebehälter (Glasflaschen usw.).

Daher kann das Recycling über die bloße Durchführung der Rückgewinnung oder Rückgewinnung von Materialien aus dem Abfallstrom hinausgehen.

Das Recycling von Materialien beinhaltet in den meisten Fällen die Trennung oder Sortierung der Abfallmaterialien in Fraktionen mit einem Mindestfeinheitsgrad als Voraussetzung für die Verwendung der Abfälle als Ersatz für neue oder primäre Rohstoffe.

Die Sortierung kann von den Abfallerzeugern (Quellentrennung) oder nach der Sammlung, d. h. der Trennung in einer zentralen Sortieranlage, durchgeführt werden.

Quellentrennung

Quellentrennung wird nach heutiger Technologie zu Abfallfraktionen führen, die für die Verarbeitung „ausgelegt“ sind. Ein gewisses Maß an Quellentrennung ist unvermeidlich, da einige Gemische von Abfallfraktionen nur mit großem (wirtschaftlichen) Aufwand wieder in verwertbare Stofffraktionen getrennt werden können. Die Auslegung der Quellentrennung muss immer die endgültige Art der Verwertung berücksichtigen.

Das Ziel des Quellensortiersystems sollte es sein, eine Vermischung oder Verschmutzung der verschiedenen Abfallfraktionen zu vermeiden, die ein Hindernis für ein einfaches Recycling darstellen könnten.

Die Sammlung von sortenreinen Abfallfraktionen führt häufig zu deutlicheren Gesundheits- und Sicherheitsgefahren am Arbeitsplatz als die Sammlung in großen Mengen. Dies liegt an der Konzentration bestimmter Abfallfraktionen - beispielsweise giftiger Substanzen. Das Aussortieren von leicht abbaubaren organischen Stoffen kann zu einer hohen Exposition gegenüber gefährlichen Pilzen, Bakterien, Endotoxinen usw. führen, wenn die Materialien gehandhabt oder umgeladen werden.

Zentrale Sortierung

Die zentrale Sortierung kann durch mechanische oder manuelle Verfahren erfolgen.

Es ist die allgemeine Meinung, dass eine mechanische Sortierung ohne vorherige Quellentrennung durch die heute bekannte Technologie nur für die Produktion von Ersatzbrennstoffen (EBS) verwendet werden sollte. Voraussetzungen für akzeptable Arbeitsbedingungen sind die vollständige Verkleidung der maschinellen Ausrüstung und die Verwendung von persönlichen „Raumanzügen“, wenn Service und Wartung durchgeführt werden müssen.

Eine mechanische zentrale Sortierung mit vorheriger Quellentrennung war mit der heutigen Technologie aufgrund von Schwierigkeiten beim Erreichen einer geeigneten Sortiereffizienz nicht erfolgreich. Wenn die Eigenschaften der aussortierten Abfallfraktionen klarer definiert werden und diese Eigenschaften auf nationaler oder internationaler Ebene Gültigkeit erlangen, ist zu erwarten, dass neue geeignete und effiziente Techniken entwickelt werden. Der Erfolg dieser neuen Techniken wird eng mit der umsichtigen Überlegung verbunden sein, akzeptable Arbeitsbedingungen zu schaffen.

Die manuelle zentrale Sortierung sollte eine vorherige Quellentrennung beinhalten, um Gesundheits- und Sicherheitsrisiken am Arbeitsplatz (Staub, Bakterien, giftige Substanzen usw.) zu vermeiden. Die manuelle Sortierung sollte auf nur eine begrenzte Anzahl von „Qualitäten“ der Abfallfraktionen beschränkt werden, um vorhersehbare Sortierfehler an der Quelle zu vermeiden und einfache Kontrollmöglichkeiten im Eingangsbereich der Anlage zu ermöglichen. Je klarer die Abfallfraktionen definiert werden, desto mehr Geräte können für automatische Sortierverfahren entwickelt werden, um die direkte Exposition des Menschen gegenüber schädlichen Stoffen zu minimieren.

Warum Recycling?

Es ist wichtig zu beachten, dass Recycling keine Abfallverarbeitungsmethode ist, die unabhängig von anderen Abfallbewirtschaftungspraktiken gesehen werden sollte. Um das Recycling zu ergänzen, ist es notwendig, Zugang zu einer ordnungsgemäß bewirtschafteten Deponie und vielleicht zu traditionelleren Abfallverarbeitungsanlagen wie Verbrennungsanlagen und Kompostieranlagen zu haben.

Recycling sollte im Zusammenhang mit bewertet werden

  • lokale Versorgung mit Rohstoffen und Energie
  • was ersetzt wird – erneuerbare Ressourcen (dh Papier/Baum) oder nicht erneuerbare Ressourcen (dh Öl).

 

Solange beispielsweise Öl und Kohle als Energieressourcen verwendet werden, wird die Verbrennung von Abfall und Ersatzbrennstoffen mit Energierückgewinnung eine praktikable Option der Abfallbewirtschaftung auf der Grundlage der Energierückgewinnung darstellen. Die Minimierung der Abfallmengen durch dieses Verfahren muss jedoch in Enddeponien enden, die äußerst strengen Umweltstandards unterliegen, was sehr teuer sein kann.

 

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Die Herausforderung

Die Großen Seen sind eine gemeinsame Ressource zwischen Kanada und den Vereinigten Staaten (siehe Abbildung 1). Die fünf großen Seen enthalten über 18 % des weltweiten Oberflächenwassers. Im Becken lebt jeder dritte Kanadier (etwa 8.5 Millionen) und jeder neunte Amerikaner (27.5 Millionen). Das Becken ist das industrielle Kernland beider Länder – ein Fünftel der US-Industriebasis und die Hälfte der Kanadas. Wirtschaftliche Aktivitäten rund um das Becken der Großen Seen erzeugen jedes Jahr einen geschätzten Reichtum von 1 Billion Dollar. Im Laufe der Zeit führten die zunehmende Bevölkerung und industrielle Aktivitäten zu einer Vielzahl von Belastungen für die Seen, bis Mitte des Jahrhunderts die Notwendigkeit konzertierter Maßnahmen zum Schutz der Großen Seen durch die beiden Länder erkannt wurde.

Abbildung 1. Einzugsgebiet der Great Lakes: St. Lawrence River

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Die Reaktionszeit

Seit den 1950er Jahren haben beide Länder nationale und bilaterale Programme eingeführt, um Probleme der groben Verschmutzung anzugehen und auch auf subtilere Bedenken hinsichtlich der Wasserqualität zu reagieren. Als Ergebnis dieser Maßnahmen ist das Wasser der Großen Seen sichtbar sauberer als Mitte des Jahrhunderts, die Belastung mit Schwermetallen und organischen Chemikalien ist zurückgegangen und der Schadstoffgehalt in Fischen und Wasservögeln ist erheblich zurückgegangen. Die Erfolge der kanadisch-amerikanischen Maßnahmen zur Wiederherstellung und zum Schutz der Großen Seen bieten ein Modell für die bilaterale Zusammenarbeit beim Ressourcenmanagement, aber Herausforderungen bleiben bestehen.

Die Fallstudie in Perspektive

Die Gefahren, die von persistenten toxischen Stoffen ausgehen, sind jedoch langfristiger Natur und ihre Bewältigung erfordert einen multimedialen, umfassenden Ansatz an der Quelle. Um ein langfristiges Ziel der virtuellen Eliminierung persistenter toxischer Substanzen aus den Großen Seen zu erreichen, wurden Umweltbehörden, Industrie und andere Interessengruppen im Becken aufgefordert, neue Ansätze und Programme zu entwickeln. Der Zweck dieses Fallstudienberichts besteht darin, eine kurze Zusammenfassung der kanadischen Umweltschutzprogramme und der bis 1995 erzielten Fortschritte zu geben und Initiativen zum Umgang mit persistenten Giftstoffen in den Großen Seen zu skizzieren. Ähnliche US-Initiativen und -Programme werden hier nicht erörtert. Interessierte Leser sollten sich an das Great Lakes National Program Office der US-Umweltschutzbehörde in Chicago wenden, um Informationen zu Bundes- und Landesprogrammen zum Schutz der Großen Seen zu erhalten.

1970er bis 1980er Jahre

Ein bedeutendes Problem, von dem bekannt war, dass es den Eriesee in den 1960er Jahren beeinträchtigte, war die Nährstoffanreicherung oder Eutrophierung. Der festgestellte Bedarf an bilateralen Maßnahmen veranlasste Kanada und die Vereinigten Staaten, 1972 das erste Great Lakes Water Quality Agreement (GLWQA) zu unterzeichnen. Das Abkommen umriss Minderungsziele zur Verringerung der Phosphorbelastung hauptsächlich aus Waschmitteln und kommunalen Abwässern. Als Reaktion auf diese Verpflichtung haben Kanada und Ontario Gesetze und Programme zur Kontrolle von Punktquellen erlassen. Zwischen 1972 und 1987 investierten Kanada und Ontario mehr als 2 Milliarden Dollar in den Bau und die Modernisierung von Kläranlagen im Becken der Großen Seen.

Abbildung 2. Fortschritte bei der industriellen Vermeidung

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Der GLWQA von 1972 identifizierte auch die Notwendigkeit, die Freisetzung giftiger Chemikalien in die Seen aus der Industrie und anderen Quellen wie Verschüttungen zu reduzieren. In Kanada wurde in den 1970er Jahren durch die Verkündung bundesstaatlicher Abwasservorschriften (end of pipe) für konventionelle Schadstoffe aus wichtigen Industriezweigen (Zellstoff und Papier, Metallabbau, Erdölraffination usw.) ein nationaler Basisstandard geschaffen, während Ontario ähnliche Abwasserrichtlinien festlegte maßgeschneidert für lokale Bedürfnisse, einschließlich der Großen Seen. Maßnahmen von Industrie und Kommunen zur Erfüllung dieser föderalen und Ontario-Abwasseranforderungen führten zu beeindruckenden Ergebnissen; Beispielsweise wurden die Phosphorbelastungen aus Punktquellen in den Eriesee zwischen 70 und 1975 um 1989 % reduziert, und die Einleitung konventioneller Schadstoffe aus den sieben Erdölraffinerien in Ontario wurde seit Anfang der 90er Jahre um 1970 % reduziert. Abbildung 2 zeigt ähnliche Trends bei der Verringerung der Belastung für die Sektoren Zellstoff und Papier sowie Eisen und Stahl.

Mitte der 1970er Jahre führten Hinweise auf erhöhte Konzentrationen toxischer Chemikalien in Fischen und Wildtieren der Großen Seen, Fortpflanzungsstörungen bei einigen fischfressenden Vögeln und Populationsrückgänge bei einer Reihe von Arten zu persistenten bioakkumulierbaren toxischen Substanzen, die zum neuen Schwerpunkt des binationalen Schutzes wurden Anstrengung. Kanada und die Vereinigten Staaten unterzeichneten 1978 ein zweites Abkommen über die Wasserqualität der Großen Seen, in dem sich die beiden Länder verpflichteten, „die chemische, physikalische und biologische Unversehrtheit der Gewässer des Ökosystems der Großen Seen wiederherzustellen und zu erhalten“. Eine zentrale Herausforderung war die Politik, „dass die Einleitung giftiger Stoffe in giftigen Mengen verboten und die Einleitung einiger oder aller persistenten giftigen Stoffe praktisch unterbunden wird“. Die Forderung nach praktischer Eliminierung war notwendig, da persistente toxische Chemikalien sich in der Nahrungskette konzentrieren und ansammeln und schwere und irreversible Schäden am Ökosystem verursachen können, während nicht persistente Chemikalien unter einem Niveau gehalten werden müssen, das unmittelbaren Schaden anrichtet.

Zusätzlich zu strengeren Kontrollen von Punktquellen haben Kanada und Ontario Kontrollen von Pestiziden, Handelschemikalien, gefährlichen Abfällen und nicht punktuellen Verschmutzungsquellen wie Deponien und Verbrennungsanlagen entwickelt und/oder verstärkt. Regierungsinitiativen wurden multimedialer ausgerichtet, und das Konzept „von der Wiege bis zur Bahre“ oder „verantwortungsvolle Pflege“ für Chemikalien wurde zur neuen Umweltmanagementphilosophie für Regierungen und Industrien gleichermaßen. Eine Reihe persistenter toxischer Pestizide wurde unter dem Bundesgesetz über Schädlingsbekämpfungsmittel (DDT, Aldrin, Mirex, Toxaphen, Chlordane) verboten, und das Gesetz über Umweltschadstoffe wurde verwendet, um (1) die kommerzielle, Herstellungs- und Verarbeitungsverwendung von persistenten Giftstoffen (FCKW, PPB, PCB, PPT, Mirex, Blei) und (2) die Freisetzung chemischer Stoffe aus bestimmten Industriebetrieben (Quecksilber, Vinylchlorid, Asbest) zu begrenzen.

Zu Beginn der 1980er Jahre begannen die Ergebnisse dieser Programme und Maßnahmen sowie ähnlicher amerikanischer Bemühungen, Hinweise auf eine Erholung zu liefern. Schadstoffwerte in den Sedimenten, Fischen und Wildtieren der Großen Seen gingen zurück, und zu den bekannten Umweltverbesserungen gehörten die Rückkehr der Weißkopfseeadler an das kanadische Ufer des Lake Erie, eine 200-fache Zunahme der Kormoranpopulation, ein Wiederaufleben des Fischadlers in der Georgian Bay und die Wiederansiedlung von Flussseeschwalben im Hafengebiet von Toronto - alle waren in der Vergangenheit von Mengen persistenter toxischer Substanzen betroffen, und ihre Erholung zeigt den bisherigen Erfolg dieses Ansatzes.

Abbildung 3. Mirex in Silbermöweneiern

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Der Trend zu reduzierten Konzentrationen für einige der persistenten toxischen Substanzen in Fischen, Wildtieren und Sedimenten flachte Mitte der 1980er Jahre ab (siehe Mirex in Silbermöweneiern in Abbildung 3). Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass:

  1. Die bestehenden Wasserverschmutzungs- und Schadstoffkontrollprogramme waren zwar hilfreich, reichten jedoch nicht aus, um eine weitere Verringerung der Schadstoffkonzentrationen zu erreichen.
  2. Zusätzliche Maßnahmen waren für nicht punktuelle Quellen persistenter Giftstoffe erforderlich, darunter kontaminierte Sedimente, atmosphärische Einträge von Schadstoffen über große Entfernungen, verlassene Deponien und so weiter.
  3. Einige Schadstoffe können in geringen Konzentrationen im Ökosystem verbleiben und sich über lange Zeit in der Nahrungskette anreichern.
  4. Der effizienteste und effektivste Ansatz für den Umgang mit persistenten Giftstoffen besteht darin, ihre Entstehung an der Quelle zu verhindern oder zu eliminieren, anstatt ihre Freisetzung praktisch zu eliminieren.

 

Es wurde allgemein vereinbart, dass das Erreichen einer virtuellen Eliminierung in der Umwelt durch die Anwendung der Zero-Discharge-Philosophie auf Quellen und der Ökosystemansatz für das Wasserqualitätsmanagement der Großen Seen weiter gestärkt und gefördert werden müssen.

Um ihr Engagement für das Ziel der virtuellen Eliminierung persistenter toxischer Substanzen zu bekräftigen, änderten Kanada und die Vereinigten Staaten das Abkommen von 1978 durch ein Protokoll im November 1987 (Vereinigte Staaten und Kanada 1987). Das Protokoll bezeichnete besorgniserregende Gebiete, in denen die nützliche Nutzung rund um die Großen Seen beeinträchtigt wurde, und forderte die Entwicklung und Umsetzung von Abhilfemaßnahmenplänen (RAPs) für Punkt- und Nicht-Punktquellen in den ausgewiesenen Gebieten. Das Protokoll sah auch Lakewide Management Plans (LAMPs) vor, die als Hauptrahmen für die Lösung der Beeinträchtigung der nützlichen Nutzungen des gesamten Sees und für die Koordinierung der Kontrolle persistenter toxischer Substanzen, die sich auf jeden der Großen Seen auswirken, verwendet werden sollen. Darüber hinaus enthielt das Protokoll neue Anhänge zur Festlegung von Programmen und Maßnahmen für luftgetragene Quellen, kontaminierte Sedimente und Deponien, Verschüttungen und die Kontrolle exotischer Arten.

1990er-Jahre

Nach der Unterzeichnung des Protokolls von 1987 wurde das Ziel der virtuellen Eliminierung von Umweltinteressengruppen auf beiden Seiten der Großen Seen stark gefördert, da die Besorgnis über die Bedrohung durch persistente Giftstoffe zunahm. Die International Joint Commission (IJC), das binationale Beratungsgremium, das im Rahmen des Boundary Waters Treaty von 1909 geschaffen wurde, befürwortete ebenfalls nachdrücklich den Ansatz der virtuellen Eliminierung. Eine binationale IJC-Arbeitsgruppe empfahl 1993 eine Strategie zur virtuellen Eliminierung (siehe Abbildung 4). Bis Mitte der 1990er Jahre versuchen der IJC und die Parteien, einen Prozess zur Umsetzung dieser Strategie zu definieren, einschließlich Überlegungen zu sozioökonomischen Auswirkungen.

Abbildung 4. Entscheidungsfindungsprozess für die virtuelle Eliminierung persistenter toxischer Substanzen aus den Großen Seen

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Die Regierungen von Kanada und Ontario haben auf verschiedene Weise reagiert, um die Freisetzung persistenter Giftstoffe zu kontrollieren oder zu reduzieren. Die wichtigen Programme und Initiativen werden im Folgenden kurz zusammengefasst.

Kanadisches Umweltschutzgesetz (CEPA)

1989 konsolidierte und rationalisierte Environment Canada seine gesetzlichen Mandate in einem einzigen Statut. CEPA stattet die Bundesregierung mit umfassenden Befugnissen (z. B. Informationsbeschaffung, Regulierung, Durchsetzung) über den gesamten Lebenszyklus von Chemikalien aus. Unter CEPA legen die New Substances Notification Regulations Screening-Verfahren für neue Chemikalien fest, damit persistente Giftstoffe, die nicht angemessen kontrolliert werden können, in Kanada nicht importiert, hergestellt oder verwendet werden dürfen. Die erste Phase des Bewertungsprogramms der Liste prioritärer Stoffe (PSL I) wurde 1994 abgeschlossen; 25 der 44 bewerteten Substanzen wurden gemäß der CEPA-Definition als toxisch eingestuft, und die Entwicklung von Managementstrategien für diese toxischen Chemikalien wurde im Rahmen eines Strategic Options Process (SOP) eingeleitet; Weitere 56 prioritäre Stoffe werden in Phase II des PSL-Programms bis zum Jahr 2000 nominiert und bewertet. Das National Pollutant Release Inventory (NPRI) wurde 1994 eingeführt, um industrielle und andere Einrichtungen, die die Meldekriterien erfüllen, zu verpflichten, ihre Freisetzungen jährlich zu melden von 178 spezifizierten Stoffen in Luft, Wasser und Land und deren Übertragung im Abfall. Das Inventar, das dem Toxic Release Inventory (TRI) in den Vereinigten Staaten nachempfunden ist, bietet eine wichtige Datenbasis für die Priorisierung von Programmen zur Vermeidung und Verringerung der Umweltverschmutzung.

Kanada-Ontario-Abkommen (COA)

1994 legten Kanada und Ontario einen strategischen Rahmen für koordinierte Maßnahmen zur Wiederherstellung, zum Schutz und zur Erhaltung des Ökosystems der Großen Seen fest, wobei der Schwerpunkt auf der Verringerung der Verwendung, Erzeugung oder Freisetzung von 13 persistenten toxischen Stoffen der Stufe I bis zum Jahr 2000 lag (Kanada und Ontario). Ontario 1994). COA zielt auch auf eine zusätzliche Liste von 26 prioritären Giftstoffen (Tier II) ab, um erhebliche Reduzierungen zu erzielen. Speziell für Tier-I-Substanzen wird COA: (1) Nullausstoß von fünf verbotenen Pestiziden (Aldrin, DDT, Chlordan, Mirex, Toxaphen) bestätigen; (2) versuchen, 90 % der PCBs mit hoher Konzentration außer Betrieb zu nehmen, 50 % der jetzt gelagerten PCBs zu zerstören und die Zerstörung von PCBs mit niedriger Konzentration in der Lagerung zu beschleunigen; und (3) eine 90-prozentige Reduzierung der Freisetzung der verbleibenden sieben Tier-I-Stoffe (Benzo(a)pyren, Hexachlorbenzol, Alkylblei, Octachlorstyrol, PCDD (Dioxine), PCDF (Furane) und Quecksilber) anzustreben.

Der COA-Ansatz besteht darin, wo immer möglich, quantitative Reduzierungen anzustreben, und die Quellen werden herausgefordert, Verschmutzungsprävention und andere Mittel anzuwenden, um die COA-Ziele zu erreichen. Vierzehn Projekte wurden bereits von Mitarbeitern des Bundesstaates Ontario ins Leben gerufen, um die Reduzierung/Eliminierung von Stoffen der Stufen I und II zu erreichen.

Richtlinie zum Umgang mit giftigen Stoffen

In Anerkennung der Notwendigkeit eines präventiven und vorsorgenden Ansatzes kündigte Environment Canada im Juni 1995 eine nationale Richtlinie zum Umgang mit giftigen Stoffen als Rahmen für einen effizienten Umgang mit giftigen Stoffen in Kanada an (Environment Canada 1995a). Die Richtlinie verfolgt einen zweigleisigen Ansatz (siehe Abbildung 5), der anerkennt, dass Managementmaßnahmen auf die Eigenschaften von Chemikalien zugeschnitten sein müssen; das ist:

  • Stoffe, die überwiegend anthropogen, persistent, bioakkumulierbar und toxisch sind, praktisch aus der Umwelt zu eliminieren (Track I)
  • Umsetzung eines vollständigen Lebenszyklusmanagements (von der Wiege bis zur Bahre) aller anderen besorgniserregenden Stoffe (Track II).

 

Abbildung 5. Auswahl von Managementzielen im Rahmen der Toxic Substances Management Policy

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Eine Reihe wissenschaftlich fundierter Kriterien (Environment Canada 1995b) (siehe Tabelle 1) wird verwendet, um besorgniserregende Stoffe in die beiden Kategorien einzuteilen. Wenn ein Stoff, der für einen der beiden Tracks identifiziert wurde, im Rahmen bestehender Programme nicht angemessen kontrolliert wird, werden zusätzliche Maßnahmen im Rahmen des Multi-Stakeholder-Strategic Options Process identifiziert. Die Richtlinie steht im Einklang mit dem Great Lakes Water Quality Agreement und wird eine Reihe von inländischen Programmen lenken und gestalten, indem sie ihr ultimatives Umweltziel definieren, aber die Mittel und das Tempo zum Erreichen des ultimativen Ziels werden je nach Chemikalie und Quelle variieren. Darüber hinaus wird Kanadas Position zu persistenten Giftstoffen in internationalen Diskussionen ebenfalls von dieser Politik bestimmt.

Tabelle 1. Kriterien für die Auswahl von Stoffen für die Managementstrategie für toxische Stoffe nach Track 1

Beharrlichkeit

 

Bioakkumulation

Toxizität

Überwiegend anthropogen

Mittel

Halbwertszeit

     

Luft
Wasser
Sediment
Boden

≥2 Tage
≥182 Tage
≥365 Tage
≥182 Tage

BAF≥5,000
or
BCP≥5,000
or
log K.ow ≥5.0

CEPA-toxisch
or
CEPA-toxisch
äquivalent

Konzentration
in der Umwelt weitgehend
aus menschlicher Tätigkeit resultieren

 

Aktionsplan Chlor

Ein umfassender Ansatz zum Umgang mit chlorierten Substanzen im Zusammenhang mit der Toxic Substances Management Policy wurde im Oktober 1994 von Environment Canada (Environment Canada 1994) angekündigt. Der Ansatz besteht darin, den Baum der Chlorverwendung mit einem fünfteiligen Aktionsplan zu beschneiden, der (1) auf Maßnahmen für kritische Verwendungen und Produkte abzielt, (2) das wissenschaftliche Verständnis von Chlor und seinen Auswirkungen auf Gesundheit und Umwelt verbessert, (3 ) sozioökonomische Auswirkungen detailliert beschreiben, (4) den Zugang der Öffentlichkeit zu Informationen verbessern und (5) internationale Maßnahmen zu chlorierten Stoffen fördern. Der Chlorverbrauch ist in Kanada in den letzten Jahren bereits zurückgegangen, beispielsweise um 45 % im Zellstoff- und Papiersektor seit 1988. Die Umsetzung des Chlorine Action Plan wird diesen Trend zur Verringerung beschleunigen.

Initiative zur Verhütung der Verschmutzung der Great Lakes

Für das Becken der Großen Seen wurde ein starkes Programm zur Vermeidung von Umweltverschmutzung eingeführt. Seit März 1991 arbeiten Environment Canada und das Umwelt- und Energieministerium von Ontario mit der Industrie und anderen Interessengruppen zusammen, um Projekte zur Vermeidung von Umweltverschmutzung zu entwickeln und umzusetzen, im Gegensatz zur Abfallbehandlung oder zur Verringerung der Umweltverschmutzung nach ihrer Erzeugung. 1995/96 werden mehr als 50 Projekte gewerbliche Chemikalien, Entsorgung gefährlicher Abfälle, Bundeseinrichtungen, Industrie, Kommunen und das Lake Superior-Becken abdecken. Abbildung 6 gibt einen Überblick über diese Projekte, die in zwei Hauptkategorien fallen: Programmintegration oder freiwillige Vereinbarungen. Die Abbildung zeigt auch Programmverknüpfungen mit anderen zuvor besprochenen Programmen (NPRI, RAP, LAMP) und einer Reihe von Institutionen, die eng mit Environment Canada an grünen Technologien und sauberen Prozessen sowie an Schulung, Information und Kommunikation zusammenarbeiten. Umweltschutzprojekte können beeindruckende Ergebnisse erzielen, wie die Automobilhersteller belegen, die kürzlich 15 Pilotprojekte durchgeführt und dabei 2.24 Millionen Kilogramm Zielsubstanzen aus der Automobilherstellung in den Werken von Chrysler, Ford und General Motors in Ontario reduziert oder eliminiert haben.

Abbildung 6. Vermeidung der Verschmutzung der Großen Seen

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Beschleunigte Reduktion/Eliminierung von Giftstoffen (ARET)

ARET ist eine kooperative Multi-Stakeholder-Initiative, die 1994 ins Leben gerufen wurde und die letztendliche Eliminierung von 14 prioritären Giftstoffen anstrebt, mit einem Zwischenziel (bis zum Jahr 2000) einer 90%igen Reduzierung/Eliminierung und reduzierten Emission (50%) von 87 weniger schädlichen toxischen Substanzen (ARET-Sekretariat 1995). Seit 1995 beteiligen sich mehr als 200 Unternehmen und Behörden an dieser freiwilligen Initiative. Zusammen reduzierten sie die Emissionen um 10,300 Tonnen im Vergleich zum Basisjahr 1988 und verpflichten sich zu einer weiteren Reduzierung um 8,500 Tonnen bis zum Jahr 2000.

Binationale und internationale Strategien

Zusätzlich zu den oben genannten nationalen Initiativen entwickeln Kanada und die Vereinigten Staaten derzeit eine binationale Strategie, um die Maßnahmen der Behörden zu koordinieren und gemeinsame Ziele für persistente Giftstoffe im Becken der Großen Seen festzulegen. Ziele und Ziele ähnlich dem Kanada-Ontario-Abkommen für die Stoffe der Stufen I und II und eine ähnliche US-Liste werden angenommen. Es werden gemeinsame Projekte entwickelt und durchgeführt, um den Informationsaustausch und die Maßnahmen der Behörden zu prioritären Chemikalien wie PCB und Quecksilber zu erleichtern. Durch einen aggressiven Ansatz zur virtuellen Eliminierung, wie oben beschrieben, wird Kanada in der Lage sein, eine führende Rolle bei der Förderung internationaler Maßnahmen gegen persistente Toxine zu übernehmen. Kanada veranstaltete im Juni 1995 in Vancouver eine Konferenz der Vereinten Nationen, um den globalen Dialog auf persistente organische Schadstoffe (POP) zu konzentrieren und Ansätze zur Vermeidung von Umweltverschmutzung zur Verringerung ihrer Emissionen auf der ganzen Welt zu erkunden. Kanada ist auch Co-Vorsitzender der Arbeitsgruppe der Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen für Europa (UNECE), um ein Protokoll für persistente organische Schadstoffe im Rahmen des Übereinkommens über weiträumige grenzüberschreitende Luftverschmutzung zu entwickeln.

Ein Beispiel – Dioxine und Furane

Seit mehr als einem Jahrzehnt gelten polychlorierte Dibenzodioxine und Furane als eine Gruppe persistenter Giftstoffe, die für die kanadische Umwelt und die Großen Seen von Bedeutung sind. Tabelle 2 fasst die Maßnahmen des Bundes und die bisher erzielten Verringerungen der Freisetzungen zusammen und veranschaulicht die Mischung aus Programmen und Initiativen, die zu einer erheblichen Verringerung dieser Giftstoffe geführt hat. Trotz dieser beeindruckenden Ergebnisse werden Dioxine und Furane im Rahmen der Toxic Substances Management Policy, des Chlorine Action Plan, des Canada Ontario Agreement und der oben skizzierten binationalen Strategie Prioritäten bleiben, da eine virtuelle Eliminierung weitere Reduzierungen erfordert.

Tabelle 2. Zusammenfassung der Verringerung der Freisetzung von Dioxin und Furan in Kanada

Emissionsquellen

Ermäßigungen

Berichtszeitraum

Initiativen der kanadischen Regierung

Gebleichte Abwässer aus Kraftzellstofffabriken

82 %.

1989-94

CEPA-Entschäumer, Holzspäne u
Dioxin/Furan-Vorschriften

2,4,5-T – Pestizid

100 %.

1985

Verwendung unter PCPA verboten

2,4-D – Pestizid

100 %.

1987-90

Dioxingehalt und starker Gebrauch
eingeschränkt unter PCPA

Pentachlorphenol
— Holzschutz

— Holzschutzmittel


6.7 %.

100 %.


1987-90

1987-90


Vorschriften unter PCPA

Verwendung unter PCPA verboten

Leiterplatten

23 %.

1984-93

CCME PCB-Aktionsplan

Verbrennung
— feste Siedlungsabfälle
— gefährlich +
biomedizinische Abfälle


80 %.

80 %.


1989-93

1990-95


HK-Betrieb/
Emissionsrichtlinien
HK-Betrieb/
Emissionsrichtlinien

CCME: Kanadischer Rat der Umweltminister; CEPA: Kanadisches Umweltschutzgesetz; PCPA: Gesetz über Schädlingsbekämpfungsprodukte.

Zusammenfassung

Die Wasserqualität der Großen Seen hat sich seit den frühen 1970er Jahren durch Maßnahmen zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung, die von Regierungen und Interessenvertretern in Kanada und den Vereinigten Staaten ergriffen wurden, erheblich verbessert. Dieser Fallstudienbericht bietet eine Zusammenfassung der kanadischen Bemühungen und Erfolge im Umgang mit der starken Umweltverschmutzung und konventionellen Schadstoffen. Es skizziert auch die Entwicklung eines neuen Ansatzes (die Toxic Substances Management Policy, der Chlorine Action Plan, die Vermeidung von Umweltverschmutzung, freiwillige Maßnahmen, Konsultationen von Interessengruppen usw.) für den Umgang mit den viel schwierigeren Problemen mit persistenten toxischen Substanzen in den Großen Seen. Umfassende Programme (COA, NPRI, SOP, PSL usw.), die mit dem Ziel eingeführt werden, das Ziel der virtuellen Eliminierung zu erreichen, werden kurz beschrieben. Details des kanadischen Ansatzes sind in den aufgeführten Referenzen enthalten.

 

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Inhalte

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