53. Gefahren für die Umweltgesundheit
Kapitel-Editoren: Annalee Yassi und Tord Kjellström
Zusammenhänge zwischen Umwelt- und Arbeitsmedizin
Annalee Yassi und Tord Kjellström
Ernährung und Landwirtschaft
Friedrich K. Käferstein
Industrielle Umweltverschmutzung in Entwicklungsländern
Niu Shiru
Entwicklungsländer und Umweltverschmutzung
Abschlag L. Guidotti
Air Pollution
Isabelle Romieu
Bodenverschmutzung
Tee L. Guidotti und Chen Weiping
Gewässerschutz
Ivanildo Hespanhol und Richard Helmer
Energie und Gesundheit
LD Hamilton
Urbanisierung
Edmund Werna
Globaler Klimawandel und Ozonabbau
Jonathan A. Patz
Artensterben, Biodiversitätsverlust und menschliche Gesundheit
Eric Chivian
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1. Ausgewählte größere Ausbrüche von „Umweltkrankheiten“.
2. Lebensmittelbedingte Krankheitserreger: epidemiologische Merkmale
3. Hauptquellen von Schadstoffen in der Außenluft
4. Expositions-Wirkungs-Beziehung von PM10
5. Änderungen der Ozonkonzentration: gesundheitliche Folgen
6. Morbidität & Mortalität: wasserbedingte Krankheiten
7. Erzeugung von Brennstoffstrom: Auswirkungen auf die Gesundheit
8. Erzeugung von erneuerbarem Strom: Auswirkungen auf die Gesundheit
9. Erzeugung von Kernstrom: Auswirkungen auf die Gesundheit
10 Wohnen & Gesundheit
11 Städtische Infrastruktur & Gesundheit
12 Globaler Status der wichtigsten vektorübertragenen Krankheiten
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54. Umweltpolitik
Kapitel-Editor: Larry R. Kohler
Überblick Arbeitsschutz und Umwelt – zwei Seiten derselben Medaille
Larry R. Kohler
Umwelt und Arbeitswelt: Ein integrierter Ansatz für nachhaltige Entwicklung, Umwelt und Arbeitswelt
Larry R. Kohler
Gesetze und Vorschriften
Francoise Burhenne-Guilmin
Internationale Umweltkonventionen
David Freistein
Umweltverträglichkeitsprüfungen
Ron Bisset
Ökobilanz (Cradle-to-Grave)
Sven Olof Ryding
Risikobewertung und Kommunikation
Adrian V. Gheorghe und Hansjörg Seiler
Umweltprüfung - Definition und Methodik
Robert Coyle
Umweltmanagementstrategien und Arbeitnehmerschutz
Cecilia Brighi
Umweltverschmutzungskontrolle: Umweltverschmutzungsvermeidung zu einer Unternehmenspriorität machen
Robert P. Bringer und Tom Zosel
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1. Umfang einer Umweltbetriebsprüfung
2. Grundlegende Schritte in der Umweltprüfung
3. Umweltrelevante freiwillige Vereinbarungen
4. Umweltschutzmaßnahmen & Tarifverträge
5. Tarifverträge zum Umweltschutz
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55. Umweltverschmutzungskontrolle
Kapitel-Editoren: Jerry Spiegel und Lucien Y. Maystre
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
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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
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Die Öffentlichkeitsarbeit rund um die UN-Konferenz über Umwelt und Entwicklung (UNCED), die im Juni 1992 in Rio de Janeiro stattfand, bestätigte den zentralen Platz, den globale Umweltbelange wie die globale Erwärmung und der Verlust der biologischen Vielfalt auf der weltpolitischen Agenda einnehmen . Tatsächlich hat in den zwanzig Jahren zwischen der Stockholmer Konferenz über die menschliche Umwelt von 1972 und der UNCED von 1992 nicht nur das Bewusstsein für die Bedrohungen der Umwelt durch menschliche Aktivitäten sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene stark zugenommen, sondern auch a massive Zunahme der Zahl internationaler Rechtsinstrumente zur Regelung von Umweltfragen. (Es gibt eine große Anzahl von Sammlungen von Umweltabkommen: siehe z. B. Burhenne 1974a, 1974b, 1974c; Hohmann 1992; Molitor 1991. Für eine aktuelle qualitative Bewertung siehe Sand 1992.)
Es sei daran erinnert, dass die beiden Hauptquellen des Völkerrechts (wie in der Satzung des Internationalen Gerichtshofs von 1945 definiert) internationale Übereinkommen und internationales Gewohnheitsrecht sind (Artikel 38 Absatz 1 der Satzung). Internationales Gewohnheitsrecht leitet sich aus der im Laufe der Zeit wiederholten staatlichen Praxis ab, in der Überzeugung, dass es eine rechtliche Verpflichtung darstellt. Obwohl relativ schnell neue Gewohnheitsregeln entstehen können, hat die Geschwindigkeit, mit der das Bewusstsein für globale Umweltprobleme auf die internationale politische Agenda gelangt ist, dazu geführt, dass das Gewohnheitsrecht in der Rechtsentwicklung tendenziell hinter dem Vertrags- oder Konventionsrecht zurückgetreten ist Normen. Zwar lassen sich gewisse Grundprinzipien wie die gerechte Nutzung gemeinsamer Ressourcen (Lac Lanoux Arbitration 1957) oder die Verpflichtung, umweltschädigende Aktivitäten benachbarter Staaten (Trail Smelter Arbitration 1939, 1941) nicht zuzulassen (Trail Smelter Arbitration 1994, XNUMX) auf gerichtliche Entscheidungen zurückführen, die aus Gewohnheitsrechten abgeleitet werden Gesetze sind Verträge zweifellos die wichtigste Methode, mit der die internationale Gemeinschaft auf die Notwendigkeit reagiert hat, umweltgefährdende Aktivitäten zu regulieren. Ein weiterer wichtiger Aspekt der internationalen Umweltregulierung ist die Entwicklung von „Soft Law“: unverbindliche Instrumente, die Leitlinien oder Desiderate für zukünftiges Handeln festlegen oder durch die sich Staaten politisch zur Erreichung bestimmter Ziele verpflichten. Diese Soft-Law-Instrumente entwickeln sich manchmal zu formellen Rechtsinstrumenten oder werden mit verbindlichen Instrumenten verknüpft, beispielsweise durch Entscheidungen der Vertragsparteien eines Übereinkommens. (Zur Bedeutung des Soft Law im Verhältnis zum Umweltvölkerrecht siehe Freestone XNUMX.) Viele der oben zitierten Sammlungen von Dokumenten zum Umweltvölkerrecht enthalten Soft Law-Instrumente.
Dieser Artikel gibt einen kurzen Überblick über die wichtigsten internationalen Umweltkonventionen. Obwohl sich eine solche Überprüfung zwangsläufig auf die wichtigsten globalen Konventionen konzentriert, sollte auch das bedeutende und wachsende Netz regionaler und bilateraler Abkommen berücksichtigt werden. (Für eine systematische Darstellung des gesamten internationalen Umweltrechts siehe Kiss und Shelton 1991; Birnie und Boyle 1992. Siehe auch Churchill und Freestone 1991.)
Vor Stockholm
Vor der Stockholmer Konferenz von 1972 betrafen die meisten Umweltkonventionen den Schutz wild lebender Tiere. Von historischem Interesse sind nur die sehr frühen Vogelschutzkonventionen (zB die Konvention von 1902 zum Schutz der für die Landwirtschaft nützlichen Vögel; siehe weiter Lyster 1985). Längerfristig bedeutsamer sind die allgemeinen Naturschutzkonventionen, wobei in diesem Zeitraum insbesondere das Washingtoner Übereinkommen zur Regulierung des Walfangs von 1946 (und sein Protokoll von 1956) hervorzuheben sind, das im Laufe der Zeit natürlich seinen Fokus von der Ausbeutung auf den Schutz verlagert hat. Eine wegweisende Konvention in Bezug auf den Naturschutz war die Afrikanische Konvention zur Erhaltung der Natur und der natürlichen Ressourcen von 1968 in Algier, die trotz ihres umfassenden und innovativen Naturschutzansatzes den Fehler vieler anderer Konventionen machte, keine Verwaltungsstruktur zur Überwachung ihrer Überwachung einzurichten. Ebenfalls bemerkenswert und wesentlich erfolgreicher ist die Ramsar-Konvention von 1971 über Feuchtgebiete von internationaler Bedeutung, insbesondere als Lebensraum für Wasservögel, die ein Netzwerk geschützter Feuchtgebiete in den Hoheitsgebieten der Mitgliedstaaten errichtet.
Andere bemerkenswerte Entwicklungen in dieser Zeit sind die ersten globalen Ölverschmutzungskonventionen. Das Internationale Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Öl (OILPOL) von 1954 (geändert 1962 und 1969) ging neue Wege, indem es einen rechtlichen Rahmen für die Beförderung von Öl auf dem Seeweg entwickelte, aber das erste Übereinkommen, das Sofortmaßnahmen vorsah Entschädigungen für Schäden durch Ölverschmutzung wurden direkt als Reaktion auf das erste große Öltankerunglück der Welt – das Wrack des liberianischen Öltankers – entwickelt Torrey-Schlucht vor der Küste Südwestenglands im Jahr 1967. Das Internationale Übereinkommen von 1969 über Eingriffe auf hoher See in Fällen von Ölverschmutzungsschäden genehmigte Notmaßnahmen von Küstenstaaten außerhalb der Hoheitsgewässer und seine Kollegen, das Internationale Übereinkommen von 1969 über die zivilrechtliche Haftung für Ölverschmutzung Damage und das Internationale Übereinkommen von 1971 über die Errichtung eines Internationalen Fonds zur Entschädigung für Ölverschmutzungsschäden von Brüssel, boten eine Grundlage für Entschädigungsansprüche gegen die Eigner und Betreiber von Öltankern, ergänzt durch einen internationalen Entschädigungsfonds. (Beachten Sie auch die bedeutenden freiwilligen Vergütungssysteme der Industrie wie TOVALOP und CRISTAL; siehe weiter Abecassis und Jarashow 1985.)
Von Stockholm bis Rio
Die Jahre 1972 bis 1992 waren Zeugen einer erstaunlichen Zunahme der Anzahl und Vielfalt internationaler Umweltrechtsinstrumente. Ein Großteil dieser Aktivitäten ist direkt der Stockholmer Konferenz zuzuschreiben. Die berühmte Konferenzerklärung (Declaration of the United Nations Conference on the Human Environment 1972) legte nicht nur bestimmte Prinzipien fest, von denen die meisten waren von lege ferenda (dh sie erklärten, was das Gesetz sein sollte, anstatt was es war), aber es entwickelte auch einen 109-Punkte-Umweltaktionsplan und eine Resolution, in der die institutionelle und finanzielle Umsetzung durch die UN empfohlen wurde. Das Ergebnis dieser Empfehlungen war die Einrichtung des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (UNEP), das durch die Resolution der UN-Generalversammlung (UNGA 1972) gegründet wurde und schließlich seinen Sitz in Nairobi hat. UNEP war direkt verantwortlich für das Sponsoring einer Reihe wichtiger globaler Umweltabkommen und für die Entwicklung des wichtigen Regional Seas Programme, das zu einem Netzwerk von etwa acht regionalen Rahmenkonventionen zum Schutz der Meeresumwelt geführt hat, von denen jede Protokolle entwickelt hat, um die besondere Anforderungen der Region. Eine Reihe neuer Regionalprogramme ist noch in der Pipeline.
Um einen Überblick über die große Zahl der in dieser Zeit entwickelten Umweltkonventionen zu geben, werden sie in eine Reihe von Gruppen eingeteilt: Naturschutz; Schutz der Meeresumwelt; und Regulierung grenzüberschreitender Umweltauswirkungen.
Schutz der Natur und der natürlichen Ressourcen
In dieser Zeit wurden sowohl auf globaler als auch auf regionaler Ebene eine Reihe von Naturschutzverträgen abgeschlossen. Auf globaler Ebene sind insbesondere das UNESCO-Übereinkommen zum Schutz des Kultur- und Naturerbes der Welt von 1972, das Washingtoner Artenschutzübereinkommen (CITES) von 1973 und das Bonner Artenschutzübereinkommen von 1979 zu nennen . Auf regionaler Ebene umfasst die große Anzahl von Verträgen die Nordische Konvention zum Schutz der Umwelt von 1974, die Konvention von 1976 zur Erhaltung der Natur im Südpazifik (Apia-Konvention, in Burhenne 1974a) und die Berner Konvention von 1979 zur Erhaltung der europäischen Wildtiere und natürliche Lebensräume (Europäische Vertragsreihe). Beachten Sie auch die EG-Richtlinie 1979/79 von 409 zur Erhaltung der wildlebenden Vogelarten (ABl. 1979), jetzt geändert und ergänzt durch die Richtlinie 92/43 zur Erhaltung der natürlichen Lebensräume sowie der wild lebenden Pflanzen und Tiere (ABl. 1992), das Übereinkommen von 1979 für die Erhaltung und Bewirtschaftung der Vikunja und das ASEAN-Abkommen von 1985 über die Erhaltung der Natur und der natürlichen Ressourcen (wiedergegeben in Kiss und Shelton 1991). (Bemerkenswert sind auch die Verträge in Bezug auf die Antarktis – ein Gebiet globaler Gemeinschaftsgüter außerhalb der Gerichtsbarkeit eines Staates: die Canberra-Konvention von 1980 zur Erhaltung der lebenden Meeresschätze der Antarktis, die Wellington-Konvention von 1988 zur Regulierung der antarktischen Mineralressourcenaktivitäten und das 1991 in Madrid unterzeichnete Protokoll zum Antarktisvertrag über den Umweltschutz.)
Schutz der Meeresumwelt
1973 begannen die Verhandlungen der Dritten UN-Seerechtskonferenz (UNCLOS III). Die neunjährigen UNCLOS-Verhandlungen gipfelten im Seerechtsübereinkommen von Montego Bay (LOSC) von 1982, das in Teil XII einen allgemeinen Rahmen für die Regelung von Meeresumweltfragen einschließlich schiffs- und landgestützter Verschmutzungs- und Verklappungsquellen enthielt , sowie die Festlegung bestimmter allgemeiner Pflichten zum Schutz der Meeresumwelt.
Auf einer detaillierteren Ebene war die Internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) für die Entwicklung von zwei großen globalen Übereinkommen verantwortlich: das Londoner Übereinkommen von 1972 zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch das Einbringen von Abfällen und anderen Stoffen und das Internationale Übereinkommen von 1973 zur Verhütung von Meeresverschmutzung Verschmutzung durch Schiffe in der geänderten Fassung von 1978 (MARPOL 1973/78) und ein drittes in Bezug auf Ölverschmutzungen mit dem Titel Internationales Übereinkommen über die Vorsorge, Bekämpfung und Zusammenarbeit bei Ölverschmutzungen von 1990 schaffen einen globalen Rechtsrahmen für die Zusammenarbeit und Unterstützung bei der Reaktion auf größere Ölverschmutzungen. (Andere Seeschifffahrtsübereinkommen, die nicht in erster Linie dem Umweltschutz dienen, aber von Bedeutung sind, umfassen das Übereinkommen von 1972 über die Internationalen Regeln zur Verhütung von Zusammenstößen auf See (COLREG), das Internationale Übereinkommen von 1974 zum Schutz des menschlichen Lebens auf See (SOLAS), die ILO-Handelsschifffahrt von 1976 (Mindestnormen)-Übereinkommen (Nr. 147) und das Übereinkommen von 1978 über Normen für die Ausbildung, die Befähigung und den Wachdienst von Seeleuten).
Das Londoner Übereinkommen von 1972 übernahm einen mittlerweile gemeinsamen Ansatz, indem es Stoffe (Anhang I) auflistete, die nicht ins Meer entsorgt werden durften; In Anhang II aufgeführte Stoffe, die nur mit Genehmigung deponiert werden durften. Die Regulierungsstruktur, die von den Unterzeichnerstaaten verlangt, diese Verpflichtungen gegenüber allen Schiffen, die in ihren Häfen oder unter ihrer Flagge irgendwo auf der Welt laden, durchzusetzen, hat ihr Regime schrittweise so weit verschärft, dass die Parteien die Verklappung von Industrieabfällen nun effektiv beendet haben. Das MARPOL-Übereinkommen von 1973/78 ersetzt das OILPOL-Übereinkommen von 1954 (oben) und stellt das wichtigste Regulierungssystem für die Verschmutzung durch Schiffe aller Art, einschließlich Öltanker, dar. MARPOL verlangt von den Flaggenstaaten, dass sie Kontrollen der „betrieblichen Einleitungen“ aller kontrollierten Substanzen auferlegen. Die MARPOL-Regelung wurde 1978 dahingehend geändert, dass sie ihre Regelung schrittweise auf verschiedene Formen der Verschmutzung durch Schiffe ausdehnt, die in den fünf Anhängen enthalten sind. Alle Anhänge sind jetzt in Kraft und umfassen Öl (Anhang I), schädliche flüssige Stoffe (Anhang II), verpackte Abfälle (Anhang III), Abwasser (Anhang IV) und Müll (Anhang V). Strengere Standards werden in den von den Parteien vereinbarten Sondergebieten durchgesetzt.
Auf regionaler Ebene bietet das UNEP Regional Seas Programme ein breites, wenn auch nicht umfassendes Netzwerk von Meeresschutzverträgen, die Folgendes abdecken: das Mittelmeer (Übereinkommen zum Schutz des Mittelmeers vor Verschmutzung, Barcelona, 16. Februar 1976; Protokolle von 1976 ( 2), 1980 und 1982); Golf (Kuwait Regional Convention for Cooperation on the Protection of the Marine Environment from Pollution, Kuwait, 24. April 1978; Protokolle 1978, 1989 und 1990); Westafrika (Übereinkommen über die Zusammenarbeit zum Schutz und zur Entwicklung der Meeres- und Küstenumwelt der Region West- und Zentralafrika (Abidjan, 23. März 1981), mit einem Protokoll von 1981); Südostpazifik (Übereinkommen zum Schutz der Meeresumwelt und der Küstengebiete des Südostpazifiks (Lima, 12. November 1981); Protokolle 1981, 1983 (2) und 1989); Rotes Meer (Regionales Übereinkommen zur Erhaltung der Umwelt des Roten Meeres und des Golfs von Aden (Dschidda, 14. Februar 1982); Protokoll 1982); Karibik (Übereinkommen zum Schutz und zur Entwicklung der Meeresumwelt der weiteren Karibikregion, (Cartagena des Indias, 24. März 1983); Protokolle 1983 und 1990); Ostafrika (Übereinkommen zum Schutz, zur Bewirtschaftung und Entwicklung der Meeres- und Küstenumwelt der Region Ostafrika (Nairobi, 21. Juni 1985); 2 Protokolle 1985); und der Südpazifik (Übereinkommen zum Schutz der natürlichen Ressourcen und der Umwelt der Südpazifikregion, (Noumea, 24. November 1986); 2 Protokolle im Jahr 1986) – mit weiteren sechs oder so in verschiedenen Stadien der Planung. (Für die Texte aller oben genannten Konventionen und ihrer Protokolle sowie für Einzelheiten der Entwicklungsprogramme siehe Sand 1987.) Diese Verträge werden durch Protokolle ergänzt, die ein breites Spektrum von Themen abdecken, einschließlich der Regulierung landgestützter Verschmutzungsquellen, Meeresverklappung, Verschmutzung durch (und Stilllegung von) Offshore-Bohrinseln, besonders geschützte Gebiete und Schutz der Tierwelt.
Außerhalb des UNEP-Rahmens wurden andere regionale Regelungen entwickelt, insbesondere im Nordostatlantik, wo ein sehr umfassendes Netzwerk regionaler Instrumente die Regulierung des Einbringens in den Ozean abdeckt (Oslo-Konvention von 1972 zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Einbringen von Schiffen und Flugzeugen; Protokolle in 1983 und 1989), Verschmutzungsquellen an Land (Pariser Übereinkommen von 1974 zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch landgestützte Quellen; Protokoll von 1986), Überwachung und Zusammenarbeit bei der Ölverschmutzung (1983 Bonner Abkommen über die Zusammenarbeit bei der Bekämpfung der Meeresverschmutzung). North Sea by Oil and other Harmful Substances: Aending Decision 1989), Inspektion von Schiffen auf Sicherheit und Schutz der Meeresumwelt (1982 Paris Memorandum of Understanding on Port State Control in Implementing Agreements on Maritime Safety and Protection of the Marine Environment). B. Naturschutz und Fischerei (siehe allgemein Freestone und IJlstra 1991. Beachten Sie auch das neue Pariser Kloster von 1992 ion zum Schutz der Meeresumwelt des Nordostatlantiks, das die Konventionen von Oslo und Paris ersetzen wird; Text und Analyse in Hey, IJlstra und Nollkaemper 1993.) In der Ostsee wurde das Helsinki-Übereinkommen von 1974 zum Schutz der Meeresumwelt des Ostseegebiets kürzlich überarbeitet (für Text und Analyse des Übereinkommens von 1992 siehe Ehlers 1993)), und ein neues Übereinkommen, das für die Schwarzmeerregion entwickelt wurde (Bukarest Convention on the Protection of the Black Sea von 1992; siehe auch Ministererklärung von Odessa zum Schutz des Schwarzen Meeres von 1993).
Grenzüberschreitende Auswirkungen
Grundsatz 21 der Stockholmer Erklärung sah vor, dass die Staaten „die Verantwortung haben, sicherzustellen, dass Aktivitäten unter ihrer Hoheitsgewalt und Kontrolle keinen Schaden für die Umwelt anderer Staaten oder Gebiete außerhalb der nationalen Hoheitsgewalt verursachen“. Obwohl dieser Grundsatz heute weithin als Teil des Völkergewohnheitsrechts angesehen wird, ist der Grundsatz rund erfordert eine erhebliche Feinabstimmung, um die Grundlage für die Regulierung solcher Aktivitäten zu schaffen. Um diese Probleme anzugehen und weitgehend als Reaktion auf gut bekannt gewordene Krisen, wurden internationale Konventionen entwickelt, um Themen wie weiträumige grenzüberschreitende Luftverschmutzung, Schutz der Ozonschicht, Benachrichtigung und Zusammenarbeit bei nuklearen Unfällen und grenzüberschreitende Verbringung gefährlicher Abfälle anzugehen und globalen Klimawandel.
Weiträumige grenzüberschreitende Luftverschmutzung
Die weiträumige Luftverschmutzung in Europa wurde erstmals in der Genfer Konvention von 1979 (Konvention über weiträumige grenzüberschreitende Luftverschmutzung) behandelt. Dabei handelte es sich jedoch um eine Rahmenkonvention, deren bescheiden ausgedrückte Ziele darin bestanden, „die Luftverschmutzung, einschließlich der weiträumigen grenzüberschreitenden Verschmutzung, zu begrenzen und soweit wie möglich schrittweise zu verringern und zu verhindern“. Wesentliche Fortschritte bei der Regulierung der Emissionen bestimmter Stoffe wurden erst mit der Entwicklung der Protokolle erzielt, von denen es jetzt vier gibt: das Genfer Protokoll von 1984 (Genfer Protokoll über die langfristige Finanzierung des kooperativen Programms zur Überwachung und Bewertung des Lang -Range Transmission of Air Pollution in Europe) ein Netz von Luftqualitätsüberwachungsstationen eingerichtet; das Helsinki-Protokoll von 1985 (zur Verringerung der Schwefelemissionen) zielte darauf ab, die Schwefelemissionen bis 30 um 1993 % zu verringern; das Sofia-Protokoll von 1988 (über die Kontrolle der Emissionen von Stickstoffoxiden oder deren grenzüberschreitenden Flüssen), jetzt ersetzt durch das zweite Schwefelprotokoll, Oslo, 1994, sah vor, dass die nationalen Emissionen von Stickstoffoxiden bis 1987 auf dem Niveau von 1994 eingefroren werden; und das Genfer Protokoll von 1991 (über die Kontrolle der Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen oder ihrer grenzüberschreitenden Flüsse) sahen eine Reihe von Optionen für die Emissionsminderung flüchtiger organischer Verbindungen und Flussmittel vor.
Grenzüberschreitende Auswirkungen nuklearer Unfälle
Nach dem Unfall von Tschernobyl im Jahr 1986 war die Aufmerksamkeit der Weltöffentlichkeit auf die grenzüberschreitenden Auswirkungen nuklearer Unfälle gelenkt worden, aber schon vorher hatten frühere Übereinkommen eine Reihe von Fragen im Zusammenhang mit den Risiken durch Nukleargeräte behandelt, einschließlich des Übereinkommens von 1961 über die Haftung gegenüber Dritten auf dem Gebiet der Kernenergie (1960) und das Wiener Übereinkommen über die zivilrechtliche Haftung für nukleare Schäden (1963). Beachten Sie auch den Vertrag von 1963 zum Verbot von Kernwaffentests in der Atmosphäre, im Weltraum und unter Wasser. Das Wiener Übereinkommen von 1980 über den physischen Schutz von Kernmaterial hatte versucht, Standards für den Schutz von Kernmaterial vor einer Reihe von Bedrohungen, einschließlich Terrorismus, festzulegen. Im Gefolge von Tschernobyl wurden 1986 zwei weitere Übereinkommen vereinbart, über die frühzeitige Meldung von Unfällen (Wiener Übereinkommen über die frühzeitige Benachrichtigung eines nuklearen Unfalls) und die internationale Zusammenarbeit bei solchen Unfällen (Wiener Übereinkommen über Hilfeleistung bei a Atomunfall oder radiologischer Notfall).
Schutz der Ozonschicht
Das Wiener Übereinkommen von 1985 zum Schutz der Ozonschicht erlegt jeder Vertragspartei allgemeine Verpflichtungen „in Übereinstimmung mit den ihnen zur Verfügung stehenden Mitteln und Fähigkeiten“ auf:
a) durch systematische Beobachtung, Forschung und Informationsaustausch zusammenarbeiten, um die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Ozonschicht und die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt durch die Veränderung der Ozonschicht besser zu verstehen und zu bewerten; (b) geeignete gesetzgeberische oder administrative Maßnahmen ergreifen und bei der Harmonisierung geeigneter politischer Maßnahmen zur Kontrolle, Begrenzung, Reduzierung oder Verhinderung menschlicher Aktivitäten unter ihrer Hoheitsgewalt oder Kontrolle zusammenarbeiten, falls sich herausstellt, dass diese Aktivitäten nachteilige Auswirkungen haben oder haben können, die sich aus Änderungen ergeben oder wahrscheinlich sind Veränderung der Ozonschicht; (c) bei der Formulierung vereinbarter Maßnahmen, Verfahren und Standards für die Durchführung des Übereinkommens im Hinblick auf die Annahme von Protokollen und Anhängen zusammenarbeiten; (d) mit zuständigen internationalen Gremien zusammenarbeiten, um das Übereinkommen und die Protokolle, denen sie beigetreten sind, wirksam umzusetzen.
Das Wiener Übereinkommen wurde durch das Montrealer Protokoll von 1987 über Stoffe, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen, ergänzt, das seinerseits durch das Londoner Treffen von 1990 und zuletzt durch das Kopenhagener Treffen im November 1992 angepasst und geändert wurde. Artikel 2 des Protokolls verlangt von den Vertragsparteien, dass sie Kontrollen auferlegen ozonabbauende Chemikalien, nämlich FCKW, Halone, andere vollständig halogenierte FCKW, Tetrachlorkohlenstoff und 1,1,1-Trichlorethan (Methylchlorform).
Artikel 5 sieht eine Befreiung von Emissionsbeschränkungen für bestimmte Entwicklungsländer vor, „um (ihre) häuslichen Grundbedürfnisse zu befriedigen“ für bis zu zehn Jahre, vorbehaltlich bestimmter in Artikel 5(2)(3) festgelegter Vorbehalte. Das Protokoll sieht auch technische und finanzielle Zusammenarbeit für Parteien in Entwicklungsländern vor, die eine Ausnahme gemäß Artikel 5 beantragen. Es wurde ein multilateraler Fonds vereinbart, um diese Parteien bei der Forschung und der Erfüllung ihrer Verpflichtungen zu unterstützen (Artikel 10). In Kopenhagen wurden im November 1992 im Lichte der wissenschaftlichen Bewertung des Ozonabbaus von 1991, die neue Beweise für eine Ozonabnahme in beiden Hemisphären in mittleren und hohen Breiten ergab, eine Reihe neuer Maßnahmen vereinbart, natürlich vorbehaltlich die oben beschriebene allgemeine Regelung; Verzögerungen nach Artikel 5 sind für Entwicklungsländer weiterhin möglich. Alle Parteien mussten die Verwendung von Halonen bis 1994 und FCKW, HBFC, Tetrachlorkohlenstoff und Methylchlorform bis 1996 einstellen. Die Verwendung von HCFC sollte bis 1996 eingefroren, bis 90 um 2015 % reduziert und bis 2030 eliminiert werden ein Frucht- und Getreidekonservierungsmittel, wurde freiwilligen Kontrollen unterzogen. Die Vertragsparteien vereinbarten, „jede Anstrengung zu unternehmen“, um die Nutzung bis 1995 auf dem Stand von 1991 einzufrieren. Übergeordnetes Ziel war es, die atmosphärische Chlorbelastung bis zum Jahr 2000 zu stabilisieren und dann bis etwa 2060 unter die kritischen Werte zu senken.
Grenzüberschreitende Verbringung gefährlicher Abfälle
Nach einer Reihe berüchtigter Vorfälle, bei denen Transporte gefährlicher Abfälle aus Industrieländern unter unkontrollierten und gefährlichen Bedingungen in Entwicklungsländern vorgefunden wurden, wurde die grenzüberschreitende Verbringung gefährlicher Abfälle durch das Basler Übereinkommen von 1989 zur Kontrolle der grenzüberschreitenden Verbringung zum Gegenstand internationaler Vorschriften gefährlicher Abfälle und deren Entsorgung (siehe auch Kummer 1992). Dieses Übereinkommen basiert auf dem Grundsatz der vorherigen Zustimmung nach Inkenntnissetzung von Staat zu Staat, bevor die Verbringung solcher Abfälle stattfinden kann. Die Organisation für Afrikanische Einheit ist jedoch mit ihrer Bamako-Konvention von 1991 über das Verbot der Einfuhr nach Afrika und die Kontrolle der grenzüberschreitenden Verbringung und Bewirtschaftung gefährlicher Abfälle innerhalb Afrikas noch weiter gegangen, die darauf abzielt, die Einfuhr gefährlicher Abfälle nach Afrika vollständig zu verbieten .
Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) im grenzüberschreitenden Kontext
Das Espoo-Übereinkommen von 1991 über die Umweltverträglichkeitsprüfung im grenzüberschreitenden Kontext legt einen Rahmen für nachbarschaftliche Beziehungen fest. Es erweitert das bisher ausschließlich im Rahmen nationaler Planungsgesetze und -verfahren entwickelte UVP-Konzept auf die grenzüberschreitenden Auswirkungen von Entwicklungsvorhaben und damit zusammenhängende Verfahren und Entscheidungen.
1992 und Post-Rio-Konventionen
Die Rio UNCED hat eine große Anzahl neuer globaler und regionaler Umweltkonventionen sowie eine wichtige Grundsatzerklärung für die Zukunft in der Rio-Erklärung zu Umwelt und Entwicklung ausgelöst oder fiel mit ihr zusammen. Neben den beiden in Rio geschlossenen Konventionen – der Klimarahmenkonvention und der Konvention über die biologische Vielfalt – wurden 1992 neue Umweltkonventionen unterzeichnet, die die Nutzung internationaler Wasserläufe sowie die grenzüberschreitenden Auswirkungen von Industrieunfällen regeln. Auf regionaler Ebene gab es 1992 das Helsinki-Übereinkommen zum Schutz und zur Nutzung des Ostseeraums (Text und Analyse in Ehlers 1993) und das Bukarest-Übereinkommen zum Schutz des Schwarzen Meeres vor Verschmutzung. Beachten Sie auch die Ministererklärung von 1993 zum Schutz des Schwarzen Meeres, die einen vorsorgenden und ganzheitlichen Ansatz befürwortet, und die Pariser Konvention zum Schutz der Meeresumwelt des Nordostatlantiks (Text und Analyse in Hey, IJlstra und Nollkaemper 1993) .
Das Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC)
Das UNFCCC, das im Juni 1992 in Rio de Janeiro von etwa 155 Staaten unterzeichnet wurde, ist lose dem Wiener Übereinkommen von 1985 nachempfunden. Wie der Name schon sagt, bietet es einen Rahmen, innerhalb dessen detailliertere Verpflichtungen mittels detaillierter Protokolle ausgehandelt werden. Das grundlegende Ziel des Übereinkommens ist zu erreichen
Stabilisierung der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre auf einem Niveau, das gefährliche anthropogene Eingriffe in das Klimasystem verhindert ...in einem Zeitrahmen, der ausreicht, um den Ökosystemen eine natürliche Anpassung an den Klimawandel zu ermöglichen, um sicherzustellen, dass die Nahrungsmittelproduktion nicht gefährdet wird, und um zu ermöglichen wirtschaftliche Entwicklung nachhaltig voranzutreiben. (Artikel 2)
Durch Artikel 4 werden allen Vertragsparteien zwei Hauptpflichten auferlegt: (a) ein nationales Verzeichnis der anthropogenen Emissionen aller Treibhausgase nach Quellen und des Abbaus durch Senken zu entwickeln, regelmäßig zu aktualisieren, zu veröffentlichen und verfügbar zu machen, wobei vergleichbare (und noch zu vereinbarende) ) Methoden; und (b) nationale und regionale Maßnahmenprogramme zur Eindämmung des Klimawandels zu formulieren, umzusetzen, zu veröffentlichen und regelmäßig zu aktualisieren, indem sie sich mit anthropogenen Emissionen aus Quellen und dem Abbau aller Treibhausgase durch Senken und mit Maßnahmen zur Erleichterung einer angemessenen Anpassung an den Klimawandel befassen. Darüber hinaus vereinbaren die Parteien der entwickelten Länder eine Reihe allgemeiner Verpflichtungen, die durch detailliertere Protokolle konkretisiert werden.
Zum Beispiel, sich zu verpflichten, die Entwicklung von Technologien zu fördern und daran mitzuarbeiten; um anthropogene Emissionen von Treibhausgasen zu kontrollieren, zu verhindern oder zu reduzieren; Förderung einer nachhaltigen Entwicklung und der Erhaltung und Verbesserung von Senken und Reservoirs, einschließlich Biomasse, Wäldern, Ozeanen und anderen terrestrischen, küstennahen und marinen Ökosystemen; Zusammenarbeit bei der Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandels durch Ausarbeitung von Plänen für ein integriertes Küstenzonenmanagement, Wasserressourcen und Landwirtschaft sowie für den Schutz und die Sanierung von Gebieten, die unter anderem von Überschwemmungen betroffen sind; den Austausch wissenschaftlicher, technologischer, sozioökonomischer und rechtlicher Informationen zu fördern und zusammenzuarbeiten, die für das Klima, den Klimawandel und Reaktionsstrategien relevant sind; und Förderung und Zusammenarbeit in einschlägiger Bildung, Ausbildung und Sensibilisierung der Öffentlichkeit.
Das Übereinkommen über die biologische Vielfalt
Die Ziele des Übereinkommens über die biologische Vielfalt, das ebenfalls 1992 auf der UNCED in Rio de Janeiro verabschiedet wurde, sind die Erhaltung der biologischen Vielfalt, die nachhaltige Nutzung ihrer Bestandteile und die faire und gerechte Aufteilung der Vorteile, die sich aus der Nutzung genetischer Ressourcen ergeben ( Artikel 1) (für eine nützliche Kritik siehe Boyle 1993). Wie die UNFCCC wird auch diese Konvention durch Protokolle ergänzt, legt aber allgemeine Verpflichtungen zur Erhaltung und nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen fest, zur Identifizierung und Überwachung der biologischen Vielfalt, z in situ und ex situ Naturschutz, Forschung und Ausbildung sowie öffentliche Aufklärung und Sensibilisierung und UVP für Aktivitäten, die voraussichtlich die Biodiversität beeinträchtigen. Es gibt auch allgemeine Bestimmungen in Bezug auf den Zugang zu genetischen Ressourcen und den Zugang zu und den Transfer von einschlägiger Technologie, einschließlich Biotechnologie, sowie den internationalen Informationsaustausch und die Zusammenarbeit.
Regulierung der Nutzung internationaler Wasserläufe
Das Helsinki-Übereinkommen von 1992 über den Schutz und die Nutzung grenzüberschreitender Wasserläufe und internationaler Seen zielt darauf ab, kooperative Rahmenbedingungen für die gemeinsame Überwachung und Bewertung, gemeinsame Forschung und Entwicklung und den Informationsaustausch zwischen Anrainerstaaten zu schaffen. Es erlegt diesen Staaten grundlegende Pflichten auf, die Kontrolle zu verhindern und grenzüberschreitende Auswirkungen auf solche gemeinsamen Ressourcen zu reduzieren, insbesondere in Bezug auf die Wasserverschmutzung, durch geeignete Managementtechniken, einschließlich UVP und Notfallplanung, sowie durch die Einführung von abfallarmen oder abfallfreien Technologien und deren Reduzierung der Verschmutzung aus punktuellen und diffusen Quellen.
Die grenzüberschreitenden Auswirkungen von Industrieunfällen
Das Übereinkommen über die grenzüberschreitenden Auswirkungen von Industrieunfällen, das ebenfalls im März 1992 in Helsinki unterzeichnet wurde, behandelt die Verhütung, Vorsorge und Reaktion auf Arbeitsunfälle, die grenzüberschreitende Auswirkungen haben können. Die primären Pflichten sind die Zusammenarbeit und der Informationsaustausch mit anderen Parteien. Das detaillierte System aus dreizehn Anhängen legt Systeme fest, um gefährliche Aktivitäten mit grenzüberschreitenden Auswirkungen zu identifizieren, für die Entwicklung von UVP mit grenzüberschreitender Dimension (in Übereinstimmung mit der Espoo-Konvention von 1991, oben) für Entscheidungen über die Standortwahl potenziell gefährlicher Aktivitäten. Es sieht auch die Notfallvorsorge und den Zugang zu Informationen für die Öffentlichkeit und die anderen Parteien vor.
Fazit
Wie dieser kurze Rückblick hätte zeigen sollen, hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten die Einstellung der Weltgemeinschaft zu Umweltschutz und -management stark verändert. Ein Teil dieser Veränderung war eine erhebliche Zunahme der Zahl und des Geltungsbereichs internationaler Instrumente, die sich mit Umweltbelangen befassen. Der schieren Anzahl an Instrumenten sind neue Prinzipien und Institutionen entsprochen worden. Das Verursacherprinzip, das Vorsorgeprinzip (Churchill und Freestone 1991; Freestone und Hey 1996) und die Sorge um die Rechte künftiger Generationen (Kiss, in Freestone und Hey 1996) spiegeln sich alle in den oben besprochenen internationalen Übereinkommen wider. Die Rolle des UN-Umweltprogramms und der Vertragssekretariate, die eingerichtet wurden, um die wachsende Zahl von Vertragsregimen zu bedienen und zu überwachen, führen Kommentatoren zu der Annahme, dass das internationale Umweltrecht, wie beispielsweise das internationale Recht der Menschenrechte, als neuer eigenständiger Zweig entstanden ist Völkerrechts (Freestone 1994). Die UNCED spielte dabei eine wichtige Rolle, sie hat eine große Agenda aufgestellt, von der vieles noch unvollendet ist. Detaillierte Protokolle sind noch erforderlich, um dem Rahmen der Klimakonvention und wohl auch der Konvention über die biologische Vielfalt Substanz zu verleihen. Die Besorgnis über die Umweltauswirkungen der Fischerei in Hochseegebieten führte 1995 zum Abschluss des UN-Übereinkommens über gebietsübergreifende Fischbestände und weit wandernde Fischbestände. Ebenfalls 1995 fand eine weitere UN-Konferenz über landgestützte Quellen der Meeresverschmutzung statt – jetzt vereinbart Ursache für mehr als 70 % aller Verschmutzungen der Ozeane sein. Die ökologischen Dimensionen des Welthandels sowie Entwaldung und Wüstenbildung sind ebenfalls Themen, die für die Zukunft auf globaler Ebene angegangen werden müssen, während Fortschritte unser Bewusstsein für die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die weltweiten Ökosysteme weiter schärfen. Die Herausforderung für dieses entstehende internationale Umweltrecht besteht nicht nur darin, mit einer Zunahme der Anzahl von Umweltinstrumenten zu reagieren, sondern auch ihre Wirkung und Wirksamkeit zu steigern.
Der als Titel dieses Artikels verwendete Begriff Umweltverträglichkeitsprüfungen wurde inzwischen zunehmend, aber nicht durchgängig, durch den Begriff Umweltprüfungen ersetzt. Ein kurzer Überblick über den Grund für diese Namensänderung wird uns helfen, die wesentliche Natur der durch diese Namen beschriebenen Aktivität und einen der wichtigen Faktoren hinter der Ablehnung oder Zurückhaltung gegenüber der Verwendung des Wortes Auswirkung zu definieren.
1970 wurde in den Vereinigten Staaten der National Environmental Policy Act (NEPA) Gesetz, der umweltpolitische Ziele für die Bundesregierung festlegte und sich auf die Notwendigkeit konzentrierte, Umweltfaktoren bei der Entscheidungsfindung zu berücksichtigen. Es ist natürlich einfach, ein politisches Ziel zu formulieren, aber es ist schwieriger, es zu erreichen. Um sicherzustellen, dass das Gesetz „Zähne“ hat, hat der Gesetzgeber eine Bestimmung aufgenommen, die verlangt, dass die Bundesregierung eine „Umweltverträglichkeitserklärung“ (UVS) für jede vorgeschlagene Maßnahme erstellt, „die voraussichtlich die Qualität der menschlichen Umwelt erheblich beeinträchtigt“. Der Inhalt dieses Dokuments war zu prüfen, bevor eine Entscheidung darüber getroffen wurde, ob die vorgeschlagene Maßnahme eingeleitet werden sollte. Die zur Erstellung der UVS geleistete Arbeit wurde als Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) bekannt, da sie die Identifizierung, Vorhersage und Bewertung der Auswirkungen der vorgeschlagenen Bundesmaßnahme umfasste.
Das englische Wort „Impact“ ist leider kein positiver Begriff. Ein Aufprall wird (fast per Definition) als schädlich angesehen. Als sich die UVP-Praxis über die Vereinigten Staaten hinaus nach Kanada, Europa, Südostasien und Australasien ausbreitete, wollten viele Regierungen und ihre Berater daher von den negativen Aspekten der Auswirkungen wegkommen, und so wurde der Begriff Umweltprüfung (EA) geboren. UVP und EA sind identisch (außer in den Vereinigten Staaten und den wenigen Ländern, die das US-System übernommen haben, wo UVP und EA genaue und unterschiedliche Bedeutungen haben). In diesem Artikel wird nur auf UVP Bezug genommen, obwohl daran erinnert werden sollte, dass alle Kommentare gleichermaßen für EA gelten und beide Begriffe international verwendet werden.
Neben der Verwendung des Wortes Auswirkung hatte auch der Kontext, in dem die UVP angewendet wurde (insbesondere in den Vereinigten Staaten und Kanada), Einfluss auf die Wahrnehmung der UVP, die unter Politikern und hochrangigen Regierungsvertretern üblich war (und in einigen Fällen immer noch ist). Beamte sowie private und öffentliche „Entwickler“. Sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in Kanada war die Landnutzungsplanung schwach und die Erstellung von UVS oder UVP-Berichten wurde oft von interessierten Parteien „gekapert“ und wurde fast zu Planerstellungsaktivitäten. Dies förderte die Produktion großer, mehrbändiger Dokumente, die zeitaufwändig und teuer in der Herstellung und natürlich praktisch unmöglich zu lesen und zu bearbeiten waren! Manchmal verzögerten sich Projekte, während all diese Aktivitäten im Gange waren, was zu Irritationen und finanziellen Kosten für Befürworter und Investoren führte.
Außerdem führte NEPA in den ersten fünf bis sechs Jahren seines Bestehens zu vielen Gerichtsverfahren, in denen Projektgegner die Angemessenheit von EIS aus technischen und manchmal aus verfahrenstechnischen Gründen anfechten konnten. Auch dies führte zu vielen Verzögerungen bei Projekten. Mit zunehmender Erfahrung und der Herausgabe klarerer und strengerer Leitlinien ging die Zahl der Fälle, die vor Gericht gingen, jedoch deutlich zurück.
Leider erweckten diese Erfahrungen zusammen bei vielen externen Beobachtern den deutlichen Eindruck, dass die UVP eine gut gemeinte Aktivität war, die leider schief gelaufen war und am Ende eher ein Hindernis als eine Hilfe für die Entwicklung darstellte. Für viele Menschen schien es eine angemessene, wenn auch nicht unbedingt notwendige Aktivität für zügellose Industrieländer, aber für Industrienationen war es ein teurer Luxus, den sie sich nicht wirklich leisten konnten.
Trotz der negativen Reaktion an einigen Orten hat sich die weltweite Verbreitung von UVP als unaufhaltsam erwiesen. Ab 1970 in den Vereinigten Staaten erstreckte sich die UVP auf Kanada, Australien und Europa. Eine Reihe von Entwicklungsländern – zum Beispiel die Philippinen, Indonesien und Thailand – haben UVP-Verfahren vor vielen westeuropäischen Ländern eingeführt. Interessanterweise gehörten die verschiedenen Entwicklungsbanken wie die Weltbank zu den Organisationen, die die UVP am langsamsten in ihre Entscheidungsfindungssysteme einführten. Tatsächlich konnten die Banken und die bilateralen Hilfsorganisationen erst Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre den Rest der Welt einholen. Es gibt keine Anzeichen dafür, dass die Geschwindigkeit, mit der UVP-Gesetze und -Vorschriften in nationale Entscheidungssysteme eingeführt werden, langsamer wird. Tatsächlich wurde die UVP nach dem „Erdgipfel“ in Rio de Janeiro 1992 zunehmend eingesetzt, da internationale Agenturen und nationale Regierungen versuchten, die in Rio ausgesprochenen Empfehlungen hinsichtlich der Notwendigkeit einer nachhaltigen Entwicklung zu erfüllen.
Was ist UVP?
Wie können wir die ständig wachsende Popularität der UVP erklären? Was kann es für Regierungen, private und öffentliche Entwickler, Arbeitnehmer, ihre Familien und die Gemeinschaften, in denen sie leben, tun?
Vor der UVP wurden Entwicklungsprojekte wie Autobahnen, Wasserkraftwerke, Häfen und Industrieanlagen auf technischer, wirtschaftlicher und natürlich politischer Grundlage bewertet. Solche Projekte haben bestimmte wirtschaftliche und soziale Ziele zu erreichen, und Entscheidungsträger, die an der Erteilung von Genehmigungen, Lizenzen oder anderen Arten von Genehmigungen beteiligt sind, waren daran interessiert zu wissen, ob die Projekte diese Ziele erreichen würden (neben jenen Projekten, die für politische Zwecke konzipiert und gebaut wurden, wie z als Prestige). Dazu waren eine Wirtschaftlichkeitsstudie (meist Kosten-Nutzen-Analyse) und technische Untersuchungen erforderlich. Leider berücksichtigten diese Studien keine Umweltauswirkungen und im Laufe der Zeit wurden immer mehr Menschen auf die zunehmenden Umweltschäden durch solche Entwicklungsprojekte aufmerksam. In vielen Fällen führten die unbeabsichtigten ökologischen und sozialen Auswirkungen zu volkswirtschaftlichen Kosten; Beispielsweise führte der Kariba-Staudamm in Afrika (an der Grenze zwischen Sambia und Simbabwe) zur Umsiedlung vieler Dörfer in Gebiete, die für die traditionelle Landwirtschaft der Menschen nicht geeignet waren. In den umgesiedelten Gebieten wurde die Nahrung knapp und die Regierung musste Notversorgungsmaßnahmen einleiten. Andere Beispiele für unerwartete „Zusatzkosten“ sowie Umweltschäden führten zu einer wachsenden Erkenntnis, dass die traditionellen Methoden zur Projektbewertung eine zusätzliche Dimension benötigen, um die Wahrscheinlichkeit unerwarteter und unerwünschter Auswirkungen zu verringern.
Das zunehmende Bewusstsein von Regierungen, Nichtregierungsorganisationen (NGOs) und Mitgliedern der Öffentlichkeit für die unerwarteten wirtschaftlichen Nachteile, die sich aus großen Entwicklungsprojekten ergeben könnten, fiel mit einem parallel wachsenden globalen Verständnis für die Bedeutung der Umwelt zusammen. Die Besorgnis konzentrierte sich insbesondere auf die Auswirkungen des zunehmenden Bevölkerungswachstums und der damit einhergehenden Ausweitung der wirtschaftlichen Aktivitäten und darauf, ob ein solches Wachstum umweltbedingten Einschränkungen unterliegen könnte. Die Bedeutung globaler biogeochemischer und anderer Prozesse für die Erhaltung von sauberer Luft und sauberem Wasser sowie nachwachsenden Rohstoffen wie Nahrung und Holz wurde zunehmend erkannt. Infolgedessen waren viele davon überzeugt, dass die Umwelt nicht länger als passiver und endloser Lieferant von Gütern und Empfänger menschlicher Abfälle angesehen werden könne. Sie müsse als aktiver Teil des Entwicklungsprozesses betrachtet werden, der bei schlechter Behandlung die Chancen auf das Erreichen von Entwicklungszielen verringern könne. Diese Erkenntnis hat zur Entwicklung und Umsetzung einer Reihe von Verfahren oder Praktiken geführt, um die Umwelt in den Entwicklungsprozess einzubeziehen, indem berücksichtigt wird, inwieweit sie geschädigt oder verbessert werden könnte. Ein solches Verfahren ist die UVP. Übergeordnetes Ziel ist es, das Risiko – für Homo sapiens im Allgemeinen und lokale Gruppen im Besonderen – zu verringern, dass Umweltschäden zu lebensbedrohlichen Folgen wie Hungersnöten und Überschwemmungen führen.
Grundsätzlich ist die UVP ein Mittel zur Identifizierung, Vorhersage und Bewertung der Umweltauswirkungen einer vorgeschlagenen Entwicklungsmaßnahme und ihrer Alternativen, bevor eine Entscheidung über deren Umsetzung getroffen wird. Ziel ist es, die UVP in die Standard-, Vormachbarkeits-, Machbarkeits-, Bewertungs- und Designaktivitäten zu integrieren, die durchgeführt werden, um zu testen, ob ein Vorschlag seine Ziele erreicht. Durch die Durchführung von UVP-Arbeiten parallel zu diesen Studien sollte es möglich sein, die signifikanten nachteiligen Auswirkungen (und diejenigen, die vorteilhaft sind) frühzeitig zu erkennen und die schädlichen Auswirkungen so weit wie möglich „auszuplanen“. Darüber hinaus können die Leistungen verbessert werden. Das Ergebnis jeder UVP sollte ein Vorschlag sein, der in Bezug auf seinen Standort, sein Design und seine Bau- oder Betriebsweise „umweltfreundlich“ ist, sofern seine Auswirkungen auf die Umwelt akzeptabel sind und jede Umweltverschlechterung wahrscheinlich keine Schwierigkeiten verursacht. Die UVP ist daher ein vorbeugendes Instrument, und die Medizin bietet eine angemessene Analogie. In der Gemeinschaftsmedizin ist es besser und wirtschaftlich günstiger, Krankheiten vorzubeugen als sie zu heilen. Im Entwicklungsprozess ist es besser, Umweltschäden zu minimieren (bei gleichzeitiger Erreichung wirtschaftlicher Ziele), als teure Sanierungs- oder Sanierungsmaßnahmen nach Schadenseintritt zu finanzieren.
Anwendung der UVP
Für welche Arten von Entwicklungsaktivitäten gilt die UVP? Es gibt keine Standard- oder richtige Antwort. Jedes Land entscheidet über Art und Umfang der UVP-pflichtigen Aktivitäten; Beispielsweise kann eine geplante 10 km lange Straße auf einer kleinen tropischen Insel erhebliche Auswirkungen haben, aber eine ähnliche Straße in einem großen, halbtrockenen Land mit geringer Bevölkerungsdichte wäre wahrscheinlich umweltneutral. In allen Ländern wird die UVP nach nationalen Kriterien auf „physische“ Entwicklungsprojekte angewendet; In einigen Ländern wird die UVP auch auf Entwicklungspläne, -programme und -politiken (z. B. Sektorentwicklungsprogramme für die Energieversorgung und nationale Entwicklungspläne) angewendet, die erhebliche Umweltauswirkungen haben könnten. Zu den Ländern, die UVP für diese Art von Maßnahmen anwenden, gehören die Vereinigten Staaten, die Niederlande und China. Solche Länder sind jedoch die Ausnahme von der normalen Praxis. Die meisten UVPs werden für physische Entwicklungsprojekte erstellt, obwohl „strategische“ UVPs zweifellos in Zukunft an Bedeutung gewinnen werden.
Welche Arten von Auswirkungen werden in UVPs analysiert? Auch dies ist von Land zu Land unterschiedlich, jedoch in geringerem Maße als bei den Arten von vorgeschlagenen Aktivitäten, die einer UVP unterliegen. Die übliche Antwort lautet „Umweltauswirkungen“, auf die die unvermeidliche Antwort wahrscheinlich lautet: „Ja, aber was ist ‚Umwelt‘?“ Im Allgemeinen konzentrieren sich die meisten UVPs auf die biophysikalische Umgebung – d. h. Auswirkungen auf Faktoren wie:
In einigen Fällen werden keine anderen Auswirkungen berücksichtigt. Allerdings wurden die Grenzen der Beschränkung der UVP auf biophysikalische Auswirkungen in Frage gestellt, und immer mehr UVPs basieren auf einem breiten Umweltkonzept und umfassen gegebenenfalls Auswirkungen auf:
Es gibt zwei Gründe, die diese breitere Definition von „Umweltauswirkungen“ erklären helfen. Erstens hat es sich als sozial und politisch inakzeptabel erwiesen, die Auswirkungen eines Vorschlags auf die biophysikalische Umwelt zu berücksichtigen und gleichzeitig die sozialen, gesundheitlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen auf lokale Gemeinschaften und Einwohner zu ignorieren. Dieses Problem war in Industrieländern vorherrschend, insbesondere in solchen mit schwachen Landnutzungsplanungssystemen, in die soziale und wirtschaftliche Ziele integriert sind.
In Entwicklungsländern gibt es diesen Faktor ebenfalls, und es kommt eine zusätzliche, komplementäre Erklärung hinzu. Die Mehrheit der Bevölkerung in Entwicklungsländern hat engere und in vielerlei Hinsicht komplexere direkte Beziehungen zu ihrer Umwelt als dies in Industrieländern der Fall ist. Dies bedeutet, dass die Art und Weise, wie lokale Gemeinschaften und ihre Mitglieder mit ihrer Umwelt interagieren, durch ökologische, soziale und wirtschaftliche Auswirkungen verändert werden kann. Beispielsweise wird in armen Gegenden ein neues Großprojekt wie ein 2,400-MW-Kraftwerk eine Quelle neuer Arbeitsmöglichkeiten und sozialer Infrastruktur (Schulen, Kliniken) schaffen, um die große Menge an Arbeitskräften zu versorgen, die benötigt werden. Im Grunde machen die Einnahmen, die in die lokale Wirtschaft einfließen, den Kraftwerksort zu einer Insel des Wohlstands in einem Meer von Armut. Dies lockt arme Menschen in die Gegend, um zu versuchen, ihren Lebensstandard zu verbessern, indem sie versuchen, einen Job zu finden und die neuen Einrichtungen zu nutzen. Nicht alle werden erfolgreich sein. Wer nicht erfolgreich ist, wird versuchen, den Beschäftigten Dienstleistungen anzubieten, indem er zum Beispiel Brennholz oder Holzkohle liefert. Dies führt zu Umweltbelastungen, oft an vom Kraftwerk entfernten Orten. Solche Auswirkungen treten zusätzlich zu den Auswirkungen auf, die durch den Zustrom von Arbeitnehmern und ihren Familien verursacht werden, die direkt am Standort der Station beschäftigt sind. Somit verursacht die wichtigste induzierte soziale Wirkung eines Projekts – die Zuwanderung – Umweltauswirkungen. Wenn diese sozioökonomischen Implikationen nicht analysiert würden, liefen UVS Gefahr, eines ihrer Hauptziele zu verfehlen – nämlich biophysikalische Umweltauswirkungen zu identifizieren, vorherzusagen, zu bewerten und zu mindern.
Nahezu alle projektbezogenen UVPs konzentrieren sich auf die externe Umgebung, also die Umgebung außerhalb der Grundstücksgrenze. Dies spiegelt die Geschichte der EIA wider. Wie oben erwähnt, hatte es seinen Ursprung in der entwickelten Welt. In diesen Ländern gibt es einen strengen gesetzlichen Rahmen für den Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz, und es war für die UVP unangemessen, sich auf das interne Arbeitsumfeld sowie das externe Umfeld zu konzentrieren, da dies zu Doppelarbeit und Missbrauch knapper Ressourcen führen würde.
In vielen Entwicklungsländern ist oft das Gegenteil der Fall. In einem solchen Kontext erscheint es angemessen, dass UVPs, insbesondere für Industrieanlagen, die Auswirkungen auf das interne Umfeld berücksichtigen. Das Hauptaugenmerk bei der Berücksichtigung von Auswirkungen wie Änderungen der Innenluftqualität und des Lärmpegels liegt auf der Gesundheit der Arbeitnehmer. Es gibt zwei weitere Aspekte, die hier wichtig sind. Erstens kann in armen Ländern der Verlust eines Ernährers durch Krankheit, Verletzung oder Tod die anderen Familienmitglieder dazu zwingen, natürliche Ressourcen auszubeuten, um das Einkommensniveau aufrechtzuerhalten. Wenn mehrere Familien betroffen sind, können die kumulativen Auswirkungen lokal erheblich sein. Zweitens kann die Gesundheit von Familienmitgliedern direkt durch Chemikalien beeinträchtigt werden, die über die Kleidung von Arbeitern ins Haus gebracht werden. Es besteht also eine direkte Verbindung zwischen der internen und externen Umgebung. Die Einbeziehung des internen Umfelds in die UVP hat in der UVP-Literatur wenig Beachtung gefunden und fällt durch seine Abwesenheit in UVP-Gesetzen, -Vorschriften und -Richtlinien auf. Es gibt jedoch keinen logischen oder praktischen Grund, warum sich UVPs nicht mit den wichtigen Fragen der Gesundheit der Arbeitnehmer und der möglichen externen Auswirkungen einer Verschlechterung des körperlichen und geistigen Wohlbefindens der Arbeitnehmer befassen sollten, wenn die örtlichen Umstände angemessen sind.
Kosten und Nutzen von UVPs
Die vielleicht häufigste Frage, die von denjenigen angesprochen wird, die entweder gegen die UVP sind oder ihr gegenüber neutral eingestellt sind, betrifft die Kosten. Die Erstellung von EIS erfordert Zeit und Ressourcen, und am Ende bedeutet dies Geld. Es ist daher wichtig, die wirtschaftlichen Aspekte der UVP zu berücksichtigen.
Die Hauptkosten für die Einführung von UVP-Verfahren in einem Land tragen die Projektinvestoren oder -befürworter sowie die zentrale oder lokale Regierung (je nach Art der Verfahren). In praktisch allen Ländern zahlen Projektinvestoren oder Befürworter für die Erstellung von UVPs für ihre Projekte. In ähnlicher Weise zahlen Initiatoren (normalerweise Regierungsbehörden) von sektoralen Investitionsstrategien und regionalen Entwicklungsplänen für ihre UVP. Nachweise aus Industrie- und Entwicklungsländern zeigen, dass die Kosten für die Erstellung von UVS zwischen 0.1 % und 1 % der Kapitalkosten eines Projekts liegen. Dieser Anteil kann steigen, wenn in den UVS empfohlene Minderungsmaßnahmen berücksichtigt werden. Die Kosten hängen von der Art der empfohlenen Minderung ab. Offensichtlich ist es relativ kostspielig, 5,000 Familien so umzusiedeln, dass ihr Lebensstandard erhalten bleibt. In solchen Fällen können die Kosten der UVS und Minderungsmaßnahmen auf 15 bis 20 % der Kapitalkosten ansteigen. In anderen Fällen kann er zwischen 1 und 5 % liegen. Solche Zahlen mögen übertrieben erscheinen und darauf hindeuten, dass die UVP eine finanzielle Belastung darstellt. Die UVP kostet zweifelsohne Geld, aber nach den Erfahrungen des Autors wurden keine Großprojekte wegen der Kosten der UVP-Erstellung gestoppt und nur in wenigen Fällen Projekte wegen der Kosten notwendiger Minderungsmaßnahmen unwirtschaftlich gemacht.
UVP-Verfahren verursachen auch Kosten für die zentralen oder lokalen Regierungen, die durch das Personal und andere Ressourcen entstehen, die für die Verwaltung des Systems und die Verarbeitung und Überprüfung der UVS aufgewendet werden müssen. Auch hier hängen die Kosten von der Art des Verfahrens und davon ab, wie viele EIS pro Jahr erstellt werden. Dem Autor sind keine Berechnungen bekannt, die versuchen, einen Durchschnittswert für diese Kosten anzugeben.
Um auf unsere medizinische Analogie zurückzukommen, die Krankheitsprävention erfordert eine beträchtliche Vorabinvestition, um zukünftige und möglicherweise langfristige verteilte Vorteile in Bezug auf die Gesundheit der Bevölkerung sicherzustellen, und EIA ist nicht anders. Die finanziellen Vorteile können sowohl aus der Perspektive des Befürworters als auch der Regierung und der Gesellschaft insgesamt untersucht werden. Der Befürworter kann auf verschiedene Weise profitieren:
Nicht alle davon werden in allen Fällen funktionieren, aber es ist nützlich zu überlegen, auf welche Weise Einsparungen für den Befürworter erzielt werden können.
In allen Ländern sind verschiedene Genehmigungen, Erlaubnisse und Genehmigungen erforderlich, bevor ein Projekt umgesetzt und betrieben werden kann. Die Genehmigungsverfahren brauchen Zeit, und diese kann verlängert werden, wenn es gegen ein Projekt Widerstand gibt und kein formeller Mechanismus existiert, durch den Bedenken identifiziert, berücksichtigt und untersucht werden können. Es scheint wenig Zweifel daran zu geben, dass die Tage passiver Bevölkerungen, die jede Entwicklung als Zeichen unvermeidlichen wirtschaftlichen und sozialen Fortschritts begrüßten, fast vorbei sind. Alle Projekte unterliegen zunehmender lokaler, nationaler und internationaler Prüfung – zum Beispiel die anhaltende Opposition in Indien gegen den Staudammkomplex Sardar Sarovar (Narmada).
In diesem Zusammenhang bietet die UVP einen Mechanismus, mit dem öffentliche Bedenken angegangen, wenn nicht beseitigt werden können. Studien in entwickelten Ländern (wie Großbritannien) haben gezeigt, dass die UVP die Wahrscheinlichkeit von Verzögerungen beim Erhalt von Genehmigungen verringern kann – und Zeit ist Geld! Tatsächlich zeigte eine Studie von British Gas Ende der 1970er Jahre, dass die durchschnittliche Zeit bis zum Erhalt einer Genehmigung mit UVP kürzer war als bei ähnlichen Projekten ohne UVP.
Die zusätzlichen Kosten der Minderung wurden erwähnt, aber es lohnt sich, die gegenteilige Situation in Betracht zu ziehen. Für Anlagen, die einen oder mehrere Abfallströme erzeugen, kann die UVP Minderungsmaßnahmen ermitteln, die die Abfallbelastung durch Rückgewinnungs- oder Recyclingverfahren verringern. Im ersten Fall könnte die Rückgewinnung einer Komponente aus einem Abfallstrom es dem Befürworter ermöglichen, sie zu verkaufen (falls ein Markt verfügbar ist) und die Kosten des Rückgewinnungsprozesses zu decken oder sogar einen Gewinn zu erzielen. Das Recycling eines Elements wie Wasser kann den Verbrauch reduzieren und damit die Ausgaben für den Rohstoffeinsatz senken.
Wenn sich eine UVP auf das interne Umfeld konzentriert hat, sollten die Arbeitsbedingungen besser sein, als dies ohne UVP der Fall gewesen wäre. Ein sauberer und sicherer Arbeitsplatz reduziert die Unzufriedenheit, Krankheit und Fehlzeiten der Arbeitnehmer. Der Gesamteffekt ist wahrscheinlich eine produktivere Belegschaft, was wiederum einen finanziellen Vorteil für den Befürworter oder Betreiber darstellt.
Schließlich ist die bevorzugte Option, die ausschließlich nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien ausgewählt wird, möglicherweise nicht die beste Alternative. In Botswana war ein Standort ausgewählt worden, an dem Wasser gelagert werden sollte, bevor es nach Gaborone (der Hauptstadt) transportiert wurde. Es wurde eine UVP durchgeführt, und es wurde zu Beginn der UVP-Arbeit festgestellt, dass die Umweltauswirkungen erheblich nachteilig sein würden. Während der Vermessungsarbeiten identifizierte das UVP-Team einen alternativen Standort, den es in die UVP aufnehmen durfte. Der alternative Standortvergleich zeigte, dass die Umweltauswirkungen der zweiten Option deutlich geringer waren. Technische und wirtschaftliche Studien zeigten, dass der Standort technische und wirtschaftliche Kriterien erfüllte. Tatsächlich wurde festgestellt, dass der zweite Standort die ursprünglichen Entwicklungsziele mit weniger Umweltschäden und 50 % geringeren Baukosten erreichen könnte (IUCN und Regierung der Republik Botswana, ohne Datum). Es überrascht nicht, dass die zweite Option umgesetzt wurde, was nicht nur dem Befürworter (einer halbstaatlichen Organisation), sondern der gesamten steuerzahlenden Bevölkerung Botswanas zugute kommt. Solche Beispiele sind wahrscheinlich ungewöhnlich, weisen aber auf die Möglichkeit hin, die UVP-Arbeiten bieten, um verschiedene Entwicklungsoptionen zu „testen“.
Die Hauptvorteile von UVP-Verfahren verteilen sich auf die Bestandteile der Gesellschaft, wie Regierungen, Gemeinschaften und Einzelpersonen. Durch die Verhinderung einer inakzeptablen Umweltzerstörung trägt die UVP dazu bei, die wesentlichen „Lebensprozesse“ aufrechtzuerhalten, von denen alle menschlichen Leben und Aktivitäten abhängen. Dies ist ein langfristiger und verteilter Vorteil. In bestimmten Fällen kann die UVP lokale Umweltschäden vermeiden, die zu einem späteren Zeitpunkt (meist teure) Sanierungsmaßnahmen erforderlich machen würden. Die Kosten für Abhilfemaßnahmen trägt in der Regel die lokale oder zentrale Regierung und nicht der Bauherr oder Betreiber der Anlage, die den Schaden verursacht hat.
Die jüngsten Ereignisse, insbesondere seit dem „Erdgipfel“ von Rio, verändern langsam die Ziele der Entwicklungsaktivitäten. Bis vor kurzem bestand das Ziel der Entwicklung darin, die wirtschaftlichen und sozialen Bedingungen in einem bestimmten Gebiet zu verbessern. Das Erreichen von „Nachhaltigkeits“-Kriterien oder -Zielen nimmt zunehmend einen zentralen Platz in der traditionellen Zielhierarchie ein (die immer noch relevant bleibt). Die Einführung von Nachhaltigkeit als wichtiges, wenn auch noch nicht primäres Ziel in den Entwicklungsprozess wird einen tiefgreifenden Einfluss auf die zukünftige Existenz der sterilen Debatte „Arbeitsplätze versus Umwelt“ haben, unter der UVP gelitten hat. Diese Debatte hatte eine gewisse Bedeutung, als die Umwelt außerhalb des Entwicklungsprozesses stand und nach innen schaute. Jetzt wird die Umwelt zentral und die Debatte konzentriert sich auf Mechanismen, um sowohl Arbeitsplätze als auch eine gesunde Umwelt auf nachhaltige Weise miteinander zu verbinden. Die UVP hat als einer der wichtigen Mechanismen, um Nachhaltigkeit zu erreichen und zu erreichen, immer noch einen entscheidenden und wachsenden Beitrag zu leisten.
Die Notwendigkeit, die Umwelt für zukünftige Generationen zu schützen, macht es erforderlich, nicht nur die aufkommenden Umweltprobleme zu diskutieren, sondern auch Fortschritte bei der Identifizierung von kostengünstigen und umweltverträglichen Lösungsstrategien zu erzielen und Maßnahmen zur Durchsetzung der daraus resultierenden Maßnahmen zu ergreifen solche Diskussion. Es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass die Verbesserung des Zustands der Umwelt sowie die Einführung von Strategien zur Erhaltung der Umwelt innerhalb dieser und der folgenden Generation größere Priorität haben müssen. Während diese Überzeugung allgemein von Regierungen, Umweltgruppen, Industrie, Akademikern und der allgemeinen Öffentlichkeit vertreten wird, gibt es eine beträchtliche Debatte darüber, wie verbesserte Umweltbedingungen erreicht werden können, ohne die derzeitigen wirtschaftlichen Vorteile zu opfern. Darüber hinaus ist der Umweltschutz zu einem Thema von großer politischer Bedeutung geworden, und die Sicherung der ökologischen Stabilität wurde an die Spitze vieler politischer Agenden gerückt.
Frühere und gegenwärtige Bemühungen zum Schutz der Umwelt sind in hohem Maße als Ein-Themen-Ansätze gekennzeichnet. Jedes Problem wurde von Fall zu Fall behandelt. Im Hinblick auf Probleme, die durch Punktquellenbelastungen durch leicht identifizierbare Emissionen verursacht werden, war dies ein effektiver Weg, um Umweltauswirkungen zu reduzieren. Heute ist die Situation komplexer. Ein Großteil der Verschmutzung stammt heute aus einer großen Anzahl von nicht punktuellen Quellen, die leicht von einem Land in ein anderes transportiert werden können. Darüber hinaus trägt jeder von uns durch seine tägliche Lebensweise zu dieser gesamten Umweltbelastung bei. Die verschiedenen nicht punktuellen Quellen sind schwer zu identifizieren, und die Art und Weise, wie sie bei der Auswirkung auf die Umwelt interagieren, ist nicht gut bekannt.
Die zunehmenden Umweltprobleme komplexerer und globaler Art werden höchstwahrscheinlich große Auswirkungen auf mehrere Bereiche der Gesellschaft bei der Durchsetzung von Abhilfemaßnahmen haben. Um im Umweltschutz eine Rolle spielen zu können, müssen solide und universelle Politiken als zusätzlicher, themenübergreifender Ansatz von allen am Prozess beteiligten Akteuren – Wissenschaftlern, Gewerkschaften, Nichtregierungsorganisationen, Unternehmen und anderen – gemeinsam angewendet werden Behörden auf nationaler und staatlicher Ebene sowie die Medien. Daher ist es wichtig, dass alle Bereiche von sektoralem Interesse in ihren Umweltambitionen koordiniert werden, um die notwendigen Interaktionen und Antworten auf vorgeschlagene Lösungen zu erhalten. Es ist wahrscheinlich, dass hinsichtlich der endgültigen Ziele einer besseren Umweltqualität eine einstimmige Meinung besteht. Es ist jedoch ebenso wahrscheinlich, dass Meinungsverschiedenheiten über das Tempo, die Mittel und die Zeit bestehen, die erforderlich sind, um sie zu erreichen.
Umweltschutz ist zu einem strategischen Thema mit zunehmender Bedeutung für Industrie und Wirtschaft geworden, sowohl bei der Standortwahl von Anlagen als auch bei der technischen Leistungsfähigkeit von Prozessen und Produkten. Industrielle interessieren sich zunehmend dafür, die Umweltauswirkungen ihrer Betriebe ganzheitlich betrachten zu können. Mit der wachsenden Bedeutung produktbezogener Umweltaspekte ist die Gesetzgebung nicht mehr alleiniger Dimensionierungsfaktor. Die Konzepte einer umweltgerechten Produktentwicklung und umweltfreundlicher bzw. „grüner“ Produkte setzen sich bei Herstellern und Verbrauchern durch.
Dies ist in der Tat eine große Herausforderung für die Industrie; Umweltkriterien werden jedoch oft nicht zu Beginn des Produktdesigns berücksichtigt, wenn es am einfachsten ist, nachteilige Auswirkungen zu vermeiden. Bis vor kurzem wurden die meisten Umweltauswirkungen eher durch End-of-Pipe-Kontrollen und Prozessdesign als durch Produktdesign reduziert. Infolgedessen verbringen viele Unternehmen zu viel Zeit damit, Probleme zu beheben, anstatt sie zu verhindern. Es ist jedoch noch viel Arbeit erforderlich, um einen geeigneten und akzeptierten Ansatz zu entwickeln, um Umweltauswirkungen in die verschiedenen Produktionsstufen und industriellen Aktivitäten einzubeziehen – von der Rohstoffbeschaffung und Herstellung über die Produktnutzung bis hin zur endgültigen Entsorgung.
Das einzige bekannte Konzept zur Behandlung all dieser neuen komplexen Probleme scheint ein Lebenszyklusansatz für das Problem zu sein. Lebenszyklusanalysen (LCAs) sind weithin als Instrument des Umweltmanagements für die Zukunft anerkannt, da produktbezogene Fragen eine zentrale Rolle in der öffentlichen Debatte einnehmen. Obwohl Ökobilanzen versprechen, ein wertvolles Instrument für Programme zu saubereren Produktionsstrategien und umweltfreundlichem Design zu sein, ist das Konzept relativ neu und bedarf zukünftiger Verfeinerung, um als allgemeines Instrument für umweltverträgliche Prozess- und Produktentwicklung akzeptiert zu werden.
Der Geschäftsrahmen für die Ökobilanz
Die notwendige Neuorientierung des betrieblichen Umweltschutzes, Produkte und Dienstleistungen in ihrer Gesamtheit zu betrachten, muss verbunden sein mit der Entwicklung einer gemeinsamen, systematischen und strukturierten Vorgehensweise, die es ermöglicht, relevante Entscheidungen zu treffen und Prioritäten zu setzen. Ein solcher Ansatz muss flexibel und erweiterbar sein, um verschiedene Entscheidungssituationen in der Industrie sowie neue Eingaben im Zuge des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts abzudecken. Sie sollte jedoch auf einigen grundlegenden Prinzipien und Fragen beruhen, zum Beispiel: Problemidentifikation, Erhebung von Abhilfemaßnahmen, Kosten-Nutzen-Analyse und abschließende Bewertung und Bewertung (Abbildung 1).
Abbildung 1. Schematische Darstellung aufeinander folgender Schritte zur Prioritätensetzung bei Entscheidungen über Umweltschutzmaßnahmen in der Industrie
Die Problemidentifikation sollte verschiedene Arten von Umweltproblemen und ihre Ursachen hervorheben. Diese Urteile sind mehrdimensional und berücksichtigen verschiedene Rahmenbedingungen. Tatsächlich besteht eine enge Beziehung zwischen der Arbeitsumgebung und der externen Umgebung. Das Bestreben, die Umwelt zu schützen, sollte daher zwei Dimensionen umfassen: die Minimierung der Belastung der externen Umwelt durch alle Arten von menschlichen Aktivitäten und die Förderung des Wohlergehens der Mitarbeiter im Sinne einer gut geplanten und sicheren Arbeitsumgebung.
Eine Übersicht über mögliche Abhilfemaßnahmen sollte alle verfügbaren praktischen Alternativen zur Minimierung sowohl der Schadstoffemissionen als auch der Nutzung nicht erneuerbarer natürlicher Ressourcen umfassen. Die technischen Lösungen sollten nach Möglichkeit unter Angabe ihres erwarteten Wertes sowohl in Bezug auf die Verringerung des Ressourcenverbrauchs und der Schadstoffbelastung als auch in monetärer Hinsicht beschrieben werden. Die Kosten-Nutzen-Analyse zielt darauf ab, eine Prioritätenliste zu erstellen, indem die unterschiedlichen identifizierten Sanierungsansätze unter den Gesichtspunkten Produktspezifikationen und zu erfüllende Anforderungen, wirtschaftliche Machbarkeit und ökologische Effizienz verglichen werden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass es oft große Schwierigkeiten gibt, Umweltgüter monetär auszudrücken.
Die Bewertungs- und Evaluierungsphase sollte als integraler Bestandteil des Prioritätensetzungsverfahrens betrachtet werden, um den notwendigen Input für die endgültige Beurteilung der Effizienz der vorgeschlagenen Abhilfemaßnahmen zu liefern. Die fortlaufende Bewertung und Bewertung nach jeder umgesetzten oder durchgesetzten Maßnahme wird zusätzliches Feedback für die Optimierung eines allgemeinen Entscheidungsmodells für vorrangige Umweltstrategien für die Produktentscheidung geben. Der strategische Wert eines solchen Modells wird in der Industrie wahrscheinlich zunehmen, wenn sich allmählich herausstellt, dass Umweltprioritäten ein ebenso wichtiger Teil des zukünftigen Planungsverfahrens für neue Prozesse oder Produkte sein könnten. Da LCA ein Werkzeug zur Identifizierung von Umweltfreisetzungen und zur Bewertung der damit verbundenen Auswirkungen eines Prozesses, Produkts oder einer Aktivität ist, wird es wahrscheinlich als wichtigstes Instrument für die Industrie bei ihrer Suche nach praktischen und benutzerfreundlichen Entscheidungsfindungsmodellen für umweltgerechte Verfahren dienen Produktentwicklung.
Konzept der Ökobilanz
Das Konzept der LCA besteht darin, die Umweltauswirkungen zu bewerten, die mit einer bestimmten Aktivität verbunden sind, von der anfänglichen Gewinnung von Rohstoffen aus der Erde bis zu dem Punkt, an dem alle Rückstände der Erde wieder zugeführt werden. Daher wird das Konzept auch oft als „Cradle-to-Grave“-Assessment bezeichnet. Während die Praxis der Durchführung von Lebenszyklusstudien seit den frühen 1970er Jahren existiert, gab es nur wenige umfassende Versuche, das vollständige Verfahren so zu beschreiben, dass das Verständnis des Gesamtprozesses, der zugrunde liegenden Datenanforderungen, der inhärenten Annahmen und Möglichkeiten erleichtert würde die Methodik praktisch anwenden. Seit 1992 wurde jedoch eine Reihe von Berichten veröffentlicht, die sich auf die Beschreibung der verschiedenen Teile einer Ökobilanz aus theoretischer Sicht konzentrierten (Heijungs 1992; Vigon et al. 1992; Keoleian und Menerey 1993; Canadian Standards Association 1993; Society of Environmental Toxicology and Chemistry 1993). Es wurden einige praktische Leitfäden und Handbücher veröffentlicht, die die spezifischen Perspektiven von Produktdesignern bei der praktischen Nutzung einer vollständigen Ökobilanz in der umweltgerechten Produktentwicklung berücksichtigen (Ryding 1996).
LCA ist definiert als ein objektiver Prozess zur Bewertung der Umweltbelastungen, die mit einem Prozess, Produkt, einer Aktivität oder einem Dienstleistungssystem verbunden sind, indem Energie und Materialien identifiziert und quantifiziert werden, die verwendet und in die Umwelt freigesetzt werden, um die Auswirkungen dieser Energie- und Materialverwendungen zu bewerten und Freisetzungen in die Umwelt und zur Bewertung und Umsetzung von Möglichkeiten zur Bewirkung von Umweltverbesserungen. Die Bewertung umfasst den gesamten Lebenszyklus des Prozesses, Produkts, der Aktivität oder des Dienstleistungssystems, einschließlich Gewinnung und Verarbeitung von Rohstoffen, Herstellung, Transport und Verteilung, Verwendung, Wiederverwendung, Wartung, Recycling und endgültiger Entsorgung.
Die Hauptziele der Durchführung von Ökobilanzen bestehen darin, ein möglichst vollständiges Bild der Wechselwirkungen einer Tätigkeit mit der Umwelt zu zeichnen, zum Verständnis der Gesamtheit und Interdependenz der Umweltfolgen menschlicher Tätigkeiten beizutragen und Entscheidungsträgern zur Verfügung zu stellen Informationen, die Möglichkeiten für Umweltverbesserungen aufzeigen.
Der methodologische Rahmen der LCA ist eine schrittweise Berechnungsübung, die vier Komponenten umfasst: Zieldefinition und Scoping, Bestandsanalyse, Folgenabschätzung und Interpretation. Als eine Komponente einer umfassenderen Methodik kann keine dieser Komponenten allein als Ökobilanz bezeichnet werden. LCA sollte alle vier umfassen. Ökobilanzen konzentrieren sich in vielen Fällen auf die Bestandsanalyse und werden meist als LCI (Life-Cycle Inventory) bezeichnet.
Zieldefinition und Scoping bestehen aus einer Definition des Zwecks und des Systems der Studie – ihres Umfangs, der Definition der funktionalen Einheit (dem Leistungsmaß, das das System liefert) und der Etablierung eines Verfahrens zur Qualitätssicherung der Ergebnisse.
Bei der Initiierung einer LCA-Studie ist es von entscheidender Bedeutung, das Ziel der Studie klar zu definieren, vorzugsweise in Form einer klaren und eindeutigen Angabe des Grundes für die Durchführung der LCA und der beabsichtigten Verwendung der Ergebnisse. Eine wichtige Überlegung ist die Entscheidung, ob die Ergebnisse für unternehmensinterne Anwendungen verwendet werden sollen, um die Umweltleistung eines industriellen Prozesses oder eines Produkts zu verbessern, oder ob die Ergebnisse extern verwendet werden sollen, beispielsweise um die öffentliche Ordnung oder die Kaufentscheidungen der Verbraucher zu beeinflussen .
Ohne im Voraus ein klares Ziel und einen klaren Zweck für die LCA-Studie festzulegen, können die Bestandsanalyse und die Folgenabschätzung übertrieben werden und die Endergebnisse möglicherweise nicht angemessen für praktische Entscheidungen verwendet werden. Die Definition, ob sich die Ergebnisse auf Umweltbelastungen, ein konkretes Umweltproblem oder eine ganzheitliche Umweltverträglichkeitsprüfung konzentrieren sollen, klärt direkt, ob eine Bestandsaufnahme, Einstufung/Charakterisierung oder eine Bewertung durchgeführt werden soll (Abbildung 2). Es ist wichtig, alle aufeinanderfolgenden LCA-Komponenten „sichtbar“ zu machen, um jedem Benutzer die Auswahl des gewünschten Komplexitätsgrades zu erleichtern.
Abbildung 2. Zweck und Vollständigkeit der Ökobilanz
In vielen allgemeinen Programmen für sauberere Produktionsstrategien, umweltfreundliches Design oder umweltgerechte Produktentwicklung besteht das Hauptziel häufig darin, die Gesamtumweltbelastung während des Lebenszyklus eines Produkts zu verringern. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist teilweise eine stark aggregierte Form der Umweltverträglichkeitsprüfung erforderlich, was wiederum die Notwendigkeit betont, einen allgemein anerkannten Bewertungsansatz für ein Scoring-System zu identifizieren, um die unterschiedlichen Umweltauswirkungen gegeneinander abzuwägen.
Der Umfang einer Ökobilanz definiert das System, die Grenzen, Datenanforderungen, Annahmen und Einschränkungen. Der Umfang sollte gut genug definiert sein, um sicherzustellen, dass die Breite und Tiefe der Analyse mit dem erklärten Zweck und allen Grenzen vereinbar und ausreichend sind, und dass Annahmen klar formuliert, verständlich und sichtbar sind. Da eine Ökobilanz jedoch ein iterativer Prozess ist, kann es in manchen Fällen ratsam sein, nicht alle im Geltungsbereich enthaltenen Aspekte dauerhaft festzulegen. Die Verwendung von Sensitivitäts- und Fehleranalysen wird empfohlen, um die sukzessive Prüfung und Validierung des Zwecks und des Umfangs der LCA-Studie gegenüber den erhaltenen Ergebnissen zu ermöglichen, um Korrekturen vorzunehmen und neue Annahmen festzulegen.
Die Bestandsanalyse ist ein objektiver, datenbasierter Prozess zur Quantifizierung von Energie- und Rohstoffbedarf, Luftemissionen, Abwässern, festen Abfällen und anderen Umweltfreisetzungen während des gesamten Lebenszyklus eines Prozesses, Produkts, einer Aktivität oder eines Dienstleistungssystems (Abbildung 3).
Abbildung 3. Schrittweise Elemente in einer Lebenszyklus-Inventaranalyse.
Die Berechnung der Inputs und Outputs in der Bestandsanalyse bezieht sich auf das definierte System. In vielen Fällen führen Verarbeitungsvorgänge zu mehr als einem Ergebnis, und es ist wichtig, ein derart komplexes System in eine Reihe separater Teilprozesse zu zerlegen, von denen jeder ein einzelnes Produkt erzeugt. Bei der Herstellung eines Baustoffes entstehen in jedem Teilprozess, von der Rohstoffbeschaffung bis zum Endprodukt, Schadstoffemissionen. Der gesamte Produktionsprozess kann durch einen „Prozessbaum“ dargestellt werden, wobei der Stamm als Hauptkette des Material- und Energieflusses angesehen werden kann, während die Zweige Teilprozesse darstellen können und die Blätter die spezifischen Zahlen zu Schadstoffemissionen usw. darstellen . Zusammengenommen haben diese Teilprozesse die Gesamtmerkmale des ursprünglichen Einzelsystems von Nebenprodukten.
Um die Genauigkeit der in der Bestandsanalyse gewonnenen Daten abzuschätzen, empfiehlt sich eine Sensitivitäts- und Fehleranalyse. Alle verwendeten Daten sollten daher nicht nur mit relevanten Informationen zur Zuverlässigkeit, sondern auch zu Quelle, Herkunft usw. „gelabelt“ werden, um eine zukünftige Aktualisierung und Verfeinerung der Daten zu erleichtern (sogenannte Metadaten). Die Verwendung einer Sensitivitäts- und Fehleranalyse wird die Schlüsseldaten von großer Bedeutung für das Ergebnis der LCA-Studie identifizieren, die möglicherweise weiterer Anstrengungen bedürfen, um ihre Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Die Folgenabschätzung ist ein technischer, qualitativer und/oder quantitativer Prozess zur Charakterisierung und Bewertung der Auswirkungen der in der Inventarkomponente identifizierten Umweltbelastung. Die Bewertung sollte sowohl ökologische als auch gesundheitliche Erwägungen sowie andere Auswirkungen wie Lebensraumveränderungen und Lärmbelästigung berücksichtigen. Die Wirkungsabschätzungskomponente könnte als drei aufeinanderfolgende Schritte – Klassifizierung, Charakterisierung und Bewertung – charakterisiert werden, die alle die Auswirkungen der in der Bestandsanalyse identifizierten Umweltbelastungen auf verschiedenen aggregierten Ebenen interpretieren (Abbildung 4). Die Klassifizierung ist der Schritt, in dem die Bestandsanalysen zu mehreren Wirkungskategorien zusammengefasst werden; Charakterisierung ist der Schritt, in dem eine Analyse und Quantifizierung stattfindet und, sofern möglich, eine Aggregation der Auswirkungen innerhalb der angegebenen Wirkungskategorien durchgeführt wird; Bewertung ist der Schritt, in dem die Daten der verschiedenen spezifischen Wirkungskategorien gewichtet werden, damit sie untereinander verglichen werden können, um zu einer weiteren Interpretation und Aggregation der Daten der Wirkungsabschätzung zu gelangen.
Abbildung 4. Konzeptioneller Rahmen für die sukzessive Ebene der Datenaggregation in der Folgenabschätzungskomponente
Im Klassifizierungsschritt können die Auswirkungen in die allgemeinen Schutzbereiche Ressourcenerschöpfung, ökologische Gesundheit und menschliche Gesundheit gruppiert werden. Diese Bereiche können weiter in spezifische Wirkungskategorien unterteilt werden, die sich vorzugsweise auf den beteiligten Umweltprozess konzentrieren, um eine Perspektive zu ermöglichen, die mit den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen über diese Prozesse übereinstimmt.
Es gibt verschiedene Ansätze zur Charakterisierung – um Daten mit Konzentrationen ohne beobachtbare Wirkung oder mit Umweltstandards in Beziehung zu setzen, um sowohl die Exposition als auch die Auswirkungen zu modellieren und diese Modelle standortspezifisch anzuwenden oder um Äquivalenzfaktoren für die verschiedenen Wirkungskategorien zu verwenden. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die aggregierten Daten für jede Wirkungskategorie auf das tatsächliche Ausmaß der Auswirkungen in einem bestimmten Gebiet zu normalisieren, um die Vergleichbarkeit der Daten aus den verschiedenen Wirkungskategorien zu erhöhen.
Die Bewertung mit dem Ziel, die Daten der Folgenabschätzung weiter zu aggregieren, ist die LCA-Komponente, die wohl die am meisten hitzigen Debatten ausgelöst hat. Einigen Ansätzen, die oft als entscheidungstheoretische Techniken bezeichnet werden, wird das Potenzial zugeschrieben, die Bewertung zu einer rationalen, expliziten Methode zu machen. Bewertungsprinzipien können auf wissenschaftlichen, politischen oder gesellschaftlichen Einschätzungen beruhen, und es gibt derzeit Ansätze, die alle drei Perspektiven abdecken. Von besonderer Bedeutung ist der Einsatz von Sensitivitäts- und Fehleranalysen. Die Sensitivitätsanalyse ermöglicht die Identifizierung derjenigen ausgewählten Bewertungskriterien, die aufgrund der Unsicherheiten in den Daten die resultierende Priorität zwischen zwei Prozess- oder Produktalternativen verändern können. Die Fehleranalyse kann verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit anzuzeigen, dass ein alternatives Produkt umweltfreundlicher ist als ein Konkurrenzprodukt.
Viele sind der Meinung, dass Bewertungen weitgehend auf Informationen über gesellschaftliche Werte und Präferenzen basieren müssen. Allerdings hat noch niemand die konkreten Anforderungen definiert, die eine verlässliche und allgemein anerkannte Bewertungsmethode erfüllen sollte. Abbildung 5 listet einige dieser spezifischen Anforderungen mit potenziellem Wert auf. Es sollte jedoch deutlich betont werden, dass jedes Bewertungssystem zur Beurteilung der „Ernsthaftigkeit“ von Umweltauswirkungen jeglicher menschlicher Aktivität weitgehend auf subjektiven Werturteilen beruhen muss. Für solche Bewertungen lassen sich vermutlich keine Kriterien aufstellen, die weltweit in allen Situationen haltbar sind.
Abbildung 5. Liste der vorgeschlagenen Anforderungen, die für eine LCA-Bewertungsmethode erfüllt werden müssen
Die Interpretation der Ergebnisse ist eine systematische Bewertung der Notwendigkeiten und Möglichkeiten zur Reduzierung der Umweltbelastung im Zusammenhang mit dem Energie- und Rohstoffverbrauch und den Abfallemissionen während des gesamten Lebenszyklus eines Produkts, eines Prozesses oder einer Aktivität. Diese Bewertung kann sowohl quantitative als auch qualitative Maßnahmen für Verbesserungen umfassen, wie z. B. Änderungen im Produktdesign, der Verwendung von Rohstoffen, der industriellen Verarbeitung, den Verbraucheranforderungen und der Abfallbewirtschaftung.
Die Interpretation der Ergebnisse ist der Bestandteil einer Ökobilanz, in der Möglichkeiten zur Reduzierung der Umweltauswirkungen bzw. -belastungen der untersuchten Prozesse oder Produkte identifiziert und bewertet werden. Sie befasst sich mit der Identifizierung, Bewertung und Auswahl von Verbesserungsmöglichkeiten in der Prozess- und Produktgestaltung, d. h. der technischen Neugestaltung eines Prozesses oder Produkts zur Minimierung der damit verbundenen Umweltbelastung bei gleichzeitiger Erfüllung der beabsichtigten Funktions- und Leistungsmerkmale. Es ist wichtig, den Entscheidungsträger in Bezug auf die Auswirkungen der bestehenden Unsicherheiten in den Hintergrunddaten und den Kriterien, die zum Erreichen der Ergebnisse verwendet werden, anzuleiten, um das Risiko falscher Schlussfolgerungen in Bezug auf die untersuchten Prozesse und Produkte zu verringern. Auch hier ist eine Sensitivitäts- und Fehleranalyse erforderlich, um der LCA-Methodik Glaubwürdigkeit zu verleihen, da sie dem Entscheidungsträger Informationen zu (1) Schlüsselparametern und Annahmen liefert, die möglicherweise weiter berücksichtigt und verfeinert werden müssen, um die Schlussfolgerungen zu untermauern, und ( 2) die statistische Signifikanz der berechneten Differenz der Gesamtumweltbelastung zwischen den Prozess- oder Produktalternativen.
Die Interpretationskomponente wurde als der am wenigsten dokumentierte Teil einer Ökobilanz identifiziert. Vorläufige Ergebnisse einiger großer LCA-Studien, die als umfassende Bemühungen von Personen aus der Wissenschaft, Beratungsunternehmen und vielen Unternehmen durchgeführt wurden, zeigten jedoch alle, dass aus allgemeiner Sicht erhebliche Umweltbelastungen durch Produkte mit der Produktnutzung verbunden zu sein scheinen (Abbildung 6). . Daher scheint das Potenzial für von der Industrie motivierte Initiativen zu bestehen, um Umweltauswirkungen durch Produktentwicklung zu minimieren.
Abbildung 6. Skizze einiger allgemeiner Erfahrungen darüber, wo in den Lebenszyklen von Produkten die größten Umweltbelastungen auftreten
Eine Studie über internationale Erfahrungen mit umweltverträglicher Produktentwicklung auf der Grundlage von Ökobilanzen (Ryding 1994) zeigte, dass vielversprechende allgemeine Anwendungen von Ökobilanzen (1) für den internen Gebrauch von Unternehmen zu sein scheinen, um die Grundlage für die Bereitstellung von Leitlinien für die langfristige strategische Planung von Produkten zu bilden Design, sondern auch (2) in gewissem Umfang für die Verwendung durch Regulierungsbehörden und Behörden für allgemeine Zwecke der gesellschaftlichen Planung und Entscheidungsfindung. Durch die Entwicklung und Verwendung von LCA-Informationen zu Umweltauswirkungen, die sowohl „upstream“ als auch „downstream“ der jeweiligen untersuchten Aktivität sind, kann ein neues Paradigma geschaffen werden, um Entscheidungen sowohl in der Unternehmensführung als auch in der Regulierungspolitik zu treffen.
Fazit
Das Wissen über menschliche Bedrohungen der Umwelt scheint schneller zu wachsen als unsere Fähigkeit, sie zu lösen. Daher müssen Entscheidungen im Umweltbereich oft mit größeren Unsicherheiten getroffen werden als in anderen Bereichen. Außerdem bestehen meist sehr geringe Sicherheitsmargen. Das vorhandene ökologische und technische Wissen reicht nicht immer aus, um eine vollständige, narrensichere Strategie zum Schutz der Umwelt anzubieten. Es ist nicht möglich, alle ökologischen Reaktionen auf Umweltstress vollständig zu verstehen, bevor Maßnahmen ergriffen werden. Das Fehlen vollständiger, unwiderlegbarer wissenschaftlicher Beweise sollte jedoch nicht davon abhalten, Entscheidungen über Programme zur Verringerung der Umweltverschmutzung und deren Umsetzung zu treffen. Es ist nicht möglich, mit dem Handeln zu warten, bis alle ökologischen Fragen wissenschaftlich fundiert sind – die Schäden, die durch solche Verzögerungen entstehen können, könnten irreversibel sein. Daher sind Bedeutung und Umfang der meisten Probleme bereits in ausreichendem Maße bekannt, um Maßnahmen zu rechtfertigen, und es ist in vielen Fällen ausreichend Wissen vorhanden, um wirksame Abhilfemaßnahmen für die meisten Umweltprobleme einzuleiten.
Die Ökobilanz bietet ein neues Konzept, um mit den zukünftigen komplexen Umweltproblemen umzugehen. Es gibt jedoch keine Abkürzungen oder einfachen Antworten auf alle gestellten Fragen. Die sich schnell entwickelnde Einführung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Bekämpfung von Umweltproblemen wird höchstwahrscheinlich viele Wissenslücken über neue Aspekte aufdecken, die behandelt werden müssen. Außerdem sind verfügbare Daten, die verwendet werden können, in vielen Fällen für andere Zwecke bestimmt. Trotz aller Schwierigkeiten spricht nichts dafür, mit LCA zu warten, bis es besser wird. Es ist durchaus nicht schwer, im vorliegenden LCA-Konzept Schwierigkeiten und Unsicherheiten zu finden, will man mit solchen Argumenten eine Nichtbereitschaft zur Durchführung einer Ökobilanz begründen. Es muss entschieden werden, ob es trotz aller Schwierigkeiten sinnvoll ist, eine ganzheitliche Lebenszyklusbetrachtung der Umweltaspekte anzustreben. Je mehr Ökobilanzen verwendet werden, desto mehr Erkenntnisse werden über ihre Struktur, Funktion und Anwendbarkeit gewonnen, was die beste Garantie für ein Feedback zur sukzessiven Verbesserung ist.
Ökobilanzen heute zu nutzen, ist vielleicht eher eine Frage des Willens und des Ehrgeizes als des unbestrittenen Wissens. Die ganze Idee von LCA sollte darin bestehen, das derzeitige wissenschaftliche und technische Wissen optimal zu nutzen und das Ergebnis auf intelligente und bescheidene Weise zu nutzen. Ein solcher Ansatz wird höchstwahrscheinlich an Glaubwürdigkeit gewinnen.
Regierung, Industrie und Gemeinschaft erkennen die Notwendigkeit an, die industriellen Risiken (beruflich und öffentlich) für Mensch und Umwelt zu identifizieren, zu bewerten und zu kontrollieren. Das Bewusstsein für Gefahren und Unfälle, die zu erheblichen Verlusten an Menschenleben und Sachwerten führen können, hat zur Entwicklung und Anwendung systematischer Ansätze, Methoden und Instrumente für die Risikobewertung und -kommunikation geführt.
Der Risikobewertungsprozess umfasst: Systembeschreibung, Identifizierung von Gefahren und Entwicklung von Unfallszenarien und Folgen für Ereignisse im Zusammenhang mit einem Prozessbetrieb oder einer Lagereinrichtung; die Abschätzung der Auswirkungen oder Folgen solcher gefährlicher Ereignisse auf Menschen, Sachen und Umwelt; die Schätzung der Wahrscheinlichkeit oder Wahrscheinlichkeit des Auftretens solcher gefährlicher Ereignisse in der Praxis und ihrer Auswirkungen unter Berücksichtigung der verschiedenen betrieblichen und organisatorischen Gefahrenkontrollen und -praktiken; die Quantifizierung der daraus resultierenden Risikoniveaus außerhalb der Werksgrenzen sowohl in Bezug auf Folgen als auch auf Wahrscheinlichkeiten; und die Bewertung dieser Risikostufen anhand quantifizierter Risikokriterien.
Der Prozess der quantifizierten Risikobewertung ist probabilistischer Natur. Da während der gesamten Lebensdauer einer Anlage oder eines Prozesses schwere Unfälle auftreten können oder auch nicht, ist es nicht angemessen, den Bewertungsprozess isoliert auf die Folgen von Unfällen zu stützen. Die Wahrscheinlichkeit oder Wahrscheinlichkeit, dass solche Unfälle tatsächlich eintreten, sollte berücksichtigt werden. Diese Wahrscheinlichkeiten und resultierenden Risikoniveaus sollten das Niveau der in der Anlage verfügbaren konstruktiven, betrieblichen und organisatorischen Kontrollen widerspiegeln. Mit der Quantifizierung des Risikos sind eine Reihe von Unsicherheiten verbunden (z. B. mathematische Modelle zur Folgenabschätzung, Festlegung von Wahrscheinlichkeiten für verschiedene Unfallszenarien, Wahrscheinlichkeitseffekte solcher Unfälle). Der Risikobewertungsprozess sollte solche Unsicherheiten in jedem Fall aufdecken und anerkennen.
Der Hauptwert des quantifizierten Risikobewertungsprozesses sollte nicht auf dem numerischen Wert der Ergebnisse (isoliert) liegen. Der Bewertungsprozess selbst bietet erhebliche Möglichkeiten für die systematische Identifizierung von Gefahren und die Bewertung von Risiken. Der Risikobewertungsprozess sorgt für die Identifizierung und Erkennung von Gefahren und ermöglicht die Zuweisung relevanter und geeigneter Ressourcen für den Prozess der Gefahrenkontrolle.
Die Ziele und Verwendungen des Gefahrenidentifikationsprozesses (HIP) bestimmen wiederum den Umfang der Analyse, die geeigneten Verfahren und Methoden sowie das für die Analyse erforderliche Personal, Fachwissen, die finanziellen Mittel und die erforderliche Zeit sowie die damit verbundene erforderliche Dokumentation. Die Gefahrenidentifizierung ist ein effizientes und notwendiges Verfahren zur Unterstützung von Risikoanalytikern und der Entscheidungsfindung für die Risikobewertung und das Management von Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz. Eine Reihe von Hauptzielen kann identifiziert werden:
Das erste allgemeine Ziel zielt darauf ab, das allgemeine Verständnis der wichtigen Themen und Situationen zu erweitern, die sich auf den Risikoanalyseprozess für einzelne Anlagen und Prozesse auswirken könnten; die synergie von einzelgefährdungen zur bereichsstudienebene hat ihre besondere bedeutung. Konstruktions- und Betriebsprobleme können identifiziert und ein Gefahrenklassifizierungsschema in Betracht gezogen werden.
Das zweite Ziel enthält Elemente der Risikobewertung und befasst sich mit der Entwicklung von Unfallszenarien und der Interpretation der Ergebnisse. Der Folgenabschätzung verschiedener Unfälle und deren zeitlicher und räumlicher Ausbreitung kommt in der Phase der Gefahrenerkennung besondere Bedeutung zu.
Das dritte Ziel zielt darauf ab, Informationen bereitzustellen, die später weitere Schritte bei der Risikobewertung und dem Sicherheitsmanagement des Anlagenbetriebs unterstützen können. Dies kann in Form einer Verbesserung der Szenariospezifikationen für die Risikoanalyse oder der Ermittlung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen zur Erfüllung vorgegebener Risikokriterien (z. B. individuell oder gesellschaftlich) oder Ratschlägen für die Notfallvorsorge und das Unfallmanagement erfolgen.
Nach der Definition der Ziele ist die Definition des Umfangs der HIP-Studie das zweitwichtigste Element bei der Verwaltung, Organisation und Umsetzung der HIP. Der Umfang des HIP in einer komplexen Risikobewertungsstudie kann hauptsächlich anhand der folgenden Parameter beschrieben werden: (1) potenzielle Gefahrenquellen (z. B. radioaktive Freisetzungen, toxische Substanzen, Feuer, Explosionen); (2) Anlagen- oder Prozessschadenszustände; (3) Initiieren von Ereignissen; (4) mögliche Folgen; und (5) Priorisierung von Gefahren. Die relevanten Faktoren, die das Ausmaß bestimmen, in dem diese Parameter in das HIP aufgenommen werden, sind: (a) die Ziele und beabsichtigten Verwendungen des HIP; (b) die Verfügbarkeit geeigneter Informationen und Daten; und (c) die verfügbaren Ressourcen und Fachkenntnisse. Die Gefahrenidentifizierung erfordert die Berücksichtigung aller relevanten Informationen bezüglich der Anlage (z. B. Anlage, Prozess). Dies kann typischerweise Folgendes umfassen: Standort- und Anlagenlayout; detaillierte Prozessinformationen in Form von technischen Diagrammen und Betriebs- und Wartungsbedingungen; Art und Menge der gehandhabten Materialien; betriebliche, organisatorische und physische Schutzmaßnahmen; und Designstandards.
Bei der Bewältigung der externen Folgen eines Unfalls können sich eine Reihe solcher Folgen ergeben (z. B. Anzahl der Todesfälle, Anzahl der Krankenhauseinweisungen, verschiedene Arten von Schäden am Ökosystem, finanzielle Verluste usw.). Die äußeren Folgen eines durch den Stoff verursachten Unfalls i für eine identifizierte Aktivität j, kann aus der Beziehung berechnet werden:
Cij = A fa fm, wo Cij = Zahl der Todesfälle pro durch den Stoff verursachten Unfall i für eine identifizierte Aktivität j; A = betroffene Fläche (ha); a = Bevölkerungsdichte in besiedelten Gebieten innerhalb der betroffenen Zone (Personen/ha); fa und fm sind Korrekturfaktoren.
Die Folgen von (Groß-)Unfällen für die Umwelt sind aufgrund der Vielfalt der beteiligten Stoffe sowie der Anzahl der für eine bestimmte Unfallsituation relevanten Umweltwirkungsindikatoren schwieriger abzuschätzen. Üblicherweise ist eine Versorgungsskala mit verschiedenen Umweltfolgen verbunden; Die relevante Versorgungsskala könnte Ereignisse im Zusammenhang mit Vorfällen, Unfällen oder Katastrophenfolgen umfassen.
Die Bewertung monetärer Folgen von (potenziellen) Unfällen erfordert eine detaillierte Abschätzung möglicher Folgen und der damit verbundenen Kosten. Ein monetärer Wert für besondere Klassen von Folgen (z. B. Verlust von Menschenleben oder besondere biologische Lebensräume) wird nicht immer a priori akzeptiert. Die monetäre Bewertung der Folgen sollte auch externe Kosten einbeziehen, die sehr oft schwer abzuschätzen sind.
Die Verfahren zur Identifizierung gefährlicher Situationen, die in verfahrenstechnischen Anlagen und Ausrüstungen auftreten können, gelten im Allgemeinen als das am weitesten entwickelte und am besten etablierte Element im Bewertungsprozess gefährlicher Anlagen. Es muss anerkannt werden, dass (1) die Verfahren und Techniken in Bezug auf Umfang und Detaillierungsgrad variieren, von vergleichenden Checklisten bis hin zu detaillierten strukturierten Logikdiagrammen, und (2) die Verfahren in verschiedenen Phasen der Projektformulierung und -implementierung (von der frühen Entscheidungsprozess über den Standort einer Anlage bis hin zu Planung, Bau und Betrieb).
Techniken zur Gefahrenerkennung lassen sich im Wesentlichen in drei Kategorien einteilen. Im Folgenden werden die am häufigsten verwendeten Techniken in jeder Kategorie aufgeführt.
Ursachen-Folge-Analyse; Menschliche Zuverlässigkeitsanalyse
Die Angemessenheit und Relevanz einer bestimmten Technik zur Gefahrenerkennung hängt weitgehend von dem Zweck ab, für den die Risikobewertung durchgeführt wird. Wenn weitere technische Details verfügbar sind, können diese im Gesamtprozess zur Risikobewertung verschiedener Gefährdungen kombiniert werden. Sachverständigen- und Ingenieururteile können häufig zur weiteren Bewertung des Risikos von Anlagen oder Prozessen herangezogen werden. Oberstes Prinzip ist es, die Anlage bzw. den Betrieb zunächst aus einem möglichst breiten Blickwinkel zu betrachten und mögliche Gefahren systematisch zu identifizieren. Ausgefeilte Techniken als primäres Werkzeug können Probleme verursachen und dazu führen, dass einige offensichtliche Gefahren übersehen werden. Manchmal kann es notwendig sein, mehr als eine Technik anzuwenden, abhängig vom erforderlichen Detaillierungsgrad und davon, ob es sich bei der Anlage um eine neu vorgeschlagene Installation oder einen bestehenden Betrieb handelt.
Probabilistische Sicherheitskriterien (PSC) sind mit einem rationalen Entscheidungsprozess verbunden, der die Einrichtung eines konsistenten Rahmens mit Standards erfordert, um das gewünschte Sicherheitsniveau auszudrücken. Gesellschafts- oder Gruppenrisiken sollten bei der Beurteilung der Akzeptanz einer gefährlichen Industrieanlage berücksichtigt werden. Bei der Entwicklung von PSC auf der Grundlage des gesellschaftlichen Risikos sollten eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, einschließlich der öffentlichen Abneigung gegen Unfälle mit hohen Folgen (dh das gewählte Risikoniveau sollte mit zunehmenden Folgen abnehmen). Während individuelle Todesrisikostufen alle Risikokomponenten umfassen (dh Brände, Explosionen und Toxizität), kann es Unsicherheiten bei der Korrelation toxischer Konzentrationen mit Todesrisikostufen geben. Die Interpretation von „tödlich“ sollte sich nicht auf eine Dosis-Wirkungs-Beziehung stützen, sondern eine Überprüfung der verfügbaren Daten beinhalten. Das Konzept des gesellschaftlichen Risikos impliziert, dass das Risiko größerer Folgen mit geringerer Häufigkeit als wichtiger wahrgenommen wird als das Risiko geringerer Folgen mit höherer Wahrscheinlichkeit.
Unabhängig vom numerischen Wert eines Risikokriteriums für Risikobewertungszwecke ist es wichtig, dass bestimmte qualitative Prinzipien als Maßstab für die Risikobewertung und das Sicherheitsmanagement übernommen werden: (1) alle „vermeidbaren“ Risiken sollten vermieden werden; (2) das Risiko einer größeren Gefahr sollte nach Möglichkeit reduziert werden; (3) die Folgen von wahrscheinlicheren gefährlichen Ereignissen sollten nach Möglichkeit innerhalb der Grenzen der Anlage eingedämmt werden; und (4) wenn ein bestehendes hohes Risiko durch eine gefährliche Anlage besteht, sollten zusätzliche gefährliche Entwicklungen nicht zugelassen werden, wenn sie das bestehende Risiko erheblich erhöhen.
In den 1990er Jahren wurde der Risikokommunikation, die zu einem eigenen Zweig der Risikowissenschaft geworden ist, eine zunehmende Bedeutung beigemessen.
Die Hauptaufgaben der Risikokommunikation sind:
Umfang und Ziele der Risikokommunikation können unterschiedlich sein, abhängig von den am Kommunikationsprozess beteiligten Akteuren sowie den Funktionen und Erwartungen, die sie dem Kommunikationsprozess und seinem Umfeld zuschreiben.
Einzelne und unternehmerische Akteure der Risikokommunikation nutzen vielfältige Kommunikationsmittel und -kanäle. Die Hauptthemen sind Gesundheits- und Umweltschutz, Verbesserung der Sicherheit und Risikoakzeptanz.
Nach der allgemeinen Kommunikationstheorie kann Kommunikation folgende Funktionen haben:
Insbesondere für den Risikokommunikationsprozess kann es hilfreich sein, zwischen diesen Funktionen zu unterscheiden. Je nach Funktion sind unterschiedliche Voraussetzungen für einen erfolgreichen Kommunikationsprozess zu beachten.
Risikokommunikation kann manchmal die Rolle einer einfachen Darstellung von Fakten spielen. Information ist ein allgemeines Bedürfnis in einer modernen Gesellschaft. Insbesondere im Umweltbereich gibt es Gesetze, die einerseits den Behörden die Pflicht zur Information der Öffentlichkeit auferlegen und andererseits der Öffentlichkeit das Recht geben, sich über die Umwelt- und Gefahrensituation zu informieren (z. genannt Seveso-Richtlinie der Europäischen Gemeinschaft und „Community Right-to-Know“-Gesetzgebung in den Vereinigten Staaten). Informationen können auch für ein spezielles öffentliches Segment bestimmt werden; Beispielsweise müssen die Mitarbeiter in einer Fabrik über die Risiken informiert werden, denen sie an ihrem Arbeitsplatz ausgesetzt sind. In diesem Sinne muss Risikokommunikation sein:
Appelle neigen dazu, jemanden zu etwas aufzufordern. In Risikoangelegenheiten lassen sich folgende Berufungsfunktionen unterscheiden:
Beschwerdekommunikation muss sein:
Die Selbstdarstellung vermittelt keine neutralen Informationen, sondern ist hauptsächlich Teil einer Überzeugungs- oder Marketingstrategie, um das öffentliche Image einer Person zu verbessern oder öffentliche Akzeptanz für eine bestimmte Tätigkeit zu erreichen oder öffentliche Unterstützung für eine bestimmte Position zu erhalten. Das Kriterium für den Erfolg der Kommunikation ist, ob die Öffentlichkeit an die Präsentation glaubt. Aus normativer Sicht zielt die Selbstdarstellung zwar darauf ab, jemanden zu überzeugen, aber sie sollte ehrlich und aufrichtig sein.
Diese Kommunikationsformen sind hauptsächlich einseitig. Die Kommunikation, die auf eine Entscheidung oder Vereinbarung abzielt, ist wechsel- oder mehrseitig: Es gibt nicht nur eine Seite, die Auskunft gibt – an einem Risikokommunikationsprozess sind verschiedene Akteure beteiligt und kommunizieren miteinander. Dies ist die übliche Situation in einer demokratischen Gesellschaft. Insbesondere in risiko- und umweltbezogenen Angelegenheiten gilt Kommunikation als alternatives Regulierungsinstrument in komplexen Situationen, in denen einfache Lösungen nicht möglich oder zugänglich sind. Daher müssen die riskanten Entscheidungen mit relevanter politischer Bedeutung in einer kommunikativen Atmosphäre getroffen werden. Risikokommunikation in diesem Sinne kann unter anderem die Kommunikation über hoch politisierte Risikothemen umfassen, kann aber beispielsweise auch die Kommunikation zwischen einem Betreiber, den Mitarbeitern und den Rettungsdiensten bedeuten, um den Betreiber bestmöglich darauf vorzubereiten Fall eines Unfalls. Je nach Umfang und Zielsetzung der Risikokommunikation können sich somit unterschiedliche Akteure am Kommunikationsprozess beteiligen. Die potenziellen Hauptakteure in einem Risikokommunikationsumfeld sind:
In einem systemtheoretischen Ansatz entsprechen alle diese Akteurskategorien einem bestimmten sozialen System und haben daher unterschiedliche Kommunikationscodes, unterschiedliche Werte und zu kommunizierende Interessen. Oft ist es nicht einfach, eine gemeinsame Basis für einen Risikodialog zu finden. Es müssen Strukturen gefunden werden, um diese unterschiedlichen Sichtweisen zu vereinen und zu einem praxistauglichen Ergebnis zu kommen. Themen für eine solche Risikokommunikation sind beispielsweise eine Konsensentscheidung über den Standort oder Nichtstandort einer gefährlichen Anlage in einer bestimmten Region.
In allen Gesellschaften gibt es rechtliche und politische Verfahren zur Behandlung von risikorelevanten Themen (z. B. parlamentarische Gesetzgebung, Regierungs- oder Verwaltungsentscheidungen, Gerichtsverfahren etc.). Diese bestehenden Verfahren führen in vielen Fällen nicht zu befriedigenden Lösungen für die friedliche Beilegung von Risikostreitigkeiten. Vorschläge zur Integration von Elementen der Risikokommunikation in die bestehenden Verfahren haben sich als Verbesserung des politischen Entscheidungsprozesses erwiesen.
Beim Vorschlagen von Risikokommunikationsverfahren müssen zwei Hauptpunkte diskutiert werden:
Für die formale Gestaltung der Risikokommunikation gibt es verschiedene Möglichkeiten:
In jedem Fall ist das Verhältnis dieser Kommunikationsstrukturen zu den bestehenden rechtlichen und politischen Entscheidungsgremien zu klären. Üblicherweise wirkt das Ergebnis eines Risikokommunikationsprozesses als unverbindliche Empfehlung an die Entscheidungsgremien.
Bezüglich der Struktur des Kommunikationsprozesses ist nach den allgemeinen Regeln des praktischen Diskurses jede Argumentation zulässig, wenn sie die folgenden Bedingungen erfüllt:
Im Risikokommunikationsprozess wurden verschiedene Sonderregelungen und Vorschläge entwickelt, um diese Regelungen zu konkretisieren. Unter diesen sind die folgenden Regeln erwähnenswert:
Bei der Risikokommunikation ist zu unterscheiden zwischen:
Dementsprechend können Meinungsverschiedenheiten verschiedene Gründe haben, nämlich:
Es kann hilfreich sein, durch den Risikokommunikationsprozess das Ausmaß der Unterschiede und ihre Bedeutung deutlich zu machen. Um die Bedingungen für einen solchen Diskurs zu verbessern und gleichzeitig Entscheidungsträgern dabei zu helfen, faire und kompetente Lösungen zu finden, wurden verschiedene Strukturvorschläge gemacht – zum Beispiel:
Die Effektivität der Risikokommunikation kann als das Maß definiert werden, in dem eine anfängliche (unerwünschte) Situation in Richtung eines durch anfängliche Ziele definierten beabsichtigten Zustands verändert wird. Verfahrenstechnische Aspekte sind in die Bewertung von Risikokommunikationsprogrammen einzubeziehen. Zu diesen Kriterien gehören Praktikabilität (z. B. Flexibilität, Anpassungsfähigkeit, Umsetzbarkeit) und Kosten (in Form von Geld, Personal und Zeit) des Programms.
Ursprünge der Umweltprüfung
Umweltsicherheits- und Gesundheitsaudits wurden in den frühen 1970er Jahren hauptsächlich von Unternehmen entwickelt, die in umweltintensiven Sektoren wie Öl und Chemikalien tätig sind. Seitdem hat sich die Umweltprüfung schnell verbreitet, mit einer entsprechenden Entwicklung der angewandten Ansätze und Techniken. Mehrere Faktoren haben dieses Wachstum beeinflusst.
Was ist ein Umweltaudit?
Es ist wichtig, zwischen Wirtschaftsprüfung und Techniken wie der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) zu unterscheiden. Letztere bewertet die potenziellen Umweltauswirkungen einer vorgeschlagenen Anlage. Der wesentliche Zweck einer Umweltbetriebsprüfung ist die systematische Überprüfung der Umweltleistung in allen bestehenden Betrieben eines Unternehmens. Ein Audit ist bestenfalls eine umfassende Prüfung von Managementsystemen und Einrichtungen; im schlimmsten Fall ist es eine oberflächliche Überprüfung.
Der Begriff Umweltprüfung bedeutet für verschiedene Menschen unterschiedliche Dinge. Begriffe wie Bewertung, Umfrage und Überprüfung werden verwendet, um dieselbe Art von Aktivität zu beschreiben. Darüber hinaus sind einige Organisationen der Ansicht, dass sich ein „Umweltaudit“ nur auf Umweltbelange bezieht, während andere den Begriff verwenden, um ein Audit von Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltbelangen zu bezeichnen. Obwohl es keine allgemeingültige Definition gibt, folgt die Wirtschaftsprüfung, wie sie von vielen führenden Unternehmen praktiziert wird, derselben grundlegenden Philosophie und demselben Ansatz, die in der breiten Definition zusammengefasst sind, die von der Internationalen Handelskammer (ICC) in ihrer Veröffentlichung übernommen wurde Umweltprüfung (1989). Die ICC definiert Umweltprüfung als:
ein Managementinstrument, das eine systematische, dokumentierte, regelmäßige und objektive Bewertung der Leistung von Umweltorganisation, -management und -ausrüstung umfasst, mit dem Ziel, zum Schutz der Umwelt beizutragen, indem es:
(i) Erleichterung der Managementkontrolle von Umweltpraktiken und
(ii) Bewertung der Einhaltung von Unternehmensrichtlinien, einschließlich der Erfüllung regulatorischer Anforderungen.
Auch die Europäische Kommission übernimmt in ihrem Verordnungsvorschlag zur Umweltprüfung die ICC-Definition der Umweltprüfung.
Ziele der Umweltbetriebsprüfung
Das übergeordnete Ziel der Umweltbetriebsprüfung besteht darin, zum Schutz der Umwelt beizutragen und Risiken für die menschliche Gesundheit zu minimieren. Auditing allein wird dieses Ziel eindeutig nicht erreichen (daher der Gebrauch des Wortes Hilfe); es ist ein Management-Tool. Die wichtigsten Ziele einer Umweltbetriebsprüfung sind daher:
Umfang der Prüfung
Da das Hauptziel von Audits darin besteht, die Angemessenheit bestehender Managementsysteme zu testen, erfüllen sie eine grundlegend andere Rolle als die Überwachung der Umweltleistung. Audits können sich mit einem Thema oder einer ganzen Reihe von Problemen befassen. Je größer der Umfang der Prüfung, desto größer die Größe des Prüfungsteams, die vor Ort verbrachte Zeit und die Tiefe der Untersuchung. Wenn internationale Audits von einem zentralen Team durchgeführt werden müssen, kann es gute Gründe dafür geben, mehr als einen Bereich vor Ort abzudecken, um die Kosten zu minimieren.
Darüber hinaus kann der Umfang eines Audits von einfachen Konformitätstests bis hin zu einer strengeren Prüfung variieren, je nach den wahrgenommenen Bedürfnissen des Managements. Anwendung findet die Technik nicht nur im betrieblichen Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsmanagement, sondern zunehmend auch im Produktsicherheits- und Produktqualitätsmanagement sowie in Bereichen wie der Schadensverhütung. Wenn die Prüfung dazu beitragen soll, dass diese breiten Bereiche ordnungsgemäß verwaltet werden, müssen alle diese einzelnen Themen überprüft werden. Punkte, die bei Audits angesprochen werden können, einschließlich Umwelt, Gesundheit, Sicherheit und Produktsicherheit, sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1. Umfang des Umweltaudits
Umwelt |
Sicherheit |
Gesundheit am Arbeitsplatz |
Produktsicherheit |
-Site-Geschichte |
-Sicherheitsrichtlinie/-verfahren |
-Exposition der Mitarbeiter gegenüber Luftschadstoffen |
-Produktsicherheitsprogramm |
Obwohl einige Unternehmen einen regelmäßigen (häufig jährlichen) Auditzyklus haben, werden Audits in erster Linie durch Bedarf und Priorität bestimmt. Daher werden nicht alle Einrichtungen oder Aspekte eines Unternehmens mit der gleichen Häufigkeit oder im gleichen Umfang bewertet.
Der typische Prüfungsprozess
Ein Audit wird normalerweise von einem Team von Personen durchgeführt, die vor und während eines Besuchs vor Ort Sachinformationen sammeln, die Fakten analysieren und sie mit den Kriterien für das Audit vergleichen, Schlussfolgerungen ziehen und ihre Ergebnisse melden. Diese Schritte werden normalerweise innerhalb einer Art formaler Struktur (einem Auditprotokoll) durchgeführt, sodass der Prozess zuverlässig an anderen Standorten wiederholt werden kann und die Qualität aufrechterhalten werden kann. Um sicherzustellen, dass ein Audit effektiv ist, müssen eine Reihe von Schlüsselschritten enthalten sein. Diese sind in Tabelle 2 zusammengefasst und erläutert.
Tabelle 2. Grundlegende Schritte bei der Umweltprüfung
Grundlegende Schritte in der Umweltprüfung
Kriterien – woran auditieren Sie?
Ein wesentlicher Schritt bei der Erstellung eines Auditprogramms besteht darin, die Kriterien festzulegen, anhand derer das Audit durchgeführt wird, und sicherzustellen, dass das Management in der gesamten Organisation diese Kriterien kennt. Typische Kriterien für Audits sind:
Schritte vor dem Audit
Zu den Schritten vor dem Audit gehören die administrativen Fragen im Zusammenhang mit der Planung des Audits, der Auswahl des Personals für das Auditteam (häufig aus verschiedenen Teilen des Unternehmens oder einer spezialisierten Einheit), der Erstellung des von der Organisation verwendeten Auditprotokolls und der Beschaffung von Hintergrundinformationen über das Audit Einrichtung.
Wenn Auditierung neu ist, sollte der Schulungsbedarf der am Auditprozess Beteiligten (der Auditoren oder der zu Auditierenden) nicht unterschätzt werden. Dies gilt auch für ein multinationales Unternehmen, das ein Auditprogramm in seinem Heimatland auf Tochtergesellschaften im Ausland ausdehnt. In diesen Situationen zahlt sich die Aufklärungs- und Aufklärungszeit aus, indem sichergestellt wird, dass die Audits im Geiste der Zusammenarbeit angegangen werden und vom lokalen Management nicht als Bedrohung angesehen werden.
Als ein großes US-Unternehmen vorschlug, sein Auditprogramm auf seine Betriebe in Europa auszudehnen, war es besonders darauf bedacht sicherzustellen, dass die Werke ordnungsgemäß informiert wurden, dass die Auditprotokolle für europäische Betriebe geeignet waren und dass die Auditteams die relevanten Vorschriften verstanden. In ausgewählten Werken wurden Pilotaudits durchgeführt. Darüber hinaus wurde der Prüfungsprozess so eingeführt, dass die Vorteile eines kooperativen und nicht eines „überwachenden“ Ansatzes betont wurden.
Das Einholen von Hintergrundinformationen über einen Standort und seine Prozesse kann dazu beitragen, die Zeit, die das Auditteam vor Ort verbringt, zu minimieren und seine Aktivitäten zu fokussieren, wodurch Ressourcen eingespart werden.
Die Zusammensetzung des Prüfungsteams hängt von dem Ansatz ab, der von einer bestimmten Organisation gewählt wird. Wo es an internem Fachwissen mangelt oder wo keine Ressourcen für die Prüfungstätigkeit aufgewendet werden können, beauftragen Unternehmen häufig unabhängige Berater mit der Durchführung der Prüfungen für sie. Andere Unternehmen beschäftigen in jedem Team eine Mischung aus internen Mitarbeitern und externen Beratern, um eine „unabhängige“ Sichtweise zu gewährleisten. Einige große Unternehmen setzen nur internes Personal für Audits ein und haben Umweltauditgruppen für diese spezielle Funktion. Viele große Unternehmen haben ihr eigenes dediziertes Audit-Personal, beziehen aber bei vielen der von ihnen durchgeführten Audits auch einen unabhängigen Berater mit ein.
Schritte vor Ort
Berichterstattung über die Prüfungsfeststellungen. Dies geschieht in der Regel bei einem Treffen mit der Werksleitung am Ende des Teambesuchs. Jeder Befund und seine Bedeutung können mit dem Anlagenpersonal besprochen werden. Vor dem Verlassen des Standorts erstellt das Auditteam häufig eine schriftliche Zusammenfassung der Feststellungen für die Werksleitung, um sicherzustellen, dass es im Abschlussbericht keine Überraschungen gibt.
Schritte nach dem Audit
Nach den Arbeiten vor Ort ist der nächste Schritt die Erstellung eines Berichtsentwurfs, der von der Werksleitung auf seine Richtigkeit überprüft wird. Es wird dann gemäß den Anforderungen des Unternehmens an die Geschäftsleitung verteilt.
Der andere wichtige Schritt ist die Entwicklung eines Aktionsplans zur Behebung der Mängel. Einige Unternehmen verlangen, dass Empfehlungen für Korrekturmaßnahmen in den formellen Auditbericht aufgenommen werden. Das Werk wird dann seinen Plan auf die Umsetzung dieser Empfehlungen stützen. Andere Unternehmen verlangen im Prüfbericht die Angabe der Tatsachen und Mängel ohne Hinweis darauf, wie diese behoben werden sollen. Es liegt dann in der Verantwortung der Betriebsleitung, die Mittel zur Behebung der Mängel zu entwickeln.
Sobald ein Auditprogramm eingerichtet ist, werden zukünftige Audits frühere Berichte – und den Fortschritt bei der Umsetzung der darin enthaltenen Empfehlungen – als Teil ihrer Nachweise einbeziehen.
Erweiterung des Prüfungsprozesses – andere Prüfungsarten
Obwohl die Umweltprüfung am weitesten verbreitet ist, um die Umweltleistung der Geschäftstätigkeit eines Unternehmens zu bewerten, gibt es Variationen zu diesem Thema. Andere Arten von Audits, die unter bestimmten Umständen verwendet werden, umfassen die folgenden:
Gibt Audits aus. Einige Organisationen wenden die Audit-Technik auf ein bestimmtes Problem an, das Auswirkungen auf das gesamte Unternehmen haben kann, wie z. B. Verschwendung. Der in Großbritannien ansässige Ölmulti BP hat Audits durchgeführt, in denen die Auswirkungen des Ozonabbaus und die Auswirkungen der öffentlichen Besorgnis über die Entwaldung in den Tropen untersucht wurden.
Vorteile der Umweltprüfung
Wenn die Umweltbetriebsprüfung konstruktiv durchgeführt wird, können viele Vorteile aus dem Prozess gezogen werden. Der in diesem Dokument beschriebene Prüfungsansatz hilft dabei:
Die Evolution von Umweltreaktionsstrategien
In den letzten dreißig Jahren haben die Umweltprobleme aufgrund vieler verschiedener Faktoren dramatisch zugenommen: demografische Expansion (dieses Tempo setzt sich fort, mit geschätzten 8 Milliarden Menschen bis zum Jahr 2030), Armut, dominante Wirtschaftsmodelle, die auf Wachstum und Quantität basieren statt Qualität, hoher Verbrauch natürlicher Ressourcen, insbesondere getrieben durch industrielle Expansion, Verringerung der biologischen Vielfalt insbesondere als Folge erhöhter landwirtschaftlicher Produktion durch Monokulturen, Bodenerosion, Klimawandel, nicht nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen und Verschmutzung von Luft, Böden und Wasservorräte. Die negativen Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Umwelt haben jedoch auch das Bewusstsein und die soziale Wahrnehmung der Menschen in vielen Ländern beschleunigt, was zu Veränderungen in traditionellen Ansätzen und Reaktionsmodellen geführt hat.
Reaktionsstrategien haben sich weiterentwickelt: von der Nichterkennung des Problems über die Ignorierung des Problems bis hin zur Verdünnung und Kontrolle der Verschmutzung durch einen Top-down-Ansatz – das heißt die sogenannten End-of-Pipe-Strategien. Die 1970er Jahre markierten die ersten weitreichenden lokalen Umweltkrisen und die Entwicklung eines neuen Bewusstseins für Umweltverschmutzung. Dies führte zur Verabschiedung der ersten großen Reihe nationaler Gesetze, Vorschriften und internationaler Übereinkommen zur Kontrolle und Regulierung der Umweltverschmutzung. Diese End-of-Pipe-Strategie zeigte bald ihr Scheitern, da sie autoritär auf symptom- und nicht ursachenbezogene Interventionen von Umweltproblemen ausgerichtet war. Gleichzeitig lenkte die industrielle Umweltverschmutzung auch die Aufmerksamkeit auf die wachsenden Widersprüche in der Philosophie zwischen Arbeitgebern, Arbeitnehmern und Umweltgruppen.
Die 1980er Jahre waren die Zeit globaler Umweltprobleme wie der Tschernobyl-Katastrophe, des sauren Regens, des Ozonabbaus und des Ozonlochs, des Treibhauseffekts und des Klimawandels sowie der Zunahme von Giftmüll und deren Export. Diese Veranstaltungen und die daraus resultierenden Probleme stärkten das öffentliche Bewusstsein und trugen dazu bei, Unterstützung für neue Ansätze und Lösungen zu generieren, die sich auf Umweltmanagementinstrumente und sauberere Produktionsstrategien konzentrieren. Organisationen wie UNEP, OECD, die Europäische Union und viele nationale Institutionen begannen, das Thema zu definieren und innerhalb eines globaleren Rahmens zusammenzuarbeiten, der auf den Prinzipien der Prävention, Innovation, Information, Bildung und der Beteiligung relevanter Interessengruppen basiert. Als wir in die 1990er Jahre eintraten, gab es einen weiteren dramatischen Anstieg des Bewusstseins dafür, dass sich die Umweltkrise verschärfte, insbesondere in den Entwicklungsländern und in Mittel- und Osteuropa. Dies erreichte 1992 auf der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Entwicklung (UNCED) in Rio de Janeiro eine kritische Schwelle.
Heute ist der Vorsorgeansatz zu einem der wichtigsten Faktoren geworden, die bei der Bewertung von Umweltpolitiken und -lösungen berücksichtigt werden müssen. Der Vorsorgeansatz legt nahe, dass Entscheidungen selbst bei wissenschaftlicher Unsicherheit oder Kontroversen über Umweltprobleme und -politiken die Notwendigkeit widerspiegeln sollten, Vorkehrungen zu treffen, um zukünftige negative Auswirkungen zu vermeiden, wann immer dies wirtschaftlich, sozial und technisch machbar ist. Bei der Entwicklung von Richtlinien und Vorschriften sowie bei der Planung und Umsetzung von Projekten und Programmen sollte der Vorsorgeansatz verfolgt werden.
Tatsächlich streben sowohl der vorbeugende als auch der vorbeugende Ansatz einen stärker integrierten Ansatz für Umweltmaßnahmen an, indem er sich von einem fast ausschließlichen Fokus auf den Produktionsprozess hin zur Entwicklung von Umweltmanagementinstrumenten und -techniken verlagert, die auf alle Formen menschlicher Wirtschaftstätigkeit und Entscheidungsprozesse anwendbar sind . Im Gegensatz zur Verschmutzungskontrolle, die einen begrenzten Ansatz des Reagierens und Zurückziehens implizierte, zielt der Ansatz des Umweltmanagements und der saubereren Produktion auf die Integration eines Vorsorgeansatzes in breitere Strategien ab, um einen Prozess zu schaffen, der bewertet, überwacht und kontinuierlich verbessert wird. Um jedoch effektiv zu sein, müssen Umweltmanagement- und sauberere Produktionsstrategien sorgfältig durch die Einbeziehung aller Interessengruppen und auf allen Interventionsebenen umgesetzt werden.
Diese neuen Ansätze dürfen nicht nur als umweltbezogene technische Instrumente betrachtet werden, sondern sollten vielmehr als ganzheitliche, integrierende Ansätze betrachtet werden, die dazu beitragen, neue Modelle einer umwelt- und sozialverträglichen Marktwirtschaft zu definieren. Um ihre volle Wirkung entfalten zu können, erfordern diese neuen Ansätze auch einen regulatorischen Rahmen, Anreizinstrumente und einen gesellschaftlichen Konsens, der durch die Einbeziehung von Institutionen, Sozialpartnern und interessierten Umwelt- und Verbraucherorganisationen definiert wird. Wenn der Umfang von Umweltmanagement- und saubereren Produktionsstrategien zu nachhaltigeren sozioökonomischen Entwicklungsszenarien führen soll, müssen verschiedene Faktoren bei der Politikgestaltung, bei der Entwicklung und Durchsetzung von Standards und Vorschriften sowie in Tarifverträgen berücksichtigt werden und Aktionspläne, nicht nur auf Unternehmens- oder Unternehmensebene, sondern auch auf lokaler, nationaler und internationaler Ebene. Angesichts der großen Unterschiede in den wirtschaftlichen und sozialen Bedingungen auf der ganzen Welt werden die Erfolgschancen auch von den lokalen politischen, wirtschaftlichen und sozialen Bedingungen abhängen.
Die Globalisierung, die Liberalisierung der Märkte und die Strukturanpassungspolitik werden auch neue Herausforderungen für unsere Fähigkeit schaffen, die wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Auswirkungen dieser komplexen Veränderungen in unseren Gesellschaften auf integrierte Weise zu analysieren, nicht zuletzt das Risiko, dass Diese Änderungen können zu ganz anderen Machtverhältnissen und Verantwortlichkeiten führen, vielleicht sogar zu Eigentum und Kontrolle. Es muss darauf geachtet werden, dass diese Änderungen nicht zu der Gefahr von Ohnmacht und Lähmung bei der Entwicklung von Umweltmanagement- und saubereren Produktionstechnologien führen. Andererseits bietet diese sich verändernde Situation neben ihren Risiken auch neue Möglichkeiten, um Verbesserungen unserer gegenwärtigen sozialen, wirtschaftlichen, kulturellen, politischen und ökologischen Bedingungen voranzutreiben. Solche positiven Veränderungen erfordern jedoch einen kooperativen, partizipativen und flexiblen Ansatz zur Bewältigung des Wandels in unseren Gesellschaften und in unseren Unternehmen. Um eine Lähmung zu vermeiden, müssen wir vertrauensbildende Maßnahmen ergreifen und einen schrittweisen, partiellen und schrittweisen Ansatz betonen, der wachsende Unterstützung und Kapazität schafft, um in Zukunft größere Veränderungen unserer Lebens- und Arbeitsbedingungen zu ermöglichen.
Wichtigste internationale Auswirkungen
Wie oben erwähnt, ist die neue internationale Situation gekennzeichnet durch die Liberalisierung der Märkte, die Beseitigung von Handelsschranken, neue Informationstechnologien, schnelle und enorme tägliche Kapitaltransfers und die Globalisierung der Produktion, insbesondere durch multinationale Unternehmen. Deregulierung und Wettbewerbsfähigkeit sind die dominierenden Kriterien für Anlagestrategien. Diese Änderungen erleichtern jedoch auch die Standortverlagerung von Betrieben, die Fragmentierung von Produktionsprozessen und die Einrichtung spezieller Exportverarbeitungszonen, die die Industrien von Arbeits- und Umweltvorschriften und anderen Verpflichtungen befreien. Solche Effekte können übermäßig niedrige Arbeitskosten und folglich höhere Gewinne für die Industrie fördern, aber dies wird häufig von Situationen bedauerlicher Ausbeutung von Mensch und Umwelt begleitet. Darüber hinaus werden in Ermangelung von Vorschriften und Kontrollen veraltete Anlagen, Technologien und Ausrüstungen ebenso exportiert wie gefährliche Chemikalien und Substanzen, die in einem Land aus Umwelt- oder Sicherheitsgründen verboten, vom Markt genommen oder strengen Beschränkungen unterliegen, insbesondere auch dorthin exportiert werden Entwicklungsländer.
Um auf diese Probleme zu reagieren, ist es von besonderer Bedeutung, dass die neuen Regeln der Welthandelsorganisation (WTO) so definiert werden, dass sie einen sozial- und umweltverträglichen Handel fördern. Das bedeutet, dass die WTO zur Gewährleistung eines fairen Wettbewerbs von allen Ländern verlangen sollte, grundlegende internationale Arbeitsnormen (z. B. grundlegende ILO-Konventionen) sowie Umweltkonventionen und -vorschriften einzuhalten. Darüber hinaus sollten Richtlinien wie die der OECD zum Technologietransfer und zu Vorschriften wirksam umgesetzt werden, um den Export von stark umweltbelastenden und unsicheren Produktionssystemen zu vermeiden.
Zu berücksichtigende internationale Faktoren sind:
Entwicklungs- und andere hilfebedürftige Länder sollten besondere finanzielle Unterstützung, Steuersenkungen, Anreize und technische Unterstützung erhalten, um ihnen bei der Umsetzung der oben genannten grundlegenden Arbeits- und Umweltvorschriften und der Einführung sauberer Produktionstechnologien und -produkte zu helfen. Ein innovativer Ansatz, der in Zukunft weitere Aufmerksamkeit verdient, ist die Entwicklung von Verhaltenskodizes, die von bestimmten Unternehmen und ihren Gewerkschaften ausgehandelt werden, um die Einhaltung grundlegender sozialer Rechte und Umweltvorschriften zu fördern. Eine einzigartige Rolle bei der Bewertung des Prozesses auf internationaler Ebene spielt die IAO angesichts ihrer dreigliedrigen Struktur und in strikter Abstimmung mit anderen Organisationen der Vereinten Nationen und internationalen Finanzinstitutionen, die für internationale Hilfe und Finanzhilfe zuständig sind.
Wichtigste nationale und lokale Auswirkungen
Auch auf nationaler und lokaler Ebene muss ein geeigneter allgemeiner Regulierungsrahmen definiert werden, um geeignete Umweltmanagementverfahren zu entwickeln. Dies erfordert einen Entscheidungsprozess, der Haushalts-, Steuer-, Industrie-, Wirtschafts-, Arbeits- und Umweltpolitik miteinander verbindet und auch die vollständige Konsultation und Beteiligung der am stärksten betroffenen sozialen Akteure (dh Arbeitgeber, Gewerkschaftsorganisationen, Umwelt- und Verbraucherorganisationen) vorsieht Gruppen). Ein solcher systematischer Ansatz würde Verbindungen zwischen verschiedenen Programmen und Politiken beinhalten, zum Beispiel:
Nationale und lokale Industriepolitiken sollten in umfassender Absprache mit Gewerkschaftsorganisationen entworfen und umgesetzt werden, damit Unternehmenspolitik und Arbeitspolitik sozialen und ökologischen Bedürfnissen entsprechen können. Direkte Verhandlungen und Konsultationen auf nationaler Ebene mit Gewerkschaften können dazu beitragen, potenzielle Konflikte zu vermeiden, die sich aus den Auswirkungen neuer Industriepolitiken auf Sicherheit, Gesundheit und Umwelt ergeben. Solche Verhandlungen auf nationaler Ebene sollten jedoch durch Verhandlungen und Konsultationen auf der Ebene einzelner Unternehmen und Unternehmen flankiert werden, um sicherzustellen, dass angemessene Kontrollen, Anreize und Unterstützung auch am Arbeitsplatz verfügbar sind.
Zusammenfassend sind folgende nationale und lokale Faktoren zu berücksichtigen:
Umweltmanagement auf Unternehmensebene
Das Umweltmanagement innerhalb eines Unternehmens, Unternehmens oder einer anderen Wirtschaftsstruktur erfordert eine kontinuierliche Bewertung und Berücksichtigung der Umweltauswirkungen – am Arbeitsplatz (dh der Arbeitsumgebung) und außerhalb der Werkstore (dh der externen Umgebung) – in ihrer gesamten Bandbreite von Aktivitäten und Entscheidungen im Zusammenhang mit dem Betrieb. Es impliziert auch die konsequente Änderung der Organisation von Arbeits- und Produktionsprozessen, um effizient und effektiv auf diese Umweltauswirkungen zu reagieren.
Unternehmen müssen potenzielle Umweltauswirkungen einer bestimmten Tätigkeit, eines Prozesses oder eines Produkts bereits in den frühesten Planungsphasen vorhersehen, um die Umsetzung angemessener, zeitnaher und partizipativer Reaktionsstrategien sicherzustellen. Ziel ist es, die Industrie und andere Wirtschaftszweige wirtschaftlich, sozial und ökologisch nachhaltig zu gestalten. Sicherlich wird es in vielen Fällen noch eine Übergangszeit geben müssen, die Umweltschutz- und Sanierungsmaßnahmen erfordert. Daher sollte Umweltmanagement als ein zusammengesetzter Prozess aus Prävention und Kontrolle betrachtet werden, der darauf abzielt, Unternehmensstrategien mit ökologischer Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. Um dies zu tun, müssen Unternehmen Verfahren innerhalb ihrer allgemeinen Managementstrategie entwickeln und implementieren, um sauberere Produktionsprozesse zu bewerten und die Umweltleistung zu prüfen.
Umweltmanagement und sauberere Produktion führen zu einer Reihe von Vorteilen, die sich nicht nur auf die Umweltleistung auswirken, sondern auch zu Verbesserungen führen können in:
Unternehmen sollten sich nicht nur darauf konzentrieren, die Konformität des Unternehmens mit bestehenden Gesetzen und Vorschriften zu bewerten, sondern sollten mögliche Umweltziele definieren, die durch einen zeitgebundenen, schrittweisen Prozess erreicht werden sollen, der Folgendes umfassen würde:
Es gibt viele verschiedene Ansätze zur Bewertung von Aktivitäten, und die folgenden sind wichtige potenzielle Komponenten eines solchen Programms:
Arbeitsbeziehungen und Umweltmanagement
Während in einigen Ländern grundlegende Gewerkschaftsrechte immer noch nicht anerkannt und Arbeitnehmer daran gehindert werden, ihre Gesundheit und Sicherheit sowie ihre Arbeitsbedingungen zu schützen und die Umweltleistung zu verbessern, wurde in verschiedenen anderen Ländern der partizipative Ansatz zur ökologischen Nachhaltigkeit von Unternehmen mit guten Ergebnissen erprobt. In den letzten zehn Jahren hat sich der traditionelle Ansatz der Arbeitsbeziehungen mehr und mehr verschoben, um nicht nur Gesundheits- und Sicherheitsfragen und Programme einzubeziehen, die nationale und internationale Vorschriften in diesem Bereich widerspiegeln, sondern hat auch begonnen, Umweltfragen in die Mechanismen der Arbeitsbeziehungen zu integrieren. Partnerschaften zwischen Arbeitgebern und Gewerkschaftsvertretern auf Unternehmens-, Branchen- und nationaler Ebene wurden je nach Situation durch Tarifverträge festgelegt und manchmal auch in Vorschriften und Konsultationsverfahren aufgenommen, die von lokalen oder nationalen Behörden zur Bewältigung von Umweltkonflikten eingerichtet wurden. Siehe Tabelle 1, Tabelle 2 und Tabelle 3.
Tabelle 1. Akteure, die an freiwilligen umweltrelevanten Vereinbarungen beteiligt sind
Land |
Arbeitgeber/ |
Arbeitgeber/ |
Arbeitgeber/ |
Arbeitgeber/ |
Niederlande |
X |
X |
X |
|
Belgien |
X |
X |
||
Dänemark |
X |
X |
X |
X |
Österreich |
X |
|||
Deutschland |
X |
X |
X |
|
Großbritannien |
X |
X |
||
Italien |
X |
X |
X |
X |
Frankreich |
X |
X |
||
Spanien |
X |
X |
||
Griechenland |
X |
X |
Quelle: Hildebrandt und Schmidt 1994.
Tabelle 2. Anwendungsbereich freiwillige Vereinbarungen über Umweltschutzmaßnahmen zwischen Tarifvertragsparteien
Land |
National |
Niederlassung (regional) |
Werk |
Niederlande |
X |
X |
X |
Belgien |
X |
X |
|
Dänemark |
X |
X |
X |
Österreich |
X |
||
Deutschland |
X |
X |
|
Großbritannien |
X |
||
Italien |
X |
X |
X |
Frankreich |
|||
Spanien |
X |
X |
|
Griechenland |
X |
Quelle: Hildebrandt und Schmidt 1994.
Tabelle 3. Art der Vereinbarungen über Umweltschutzmaßnahmen zwischen Tarifvertragsparteien
Land |
Gemeinsame Erklärungen, |
Filialebene |
Vereinbarungen über Anlage |
Niederlande |
X |
X |
X |
Belgien |
X |
X |
|
Dänemark |
X |
X |
X |
Österreich |
X |
||
Deutschland |
X |
X |
X |
Großbritannien |
X |
||
Italien |
X |
X |
X |
Frankreich |
X |
X |
|
Spanien |
X |
||
Griechenland |
X |
Quelle: Hildebrandt und Schmidt 1994.
Schadstoffsanierung: Aufräumen
Die Sanierung kontaminierter Standorte ist ein Verfahren, das seit den 1970er Jahren immer offensichtlicher und kostspieliger geworden ist, als das Bewusstsein für die schwerwiegenden Fälle von Boden- und Wasserverschmutzung durch angesammelte chemische Abfälle, verlassene Industriestandorte usw. geschärft wurde. Diese kontaminierten Standorte sind durch Aktivitäten wie die folgenden entstanden:
Die Gestaltung eines Sanierungs-/Sanierungsplans erfordert komplexe technische Aktivitäten und Verfahren, die von der Definition klarer Managementverantwortlichkeiten und daraus resultierender Haftung begleitet werden müssen. Solche Initiativen sollten im Rahmen harmonisierter nationaler Rechtsvorschriften durchgeführt werden und die Beteiligung interessierter Bevölkerungsgruppen, die Definition klarer Konfliktlösungsverfahren und die Vermeidung möglicher sozial-ökologischer Dumpingeffekte vorsehen. Solche Vorschriften, Vereinbarungen und Pläne sollten eindeutig nicht nur natürliche biotische und abiotische Ressourcen wie Wasser, Luft, Boden oder Flora und Fauna umfassen, sondern auch kulturelles Erbe, andere visuelle Aspekte von Landschaften und Schäden an Personen und Eigentum. Eine restriktive Definition von Umwelt wird folglich die Definition von Umweltschäden einschränken und damit die tatsächliche Sanierung von Standorten einschränken. Gleichzeitig soll es aber auch möglich sein, nicht nur den direkt von Schäden betroffenen Subjekten bestimmte Rechte und Schutz zu gewähren, sondern auch kollektive Gruppenklagen zur Wahrung kollektiver Interessen zu ergreifen, um die Wiederherstellung sicherzustellen von früheren Zuständen.
Fazit
Es werden erhebliche Maßnahmen erforderlich sein, um auf unsere sich schnell ändernde Umweltsituation zu reagieren. Der Schwerpunkt dieses Artikels lag auf der Notwendigkeit von Maßnahmen zur Verbesserung der Umweltleistung der Industrie und anderer Wirtschaftstätigkeiten. Um dies effizient und effektiv zu tun, müssen Arbeitnehmer und ihre Gewerkschaften nicht nur auf Unternehmensebene, sondern auch in ihren lokalen Gemeinschaften und auf nationaler Ebene eine aktive Rolle spielen. Arbeitnehmer müssen als Schlüsselpartner bei der Erfüllung zukünftiger Umwelt- und nachhaltiger Entwicklungsziele gesehen und aktiv mobilisiert werden. Die Fähigkeit der Arbeitnehmer und ihrer Gewerkschaften, sich als Partner an diesem Prozess des Umweltmanagements zu beteiligen, hängt nicht nur von ihren eigenen Fähigkeiten und ihrem eigenen Bewusstsein ab – obwohl tatsächlich Anstrengungen erforderlich sind und unternommen werden, um ihre Kapazitäten zu erhöhen –, sondern auch vom Engagement der Management und Gemeinschaften, um ein förderliches Umfeld zu schaffen, das die Entwicklung neuer Formen der Zusammenarbeit und Beteiligung in der Zukunft fördert.
Die Möglichkeiten zu sehen und sie umzusetzen, darum geht es bei der Vermeidung von Umweltverschmutzung. Es ist eine Verpflichtung zu Produkten und Prozessen, die die Umwelt so wenig wie möglich belasten.
Umweltschutz ist keine neue Idee. Es ist die Manifestation einer Umweltethik, die von den Ureinwohnern vieler Kulturen, einschließlich der amerikanischen Ureinwohner, praktiziert wurde. Sie lebten im Einklang mit ihrer Umwelt. Es war die Quelle ihrer Zuflucht, ihrer Nahrung und die eigentliche Grundlage ihrer Religion. Obwohl ihre Umgebung äußerst rau war, wurde sie mit Ehre und Respekt behandelt.
Als sich die Nationen entwickelten und die industrielle Revolution voranschritt, entstand eine ganz andere Einstellung zur Umwelt. Die Gesellschaft betrachtete die Umwelt als eine unerschöpfliche Quelle von Rohstoffen und eine bequeme Deponie für Abfälle.
Frühe Bemühungen zur Abfallreduzierung
Trotzdem haben einige Industrien seit der Entwicklung der ersten chemischen Prozesse eine Art der Vermeidung von Umweltverschmutzung praktiziert. Anfänglich konzentrierte sich die Industrie auf die Effizienz oder die Steigerung der Prozessausbeute durch Abfallreduzierung, anstatt speziell die Umweltverschmutzung zu verhindern, indem verhindert wurde, dass Abfälle in die Umwelt gelangen. Das Endergebnis beider Aktivitäten ist jedoch dasselbe – weniger Materialabfall wird an die Umwelt abgegeben.
Ein frühes Beispiel für die Vermeidung von Umweltverschmutzung unter einem anderen Deckmantel wurde im 1800. Jahrhundert in einer deutschen Schwefelsäure-Produktionsanlage praktiziert. Prozessverbesserungen in der Anlage reduzierten die Menge an Schwefeldioxid, die pro Pfund produziertes Produkt emittiert wurde. Diese Maßnahmen wurden höchstwahrscheinlich als Effizienz- oder Qualitätsverbesserungen bezeichnet. Erst seit kurzem wird das Konzept der Vermeidung von Umweltverschmutzung direkt mit dieser Art von Prozessänderung in Verbindung gebracht.
Die Vermeidung von Umweltverschmutzung, wie wir sie heute kennen, entstand Mitte der 1970er Jahre als Reaktion auf die wachsende Zahl und Komplexität der Umweltanforderungen. Damals wurde die US Environmental Protection Agency (EPA) gegründet. Die ersten Bemühungen zur Verringerung der Umweltverschmutzung waren meist Installationen von End-of-Pipe- oder kostspieligen Zusatzausrüstungen zur Verschmutzungsbekämpfung. Die Beseitigung der Quelle eines Verschmutzungsproblems hatte keine Priorität. Als es dazu kam, war es eher eine Frage des Profits oder der Effizienz als eine organisierte Anstrengung zum Schutz der Umwelt.
Erst vor kurzem haben die Unternehmen einen spezifischeren Umweltstandpunkt angenommen und den Fortschritt verfolgt. Die Prozesse, mit denen Unternehmen die Vermeidung von Umweltverschmutzung angehen, können sich jedoch erheblich unterscheiden.
Prävention versus Kontrolle
Mit der Zeit verlagerte sich der Fokus von der Verschmutzungskontrolle auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung. Es wurde deutlich, dass die Wissenschaftler, die die Produkte erfinden, die Ingenieure, die die Ausrüstung entwerfen, die Prozessexperten, die die Produktionsanlagen betreiben, die Marketingfachleute, die mit Kunden zusammenarbeiten, um die Umweltleistung der Produkte zu verbessern, die Handelsvertreter, die die Umweltbedenken der Kunden zurück ins Labor bringen, um Lösungen zu finden und Büroangestellte, die daran arbeiten, den Papierverbrauch zu reduzieren, können alle dazu beitragen, die Umweltauswirkungen von Vorgängen oder Aktivitäten unter ihrer Kontrolle zu reduzieren.
Entwicklung wirksamer Programme zur Vermeidung von Umweltverschmutzung
Bei der Vermeidung von Umweltverschmutzung nach dem Stand der Technik müssen Vermeidungsprogramme sowie spezifische Technologien zur Vermeidung von Umweltverschmutzung untersucht werden. Sowohl das Gesamtprogramm zur Vermeidung von Umweltverschmutzung als auch die einzelnen Technologien zur Vermeidung von Umweltverschmutzung sind gleichermaßen wichtig, um einen Nutzen für die Umwelt zu erzielen. Während die Entwicklung von Technologien eine absolute Voraussetzung ist, werden die Umweltvorteile ohne die Organisationsstruktur zur Unterstützung und Implementierung dieser Technologien niemals vollständig erreicht.
Die Herausforderung besteht darin, eine vollständige Beteiligung der Unternehmen an der Vermeidung von Umweltverschmutzung zu erreichen. Einige Unternehmen haben die Vermeidung von Umweltverschmutzung auf allen Ebenen ihrer Organisation durch gut organisierte, detaillierte Programme implementiert. Die drei bekanntesten davon in den Vereinigten Staaten sind das Programm „Pollution Prevention Pays“ (3P) von 3M, „Save Money and Reduce Toxics“ (SMART) von Chevron und „Waste Reduction Always Pays“ (WRAP) von Dow Chemical.
Das Ziel solcher Programme ist es, Abfall so weit wie technisch möglich zu reduzieren. Aber sich allein auf Quellenreduktion zu verlassen, ist technisch nicht immer machbar. Recycling und Wiederverwendung müssen ebenfalls Teil der Bemühungen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung sein, wie sie es in den oben genannten Programmen sind. Wenn jeder Mitarbeiter aufgefordert ist, nicht nur Prozesse so effizient wie möglich zu gestalten, sondern auch für jedes Nebenprodukt oder jeden Reststrom eine produktive Verwendung zu finden, wird die Vermeidung von Umweltverschmutzung zu einem festen Bestandteil der Unternehmenskultur.
Ende 1993 veröffentlichte The Business Roundtable in den USA die Ergebnisse einer Benchmark-Studie zur Vermeidung von Umweltverschmutzung erfolgreicher Bemühungen. Die Studie identifizierte erstklassige Programme zur Vermeidung von Umweltverschmutzung in Einrichtungen und hob Elemente hervor, die für eine vollständige Integration der Vermeidung von Umweltverschmutzung in den Unternehmensbetrieb erforderlich sind. Darunter waren Einrichtungen von Proctor & Gamble (P&G), Intel, DuPont, Monsanto, Martin Marietta und 3M.
Initiativen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung
Die Studie ergab, dass erfolgreiche Programme zur Vermeidung von Umweltverschmutzung in diesen Unternehmen die folgenden Elemente gemeinsam hatten:
Darüber hinaus stellte die Studie fest, dass jede der Einrichtungen von der Konzentration auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung im Herstellungsprozess zur Integration der Vermeidung von Umweltverschmutzung in Entscheidungen vor der Herstellung übergegangen war. Umweltschutz war zu einem zentralen Unternehmenswert geworden.
Die Unterstützung durch das Top-Management ist eine Notwendigkeit für ein voll funktionsfähiges Programm zur Vermeidung von Umweltverschmutzung. Spitzenbeamte sowohl auf Unternehmens- als auch auf Betriebsebene müssen allen Mitarbeitern deutlich machen, dass die Vermeidung von Umweltverschmutzung ein wesentlicher Bestandteil ihrer Arbeit ist. Dies muss auf der Ebene des Chief Executive Officers (CEO) beginnen, denn diese Person gibt den Ton für alle Unternehmensaktivitäten an. Wenn Sie sich öffentlich und innerhalb des Unternehmens zu Wort melden, wird die Botschaft gehört.
Der zweite Erfolgsfaktor ist die Einbindung der Mitarbeiter. Techniker und Fertigungsmitarbeiter sind am meisten an der Entwicklung neuer Prozesse oder Produktformulierungen beteiligt. Aber Mitarbeiter in jeder Position können im Rahmen der Vermeidung von Umweltverschmutzung an der Abfallreduzierung durch Wiederverwendung, Rückgewinnung und Recycling beteiligt werden. Mitarbeiter kennen die Möglichkeiten in ihrem Verantwortungsbereich viel besser als Umweltprofis. Um das Engagement der Mitarbeiter zu fördern, muss das Unternehmen die Mitarbeiter über die Herausforderungen informieren, denen sich das Unternehmen gegenübersieht. Beispielsweise können Artikel zu Umweltthemen im Unternehmensnewsletter das Bewusstsein der Mitarbeiter schärfen.
Die Anerkennung von Leistungen kann auf vielfältige Weise erfolgen. Der CEO von 3M überreicht nicht nur Mitarbeitern, die zu den Zielen des Unternehmens beitragen, sondern auch denjenigen, die zu den Umweltbemühungen der Gemeinschaft beitragen, einen besonderen Umweltführerschaftspreis. Darüber hinaus werden Umweltleistungen in jährlichen Leistungsbeurteilungen anerkannt.
Das Messen von Ergebnissen ist äußerst wichtig, da dies die treibende Kraft für das Handeln der Mitarbeiter ist. Einige Einrichtungen und Unternehmensprogramme messen alle Abfälle, während sich andere auf die Emissionen aus dem Toxic Release Inventory (TRI) oder auf andere Messungen konzentrieren, die am besten zu ihrer Unternehmenskultur und ihren spezifischen Programmen zur Vermeidung von Umweltverschmutzung passen.
Beispiele für Umweltprogramme
Im Laufe von 20 Jahren ist die Vermeidung von Umweltverschmutzung fester Bestandteil der Unternehmenskultur von 3M geworden. Das Management von 3M verpflichtete sich, über staatliche Vorschriften hinauszugehen, teilweise durch die Entwicklung von Umweltmanagementplänen, die Umweltziele mit der Geschäftsstrategie verbinden. Das 3P-Programm konzentrierte sich auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung, nicht auf die Kontrolle.
Die Idee ist, die Umweltverschmutzung zu stoppen, bevor sie beginnt, und Präventionsmöglichkeiten in allen Phasen des Lebens eines Produkts zu suchen, nicht nur am Ende. Erfolgreiche Unternehmen erkennen, dass Prävention umweltfreundlicher, technisch sinnvoller und weniger kostspielig ist als herkömmliche Kontrollverfahren, die das Problem nicht beseitigen. Umweltvermeidung ist wirtschaftlich, denn wenn Umweltverschmutzung von vornherein vermieden wird, muss sie später nicht mehr behandelt werden.
3M-Mitarbeiter haben seit Beginn des 4,200P-Programms mehr als 3 Projekte zur Vermeidung von Umweltverschmutzung entwickelt und umgesetzt. In den letzten 20 Jahren haben diese Projekte zur Beseitigung von mehr als 1.3 Milliarden Pfund Schadstoffen geführt und dem Unternehmen 750 Millionen US-Dollar eingespart.
Zwischen 1975 und 1993 reduzierte 3M die benötigte Energiemenge pro Produktionseinheit um 3,900 BTU oder 58 %. Die jährlichen Energieeinsparungen für 3M allein in den Vereinigten Staaten belaufen sich jedes Jahr auf 22 Billionen BTU. Das ist genug Energie, um mehr als 200,000 Haushalte in den Vereinigten Staaten zu heizen, zu kühlen und zu beleuchten und mehr als 2 Millionen Tonnen Kohlendioxid zu eliminieren. Und 1993 sammelten und recycelten 3M-Anlagen in den Vereinigten Staaten mehr feste Abfälle (199 Millionen Pfund), als sie auf Deponien entsorgten (198 Millionen Pfund).
Technologien zur Vermeidung von Umweltverschmutzung
Das Konzept des umweltfreundlichen Designs wird immer wichtiger, aber die Technologien zur Vermeidung von Umweltverschmutzung sind so vielfältig wie die Unternehmen selbst. Im Allgemeinen kann dieses Konzept durch technische Innovationen in vier Bereichen realisiert werden:
Konzentrierte Bemühungen in jedem dieser Bereiche können zu neuen und sichereren Produkten, Kosteneinsparungen und größerer Kundenzufriedenheit führen.
Die Neuformulierung von Produkten kann am schwierigsten sein. Viele der Eigenschaften, die Materialien für ihre vorgesehenen Verwendungszwecke ideal machen, können auch zu Problemen für die Umwelt beitragen. Ein Beispiel für eine Produktreformulierung führte ein Team von Wissenschaftlern dazu, die ozonabbauende Chemikalie Methylchloroform aus einem Stoffschutzprodukt zu eliminieren. Dieses neue Produkt auf Wasserbasis reduziert den Einsatz von Lösungsmitteln erheblich und verschafft dem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt.
Bei der Herstellung von Medikamententabletten für die pharmazeutische Industrie entwickelten die Mitarbeiter eine neue Beschichtungslösung auf Wasserbasis für die Beschichtungslösung auf Lösungsmittelbasis, die zur Beschichtung der Tabletten verwendet wurde. Die Änderung kostete 60,000 US-Dollar, beseitigte jedoch die Notwendigkeit, 180,000 US-Dollar für Umweltschutzausrüstung auszugeben, spart 150,000 US-Dollar an Materialkosten und verhindert 24 Tonnen Luftverschmutzung pro Jahr.
Ein Beispiel für eine Prozessmodifikation führte zu einer Abkehr von gefährlichen Chemikalien hin zu einer gründlichen Reinigung von Kupferblechen, bevor diese zur Herstellung von Elektroprodukten verwendet werden. In der Vergangenheit wurde die Folie durch ein Spray mit Ammoniumpersulfat, Phosphorsäure und Schwefelsäure gereinigt – alles gefährliche Chemikalien. Dieses Verfahren wurde durch eines ersetzt, das eine leichte Zitronensäurelösung, eine ungefährliche Chemikalie, verwendet. Die Prozessänderung eliminiert die Erzeugung von 40,000 Pfund gefährlicher Abfälle pro Jahr und spart dem Unternehmen etwa 15,000 US-Dollar pro Jahr an Rohstoff- und Entsorgungskosten.
Durch die Neugestaltung von Geräten wird auch Abfall reduziert. Im Harzproduktbereich nahm ein Unternehmen regelmäßig Proben eines bestimmten flüssigen Phenolharzes, indem es einen Hahn an der Prozessflussleitung verwendete. Ein Teil des Produkts wurde vor und nach dem Sammeln der Probe verschwendet. Durch die Installation eines einfachen Trichters unter dem Probenband und einem Rohr, das zurück in den Prozess führt, nimmt das Unternehmen jetzt Proben ohne Produktverlust. Dies vermeidet etwa 9 Tonnen Abfall pro Jahr, spart etwa 22,000 US-Dollar ein, erhöht den Ertrag und senkt die Entsorgungskosten, und das alles bei Kapitalkosten von etwa 1,000 US-Dollar.
Die Ressourcenrückgewinnung, die produktive Nutzung von Abfallstoffen, ist für die Vermeidung von Umweltverschmutzung von größter Bedeutung. Eine Marke von Wollseifenpads wird jetzt vollständig aus recycelten Kunststoff-Sodaflaschen hergestellt. In den ersten zwei Jahren dieses neuen Produkts verwendete das Unternehmen über eine Million Pfund dieses recycelten Materials zur Herstellung von Seifenpads. Das entspricht mehr als 10 Millionen Zwei-Liter-Sodaflaschen. Auch Gummiabfälle, die in Brasilien von Fußmatten abgeschnitten werden, werden zur Herstellung von Sandalen verwendet. Allein im Jahr 1994 gewann das Werk etwa 30 Tonnen Material zurück, genug, um mehr als 120,000 Paar Sandalen herzustellen.
In einem anderen Beispiel Post-it(T) Recyclingpapier Für Notizen wird zu 100 % Recyclingpapier verwendet. Allein eine Tonne Recyclingpapier spart 3 Kubikmeter Deponiefläche, 17 Bäume, 7,000 Gallonen Wasser und 4,100 Kilowattstunden Energie, genug, um ein durchschnittliches Haus sechs Monate lang zu heizen.
Lebenszyklusanalyse
In jedem erfolgreichen Unternehmen gibt es eine Lebenszyklusanalyse oder einen ähnlichen Prozess. Dies bedeutet, dass jede Phase des Lebenszyklus eines Produkts von der Entwicklung über die Herstellung bis hin zur Nutzung und Entsorgung Möglichkeiten zur Verbesserung der Umwelt bietet. Die Reaktion auf solche Umweltherausforderungen hat in der gesamten Industrie zu Produkten mit starken Umweltansprüchen geführt.
Beispielsweise war P&G der erste Handelswarenhersteller, der konzentrierte Waschmittel entwickelt hat, die 50 bis 60 % kleinere Verpackungen erfordern als die vorherige Formel. P&G stellt auch Nachfüllpackungen für mehr als 57 Marken in 22 Ländern her. Nachfüllpackungen kosten in der Regel weniger und sparen bis zu 70 % an Abfall.
Dow hat ein neues hochwirksames Herbizid entwickelt, das ungiftig ist. Es ist weniger riskant für Mensch und Tier und wird eher in Unzen als in Pfund pro Acre ausgebracht. Mithilfe von Biotechnologie hat Monsanto eine Kartoffelpflanze entwickelt, die gegen Insekten resistent ist und so den Bedarf an chemischen Insektiziden reduziert. Ein weiteres Herbizid von Monsanto trägt dazu bei, den natürlichen Lebensraum von Feuchtgebieten wiederherzustellen, indem Unkräuter auf sicherere Weise bekämpft werden.
Engagement für eine sauberere Umwelt
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass wir die Vermeidung von Umweltverschmutzung umfassend angehen und uns sowohl für programmatische als auch für technologische Verbesserungen einsetzen. Die Steigerung der Effizienz oder der Prozessausbeute und die Verringerung der Abfallproduktion ist seit langem eine Praxis der Fertigungsindustrie. Allerdings haben sich diese Aktivitäten erst im letzten Jahrzehnt direkter auf die Vermeidung von Umweltverschmutzung konzentriert. Erhebliche Anstrengungen zielen nun darauf ab, die Quellenreduzierung zu verbessern sowie Prozesse zur Trennung, Wiederverwertung und Wiederverwendung von Nebenprodukten maßzuschneidern. All dies sind bewährte Instrumente zur Vermeidung von Umweltverschmutzung.
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:
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.
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):
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 |
Kohle abbauen Rohöl 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 |
Phthalsäureanhydrid Chloralkali Salzsäure Fluorwasserstoffsäure Schwefelsäure Salpetersäure Phosphorsäure Bleioxid und Pigmente Ammoniak Natriumcarbonat Calciumcarbid Adipinsäure Alkylblei Maleinsäureanhydrid u Dünger und Ammoniumnitrat Ammoniumsulfat Kunstharze, Kunststoff 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 |
SPM, SO2, Ich habe nichtx, CO, VOC |
Nichtmetallisches Mineral |
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 |
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:
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:
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:
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
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.
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
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:
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
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
Abbildung 4. Jährliche mittlere Schadstoffkonzentrationen für eine hypothetische Region, berechnet aus der geostrophischen Häufigkeitsverteilung für heterogene Windfelder
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.
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:
Anlagenmessung:
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 |
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 |
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 |
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:
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 |
Ihre Nachricht |
SO2 |
TCM-Verfahren |
Aufnahme in Tetrachloromercurat-Lösung (Waschflasche); Reaktion mit Formaldehyd und Pararosanilin zu rotvioletter Sulfonsäure; photometrische Bestimmung |
EU-Referenzmessverfahren; |
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; |
NEIN2 |
Saltzman-Verfahren |
Aufnahme in Reaktionslösung unter Bildung eines roten Azofarbstoffes (Waschflasche); photometrische Bestimmung |
Kalibrierung mit Natriumnitrit; |
O3 |
Kaliumiodid |
Iodbildung aus wässriger Kaliumiodidlösung (Spritzflasche); photometrische Bestimmung |
DL = 20 µg/m3; |
F- |
Silberperlenverfahren; |
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; |
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; |
Cl- |
Quecksilberrhodanid |
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 |
NH3 |
Nessler-Verfahren |
Absorption in verdünntem H2SO4 (Impinger/Waschflasche); Destillation und Reaktion mit Nessler-Reagenz, photometrische Bestimmung |
DL = 2.5 µg/m3 (Impinger); teilweise |
H2S |
Molybdänblau |
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 |
Ihre Nachricht |
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, |
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 |
CO |
Nichtdispersive Infrarotabsorption; |
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 |
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 |
Ihre Nachricht |
Kleines Filtergerät |
Unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 2.7–2.8 m3/h; Filterdurchmesser 50 mm; gravimetrische Analyse |
Einfache Handhabung; Kontrolluhr; |
LIB-Gerät |
Unfraktionierte Probenahme; Luftdurchsatz 15-16 m3/h; Filterdurchmesser 120 mm; gravimetrische Analyse |
Abscheidung von grobem Staub |
High-Volume-Sampler |
Einschluss von Partikeln bis ca. 30 um Durchmesser; Luftdurchsatz ca. 100m3/h; Filterdurchmesser 257 mm; gravimetrische Analyse |
Abscheidung von grobem Staub |
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
|
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:
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 |
IR-Reichweite (ca. 700–3,000 cm-1), mehrere hundert Meter Lichtweg. |
+ Mehrkomponentensystem |
Differentiell |
Lichtweg bis mehrere km; misst SO2, Ich habe nicht2, Benzol, HNO3; überwacht Linien- und Oberflächenquellen, die in Messnetzen verwendet werden |
+ Einfache Handhabung |
Fern |
Forschungsgebiet, in Niederdruckküvetten für OH- |
+ Hohe Empfindlichkeit (zu ppt) |
Differentiell |
Überwachung von Oberflächenquellen, großflächige Immissionsmessungen |
+ Messungen von räumlichen |
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 |
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 |
ng/m3–μg/m3 |
Evakuierter, passivierter Edelstahlzylinder (auch für Reinluftmessungen) |
GC/FID/ECD/PID |
Organische Verbindungen im Siedepunkt |
μg/m3 |
Adsorption an Aktivkohle, (a) Desorption mit CS2 (b) Desorption mit Lösungsmitteln (c) Headspace-Analyse |
Kapillar |
Organische Verbindungen im Siedepunkt |
ng/m3–μg/m3 |
Adsorption an organischen Polymeren (z. B. Tenax) oder Molekularkohlesieb (Carbopack), thermische Desorption mit Kühlfalle vor Kapillarsäule (Fokussierung) oder Lösungsmittelextraktion |
Kapillar |
Modifikation für Niedrigsieder |
ng/m3–μg/m3 |
Adsorption an gekühlten Polymeren (z. B. Thermogradientenrohr), gekühlt auf –120 ºC, Verwendung von Carbopack |
Kapillar |
Hochsiedende organische Verbindungen |
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 |
Hochsiedende organische Verbindungen, |
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 |
ng/m3 |
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 |
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:
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:
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 |
Teilweise automatisiert |
Diskontinuierliche Messung |
Schwefeldioxid |
SPM-Zusammensetzung: |
Benzol und andere |
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.
Tabelle 1 beschreibt die Schritte in diesem Prozess.
Tabelle 1. Schritte zur Auswahl von Verschmutzungskontrollen
Schritt 1: |
Der erste Teil besteht darin, zu bestimmen, was aus dem Stack freigegeben wird. |
Schritt 2: |
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: |
Ein akzeptables Expositionsniveau für die empfindlichste Zielgruppe muss erreicht werden |
Schritt 4: |
Schritt 1 identifiziert die Emissionen und Schritt 3 bestimmt die akzeptablen |
* 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 |
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 |
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 |
Partikuliert |
Elektrostatisch |
99.68 |
Herstellung von Rauch |
Kohlenmonoxid |
Gute Übung |
50 |
Autolackierung |
Kohlenwasserstoffe |
Backofen Nachbrenner |
90 |
Elektrolichtbogenofen |
Partikuliert |
Sackhaus |
100 |
Erdölraffinerie, |
Einatembare Partikel |
Zyklon + Venturi |
93 |
Medizinische Verbrennungsanlage |
Chlorwasserstoff |
Nasswäscher + trocken |
97.5 |
Kohlebefeuerter Kessel |
Schwefeldioxid |
Sprühtrockner + |
90 |
Entsorgung durch |
Partikuliert |
Zyklon + Kondensator |
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 |
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 |
Das Gas oder der Dampf wird in einer Flüssigkeit gesammelt. |
82–95 % bei Konzentration <100 ppm |
Adsorption |
Kohlenstoff |
Das Gas oder der Dampf wird auf einem Festkörper gesammelt. |
90+ % bei Konzentration <1,000 ppm |
Verbrennung |
Flares |
Ein organisches Gas oder Dampf wird oxidiert, indem es auf eine hohe Temperatur erhitzt und für a auf dieser Temperatur gehalten wird |
Wann nicht zu empfehlen |
Partikuliert |
|||
Trägheits |
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 |
70-90% |
Nasswäscher |
Venturi |
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; |
Elektrostatisch |
Plattendraht |
Elektrische Kräfte werden verwendet, um die Partikel aus dem Gasstrom auf Sammelplatten zu bewegen |
95–99.5 % für 0.2-μm-Partikel |
Filter |
Sackhaus |
Ein poröser Stoff entfernt Partikel aus dem Gasstrom. Der poröse Staubkuchen, der sich dann tatsächlich auf dem Stoff bildet |
99.9 % für 0.2-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:
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:
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
Die extraktive Probenahme, insbesondere die isokinetische Probenahme, kann sehr genau und vielseitig sein und hat mehrere Verwendungszwecke:
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
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.
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
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
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
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:
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:
Zu den Freizeitaktivitäten gehören:
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:
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:
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
Typischerweise dürfen Mischzonen nicht:
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:
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
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)
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:
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 |
Niederschlag |
Aerobe Aktion |
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
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:
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:
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
Abbildung 9. Belüftete Lagunentypen: Schematische Darstellung
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
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
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
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
Kontrolle der thermischen Verschmutzung
Die wichtigsten Ansätze zur Kontrolle der thermischen Verschmutzung sind:
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
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:
Spezifische Schadstoffe in der unterirdischen Verunreinigung werden weiter kategorisiert als:
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:
Typisch für reagierende und nicht reagierende Schadstoffe im Untergrund sind:
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.
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
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:
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
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:
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 |
Silbermedaille |
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 |
Gruppe A und: |
Gruppen A+B und: |
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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