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Konzentrationen und Frachten organischer Schadstoffe im Straßenabfluss

Durch den Straßenverkehr emittierte organische Schadstoffe können in die Umwelt gelangen. Im Auftrag der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) wurde erstmals untersucht, welche Konzentrationen relevanter organischer Schadstoffe in Straßenabflusswasser auftreten. Das Regelwerk für Straßenentwässerung wird künftig auf die Ergebnisse Bezug nehmen.

Das Bilder zeigen eine Auffangwanne am Straßenrand mit abgedeckter Abflussrinne und Sammelbehälter und angereichertes Sediment auf dem Boden des Sammelbehälters nach Entnahme des ÜberstandswassersAuffangwanne am Straßenrand mit abgedeckter Abflussrinne und Sammelbehälter (links, Bild: ifs) Angereichertes Sediment auf dem Boden des Sammelbehälters nach Entnahme des Überstandswassers (rechts, Bild: BASt)

Aufgabenstellung

Betriebsmittel und Komponenten von Fahrzeugen enthalten organische Stoffe, die sich unter anderem als Abrieb aus dem Fahrbetrieb auf der Straße absetzen können. Inwieweit Straßenabflüsse dadurch zu einer Belastung von Boden und Gewässern beitragen, wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Die BASt beauftragte deshalb die Ingenieurgesellschaft für Stadthydrologie mbH aus Hannover, anhand ausgewählter organischer Parameter die Schadstoffkonzentrationen in Straßenoberflächenwasser zu ermitteln. Ziel war die Bestimmung eines fundierten Jahresmittelwertes der Konzentrationen und Frachten.

Untersuchungsmethode

In Vorversuchen wurde zunächst untersucht, ob sich die Beschaffenheit von Straßenabflussproben durch eine einmonatige Standzeit im Probensammelbehälter ungünstig verändert. Nachdem die Ergebnisse als akzeptabel befunden wurden, fanden über ein Jahr lang an drei verschiedenen Autobahnstandorten Beprobungen der direkt am Fahrbahnrand gesammelten Straßenabflüsse statt. Als Parameter wurden siebzehn verschiedene organische Schadstoffe respektive Schadstoffgruppen, sechs Schwermetalle sowie weitere wichtige Größen wie pH-Wert, Salzgehalt und organischer Kohlenstoff ausgewählt.

Dabei wurden sowohl die gelösten Konzentrationen als auch die Stoffgehalte in den Partikeln, die mit dem Straßenabfluss transportiert werden, untersucht. Zur Probengewinnung wurden 900 Liter fassende Probensammelbehälter eingesetzt, die im freien Gefälle über eine Auffangwanne am Bankett und eine Edelstahlrinne mit dem direkten Abfluss der Verkehrsflächen befüllt wurden (Bild links). Standortabhängig konnten so über den Zeitraum eines Jahres zwischen 61 und 82 Prozent des gesamten Niederschlagsabflusses gesammelt werden. Zur Erzielung einer höheren Messgenauigkeit wurden nach einer Absetzzeit von jeweils mindestens drei Tagen das Überstandswasser und das Sediment im Behälter getrennt gewonnen (Bild rechts) und untersucht. Die Proben wurden zunächst eingefroren und später abflussvolumenproportional zu Quartalsmischproben vereinigt und analysiert.

Ergebnisse

Einige der organischen Parameter waren weder in Lösung noch im Sediment nachweisbar, nämlich die Treibstoffbestandteile MTBE und ETBE sowie zwei der untersuchten Vulkanisationshilfsstoffe (Benzothialole MBT und MeBT). Für Benzol, Bisphenol A, Nonylphenol und Octylphenol konnten aufgrund der hohen Bestimmungsgrenzen im Wasser keine partikulären Anteile ermittelt werden. Ein einheitlich hoher partikulärer Anteil bis zu 83 Prozent wurde für Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW), polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, die beispielsweise bei Verbrennungsprozessen entstehen (PAK-16 nach EPA), polychlorierte Biphenyle (PCB-6) und für den Weichmacher DEHP festgestellt. Für die drei Benzothiazole MTBT, BT und OHBT liegt der partikuläre Anteil bei bis zu 53 Prozent. Für Benzothiazolsulfonsäure (BTSA) wurden an zwei Standorten bis zu zehnprozentige partikulär gebundene Anteile ermittelt, am dritten Standort jedoch 79 Prozent.

Die Schwermetall-Gesamtgehalte für Zink, Kupfer und Blei liegen im typischen Konzentrationsbereich von Straßenabflüssen mit hohen partikulären Anteilen (zwischen 77 und 91 Prozent). Lediglich bei Cadmium liegt der partikelgebundene Teil mit 41 bis 54 Prozent deutlich niedriger. Für die Schwermetalle ist ein deutlicher Konzentrationsjahresgang mit Höchstwerten im Winter zu verzeichnen. Hohe Schadstoffkonzentrationen zu Beginn eines Regenereignisses (First-Flush-Effekt) wurden nicht nachgewiesen. Die Poren im Fahrbahnbelag des Seitenstreifens wirken wie ein Sedimentdepot, das sich über längere Zeit entleert.

Folgerungen

Durch die separate Beprobung und Analyse von Wasser und Sedimenten wird bei den untersuchten partikelgebundenen Stoffen eine hohe Messgenauigkeit erreicht. Die ereignisunabhängige Integration der Fahrbahnabflüsse zu Quartalsmischproben führt zu einer besseren Erkennung jahreszeitlicher oder standörtlicher Unterschiede. Der hohe Beprobungsanteil von 61 bis 82 Prozent des Jahresabflusses erlaubt eine sichere Erfassung von Konzentration und Fracht. Für die Reinigung von Straßenabflüssen ist die Rückhaltung der Feinpartikel wegen des hohen partikulären Anteils der untersuchten Schadstoffe besonders wichtig. Entwässerungsverfahren, die für Schwermetalle eine ausreichende Reinigung der Abflüsse erreichen, leisten dies auch für die untersuchten organischen Schadstoffe. Der bisher im Regelwerk vorgesehene Umgang mit Straßenoberflächenwasser kann grundsätzlich beibehalten werden. Auf die Ergebnisse der Untersuchung wird künftig im Regelwerk der Straßenentwässerung Bezug genommen.

Concentrations and loads of organic pollutants in highway runoff

Organic pollutants emitted from road traffic can reach the environment. A study on behalf of the Federal Highway Research Institute (BASt) has for the first time investigated which concentrations of relevant organic pollutants appear in highway runoff. A higher level of measurement accuracy is achieved with the particle-bound substances investigated due to the separate analysis of water and sediments. The high share of samples taken of between 61 and 82 per cent of the annual runoff permits concentration and load to be reliably recorded. The retention of fine particles is particularly important for the cleaning of highway runoff due to the high share of particles in the pollutants investigated. Drainage methods which achieve adequate cleaning of the runoff for heavy metals are also suitable for the organic pollutants investigated. The handling of highway runoff which has so far been addressed in the regulations can be maintained in principle. Reference will be made to the results of the study in the rules and regulations on road drainage in the future.

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Forschung kompakt 03/18
Bericht
Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Heft V 295, 2018

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