Umweltanalytik - Begriffe und Arbeitsfelder

Umweltanalytik

Die Umweltanalytik ist ein Teilbereich der analytischen Chemie. Sie beschäftigt sich mit der qualitativen und quantitativen Bestimmung von Stoffen und Umweltschadstoffen in Wasser, Boden und Luft. Dazu gehören z.B. die Immissionsanalytik, Altlastenerkundung und Gewässerüberwachung. Im weiteren Sinne fallen auch die Überwachung von Umweltschutzanlagen (Kläranlagen, Abluftreinigung, Deponien), die Abfallanalytik und die Ermittlung von Emissionen darunter.

Dabei werden unterschiedliche physikalische, chemische und biologische Verfahren eingesetzt. Es werden Einzelparameter wie Nitrat, Blei oder gelöster Sauerstoff und Summenparameter wie Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) untersucht.
 

Emission und Immission

Die beiden Begriffe bedeuten wörtlich übersetzt "Aussendung" und "Aufnahme". Sie werden in verschiedenen Fachgebieten verwendet, sind aber überwiegend aus der Umweltanalytik bekannt.

Emission ist chemisch betrachtet der Ausstoß von gasförmigen, flüssigen und festen Stoffen, die Wasser, Boden oder Luft verunreinigen. Daneben gibt es auch physikalische Emissionen (Lärm, Strahlung, Wärme) und biologische Emissionen (Mikroorganismen, Sporen, Pollen).

Die Verursacher von Emissionen sind sogenannte Emittenten. Damit sind in der Regel technische Anlagen gemeint, die belastende Stoffe an die Umwelt abgeben. Dazu gehören z.B. Industrieanlagen, Kraftwerke, Heizungsanlagen und Kraftfahrzeuge.

Durch gesetzliche Maßnahmen sind für viele Anlagen und Einrichtungen die Höhe der zulässigen Emissionsraten festgelegt.

Immission ist die Einwirkung von Inhaltsstoffen und Verunreinigungen des Wassers, des Bodens und der Luft auf lebende Organismen (einschließlich des Menschen) oder Gegenstände (z.B. Gebäude). Durch gesetzlich festgelegte Höchstwerte ist für viele Stoffe die zulässige Immissionskonzentration (Grenzwerte, MAK-Werte) festgelegt.

Die Überprüfung der Einhaltung der Grenzwerte für Emissionen und Immisionen zählt zu den Hauptaufgaben der Umweltanalytik.
 

Probenahme

Die Probenahme beeinflusst in erheblichem Maß das Analysenergebnis. Entscheidend sind die sachgemäße Wahl der Probenahmestellen und -Methoden, vorschriftsmäßige Entnahme durch geschultes Personal und die Abfüllung in geeignete Probenahmebehälter.

Einleitungsstelle - Foto von Norbert Höfert

In den Fällen, bei denen die Probenahme auch durch den Auftraggeber vorgenommen werden kann, unterstützen wir Sie bei der Auswahl geeigneter Probenahmebehälter und -Geräte.

Eine nicht repräsentativ genommene Probe kann trotz korrekter Laboranalytik falsche Ergebnisse liefern.

Ein homogenes Probenmaterial kann auch schon mit einer Stichprobe gute Ergebnisse liefern. Je uneinheitlicher das Probenmaterial ist, desto schwieriger wird die Entnahme einer repräsentativen Probe. In solchen Fällen stellt man eine Mischprobe aus verschiedenen Bereichen des Probenmaterials zusammen.

Nicht jeder Parameter ist im Labor noch unverfälscht messbar, wie z.B. die Temperatur des Probenmaterials. Auch chemische Parameter können sich bereits während der Probenahme oder während des Transports verändern, z.B. in Wasser gelöste Gase. In manchen Fällen kann man die Probe durch Zugabe geeigneter Chemikalien zeitweilig stabilisieren. In anderen Fällen ist eine Vor-Ort-Messung notwendig. Bei manchen Parametern ist eine Anreicherung vor Ort erforderlich, um überhaupt messbare Ergebnisse zu bekommen, z.B. durch Filtration eines größeren Volumens.

Bei einer Vor-Ort-Messung sind andererseits die Qualitätssicherungsmaßnahmen nicht in gleichem Maß wie unter kontrollierten Bedingungen im Labor durchführbar, so dass der Transport ins Labor meist zuverlässigere Ergebnisse liefert. Viele apparative Messverfahren sind am Probenahmeort gar nicht möglich.

Bei der Laboruntersuchung werden nur die Parameter gefunden, nach denen auch gezielt gesucht wird – ungewöhnliche Inhaltsstoffe können dabei leicht übersehen werden; die Suche nach ihnen muss gezielt beauftragt werden.

Wasseranalytik

Wasseranalytik dient der Bestimmung chemischer, biologischer und physikalischer Parameter, die die Beschaffenheit der jeweiligen Probe beschreiben. Von besonderer Bedeutung sind Wasseranalysen beim Trinkwasser bzw. Rohwasser für die Trinkwassergewinnung.

Wasseroberfläche mit Tropfen - Foto von Norbert Höfert

In Deutschland sind Anzahl und Umfang der Trinkwasseruntersuchungen gesetzlich durch die Trinkwasserverordnung geregelt.

Die Untersuchung von Oberflächenwasser und Grundwasser wird von der EU-Wasserrahmenrichtlinie und nationaler Gesetzgebung wie dem Wasserhaushaltsgesetz festgelegt. Dabei geht es in erster Linie um den Gewässerzustand und die Rückführung anthropogen belasteter Gewässer in einen guten ökologischen Zustand.

Einleitungen von belastetem Wasser in Gewässer durch Kläranlagen werden im Rahmen der Festlegung der Gebühren im Abwasserabgabengesetz sowie ergänzend dazu durch die Forderungen der Selbstüberwachungsverordnung für Einleiter untersucht. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auch auf die Belastung des Sauerstoffhaushalts (Chemischer und Biochemischer Sauerstoffbedarf) sowie auf die zur Eutrophierung der Gewässer beitragenden Stickstoff- und Phosphor-Parameter gelegt.

Grundwasser wird neben den allgemeinen (von der Wasserrahmenrichtlinie geforderten) Messstellen auch in der Nähe aktiver und sanierter Deponien sowie bei bekannten Lasten z.B. durch Unfälle oder andere Altlasten überwacht.

Bodenanalytik

Als Boden bezeichnet man die lockeren Lagen aus Gesteinsmaterial und organischen Bestandteilen an der Erdoberfläche. Die oberste Schicht ist meist von Pflanzen und im Boden lebenden Organismen besiedelt. Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Böden ist Wasser, das als Porenwasser oder als Kapillarwasser für einen Großteil der Transportvorgänge im Boden verantwortlich ist. Das im Boden versickernde Wasser kann Inhaltsstoffe der oberen Bodenschichten in tiefere Grundwasservorkommen mitnehmen.

Böden unterliegen der Erosion durch Oberflächenwasser, Niederschlagswasser und Wind, werden aber auch durch Erosionsvorgänge aus festem Gestein nachgebildet. In Gewässern abgelagerte Böden werden auch als Sedimente bezeichnet.

Die obersten Sedimentschichten in stehenden Gewässern sind häufig Schlämme – wässrige Suspensionen von organischem und feinkörnigem anorganischem Material. Darunterliegende Schichten werden meist noch von dem Gewässer beeinflusst, unterscheiden sich sonst aber nicht wesentlich von tieferen Bodenschichten an Land. Sediment wird aus erodiertem Gesteinsmaterial gebildet, das durch Wind oder Gewässer in Sedimentationsbecken transportiert wurde und sich dort abgesetzt hat. Dazu können auch noch ehemals im Wasser gelöste Bestandteile wie z.B. Kalk (auch Muschelkalk) kommen, die diese Gesteinspartikel wieder verfestigen können.
In Fließgewässern bilden sich Sedimente aus grobkörnigem Material, das schwer genug ist, um sich trotz der Strömung abzusetzen.

Von gesetzlicher Seite werden Boden- und Sedimentanalysen von der Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV), den Mitteilungsblättern der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA), der Klärschlammverordnung sowie dem Baggergutkonzept gefordert.

Typische Anlässe für Bodenuntersuchungen sind Ölunfälle (Benzin, Diesel, Hydrauliköl), ausgetretenes Löschwasser (Chemikalien aus dem Löschschaum, Brandrückstände), Erhaltungsbaggerungen an Gewässern, Entschlammung von Klärteichen und Regenwasserrückhaltebecken und Baugrunduntersuchungen.

Schadstoffe im Boden können entweder durch unsachgemäße Ausbringung (Unfälle oder wilde Entsorgung), durch Auslaugung von Altlasten oder durch allmähliche Akkumulation z.B. bei der Ausbringung von Klärschlamm in problematischen Konzentrationen auftreten.

Gewässersedimente in industrialisierten Regionen oder in Häfen sind häufig mit Schwermetallen und schädlichen organischen Stoffen kontaminiert.