Altlastenabbau quantifizieren

Lindan-Abbau in Böden und Grundwasser verfolgen

UFZ-Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um den Abbau von Lindan und anderen HCHs zu quantifizieren.

Grundwassermessstelle im mit Hexachlorzyklohexanen kontaminierten Flutgebiet der Mulde/Spittelwasser (Bild: UFZ/Archiv)

Lindan wurde in Deutschland lange Zeit als Insektizid eingesetzt. Im Jahr 2003 wurde sein Einsatz in der Landwirtschaft aufgrund der stark toxischen Wirkung und der hohen Langlebigkeit EU-weit verboten. Böden und Grundwasser sind jedoch teilweise noch immer stark damit belastet. Für ein effizientes Umweltmanagement ist es wichtig zu wissen, ob und wie schnell der Schadstoffabbau voranschreitet. Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben kürzlich eine Methode erarbeitet, mit der sich der biologische Abbau von Lindan quantifizieren lässt und zeitliche Abschätzungen zum Fortschritt des Schadstoffabbaus ermöglicht. Die Studie wurde in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Environmental Science and Technology veröffentlicht.

Lindan gehört zu den sogenannten HCHs (Hexachlorzyklohexanen). Sie sind schwer abbaubar, reichern sich in der Nahrungskette an und gelten als hormonell wirksam. Die Anwendung von Lindan in der Landwirtschaft ist in der Bundesrepublik Deutschland seit 1977 verboten, in der DDR kam es bis 1990 zum Einsatz. Das UFZ-Team um den Biogeochemiker Dr. Hans-Hermann Richnow hat auf der Basis von Grundwasser- und Bodenproben an ehemaligen Produktions- und Deponiestandorten in der Region Bitterfeld/Sachsen-Anhalt ein neuartiges Konzept entwickelt, mit dem sich der biologische Abbau von HCHs in der Umwelt überwachen lässt.

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Zwei Detektionsmethoden kombiniert
Der innovative Ansatz der UFZ-Forscher ist, dass sie mit der Isotopen- und der Enantio-meren-Fraktionierung zwei Detektions- methoden miteinander kombinierten. In Laborversuchen entwickelten sie ein Modell, mit dessen Hilfe das Ausmaß des Schadstoffabbaus aus Umweltproben messbar ist. „Damit ist es nun möglich, den biologischen Abbau von Lindan und anderen HCHs in Böden und Grundwasser mit geringem Aufwand und elegant zu analysieren“, sagt Richnow. Mit der Methode könne der biologische Abbau beim Transport im Wasser oder mit Bodenpartikeln ermittelt werden. Künftig würden damit Berechnungen möglich, wie lange die HCHs die Umwelt noch belasten.

Bislang haben Forscher bei der Isotopenfraktionierung das Verhältnis zwischen leichten (12C) und schweren (13C) Kohlenstoffatomen der in den Proben enthaltenen Lindan-Moleküle analysiert. Normalerweise liegt das Verhältnis zwischen 12C und 13C bei 99 : 1. „Findet ein chemischer oder biologischer Abbau statt, werden zunächst die Schadstoffmoleküle mit leichten Kohlenstoffatomen abgebaut, da hier die Bindungsspaltung mit einem geringeren energetischen Aufwand verbunden ist“, erklärt Richnow. Verschiebe sich das Isotopenverhältnis zum schweren Kohlenstoff 13C, sei das ein klares Indiz dafür, dass Abbauprozesse stattfänden, so der Biogeochemiker.

Bei der Herstellung eines chemischen Stoffes entstehen Enantiomere jeweils zu gleichen Teilen. Dies dient als Grundlage der Enantiomeren-Fraktionierung. Auch hier untersuchen die Forscher die Proben hinsichtlich der Veränderung des Verhältnisses. „Je nachdem, mit welchen Enzymen schadstoffabbauende Bakterien ausgestattet sind, bevorzugen sie entweder das eine oder das andere Enantiomer“, so Richnow. Lasse sich in der Umweltprobe ein verändertes Enantiomeren-Verhältnis messen, gebe das einen Hinweis auf den biologischen Abbau an der Stelle der Probennahme.

Zum Einsatz könnte die neue Analysenmethode nicht nur in Bitterfeld kommen. Weltweit stellt die Umweltbelastung durch Lindan und andere HCHs ein Problem dar. Richnow: „Wir hoffen, dass wir damit ein Monitoring-Instrument liefern, mit dem die aktuelle HCH-Belastung von Böden, Grundwasser und Gewässern besser eingeschätzt und bewertet werden kann.“ Damit lasse sich die Entwicklung geeigneter Methoden für ein effizientes Umweltmanagement vorantreiben.

Die Arbeiten wurden vom Ökologischen Großprojekt Bitterfeld-Wolfen, der Landesanstalt für Altlastenfreistellung Sachsen-Anhalt sowie dem Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH mit Daten und Hilfe bei der Probennahme unterstützt.

sk

Publikation
Yaqing Liu, Safdar Bashir, Reiner Stollberg, Ralf Trabitzsch, Holger Weiß, Heidrun Paschke, Ivonne Nijenhuis, Hans-Hermann Richnow (2017). „Compound Specific and Enantioselective Stable Isotope Analysis as Tools to Monitor Transformation of Hexachlorocyclohexane (HCH) in a Complex Aquifer System“. Environ. Sci. Technol., 2017, 51 (16), pp 8909-8916 http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.6b05632

Quelle: UFZ

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