Boden, Grundwasser und Oberflächengewässer

PFC-Verunreinigungen im Boden​

Wie unter Überblick PFC-Problematik in Mittelbaden und Mannheim dargestellt, sind im Bereich Rastatt/ Baden-Baden (Mittelbaden) und im Norden von Mannheim die Böden einer Vielzahl von landwirtschaftlich genutzten Flächen mit PFC bzw. PFAS verunreinigt. Größe und Form der verunreinigten Flächen variieren stark, da sich die Flächenabgrenzung anhand der Grenzen von Ackerschlägen vollzieht, auf die mutmaßlich mit PFC-haltigen Papierschlämmen vermischter Kompost aufgebracht worden ist. Die Aufbringung der Papierschlamm/ Kompostgemische erfolgte in Mittelbaden vermutlich in den Jahren 1999 bis 2008, in Mannheim bis ins Jahr 2014.

Die flächenhaften Untersuchungen in Mittelbaden zeigen, dass im Oberboden stark unterschiedliche PFC-Gehalte von bis zu 1000 µg/kg Summe PFC (Einzelfälle darüber) vorliegen. Die Gehalte in 0-30 cm (Pflughorizont) sind meist höher als in 30-60 cm Tiefe. Bei den Feststoffgehalten dominieren die langkettigen perfluorierten Carbonsäuren C8-C12 (PFOA, PFNA, PFDA, PFUnDA, PFDoDA) sowie bereichsweise die perfluorierte Sulfonsäure PFOS und PFOSA. Die höchsten Eluatgehalte werden für die langkettigen perfluorierten Carbonsäuren C8-C10 und die kurzkettigen C4-C7 gemessen, in bestimmten Bereichen auch die perfluorierte Sulfonsäure PFOS. Bei der Summe PFC im Eluat werden bis zu 30 µg/l (Einzelfälle darüber) gemessen, die Quotientensumme beträgt bis zu 100 (Einzelfälle darüber).

Bestimmung von PFC im Boden: Feststoff- und Eluatgehalt

Feststoffgehalt

Der Feststoffgehalt ist der Gesamtgehalt eines Stoffes im Boden, der mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden kann.

Gemäß DIN 38414-14 erfolgt die Extraktion von PFC in Böden mit Hilfe von Methanol.

Bei Routineuntersuchungen werden in der Regel Bestimmungsgrenzen von 1 bis 10 µg/kg erreicht.

Eluatgehalt

Der Eluatgehalt ist der wasserlösliche Anteil eines Stoffes im Boden. Der Eluatgehalt wird genutzt, um den Eintrag eines Stoffes in das Sickerwasser und somit ins Grundwasser abzuschätzen.

Für die Eluaterstellung wird in der Regel das Schüttelverfahren nach DIN 19 529 (oder der Säulenschnelltest nach DIN 19528) mit einem Wasser-Feststoff (W/F) - Verhältnis von 2:1 verwendet. In der Routineanalytik werden meist Bestimmungsgrenzen von 1 bis 10 ng/l erreicht.

Die Untersuchungen ausgewählter Flächen im Rahmen von Forschungsprojekten zeigen, dass im Oberboden neben den mit Routineverfahren messbaren PFC (bis zu 30 meist perfluorierte Carbon- und Sulfonsäuren) sog. Vorläuferverbindungen (Precursor) in vergleichbaren Konzentrationen vorhanden sind. Als wesentliche Vertreter konnten z.B. PFC-Verbindungen aus der Gruppe der PAP (polyfluorierte Alkylphosphatester) und SAmPAP (Perfluoroktansulfonamidoethanolbasierte Phosphatester) sowie verschiedene Abbauprodukte nachgewiesen werden. Diese Verbindungen wurden typischerweise in Barrieremitteln zur Beschichtung von Papier und Karton eingesetzt.

Die bisherigen Untersuchungen legen nahe, dass diese Vorläuferverbindungen im Boden fortwährend zu den routinemäßig messbaren perfluorierten Carbon- und Sulfonsäuren abgebaut werden.

Zum Transportverhalten der PFC ist bekannt, dass die kurzkettigen PFC und PFOA (Perfluoroktansäure) im Boden sehr mobil sind. Sie wurden daher bereits in hohem Maße mit dem Sickerwasser in das Grundwasser verfrachtet und bilden dort die Hauptschadstoffe aus der Gruppe der PFC. Die langkettigen Verbindungen und die allermeisten Vorläuferverbindungen sind wenig oder nicht mobil, lagern sich stärker v.a. an der organischen Matrix des Bodens an und können im Grundwasser meist nicht nachgewiesen werden. Weiterführende Informationen hierzu finden unter Forschungsvorhaben (u. a. Modellstudie, Tiefenverlagerung).

In Baden-Württemberg erfolgt die Bewertung von PFC-Gehalten im Bodeneluat anhand von Geringfügigkeitsschwellenwerten (GFS-Werte), die sich auf Leit- (LW) und gesundheitliche Orientierungswerte (GOW-Werte) des Umweltbundeamtes zur Beurteilung von Trinkwasser stützen.

Treten mehrere PFC-Einzelsubstanzen gleichzeitig auf, wird die sog. Quotientensumme (QS) gebildet. Dabei wird für jede PFC-Einzelsubstanz mit GFS-Wert der Quotient aus gemessenem Wert im Bodeneluat und zugehörigem GFS-Wert berechnet. Die einzelnen Quotienten werden addiert und bilden so die Quotientensumme. Bei einer Quotientensumme "kleiner oder gleich 1" ist nicht von einer schädlichen Bodenveränderung auszugehen. Bei einer Quotientensumme über 1 ist näher zu prüfen, ob eine schädliche Bodenveränderung vorliegt.  Die Beurteilung mit Hilfe der Quotientensumme stellt eine vergleichsweise strenge Bewertung dar, bei der von einer additiven Wirkung der einzelnen Verbindungen ausgegangen wird.

Die Definition einer schädlichen Bodenveränderung ergibt sich aus § 2 (3) Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG). Unter einer schädlichen Bodenveränderung versteht man Beeinträchtigungen der Bodenfunktionen (insbesondere deren natürliche Funktionen als Lebensgrundlage und Lebensraum für Menschen, Tiere, Pflanzen und Bodenorganismen), die geeignet sind, Gefahren, erhebliche Nachteile oder erhebliche Belästigungen für den einzelnen oder die Allgemeinheit herbeizuführen.

Schädliche Bodenveränderungen und dadurch verursachte Grundwasserverunreinigungen sind nach den gesetzlichen Vorgaben des Bundesbodenschutzgesetzes und der Bundesbodenschutzverordnung zu untersuchen und ggf. zu sanieren.

An die orientierenden Untersuchungen (OU), die dem Auffinden belasteter Flächen nach Auftreten eines Anfangsverdachts dienen und die durch die zuständigen unteren Bodenschutzbehörden durchgeführt werden, schließen sich Detailuntersuchungen (DU) an. Detailuntersuchungen dienen der Feststellung des genauen Schadensausmaßes und sollen eine abschließende Gefährdungsabschätzung ermöglichen. Die Detailuntersuchungen sind grundsätzlich durch den oder die bodenschutzrechtlich Verantwortlichen (juristisch „Störer“ genannt) durchzuführen und werden durch die Behörden angeordnet. Kommen der oder die Störer ihrer Verpflichtung zur weiteren Erkundung nicht nach, kann die Behörde die notwendigen Schritte im Wege der Ersatzvornahme selbst durchführen und dem oder den Störern die Kosten hierfür auferlegen. Die Ergebnisse der Detailuntersuchungen können zur Sanierung mit vorhergehender Sanierungsuntersuchung führen. Andererseits ist es auch möglich, dass sich der Gefahrverdacht aufgrund der Untersuchungen nicht erhärtet oder eine Sanierung nicht durchführbar ist.

Die in 2013 begonnenen umfangreichen orientierenden Untersuchungen zur Ermittlung sämtlicher PFC-verunreinigter Flächen sollen in Mittelbaden bis Ende 2021 abgeschlossen werden (Stand siehe Überblick). Die Stadt Baden-Baden und der Landkreis Rastatt haben erste Detailuntersuchungen für Pilotflächen bereits 2014 gegenüber einem Komposthändler angeordnet und in Ersatzvornahme durchgeführt. Die Rechtmäßigkeit dieser Anordnungen wurde in mehrjährigen gerichtlichen Verfahren mittlerweile abschließend bestätigt.

Zur weiteren bodenschutzrechtlichen Aufarbeitung haben die örtlich zuständigen Behörden, dem Vorschlag des Gutachtens und dem Beschluss der nach Bodenschutzrecht vorgesehenen Bewertungskommission Altlasten folgend, das Gebiet in Mittelbaden in 13 Teilbearbeitungsgebiete (TBG) aufgeteilt und diese entsprechend der Betroffenheit der Schutzgüter priorisiert. Die TBG werden entsprechend der Priorisierung nacheinander bodenschutzrechtlich behandelt.

In 2021 wurde für das kreisübergreifenden Teilbearbeitungsgebiet Steinbach-Bühl-Vimbuch die Umsetzung einer DU in Ersatzvornahme begonnen. Anordnungen für weitere Detailuntersuchungen werden vorbereitet. Aufgrund der Größe der Untersuchungsgebiete und der Komplexität der Fragestellungen sind umfangreiche Vorarbeiten zur Festlegung der Anforderungen an die Detailuntersuchungen notwendig.

Zusätzlich wurde bereits im Dezember 2014 ein Ingenieurbüro beauftragt, um möglichst früh Sanierungsoptionen zu prüfen. Im Ergebnis zeigte sich, dass Sanierungsverfahren für eine flächendeckende Sanierung des Bodens sowie Verfahren zur umfänglichen Sanierung des Grundwassers nicht zur Verfügung stehen (siehe hierzu "Weitere Informationen"). Nach derzeitigem Kenntnisstand ist angesichts der großflächigen Ausdehnung der PFC-Verunreinigungen eine zeitnahe und flächendeckende Sanierung von Boden und Grundwasser mit verhältnismäßigen Mitteln nicht möglich.

Sanierungsverfahren für eine punktuelle Reinigung des Grundwassers wurden u.a. im Rahmen eines Pilotprojektes des Landes Baden-Württemberg erprobt (siehe Forschungsvorhaben und Untersuchungen).

Weitere Informationen

Vortrag zum Thema „Sanierungsbetrachtungen zu großflächigen PFC-Verunreinigungen im Boden und Grundwasser“ (18.05.2017)

Vorgezogene Sanierungsbetrachtungen – Berichte der Arcadis Germany GmbH (30.09.2015)

Im Mannheimer Norden erfolgt derzeit eine vollständige Untersuchung sämtlicher Ackerflächen im Zuge umfangreicher Orientierender Untersuchungen mit dem Ziel, sämtliche PFC-verunreinigte Ackerschläge zu identifizieren und ein Bild über deren räumliche Verteilung zu erlangen. Nach Abschluss der Untersuchungen Ende 2021 wird über die Durchführung von Detailuntersuchungen entschieden.

Wie zur Bewertung des Vorliegens einer schädlichen Bodenveränderung werden zur vorläufigen Beurteilung der Grundwasserbelastung die aus den Trinkwasserleit- und gesundheitlichen Orientierungswerten abgeleiteten Geringfügigkeitsschwellenwerte (GFS) genutzt. Bei einer Quotientensumme größer 1 ist von einer schädlichen Grundwasserverunreinigung auszugehen.

Da der PFC-Auftrag auf die Böden in Mittelbaden vermutlich bereits im Zeitraum 1999 bis 2008 erfolgte, konnten die mobileren kurzkettigen PFC und PFOA bereits über die Oberböden durch die gesamte Bodenschicht bis ins Grundwasser gelangen und haben dort zu großflächigen Grundwasserbelastungen im Abstrom der Flächen geführt. Durch die Überlagerung der Einträge vieler Einzelflächen kommt es zu teils erhöhten Konzentrationen mit Überschreitungen von GFS-Werten bzw. der Quotientensumme im Grundwasser. Die langkettigen Vertreter und Precursor (Vorläufersubstanzen) konnten im Grundwasser bisher nicht bzw. nur lokal in niedrigen Konzentrationen gefunden werden. ​

Grundwassermodell Mittelbaden

Aufgrund der im Oberrheingraben großräumig vorherrschenden nordwestlichen Grundwasserfließrichtung breitet sich die PFC-Verunreinigung im Grundwasser im Abstrom von mit PFC verunreinigten Flächen entsprechend in Richtung Rhein aus. Im oberstromigen Bereich dieser Flächen ist daher keine Grundwasserbelastung festzustellen.
Im Abstrom in Richtung Rhein vermischen sich die PFC-Verunreinigungen mit unbelastetem Grundwasser des in diese Richtung mächtiger werdenden Grundwasserleiters, sodass eine zunehmende Verdünnung eintritt.

Durch ein engmaschiges Netz aus Grundwassermessstellen können die PFC-Gehalte punktuell eingeschätzt und die zeitliche Entwicklung an der Messstelle beobachtet werden. Für eine integrierende Darstellung der großräumigen PFC-Gehalte im Grundwasser wurde die LUBW beauftragt, ein Grundwassermodell für die Region Rastatt/Baden-Baden zu erstellen.

Das Grundwassermodell Mittelbaden der LUBW kann auf der Basis vorliegender Daten - u.a. zum hydrogeologischen Aufbau der Grundwasserleiter, zur Grundwasserneubildung, zu PFC-Konzentrationen an verschiedenen Grundwassermessstellen sowie zum Eintrag aus bekannten PFC-verunreinigten Flächen - die flächenhafte Ausbreitung und die Tiefenausbreitung der maßgeblichen PFC-Verbindungen im Grundwasser berechnen. Das Grundwassermodell wird anhand neuer Erkenntnisse und Messergebnisse laufend fortentwickelt und verbessert, so dass die Ausbreitung der PFC im Grundwasser zunehmend besser nachvollzogen und Prognosen für die Zukunft berechnet werden können.

Mit dem Online-Tool "PFC-Karten Online"  der LUBW kann auf diese Berechnungen zugegriffen werden. Damit lassen sich im Internet sowohl Karten zu Konzentrationsverteilungen einzelner PFC-Verbindungen im Grundwasser als auch zur Quotientensumme und zur Summe PFC darstellen. Die Simulation berücksichtigt den Eintrag aus den bekannten verunreinigten landwirtschaftlichen Flächen in das Grundwasser und ermöglicht Prognosen zur Entwicklung der PFC-Gehalte in den nächsten 10 Jahren. Wie alle Modellbetrachtungen sind die Berechnungen mit Unsicherheiten verbunden. Das Modell zielt auf eine großräumige Interpretation der PFC-Gehalte, die Genauigkeit des Modells ist lokal unterschiedlich und im kleinräumigen Maßstab (z.B. für einzelne Ackerschläge oder Flurstücke) eher gering. Die Entwicklung des zukünftigen Eintrags kann insbesondere aufgrund fehlender Kenntnisse zum Abbauverhalten der Vorläufersubstanzen nur grob eingegrenzt werden.

Im Hinblick auf den Boden- und Grundwasserschutz haben die Umweltbehörden in Baden-Württemberg Eckpunkte für eine vorläufige zulässige Verwendung von Grundwasser zur Beregnung festgelegt, die von Seiten der Landwirtschaftsverwaltung mit den betroffenen Landwirten kommuniziert und überwacht wird. Eine landwirtschaftliche Beregnung mit Wasser aus Grundwasserbrunnen oder aus den Kiesseen der Region ist grundsätzlich zulässig, sofern die Geringfügigkeitsschwellenwerte und die Quotientensumme eingehalten werden. Eine ausführliche Darstellung dazu finden Sie auf der Seite Landwirtschaft.

Aufgrund der PFC-Verunreinigung des Grundwassers sind in der Region Rastatt/Baden-Baden Vorsorge- und Schutzmaßnahmen für die Nutzung privater Gartenbrunnen erforderlich. Um zu verhindern, dass es zu einer Verunreinigung bisher unbelasteter Grundstücke und dort angebauter Nutzpflanzen kommen kann, wird in einzelnen Kommunen empfohlen, in Kleingartenanlagen und Hausgärten auf eine Bewässerung mit Grundwasser zu verzichten und die Bewässerung mit Trinkwasser oder Regenwasser vorzunehmen.

Weitere Informationen

Flyer Gartenbewässerung Landratsamt Rastatt und Stadtkreis Baden-Baden

Da die Oberflächengewässer in der Region Rastatt/Baden-Baden mit dem Grundwasser im sandig/kiesigen Untergrund in Wechselwirkung stehen und oftmals als Vorflut dienen, werden Seen und Fließgewässer regelmäßig auf PFC untersucht. Seit 2015 werden im Landkreis Rastatt die Oberflächengewässer jährlich untersucht, seit 2018 auch Fließgewässer im Stadtkreis Baden-Baden. Gemäß dem Bericht zum Oberflächengewässer-Monitoring PFC im Landkreis Rastatt vom Mai/Juni 2017 konnte in fast allen Oberflächengewässern PFC zumindest in Spuren nachgewiesen werden. In einem See und einem Fließgewässer wurden Werte über den GFS-Werten ermittelt. Diese werden für die Bewertung hilfsweise herangezogen (siehe auch oben: Bewertungsgrundlagen Boden), da es für Oberflächengewässer nur für Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) eine Umweltqualitätsnorm gibt (0,00065 µg/l im Jahresdurchschnitt). Im Rahmen des Oberflächengewässer-Monitorings 2021 wurden 48 Messstellen in Fließgewässern, 14 Messstellen in Seen, 14 Messstellen in Badeseen sowie zehn Kläranlagenabflüsse auf PFC untersucht. An elf Messstellen in Fließgewässern sowie an neun Messstellen in Seen wurde eine Überschreitung der GFS-Werte festgestellt. Im Vergleich zu 2020 sind die PFC-Frachten in den Fließgewässern gestiegen. Dies ist vermutlich auf einen höheren Abfluss zum Zeitpunkt der Probenahme zurückzuführen. Insgesamt sind die gemessenen Werte in Fließgewässern, Seen und Kläranlagen der letzten fünf Jahre relativ konstant, unterliegen aber witterungsbedingten Schwankungen.

Berichte Oberflächengewässer-Monitoring

Oberflächengewässer-Monitoring PFC Rastatt/Baden-Baden (Bericht 2021)
Oberflächengewässer-Monitoring PFC Rastatt/Baden-Baden (Bericht 2020)
Oberflächengewässer-Monitoring PFC Rastatt/Baden-Baden (Bericht 2019)
Oberflächengewässer-Monitoring PFC Rastatt/Baden-Baden (Bericht 2018) (pdf, 11.6 MB)
Oberflächengewässer-Monitoring PFC Landkreis Rastatt (Bericht Mai/Juni 2017) (pdf, 2.1 MB)