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Charakterisierung von Feststoffen auf urbanen Verkehrsflächen als potenzielle Schadstoffträger im Niederschlagsabfluss

Entwicklung einer Methode zur Messung der Sinkgeschwindigkeit und absatzrelevanter Kenngrößen

Verkehrsflächenbürtige Feststoffe enthalten Schadstoffe wie Schwermetalle, die im Regenereignis abfließen und in Gewässern toxisch wirken können. Da ein großer Teil vieler Schwermetalle partikulär vorliegt, können diese durch eine Behandlung mittels Sedimentation zurückgehalten werden. Zur Optimierung des Feststoff- und damit Schadstoffrückhaltes ist eine Erweiterung des Kenntnisstandes zum Absetzverhalten schadstofftragender Feststoffe nötig. Es ist bekannt, dass das Schadstoffaufkommen standortspezifisch variiert. Bezüglich der für die Sedimentation absetzrelevanten Kenngrößen wie Partikelgröße und Dichte wurde der Einfluss standortspezifischer Randbedingungen auf die Zusammensetzung noch nicht umfassend untersucht. Weiter mangelt es an einer Methode zur Messung des Absetzverhaltens unter kontrollierten Bedingungen. Diese Arbeit liefert hierzu einen Beitrag.
Anhand einer Literaturstudie zu Feststoffdepositionen und -abflüssen von Verkehrs-flächen wurde für die absetzrelevanten Kenngrößen Partikelgröße, -form, -dichte und organischer Anteil eine Metadatenauswertung hinsichtlich methoden- und standort-spezifischen Randbedingungen durchgeführt. Für organische Anteile in Abflüssen konnte eine gesicherte Datengrundlage und Durchschnittswerte ermittelt werden. Die Datengrundlage für die weiteren Kenngrößen ist bislang gering. Der Mangel an Befunden zu absetzrelevanten Kenngrößen unterstreicht die Notwendigkeit vertiefter Untersuchungen zur Charakterisierung verkehrsflächenbürtiger Feststoffe.
In einem umfangreichen Messprogramm wurden an zehn Standorten in Frankfurt am Main von 2016 bis 2018 Feststoffe in der Trockenperiode auf der Verkehrsfläche gewonnen und hinsichtlich der genannten absetzrelevanten Kenngrößen untersucht. Standortspezifische Einflüsse wurden statistisch nachgewiesen. Feststoffaufkommen und deren Partikelgröße liegen unabhängig vom Standort nur mit geringer Variabilität vor. Es besteht ein positiver Zusammenhang zwischen der Verkehrsstärke und dem Feststoffaufkommen. Organische Anteile sind eine Funktion der vorherrschenden Vegetation am Standort. Sie variieren saisonal. Es konnte ein negativ linearer Zu-sammenhang zwischen der Dichte und den organischen Anteilen nachgewiesen wer-den. Diese Arbeit liefert damit eine neue Datengrundlage für die Modellierung von Transportprozessen von Feststoffen und ihren absetzrelevanten Kenngrößen von unterschiedlichen Verkehrsflächen.
Weiter wurde ein Laborverfahren zur Bestimmung des Absetzverhaltens verkehrsflächenbürtiger Feststoffe in konstanter Zusammensetzung (Partikelgrößenverteilung und Feststoffkonzentration) entwickelt und mit der geschaffenen Datengrundlage validiert. Es wurden erste Erkenntnisse zum Absetzverhalten von Feststoffen, organischen Anteilen und Schwermetallen gewonnen. Im untersuchten Szenario sedimentieren die Partikel diskret bedingt durch die Partikelgröße und organischen Anteile. Das Absetzverhalten der Schwermetalle korreliert mit den Feststoffen. Überproportional hohe Schwermetallkonzentrationen in feinen Partikelanteilen bedeuten jedoch eine verringerte Absetzbarkeit der jeweiligen Schwermetallanteile.
Für die Behandlung von Abflüssen aus Verkehrsflächen mit viel Vegetation am Stand-ort legen diese Ergebnisse nahe, dass mit reduzierten Feststoffwirkungsgraden auf-grund verminderter Absetzbarkeit leichterer Bestandteile mit geringer Dichte zu rechnen ist. Mit den Laborergebnissen konnte ein starker positiver Zusammenhang zwischen dem Feststoff- und Schadstoffwirkungsgrad bestätigt werden. Die Verteilung der Schwermetalle in Partikelgrößenklassen einer Feststoffprobe ist neben den organischen Anteilen und der Dichte ein wichtiger Parameter zur Einschätzung der Absetzbarkeit bei diskretem Absetzverhalten.