Phänomenstreuungen bei Bodenluftprobennahmen

Phänomenstreuungen bei Bodenluftprobennahmen

Fachtagung QS Boden/-luft 25./26.11.09 | Antje Sohr (LfULG) Silvana Baer (G.M.U.)

Phänomenstreuungen bei Bodenluftuntersuchungen

• Einführung

• Projekt 1 (an drei Standorten)

• Projekt 2 (an zwei Standorten)

• Fazit (Erkenntnisse und offene Punkte)


Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

CA


Phänomenstreuungen

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Schwankungen von Bodenparametern

matrixbedingte Streuung der BL-konzentrationenverfahrensbedingte

Streuung der BL-konzentrationen

Fazit

Streuungen von Bodenluftkonzentration

en

Phänomenstreuung

Proben-transport

Probenhandling und Analytik

örtlich (Parameter Stoff, Boden)

zeitlich (p,T,θ)

Schwankungen (unterschiedliche

Entnahmeverfahren,..)

Schwankungen

Schwankungen


Entnahmeverfahren

VDI 3865 Blatt 2 (Probennahme)

Handlungsempfehlung Entnahme Bodenluftproben, LfU Baden

Württemberg

Aktivkohle-Sorptionsröhrchen

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Messobjekt GG-konzentration

Entnahmevolumen

< 20% Ringraum

Entnahmegeschwindigkeit < 100 ml/min


Auswahl von geeigneten Standorten

Untersuchung der Bodenluft an 3 ausgewählten Standorten

über jeweils ca. 1 Jahr

hinsichtlich Belastungen mit Tri- und Tetrachlorethen

Ermittlung der Phänomenstreuung je Standort

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Vorgehen


2 m Tiefe

DN 40 mm (Bohrung), DN 19 mm (Stahlrohr)

Filterrohr im unteren Meter (geschlitzt)

Ringraumverfüllung mit Kies bzw. oben Ton

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Messstellenausbau (Rammkernsondierung)


Messstellen

mehrere Vorsondierungen je Standort

Auswahl von 2-3 geeigneten Sondierlöchern je Standort

Druckmaschinenwerk D (BP D1, BP D2) - unterer Konzentrationsbereich

Chemische Reinigung L (BP L3, BP L4, BP L5) - mittlerer/oberer KB

Chemische Reinigung F (BP F6, BP F7) - unterer/oberer KB

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

7 Messstellen wurden 14-tägig (z.T. Doppelbestimmungen) über 1 Jahr beprobt


Probennahme Entnahme der Abschlusskappe vom Bohrloch

Einführung der Entnahmesonde mit Adsorberröhrchen in Bohrloch

Absaugen eines Bodenluftvolumens von 200 ml

Entnahmegeschwindigkeit von 50 ml/min

Ziehen der Entnahmesonde

Verschließen mit Abschlusskappe

1,5 h Wartezeit

Entnahme einer Doppelprobe (Parallelprobe) analog

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Probentransport luftdichte Verpackung

kühle, dunkle Lagerung

Analytik GC-ECD

NG 0,01 mg/m³


Bodenluftkonzentrationsverlauf für Tetrachlorethen (Per) in BP L5

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

01.08.2004 20.09.2004 09.11.2004 29.12.2004 17.02.2005 08.04.2005 28.05.2005 17.07.2005 05.09.2005 25.10.2005

mg

/m³

-10

-5

0

5

10

15

20

25

°C

Per X

Per Y

Temperatur

Beispiel chemische Reinigung F

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Statistische Auswertung je Messstelle

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

iiiw

i,n

i

2i

n

1kiki

n

1kk,ii

Uyy

n

tU

)yy(1n

1

yn

1y

„wahrer Wert“ der BL-konzentration

Ergebnisunsicherheit zum Mittelwert

empirische Standardabweichung

Mittelwert der BL-konzentration


Statistische Auswertung

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Beispiel chemische Reinigung F - BP L5

Tetrachlorethen

³m

mg52

³m

mg549Uyy

³m

mg52

³m

mg114

21

08,2

n

tU

³m

mg114)yy(

121

1

³m

mg549y

21

1y

iiiw

i,n

i

2i

n

1kiki

n

1kk,ii

yiW = Mittelwert ± 9 %

Ergebnisstreuung


Gesamtstreuung Ui bei Bodenluftkonzentrationen

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

UiP - matrixbedingte Streuung (Phänomenstreuung)

UiV - verfahrensbedingte Streuung

Fazit

UiT - Probentransport

UiL - Probenhandling und Analytik (Labor)

+

+

+

UiUiM

Gesamtstreuung=PhänomenstreuungUiP+MessverfahrensstreuungUiM


Statistische Auswertung der Doppelbestimmungen (Parallelmessungen) für Messstelle i

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

iD,z2iM

z

1h

2ihih

iD

tUz2

)YX(

messverfahrensbedingte Streuung (einschließlich Transport und Labor)

Standardabweichung der Parallelmessungen


Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Statistische Auswertung der Doppelbestimmung (Parallelmessungen) Beispiel chemische Reinigung F –

BP L5

³m

mg844107,2tU

³m

mg41

22

)YX(

z2

)YX(

iD,z2iM

11

1h

2ihih

z

1h

2ihih

iD

Ui = ±52 mg/m³

UiM = ±84 mg/m³


Ergebnisse

Bodenluftkonzentrationswerte folgen Jahresgang verzögert (Faktor 2-3)

Direkte Beeinflussung über Außentemperatur durch PN eher unwahrscheinlich

Indirekte Beeinflussung über Bodenfeuchte / Bodentemperatur wahrscheinlich

Keine Korrelation mit Luftdruck und Luftfeuchte nachweisbar

Ergebnisunsicherheit Ui (aus Phänomenstreuung und Messverfahrensstreuung) liegt bei 30% des Mittelwertes

Die relativ hohe Ergebnisunsicherheit aus den Doppelbestimmungen UiM weist auf die erheblichen Unsicherheiten außerhalb der Phänomenstreuungen hin.

Bei hohen Schadstoffkonzentrationen ist Ergebnisunsicherheit prozentual niedriger

Notwendigkeit der genauen Festlegung des Procedere der Bodenluftprobennahme

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Offene Punkte Projekt 1:

Korrelation der Bodenluftkonzentrationen mit Bodenfeuchte und Bodentemperatur ?

Ergebnisstreuungen bei anderen Probennahmeverfahren

Deshalb weiteres Projekt:

Weiterführung der Messungen an 2 Standorten

Einrichtung von Messstellen mit Bodenfeuchte- und Bodentemperatur-sensoren

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Inhalte Projekt 2

Messungen an 2 der 3 Standorte aus Projekt 1 (an insgesamt 4 Bodenmessstellen) über 1 Jahr – 14-tägige Beprobung Tri und Per

Neue Messstellen, da ¾ “ Ausbau für Installation der T-/Bodenfeuchte-sensoren nicht ausreichend (→)

23 Beprobungskampagnen mit Doppelbestimmung (2 Labore)

3 Beprobungskampagnen mit 2 Entnahmeverfahren (Aktivkohleadsorption, Glasampulle: Neumayr-Verfahren)

Bestimmung der Gasdurchlässigkeit im Feldversuch

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Temperaturverlauf

9,4

9,5

9,6

9,7

9,8

9,9

10

10,1

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 0:00

Zeit

Tem

per

atu

r [°

C] Temperaturverlauf 17.01.2007

Temperaturverlauf 20.06.2007

Temperaturverlauf während der Messungen

Bodenluftmessstelle mit Messsensoren


Zusammenhang BL-konzentration- Bodentemperatur

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

D1N - Trichlorethen

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

14.09.06 03.11.06 23.12.06 11.02.07 02.04.07 22.05.07 11.07.07 30.08.07

Datum

Ko

nze

ntr

ati

on

[m

g/m

³]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Bo

de

nte

mp

ratu

r [°

C]

Labor Vogt

Labor Wessling

Glasampulle

Bodentemperatur

Wessling GC-MSVogt GC-ECD


Zusammenhang BL-konzentration- Bodenfeuchte

L4N - Tetrachlorethen

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

14.09.06 03.11.06 23.12.06 11.02.07 02.04.07 22.05.07 11.07.07 30.08.07

Datum

Ko

nze

ntr

ati

on

[m

g/m

³]

0

2

4

6

8

10

12

Bo

de

nfe

uc

hte

[%

]

Labor Vogt

Labor Wessling

Glasampulle

Bodenfeuchte

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Zusammenhang BL-konzentration- Grundwasserstand

D1N - Trichlorethen

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

14.09.06 03.11.06 23.12.06 11.02.07 02.04.07 22.05.07 11.07.07 30.08.07

Datum

Ko

nze

ntr

ati

on

[m

g/m

³]

103,2

103,4

103,6

103,8

104

104,2

104,4

104,6

104,8

105

105,2

m ü

. NN

Labor Vogt

Labor Wessling

Glasampulle

Wasserstände

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Ergebnisse Projekt 2

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit

Es konnte ein Zusammenhang der Schadstoffkonzentrationen mit der Bodentemperatur (und der Außentemperatur) ermittelt (und bestätigt) werden

Ein Zusammenhang der Schadstoffkonzentrationen mit lokalen Kleinklimaeffekten (wie Luftdruck, Niederschlag, Bodenfeuchte) war nicht erkennbar → Trägheit des Systems Boden

Das Ausbaumaterials HDPE hat in der Anlaufphase mit großer Wahrscheinlichkeit zu Minderbefunden geführt.

Die Ergebnisunsicherheit wird bei Beauftragung mehrerer Labore erhöht.


Fazit aus beiden Projekten Ergebnisstreuungen liegen im Projekt 1 bei ca. 30 % ( 1 Labor,

gleiches Entnahmeverfahren, gleiches Personal)

Ergebnisstreuungen liegen im Projekt 2 bei ca. 37% (2 Labore, gleiches Entnahmeverfahren, gleiches Personal)

Die Ergebnisstreuungen setzen sich aus den Phänomenstreuungen und den Messverfahrensstreuungen zusammen. Beide liegen in einer Größenordnung.

Die Messverfahrensstreuungen sind also trotz Handlungsempfehlung BW relativ hoch (aus Doppelbestimmungen ableitbar).

Für eine Quantifizierung der Messunsicherheit bei Bodenluftmessungen gibt es nach wie vor keine Kenngrößen für das vollständige Messverfahren.

Einführung

Projekt 1 Projekt 2

Fazit


Ort derBeurteilung

Schutzgut

Mensch

Schadherd

Altstandort,Altablagerung

Pfad

Bodenluft Luft

Kontaktmedium: Innenraumluft

Schutzgut Mensch

Resorptions-

verfügbarkeit

Transfer Bodenluft-Innenraumluft


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Phänomenstreuungen bei Bodenluftprobennahmen