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STYROL ALS KANALSANIERUNGSWERKSTOFF

Daten und Fakten
zur Umweltrelevanz Von Dipl.-Ing. Ulrich Winkler, Lemgo

Ende 1999 wurden in der Bielefelder Zentralkläranlage Styrolemissionen gerochen. Die städtische Umweitbehörde ermittelte in der Folge als Verursacher eine aktuelle Kanalsanierungsmaßnahme, Unweit der Kläranlage war ein Sammler durch Schlauchrelining mit einem wasserhärtenden Verfahren saniert worden.

 Das dabei verfahrensübliche anfallende Prozesswasser hatte in der Kläranlage zur Ausdünstung des Reststyrolgehaltes dieses Wassers geführt. Seitdem werden in Bielefeld gemeinsam mit den Anbietern einschlägiger Verfahren Messungen durchgeführt, um valide Daten zur Beurteilung der sich daraus ergebenden Fragen zu gewinnen.
 Obwohl die Messungen weder abgeschlossen noch ausgewertet sind, machen zu diesem Vorgang in der Fachweil Gerüchte mitteils zweifelhaftem Inhalt die Runde.
Um die zu erwartende Diskussion auf eine seriöse Grundlage zu stellen, sollen im nachfolgenden die wesentlichen derzeit verbindlichen Daten und Fakten zu Styrol als Abwasserinhaltsstoff zusammengestellt werden.
 Die zentrale Frage, inwieweit und inwiefern "kanalsanierungs-typische" Styrolemissionen den Kläranlagenbetrieb beeinträchtigen oder zu Emissionen in die Vorflut führen können, wird anhand einer Modellrechnung überschlägig beantwortet.
 Weitergehende Fragen wie die konkrete Darstellung der Bielefelder Messergebnisse, die vergleichende Einschätzung alternativen Werkstoffe oder die formalrechtlichen Aspekte des Vorgangs können bzw. werden Gegenstand künftiger Veröffentlichungen an dieser Stelle sein.

Was ist Styrol ?

Styrol (auch Ethenylbenzol) ist ein aromatischer Kohlenwasserstoff mit der Molekularformel C8H8 . Ursprünglich aus einer natürlichen Quelle, dem Harz des Amberbaums gewonnen, wird Styrol heutevon der chemischen Industrie in erheblichen Mengen synthetisch hergestellt und durchPolymerisation zu Polystyrol (PS) verwandelt, das uns in Plastiktüten und Styropor täglich begegnet.
Demgegenüber "exotischer" ist die Rolle monomeren Styrols als Lösemittel, das mit durchschnittlich 40 Gewichtsprozent an der Rezeptur jener UP-Harze beteiligt ist, die eine tragende Rolle bei Schlauchreliningverfahren zur grabenlosen Kanalsanierung spielen: es handelt sich dabei um UP-Harze nach DIN 1882oTeil 1 mit Formstoffeigenschaften nach DIN 16946 Teil 2 .
 Alle lichthärtenden sowie der überwiegende Teil der am Markt verfügbaren thermisch härtenden Verfahren auf der Basis von Heißdampf oder Heißwasser bauen Liner auf Basis einer solchen styrolhaltigen Harzmatrix ein.
 All diese Verfahren rufen prinzipiell Emissionen sowohl auf dem Luftpfad als auch auf dem Wasserpfad hervor - bei graduell unterschiedlicher Verteilung auf diese Pfade je nach Verfahrenstechnik. Kein Einbauverfahren von styrolhaltigen Linern arbeitet beim gegenwärtigen Stand der Technik gänzlich ohne wasserseitige Styrolemissionen.
 Eine deutliche Reduzierung des rechnerisch zu erwartenden Austrags von monomerem Reststyrol aus dem installierten Liner erreichen alle Anbieter durch Einsatz von Innenbeschichtungen bzw. -folien (die zugleich dem Schutz des härtenden Liners vor Feuchtigkeit dienen). Verfahrensbedingt kann hier jedoch nach Angaben der Anwender kein völlig styroldichtes Beschichtungsmateriat verwendet werden.
 Nach dem ATV-Arbeitsblatt A 115 "Einteilen von nichthäus[ichem Abwasser in öffentliche Abwasseranlagen" unterliegt Styrol als organisches halogenfreies Lösemittel den Regelungen von Abs. 5 der Anlage 1. Dies bedeutet, dass Styroleinleitungen bis zu den dort genannten Konzentrationswerten "in der Regel noch keine Besorgnis" auslösen, die ein Einleitungsverbot (nach Abs. 4.1.) oder aber eine Vorbehandlung (nach Abs. 4.2.) begründen würde.
 Die unter Abs. 5 genannte Besorgnisschwelle liegt, wenn spezielle Festlegungen fehlen, wie es hier der Fall ist, bei der Löslichkeit des Stoffs ( d.h. für Styrol bei 320 mg/l ), spätestens jedoch bei 5 g/l.
In diesem Zusammenhang ist zu erörtern, ob es sich beim Prozesswasser überhaupt um ins öffentliche Netz eingeleitetes Abwasser handelt, da es technisch exakt gesehen nicht "eingeleitet" wird, sondern in der Abwasseranlage selbst entsteht.
 Anhand der bekannten Stoffeigenschaften soll aber nachfolgend geprüft werden, ob sich Aspekte finden, die es begründen würden, an Styrol als Abwasserinhaltsstoff schärfere Maßstäbe anzulegen als nach ATV A 115.

Eigenschaften des Styrols

Wesentliche umwelt- und gesundheitsrelevante Eigenschaften des Styrols bringt das Umweltbundesamt in einer Stellungnahme auf den Punkt:
"Styrol mit der CAS-NR. 00100-42-5 ist in der WGK 2 eingestuft. Es ist biologisch leicht abbaubar und verflüchtigt sich relativ leicht aus der Wasser (hoch volatil). In der Atmosphäre erfolgt eine rasche Umsetzung durch Reaktion mit Hydroxylradikalen (Halbwertzeit 7 h)." [ 1 ]
 Die ausgeprägte Flüchtigkeit des Styrols hat dazu geführt, dass es in Herstellungs- und Verarbeitungsprozessen oberhalb bestimmter Konzentrationen als regelungsbedürftiger Luftschadstoff in Erscheinung tritt. Der MAK-Wert für Styrol ist auf 85 mg/m3 festgelegt.
 Das spielt auf der Linerbaustelle in dem Moment eine Rolle, wenn der gehärtete Liner aufgefräst bzw. seine Enden im Schacht eingebunden werden. Folgerichtig hat dies unter Berücksichtigung der einschlägigen Arbeitsschutzvorschriften zu geschehen.
 Der Austrag von Styrol über die Wassersäule ist im Regelfalle sinnlich kaum oder nur gering wahrnehmbar. Da zugleich die Wahrnehmungsschwelle von Styrol mit 0,05 ppm sehr niedrig liegt, stellt dies kein Problem dar.
 Desweiteren attestiert das UBA dem Styrol in der o.g. Stellungnahme, dass "keine relative Tendenz zur Akkumulation an Klärschlamm bzw. Boden zu erkennen ist."

Styrol in der Kläranlage: Unkritisch

Warum, ist leicht erkennbar. Hervorstechende Eigenschaft des Styrols ist seine extrem leichte bzw. schnelle biologische Abbaubarkeit.
In belüfteten Gewässern wird Styrol bei einer Halbwertzeit von 3-4 Stunden binnen 12 Stunden zu Wasser und CO2 abgebaut.
Gemäß OECD - Richtlinie ist Styrol mit einer Kohlenstoffreduktion von 98% als "readily biodegradable" einzustufen. Als gering stuft das Beratergremium für umwettrelevante Altstoffe auch das Bioakkumulationspotential von Styrol ein [ 2 ]. Eine Vielzahl von Mikroorganismen (in Gewässern, Böden und Kläranlagen) baut Styrol per Stoffwechsel ab, wobei deren "Interesse" speziell am leicht verfügbaren Kohlenstoffgehalt der Verbindung besteht.
Details dazu liefert die Studie "Environmental fate and effects of Styrene" [ 3 ]. Was den biologischen Abbau angeht, muss man sogar feststellen, dass nirgendwo günstigere Randbedingungen für einen biologischen Abbau von monomerem Styrol herrschen als in einer belüfteten biologischen Kläranlage - vorausgesetzt, die Konzentration im Klärbecken erreicht nicht Werte, die akut toxisch auf Mikroorganismen wirken.
 Dass dies aber in der Praxis auszuschließen ist, belegt ein Gutachten des Beratergremiums für umwettrelevante Attstoffe: die Toxische Grenzkonzentration (TGK) für sechs verschiedene Mikroorganismen lag in den dort zitierten Untersuchungen zwischen 67 mg/1 und >256 mg/l [ 4 ]. Der untere dieser Werte könnte zwar rechnerisch im Prozesswasserstrom selbst vermutet werden; auf gar keinen Fall könnte dieser Prozesswasserstrom jedoch das Milieu eines Belebungsbeckens auf solche Werte anreichern.
 Ein 10.000 Kubikmeter großes Wasservolumen müsste zwecks toxischer Effekte stoßweise mit 67 Kilogramm gelöstem Styrol beschickt werden. Realistisch betrachtet, können auch massive Schübe hoch belasteten Prozesswassers kaum zu einer für die Mikroorganismen schädlichen Verschiebung des Milieus führen, wohl aber zu Geruchswahrnehmungen in der Anlage.

Problematisch: Direkteinleitung in die Vorflut

Anders kann die Beurteilung von direkten Einleitungen in die Vorflut ausfallen, von denen das UBA in seiner bereits zitierten Stellungnahme auf der Grundtage einer "predicted no effect concentration" von 40 ¼g/l abrät.
Oberhalb dieser Konzentration sind bei ungünstigen Randbedingungen toxische Effekte auf höhere Organismen (z.B. Fische) nicht auszuschließen, obwohl sich auch hier toxische Konzentrationen schnell verflüchtigen bzw. verdünnen.
Die namhaften Anbieter von wasserhärtenden Verfahren sind dem Vernehmen nach aber ohnehin bereit, in Fällen, in denen Prozesswasser in die Vorflut gelangen könnte, dieses Messungen zu unterziehen und im Zweifelsfalle über die Schmutzwasserkanalisation zur Kläranlage überzuleiten.
Ein Durchschlagen der Styrolfracht des Prozesswassers über die Kläranlage in die Vorflut kann dagegen praktisch ausgeschlossen werden. Das gilt erst recht für die Akkumulation von Styrol im Klärschlamm, auf Äckern oder gar in der Nahrungskette.
Solche Behauptungen und Gerüchte entbehren aufgrund der Abbaubarkeit und Flüchtigkeit des Stoffs jeder Grundlage und gehören in die Kategorie "unseriös".
Zur Nahrungskette sei nebenbei erwähnt, dass Styrol in einer Reihe von Lebensmitteln (z.B. Früchte wie Äpfel, Kiwis, Bananen, Weintrauben) natürlicherweise vorkommt [ 5 ] und in weiteren ebenfalls gewohnheitsmäßig auftritt (hier liegt die Quelle meist in PS-Verpackungen).
Im Safe Drinking Water Act der USA wird ein maximal akzeptabler Wert (maximum contaminant level, MCL) von 0,1 mg/l für Styrol im Trinkwasser festgelegt [ 6 ].
Im übrigen ist festzustellen, daß Styrol nicht krebserregend oder erbgutschädigend ist sowie als "bei Einhaltung der MAK - Werte nicht fruchtschädigend" eingestuft ist.
Das UBA bewertet in einer humantoxikologischen Bewertung die lebenslange Aufnahme von täglich 8,4 mg Styrol für einen 7o kg schweren Erwachsenen als gesundheitlich duldbar [ 7 ].

Belastungs - Modellrechnung

Bei der nachfolgenden Belastungs-Modellrechnung wird von einer Kommune ausgegangen, die ein Kanalnetz von 300 km Länge hat.
Von diesem Kanalnetz werden binnen 10 Jahren 10 Prozent nur mit wasserhärtenden Schlauchlinern saniert; das sind jährlich drei Kilometer bzw. wöchentlich eine Kanalhaltung von 57 m Länge.
Für diese Haltung sei eine durchschnittliche Nennweite von DN 400 zugrunde gelegt, die mit einem Liner von 15 mm Wandstärke ausgekleidet wird.
Nach Angaben eines der Anbieter ist mit einer theoretischen Styrolabgabe ans Prozesswasser zwischen 3 und 5 g/m2 Schlauchinnenfläche zu rechnen.
Bei unserem wöchentlichen Modell-Liner von 57 m Länge und somit 66,25 m2 Innenfläche wäre also eine Fracht zwischen 198,77 und 331,25 g im Prozesswasser gelösten Styrols zu erwarten.
Da der Liner mit 6,12 m3 Prozesswasser gefüllt ist, ergibt sich darin eine Styrol-Konzentration zwischen 32,48 und 54,13 mg/l.
Die vorgenannte Fracht wird in der Klärantage verdünnt, wobei die Rechnung Verdunstungsverluste im Zeitablauf unberücksichtigt läßt.
Es ergeben sich je nach Gesamtvolumen des Abwassers im Belebungsbecken also Styrol-Konzentrationen von
0,199   bis  0,331 mg / l  bei  1.000 m3Abwasser
0,066   bis  0,110 mg / l  bei  3.000 mAbwasser
0,0199 bis 0,0331 mg / l bei 10.000 m3 Abwasser
Zum Vergleich:
Das UBA nimmt in seiner bereits zitierten Stellungnahme einen Grenzwert für Abwasser (bezogen auf die Gesamtkonzentration in der Kläranlage bzw. dauernden Abwasserzufluß) von 5 mg/l an - bei einer Zehnerpotenz Sicherheit im Vergleich zu den weiter oben zitierten Versuchsergebnissen zur Beeinträchtigung von Mikroben.
Man beachte, dass in der 3.000 m3-Variante das Klärbecken bereits den US-Trinkwasser-Grenzwert von 0,1 mg/l erreicht - zumindestens, was Styrol angeht.
Nach Abschluss der Sanierung ist das Styrol in einem ordnungsgemäß ausgehärteten Liner vollständig polymerisiert und somit nicht mehr mobil.
Minimale Emissionen eventuellen Reststyrols aus der Innenfolie dürften unter den Bedingungen des Kanalbetriebs bald unter die Nachweisgrenze sinken.

Fazit

Es ist nach dem derzeitig gesicherten Wissensstand erkennbar, daß auch die systematische Sanierung eines Kanalnetzes mit styrolhaltigen Linern (egal, ob wasser-, dampf- oder lichthärtend) zu keinerlei unvertretbarer Belastung der Kläranlagen oder der Vorfluter führen kann.
 Ausgenommen ist die stoßweise Direkteinleitung von Prozesswasser in die Vorflut. Hier ist insbesondere bei Vorflutern mit geringem Wasservolumen oder stehenden Gewässern Vorsicht geboten.
Bei sachgerechter Durchführung des Verfahrens und bei vernünftiger Berücksichtigung der Randbedingungen scheint deshalb insgesamt kein Grund für eine Ablehnung styrolbasierender Linersysteme in der Kanalsanierung erkennbar.
 Auch die Formulierung von Emissionsgrenzwerten für Prozeßwasser der Kanalsanierung scheint vor diesem Hintergrund sachlich schwer begründbar, zumal die Gleichsetzung einer Kanalsanierungsmaßnahme mit einem stationären Indirekteinleiter auch rechtssystematisch eine gewagte Position sein könnte.
 Die Löslichkeitsgrenze als Besorgnisschwelle gemäß ATV A 115 Anhang 1 Abs, 5 wird in der Praxis ohnehin weit unterschritten. Ein klarer Trennstrich ist übrigens zwischen halogenfreien und halogenierten Lösemitteln zu ziehen, wie ATV A115 dies aus gutem Grunde vorsieht. Diese Stoffgruppen sind vom Risikopotential her nicht gleichwertig.
 Es wäre unsachgemäß, die Maßstäbe für die anerkannt gefährlichen chlorierten Lösemittel in der Verwaltungspraxis pauschal auf nicht chlorierte wie Styrol zu übertragen.
 Im übrigen kann man mit einer gewissen Berechtigung auch den Grundsatz der Verhältnismäßigkeit bemühen: Die sanierten Schäden im Kanal haben zuvor vielfach Jahre-, wenn nicht jahrzehntelang bestanden und die Umwelt unkontrolliert beeinflusst; bis zur Sanierung wird der Fortbestand des Missstandes von den Behörden im Rahmen von Sanierungskonzepten über einen definierten Zeitraum weiter geduldet.
 Es ist gerade unter Umweltgesichtspunkten kaum einsehbar, warum letztlich an die Beseitigung von Missständen um ein Vielfaches schärfere Maßstäbe gestellt werden sollen als an den Missstand selbst - zumal wenn die im Raum stehenden Zusatzbelastungen der Sanierung die vorstehend geschilderte Qualität und Quantität haben.
 Nichtsdestoweniger sind natürlich alle Bestrebungen und Maßnahmen der Anbieter zur weiteren Reduzierung von luft- und wasserseitigen Styrolemissionen schon aus prinzipiellen Vorsorgegründen in jedem Falle zu begrüßen.

Quellenangabe:

[ 1 ] Schriftliche Stellungnahme des Umweltbundesamteszur Styrolproblematik bei
Schlauchrelining-Sanierungen vom 18.02.2000
[ 2 ] Beratergremium für umweltrelevante Attstoffe: Styrol (Ethenylbenzol): BUA-
Stoffbericht48(März 1990) Seite 120
[ 3 ] "Environmental Fate and Effects of Styrene" The SIRC Review, Washington D.C.
[ 4 ] BUA-Stoffbericht 48, Seite 50
[ 5 ] BUA-Stoffbericht48, Seite 37
[ 6 ] United States Environmental Protection Agency OPPT Fact Sheets : Styrene Fact Sheet, December 1994
[ 7 ] Schriftliche Stellungnahme des Umweltbundesamtes zur Styrolproblematik bei
Schlauchrelining-Sanierungen vom 18.02.2000
   
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Stand: 04. Januar 2001