Abstract (deu)
Individualverkehr spielt eine bedeutende Rolle in Sachen Umweltverschmutzung, insbesondere in urbanen Gebieten, in denen eine hohe und stetig wachsende Bevölkerungsdichte zu einem steigenden Fahrzeugaufkommen führt. Infolgedessen werden partikuläre Emissionen aus dem Straßenverkehr (TRPs) Emissionen immer bedeutender, da sie bei unkontrollierter Freisetzung die Gesundheit von Organismen gefährden können. Schwermetallhaltige Partikel werden durch den Straßenverkehr emittiert, bevor sich infolgedessen eine Vielzahl an emittierten Partikeln auf Straßenoberflächen ablagert. Bei Regen werden die abgelagerten TRPs zusätzlich zu den Partikeln in der Luft eluiert und über den Straßenabfluss weitertransportiert. Dadurch können TRPs so in Böden am Straßenrand, in Oberflächengewässern sowie deren Sedimenten und in Kläranlagen landen. Hauptquellen durch die TRPs erzeugt werden sind Abgasemissionen sowie Reifen- und Bremsenabrieb von Fahrzeugen.
Ziel dieser Studie ist es, die Konzentrationen von TRPs in Sedimenten und Gewässern des Straßenabflusses zu bestimmen. Dazu wurden an zugänglichen Stellen eines Straßenabflusssystems der Wiener Westausfahrt entlang des Wienflusses (Verkehrsfrequenz: ~500 Fahrzeugen pro 15min laut Snizek+Partner Verkehrsplanungs GmbH), Proben von Straßenabflusswasser und Sedimenten genommen.
Partikel wurden mit fünf unterschiedlichen Reagenzen aus Wasser und Sedimenten extrahiert. So wurden neben Reinstwasser (UPW) auch Partikelextraktionen mit 1mM Na4P2O7 (Natriumpyrophosphat), 1mM Na2C2O4 (Natriumoxalat), sowie mit den beiden Tensiden 1% Natriumdodecylsulfat (SDS) und 1% FL-70 durchgeführt. Durch Zentrifugation wurden Suspensionen mit einer theoretischen Trenngrenze von 10µm und 1µm Partikelgröße gewonnen. Wasser und Sedimentsuspensionen wurden analysiert, um die Verteilung (Größe, aber auch räumliche Verteilung) der schwermetallhaltigen TRPs zu bestimmen. Extrahierte Suspensionen und Referenz-Reifenmaterial wurden aufgeschlossen und die Metallkonzentrationen der Suspensionen mittels konventioneller ICP-MS gemessen. Dies ermöglicht es, die Wirkung der Reagenzen auf die extrahierten Partikel, aber auch die räumliche Verteilung der TRPs zwischen verschiedenen Probenahmestellen, zu bewerten. Die Metallkonzentrationen in den Suspensionen wurden, anhand veröffentlichter Daten, mit derer lokaler Oberböden und der oberen Erdkruste verglichen. Multi-Element-Einzelpartikel-ICP-MS (ME-spICP-MS) wurde durchgeführt, um Aufschluss über Metalassoziationen in den extrahierten Partikeln zu erhalten. Potenzielle TRPs wurden anhand ihres chemischen Fingerabdrucks und Massenverhältnisse charakterisiert. Angewandte Massenverhältnisse waren La/Ce, Ba/Sb, Ba/Pb, Sb/Pb und Cr/Mn, da sie gleichzeitig in Brems- und Reifenabriebpartikeln aber auch konstant in der Natur (z.B. Tonminerale) vorkommen. Katalysatorprodukte wurden ebenfalls mittels ME-spICP-MS bestimmt und durch die Anwesenheit von Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Platin (Pt) sowie Cer (Ce) definiert. Morphologien der dispergierten Kolloide wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM) beobachtet.
Ergebnisse zeigen eine signifikante Veränderung der chemischen Zusammensetzung in den untersuchten Sedimentproben gegenüber dem natürlichen Hintergrund, die sehr wahrscheinlich durch die Belastung von Straßenverkehrsemissionen verursacht wurde. Potenzielle TRPs konnten anhand ihres chemischen Fingerabdrucks und ihres Massenverhältnisses sowohl im Abflusswasser- als auch in den Sedimentproben nachgewiesen werden. Verschiedene Extraktionsverfahren weissen eindeutige Variationen in den Partikelkonzentrationen auf. Jedoch konnte so weit nicht beobachtet werden, dass ein bestimmtes Extraktionsverfahren, erhöhte Partikelkonzentrationen betreffend aller beobachteten Metalle, gleichzeitig begünstigt. Die angewandte Methode zur Quantifizierung von TRPs in Straßenabflüssen bietet neue Erkenntnisse zur Identifizierung von Reifen- und Bremsenabrieb, sowie von Katalysatorpartikeln in natürlicher komplexer Matrix. Außerdem wurde im Rahmen dieser Studie ein Verfahren zum Aufschluss von reifengummihaltigen Sedimenten entwickelt.