PCB-Konzentration aufs Bauteil rechnen - Vorgehen und Überlegungen

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Simon Schneebeli; Juli 07, 2020

Für die Entsorgung von Bauteilen, die belastete Anstriche oder Beschichtungen* enthalten, ist gemäss der Vollzugshilfe zur VVEA, Teil Schadstoffermittlung und Entsorgung, der Gehalt des gesamten Bauteils ausschlaggebend. Als Bauteil wird beispielsweise ein Stahlträger zusammen mit dem Korrosionsschutzanstrich oder eine Bodenplatte, inklusive Unterlagsboden und Anstrich, betrachtet.

Für die Festlegung des Entsorgungswegs werden also das Metall, der Beton oder der Unterlagsboden ZUSAMMEN mit der Beschichtung betrachtet. Bei einer Schadstoffermittlung wird in der Regel nur die Beschichtung beprobt und analysiert, zumindest in einem ersten Schritt. Anschliessend muss man von der Belastung der Beschichtung auf das ganze Bauteil «herunterrechnen».

Es gibt keine formellen Vorgaben, wie dies gemacht werden soll. In der Regel macht man einen einfachen Dreisatz:

  Formel aufs Bauteil rechnen

 

Rechenbeispiel

Nehmen wir als Beispiel einen Anstrich auf einem Kellerboden. Der Anstrich enthält 2580 mg/kg PCB und ist ca. 0.25 mm dick. Der Unterlagsboden zusammen mit dem darunterliegenden Beton ist 35 cm (d.h. 350 mm) dick. Die Frage lautet: Wie viel PCB enthält das ganze Bauteil? Welche durchschnittliche PCB-Konzentration haben Beschichtung und Unterlagsboden zusammen?

Die Konzentration des Bauteils  wird durch die Dicke und die Dichte der Materialien bestimmt:

  • Die Dicke der Materialien: Die Konzentration im Bauteil "verdünnt" sich alleine durch die Dicke der Materialien. Der Anstrich ist 1400 Mal dünner als die Betonplatte, daraus ergibt sich der Faktor für die Dicke (0.25 mm / 350 mm = 0.00071). Im vorliegenden Fall würde die Konzentration alleine durch die Umrechnung auf die Dicke des gesamten Bauteils auf 2.75 mg/kg verdünnt (2580 mg/kg * 0.00071 = 2.75 mg/kg).
    (Theoretisch hnadelt es sich bei der Dicke des Bauteils um die Dicke der Betonplatte UND die Dicke des Anstrichs zusammen. Letztere ist aber bei Beton-Elementen in der Regel verschwindend klein und kann vernachlässigt werden. Bei Metallbauteilen ist das nicht unbedingt der Fall, diese sind im Verhältnis oft dicker).
  • Die Dichte der Materialien: Da die Grenzwerte für die Entsorgung in mg/kg angegeben werden, spielt auch die Dichte des Baumaterials eine Rolle. Für einen Anstrich kann mit einer Dichte von ca. 1200 kg/m3 gerechnet werden, während eine Betonplatte (je nach Armierung) eine Dichte von 1500 bis 2500 kg/m3 aufweist.
    Rechnen wir mit 2000 kg/m3 für die Betonplatte. Das Verhältnis der Dichte des Anstrichs zur Dichte des  Untergrunds ist also 1200 / 2000 = 0.6. Durch die grössere Dichte des Untergrunds im Vergleich zum Anstrich «verdünnt» sich die Konzentration des Schadstoff aufs Bauteil also ebenfalls.

Setzen wir diese in obige Formel ein:

       Formel aufs Bauteil rechnen - Beispiel

Aufs Bauteil gerechnet ergibt sich eine Konzentration von 1.11 mg/kg. Der Vergleich mit den Grenzwerten für die Entsorgung in einer Deponie oder dem Recycling gemäss VVEA (siehe Zusammenfassung auf Polludoc.ch) zeigt, dass das Material (ganzes Bauteil, inkl. Anstrich) nicht recycelt werden kann. Auch eine Entsorgung in einer Deponie B ist nicht möglich (Grenzwert gemäss VVEA, Anhang 5: 1 mg/kg).

Die Entsorgungs- resp. Verwertungsmöglichkeiten, die bleiben:

  • Entsorgung in einer Deponie Typ E (Grenzwert gemäss VVEA: 10 mg/kg) oder Verwertung in einem Zementwerk
  • Der Anstrich wird so weit entfernt, dass der Schadstoffgehalt des Unterlaggrunds ohne Anstrich:
    • unter dem Grenzwert der Deponie B liegt.
    • unter dem Grenzwert fürs Recycling liegt.

Letzten Endes muss eine Kostenbetrachtung, sowie ev. eine Schichtanalyse durchgeführt werden, um die kostengünstige Variante zu finden.

 

Unsicherheiten

Zu obiger Berechnung gibt es einige Punkte zu ergänzen.

Genauigkeit der Analyseresultate

Es ist nicht unüblich, dass die PCB-Konzentrationen von zwei Proben, auch wenn sie nur 5 cm entfernt voneinander genommen wurden, um 20 %, 30 % oder sogar noch mehr voneinander abweichen. Es gibt drei Faktoren die diese Abweichung verursachen können: die Genauigkeit der Analytik, die Heterogenität eines Materials und die Vergleichbarkeit der Probenahme. Die Laboranalytik selber weist Unsicherheiten von ±20 % auf. Aber auch der letzte Punkt wird oft unterschätzt: Hat man bei der einen Probe zusätzlich zum Anstrich noch der Staub mit beprobt? Oder wurde die Anstrichprobe durch ein wenig vom Unterlagsboden / Beton verdünnt? Möglicherweise besteht der Anstrich sogar aus zwei Schichten, die verschiedene Konzentrationen aufweisen und je nach Ort nicht genau gleich dick sind

In Bezug auf unser Beispiel würde ein Analyseresultat mit nur 12 % tieferer PCB-Konzentration bereits die direkte Entsorgung in einer Deponie B ermöglichen.

Schichtdicke

Bei einer Beton-Bodenplatte kann man noch einigermassen abschätzen oder messen wie dick diese ist. Wie dick ist aber der Anstrich? Der Einfluss der Dicke auf das Resultat ist sehr gross: Wenn im obigen Beispiel eine Dicke von 0.3 mm anstelle von 0.25 mm angenommen wird, fällt die Konzentration für das ganze Bauteil bereits 20 % höher aus. Wenn hingegen mit einer Dicke von nur 0.2 mm gerechnet wird, ist die Konzentration um 20 % tiefer und man kann die Abfälle in einer Deponie Typ B entsorgen.

Daraus folgt: Insbesondere wenn es um grössere Flächen geht und die Berechnung eine Konzentration knapp um einem Grenzwert ergibt, sollte die Dicke einer Schicht mit einem Schichtdicken Messgerät genau bestimmt werden.

Metallteile

Gewisse Metallteile, z.B. Träger und Stützen haben rundum einen Anstrich. So kann (muss aber nicht) ein Heizöltank innen UND aussen angestrichen sein. Wenn ein Metallträger 10 mm dick ist, und rundum einen Anstrich hat, dann darf für obige Berechnung natürlich nur die Hälfte der Dicke des Metalls gerechnet werden (oder man rechnet mit der doppelten Dicke des Anstrichs).

Bei dünnen Blechen kann ausserdem die Dickte der Beschichtung relativ zur Dicke des Metalls relativ gross sein, insbesondere wenn mehrere Schichten Anstrich übereinander aufgetragen wurden. Entsprechen kann es nötig sein, als «Dicke des ganzen Bauteils» die Dicke des Metalls UND der Farbe anzunehmen. Das Gleiche gilt im Prinzip auch für die "Dichte des Bauteils", wobei die durchschnittliche Dichte des Bauteils (also Metall und Anstrich zusammen) ausgerechnet werden muss. 

 

PCB im Bauteil: Sekundärkontamination

Es ist bekannt, dass PCB in Beton (und wohl noch mehr in Unterlagsboden) eindringt. Wie stark die Sekundärkontamination ist und wie tief diese reicht, hängt von der Konzentration im Anstrich, aber auch der Porosität des Betons, der Temperatur, des Alters des Bauteils, etc., ab. Diese Sekundärkontamination kann in Bezug auf die Entsorgung durchaus relevant sein: Bei sehr hohen Konzentration von PCB kann es sein, dass ein Beton- oder Unterlagsboden auch nach dem Abtragen des Anstrichs noch so stark belastet ist, dass dieser nicht recycelt werden kann. Deshalb besagt die Vollzugshilfe «Schadstoffermittlung/Entsorgungskonzept», dass ab einer Konzentration von 1000 mg/kg in einem Anstrich (oder in einer Fugendichtungsmasse) eine tiefenorienterte Beprobung (z. B. Kernbohrung) nötig ist.

Zusätzlich kann eine anschliessende Schichtanalyse nützlich sein, damit man weiss, ob auch ein Teil des Untergrunds (z. B. Beton) kontaminiert ist.Bei einer solchen Schichtanalyse wird z. B. die Konzentration auf dem 1 cm und dann auf dem 2 cm, und je nach Resultat dieser Analyse auch noch im 3. oder 4. cm bestimmt. Um anhand dieser Analysen die Konzentration auf das ganze Bauteil zu ermitteln, muss anschliessend das Integral auf das ganze Bauteil berechnet werden (unter Annahme einer exponentiellen Abnahme der Konzentration mit der Tiefe).

Auch bei niedrigeren Gehalten kann es theoretisch zu falschen Resultaten führen, wenn man die ins Bauteil eingedrungene Menge PCB bei der Berechnung vernachlässigt. Nehmen wir an, der Anstrich aus unserem Beispiel ist nur 0.2 mm dick anstelle von 0.25 mm. Daraus ergibt sich eine Konzentration von 0.912 mg/kg PCB für das ganze Bauteil. Geht man davon, dass der PCB-Gehalt im Anstrich ursprünglich höher war, ein Teil aber in den Beton eingedrungen (und ein Teil vergast) ist. In dem Fall ist es gut möglich, dass die PCB-Menge (nicht der Konzentration) im Unterlagsboden mehr als 10 % der PCB-Menge im Anstrich beträgt. Somit läge die Gesamtkonzentration fürs Bauteil wieder über dem Grenzwert für die Deponie B.

Demnach kann bei grossflächigen Anwendungen eine tiefenorientierte Untersuchung auch bei Werten unter 1000 mg/kg durchaus sinnvoll sein. Die Ergebnisse können bei Konzentrationen um die Grenzwerte für Verwertung oder Entsorgung sowohl ökologisch, als auch finanziell, einen Unterschied machen.

 

Schlussfolgerungen

Die Ausführungen zeigen, dass das Herunterrechnen des PCB-Gehalts auf das Bauteil eigentlich einfach ist. Es zeigt aber auch, dass sich durch das Herunterrechnen auf das Bauteil auch die Unsicherheiten multiplizieren. Die möglichen Fehlerquellen müssen in kritischen Fällen identifiziert und mit geeigneten Mitteln reduziert werden.

Die Datenlage zu Sekundärkontaminationen (Eindringmengen und -Tiefen) ist zurzeit noch gering. Wir ermuntern Fachleute, ihre Erfahrungen und Daten  auszutauschen, damit das Vorgehen und die Empfehlungen weiter verbessert werden können.

7. Juli 2020, Simon Schneebeli, Corin Gemperle

 

* Technisch spricht man eher von Beschichtung als von Anstrich, der Einfachheit halber wird hier nur den Begriff Anstrich verwendet.

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