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Der Feinstaub des Strassenverkehrs - hochgiftige Wirkungen (Teil 1)

Die hochgiftigen Wirkungen von Feinstaub

Meldungen

präsentiert von Michael Palomino (2005)

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Quellen u.a.:
-- Umwelt-Materialien Nr. 126. Luft. Luftschadstoff-Emissionen von Strassenbaustellen. Teil I von Jörg Stolz (4206 Seewen): PAH und VOC 2001;
-- Umwelt-Materialien Nr. 127. Luft. Luftschadstoff-Emissionen von Strassenbaustellen. Teil II von Jörg Stolz (4206 Seewen) und Lukas Wegmann (Liestal): Aerosole und Partikel 2002 / 2003
-- Meldungen


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Stäube und Feinstaub von Strassenbelägen

Schwefeldioxid ist nicht mehr das Hauptproblem
Früher waren Schwefeldioxid und Schwebestaubpartikel aus Kohleverbrennung und Industrieabgasen das Hauptproblem für die Lebensbedingungen in Industriezonen, mit höheren Sterberaten in den betreffenden Regionen. 1985 setzte in der Schweiz die Luftreinhalteverordnung die Immissionsgrenzwerte für "Schwebestaub insgesamt" fest. Mitte der 1990er Jahre wurde in der Schweiz festgestellt, dass trotz der Massnahmen gegen Stäube weiterhin gesundheitliche Beeinträchtigungen auftreten:

"Es zeigte sich, dass die gemessene Grösse nicht das richtige Mass für die Beurteilung der Schwebestaubbelastung war und dass die Immissionsgrenzwerte zu hoch angesetzt waren." (Stolz, Teil II, S.15)

Feinstaub in die Luftreinhalteverordnung aufgenommen
Am 1.3.1998 wurde die Luftreinhalteverordnung revidiert und neue Immissionsgrenzwerte für Feinstaub PM10 eingeführt:
-- 20 Mikrogramm pro m3 für das Jahresmittel
-- 50 Mikrogramm pro m3 dürfen als Tagesmittel nur einmal pro Jahr überschritten werden (Stolz, Teil II, S.15).

Definition Feinstaub: Alveolengängigkeit / Lungenbläschengängigkeit
"Feinstaub bezeichnet man nur das Teilchenkollektiv, das aufgrund seiner aerodynamischen Eigenschaften bis in den Alveolenbereich [Lungenbläschen] der Lungen eindringen kann." (Stolz, Teil II, S.67)

Bis heute werden in weiten Teilen der bewohnten Schweiz diese PM10-Werte bei Weitem überschritten
-- durch Dieselmotoren im Verkehr
-- durch Baumaschinen, die Landwirtschaft
-- durch die Luftfahrt (Offroad-Sektor)
-- durch Industrie, Gewerbe, Feuerungen (Stolz, Teil II, S.15).

[Schweizer Karte der Feinstaubbelastung: In: BUWAL: Umwelt Schweiz 2002. Politik und Perspektiven, S.23: Der ganze Kanton Basel-Stadt, fast der ganze Kanton Zürich und Genf, der halbe Kanton Luzern, Aargau und Solothurn, und fast die gesamten Haupfverkehrsgebiete des Tessin liegen beim Feinstaub über dem Grenzwert, in den schweizer Städten mit  Höchstwerten der Intensität nach geordnet: Zürich - Basel - Genf - Bern - Lausanne - Winterthur - Luzern - Aarau etc., siehe: Schweizer Karte der Feinstaubbelastung, Agglomerationen].

Feinstaub: Einteilung nach thermischen und mechanischen Prozessen

Feinstaub durch thermische Prozesse

mit ultrafeinen und feinen Teilchen unter 0,3 Mikrometer Durchmesser

Feinstaub durch mechanische Prozesse

meist grösser als 1-2 Mikrometer Durchmesser

Verkehr (Abgase)

Abrieb (durch jedwelche mechanische Vorgänge)

Heizung (Abgase)

Aufwirbelung (Wind)

Feuerung (Abgase)

Strassenstaub: Reifenabrieb, Bremsenabrieb, Belagsabrieb

Industrie und Gewerbe (Abgase)

Industrie und Gewerbe (Fräsen u.a.)

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

(Stolz, Teil II, S.15)



Feinstaub aus sekundären Quellen: aus gasförmigen Vorläufern

die in der Atmosphäre neue Teilchen bilden: Bildung in der Atmosphäre durch "Gas-Partikel-Konversion" der Vorläufer Schwefeldioxid SO2, Stickoxid NOx, Ammoniak NH3 und flüchtige organische Verbindungen (VOC)
-- von Verkehr
-- von Feuerungen
-- von Landwirtschaft
-- von Industrie (Stolz, Teil II, S.15).

Feinstaub aus natürlichen Quellen
Pollen, Winderosion von Böden, Gischt aus Meeren, Vulkan-Emissionen (Stolz, Teil II, S.15)


Feinstaub: Wirkung im Menschen

Faktoren sind:
-- Grösse, Form, Oberfläche
-- chemische Zusammensetzungen
-- Biobeständigkeit
-- hygroskopische (Wasser-bindende) Eigenschaften
-- bei Pflanze, Mensch und Tier: Tiefe der Atmung und Schnelligkeit der Atmung (Stolz, Teil II, S.16)

-- Teilchengrösse:
oo  Partikel mit Durchmesser von 5-30 Mikrometer bleiben in der Nase und im Rachen
oo  Partikel mit Durchmesser von 5-10 Mikrometer gelangen in Tracheen und Bronchien [und werden herausgehustet?]

oo  Partikel mit Durchmesser unter 5 Mikrometer können die Alveolen erreichen (Stolz, Teil II, S.16) und sich an den Wänden absetzen (Stolz, Teil II, S.16-17)

oo  Partikel mit Durchmesser von 0,1-1 Mikrometer werden wieder ausgeatmet (Stolz, Teil II, S.17)
oo  wasserlösliche Partikel werden i.d.R. von den Reinigungssystemen der Lungen weggeschafft (Stolz, Teil I, S.17)

oo die Partikel in den Alveolen: der Reinigungsvorgang dauert lange, die Lungenfunktion ist gestört, es sind erste Schäden möglich, wenn kein Abtransport möglich ist (Stolz, Teil II, S.17).

Arbeitserkrankungen durch Stäube

Feinstaub kann hervorrufen:
-- Tumore in Atmungsorganen
-- Fibrose (Geschwulste)
-- Allergien
-- chemisch-irritative Wirkungen
-- chemisch-toxische Wirkungen
-- Überladungseffekte (Stolz, Teil II, S.17).

Lineare Zusammenhänge zwischen Belastung mit PM10 und Krankheitshäufigkeit

PM10-Belastung

- Atemwegserkrankungen
- Herz-Kreislauf-Erkrankungen

1-3 Tage höhere PM10-Belastung mit 10 Mikrogramm / m3

hat schon spürbare Auswirkungen, z.B.
- Notfallkonsultationen wegen Asthma
- Symptome der tiefen Atemwege bei Kindern

Jahresmittel um 10 Mikrogramm / m3 erhöht

deutliche Auswirkungen:
- Atemnot: nehmen um mindestens 20 % zu
- Atemwegsinfektionen bei Kindern nehmen um mindestens 20 % zu
- Atemwegsinfektionen bei Herz- und Kreislauferkrankungen nehmen um mindestens 20 % zu
- Todesfälle mit Lungenkrebs: + 20 %
- Gesamtmortalität: + ca. 20 %

 

(Stolz, Teil II, S.17)



Andere Schadstoffe erzeugen nicht so starke Zunahmen an Krankheiten. NO2 erzeugt nicht eine so stark ansteigende Mortalität. NO2 tritt in der Wichtigkeit der Luftschadstoffe zurück (Stolz, Teil II, S.17).

In:
-- BUWAL: Schwebestaub - Messung und gesundheitliche Bewertung. Schriftenreihe Umwelt Nr. 270, Bern 1996
-- BUWAL: PM10: Fragen und Antworten zu Eigenschaften, Immissionen und Auswirkungen. Bern (Stand 22.1.1998).

Stäube binden PAH/PAK: Krebs durch Feinstaub-Konglomerate
-- die Partikel von Feinstaub sind Träger krebserregender Substanzen: PAC (Polycyclic Aromatic Compounds [polyzyclische aromatische Verbindungen: PAH/PAK, PASH, PANH), Cadmium Cd, Chrom VI etc., weitere Schwermetalle, und Säuren
-- die einzelnen Wirkungen sind noch nicht abgeklärt (Stolz, Teil II, S.17).

Feststellungen bisher:
-- ultrafeine Partikel sind ein besonderes Risiko
-- auch die hydrophoben (wasserabstossenden) Partikel sind ein besonderes Risiko
-- beide verursachen schwere Entzündungen und Lungenödeme, was die Mortalitätsrate steigert (Stolz, Teil II, S.17).

Verschiedene Benzo(a)pyren-Gehalte bei Stäuben
Die Stäube aus mechanischen Prozessen zeigen mehr oder weniger gleiche Benzo(a)pyren-Konzentrationen wie die Ausgangsmaterialien, wobei die Bearbeitungsart eine Rolle spielt:
-- "Wenn andere Staubquellen zum Gesamtstaubaufkommen beitragen, kann der Benzol(a)pyren-Gehalt tiefer sein" (Stolz, Teil I, S.22)
-- beim Fräsen haben die Stäube beträchtlich höhere Benzo(a)pyren-Gehalte als das bearbeitete Material, bis um den Faktor 4-5, die Ursachen sind noch nicht abgeklärt (Stolz, Teil I, S.22)


Feinstaub auf Baustellen

Baustellenarbeiten: Faktor Stäube und Feinstaub

Die Untersuchung und Messung von Stäuben auf Baustellen ist eine komplexe Angelegenheit und nur behelfsmässig messbar:
-- Baustellen werden in Luv und Lee aufgeteilt, oder
-- es werden auf Baustellen verschiedene Punktmessungen gemacht
-- eventuell werden die Vorgänge in Modellversuchen nachgestellt (Stolz, Teil II, S.22).

Def.: Silt-Gehalt = Gehalt an Partikeln unter 75 Mikrometer Durchmesser (Stolz, Teil II, S.23).

Faktor Jahreszeit: Im 1. Halbjahr enthält die Erde mehr Silt als im 2.Halbjahr [Nordhemisphäre?]

Faktor Temperatur: ist bis heute nicht berücksichtigt (Stolz, Teil II, S.49).

Generell: Mechanisierung begünstigt Staubentwicklung - Belastung der Bevölkerung
"Mit der Mechanisierung der Arbeitsvorgänge hat die Intensität der Staubentwicklung zum Teil erheblich zugenommen." (Stolz, Teil II, S.22)

Baustellen haben heute generell eine erhöhte PM10-Belastung mit je zusätzlich ca. 10 Mikrogramm / m3. Während der Baustellenzeiten ist die umliegende Bevölkerung "während Tagen bis Wochen" mit "deutlichen gesundheitlichen Auswirkungen" der Baustelle konfrontiert (Stolz, Teil II, S.10).

Generell: Winde verteilen die Gefahr
Staubkonzentrationen auf der Baustelle werden durch starke Winde wegverfrachtet. Kein Wind - staubige Baustelle, aber staubige Umgebung (Stolz, Teil II, S.38).

Generell: Die gesamte Bevölkerung ist durch diese Stäube gefährdet
"Der PM2,5-Anteil liegt bei Stäuben aus mechanischen Prozessen im Bereich 2-20%, bei Aerosolen aus thermischen Prozessen bei 10-50%. Teilchen dieser Grösse werden nur sehr langsam aus der Atmosphäre entfernt. Sie können über weite Strecken transportiert werden und zur Belastung der Allgemeinbevölkerung beitragen (Stolz, Teil II, S.70).

Generell: Gefahr unter 5 Mikrometer und 5-10 Mikrometer sind gefährlich
"Die grössten Partikel (Durchmesser: 5 bis 30 Mikrometer) bleiben bereits in der Nase und im Rachen hängen. Partikel mit einem Durchmesser von 5-10 Mikrometer gelangen in die Tracheen und Bronchien. Partikel mit unter 5 Mikrometer können die Alveolen [Lungenbläschen] erreichen und sich dort an den Wänden absetzen. Partikel im Grössenbereich 0,1-1 Mikrometer werden zum Teil wieder ausgeatmet. Die grösseren und die ganz kleinen Partikel werden dagegen fast vollständig deponiert." (Stolz, Teil II, S.70)

Staubpartikel auf der Baustelle
-- hohe PM10-Anteile: bei feinkörnigen Materialien wie Zement
-- bei PM30 hat PM10 einen Anteil von 32 +/- 14%
-- bei PM30 hat PM2,5 einen Anteil von 9 +/- 6 % (Stolz, Teil II, S.43)

-- hohe PM10-Anteile kommen vor
oo  im Umgang mit feinkörnigen Materialien
oo  bei intensiven, mechanischen Prozessen, die Feinmaterial freisetzen (brechen, mahlen, sieben, schleifen, strahlen)
oo  hohe PM10-Emissionen durch Stäube von Schüttgutzwischenlager, die verfrachtet werden (Stolz, Teil II, S.43).

Zusammensetzung der Stäube: überraschend viel Quarz (Siliziumdioxid SiO2)
Die Zusammensetzung des Gesteins entspricht in etwa der Zusammensetzung der Stäube. Gesundheitsgefährdender Bestandteil ist v.a. Quarz (SiO2), das in vielen natürlich vorkommenden Gesteinen hervortritt:
-- quarzarm sind z.B. Basalte, Kalksteine, Marmor
-- stark quarzhaltig sind z.B. Granite, Porphyre, Quarzite, Sandsteine (Stolz, Teil II, S.44).

Spezialfälle aber sind folgende Steine:

-- Diabase und Melaphyre ohne hohen Quarzgehalt entwickeln sekundär Quarz und haben Staub mit hohen Quarzgehalten

-- quarzarme Kalke können durch sekundäre Verkiesung erheblich höhere Quarzgehalte aufweisen

dagegen:
-- Sandsteine und Grauwacken mit Quarzgehalt von 30-80% zeigen Feinstäube mit deutlich geringeren Quarzgehalten (Stolz, Teil II, S.44).

Schotterwerke und Betonwerke - Quarz im Beton
Mit all diesen Vorgängen muss in Schotterwerken gerechnet werden. Das mineralische Schottergut für Strassen kann in der Schweiz bestehen aus Basalt, Diabas, Kalkstein, Syenit, Melaphyr, Quarzporphyr, Sandstein, Grauwacke, Quarzit, Basaltlava, Dachschiefer, Ganquarz (Stolz, Teil II, S.44).

-- Kalkstein, Basalt: sind quarzfrei bis quarzarm
-- Quarzit: quarzreich
-- oft werden Quarzkiese oder Quarzschotter hergestellt.

Die Zemente dazu sind quarzfreie Bindemittel. Der Beton daraus "kann Quarzgehalte von unter 1 bis 80% aufweisen." (Stolz, Teil II, S.44)

Diffuse Staubfrachten auf Baustellen
kommen in bedeutendem Umfang vor
-- mit Schüttgütern im Baubereich bei der Herstellung, Lagerung, beim Umschlag, beim Transport, beim Einsatz / bei der Verwendung (Stolz, Teil II, S.21)
-- bei mechanischen Arbeiten auf Baustellen und in deren Umfeld (Stolz, Teil II, S.21).

Faktoren
-- die Materialien
-- die Art der Anlagen
-- die Art des Betriebs der Anlagen
-- die Wetterbedingungen
->> die Staubemissionen können stark schwanken (Stolz, Teil II, S.21).

Grosse Staubfrachten
-- Kaltfräsen von Asphalt-, Deck- und Tragschichten
-- Werkverkehr auf unbefestigten Baupisten
-- Aufladen und Abkippen von Schüttgütern (Kiessande, Fräsgut, etc.)
-- Brechen von Fels, Gestein, Ausbauasphalt, Betonabbruch etc. (Stolz, Teil II, S.19)

Mittlere Staubfrachten
-- Transporte von Schüttgütern auf offenen Ladeflächen / in offenen Mulden
-- Verteilen von Material mit Bulldozern oder Gradern
-- Stabilisieren des Untergrunds mit Kalk
-- Stabilisieren des Unter- resp. Oberbaus mit Zement
-- Planieren und Verdichten
-- Sprengen von Felsmaterial und alten Bauwerken

-- weitere Fräsarbeiten (Planierabsenkungen, Betonplatten, etc.)
-- Reinigung mechanisch bearbeiteter Flächen mit Wischmaschinen etc.
-- Klassieren (Sieben) von zerkleinertem Material
-- Abstreuen von Gussasphalt (GA), Hot-Rolled-Asphalt (HRA) oder Oberflächenbehandlung (OB) mit Splitt
-- Strahlarbeiten (Sandstrahlen, Kugelstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen etc.) (Stolz, Teil II, S.19).

Stäube mit Schadstoffen
-- beim Umgang mit feinkörnigen Produkten (Zemente, Filler etc.), z.B. Mischen von Beton, Stabilisieren des Untergrundes mit Zement oder Kalk (Stolz, Teil II, S.36)

-- beim Kaltfräsen von Asphaltbelägen (Stolz, Teil I, S.19): durch das Wegfräsen nicht teerhaltiger Schichten von teerhaltigen Schichten ("selektives Fräsen") (Stolz, Teil I, S.25)

-- durch trockenes Reinigen mechanisch bearbeiteter Flächen (Stolz, Teil I, S.19)

-- beim Zerkleinern, beim Brechen [Presslufthammer] (Stolz, Teil I, S.19) und beim Klassieren und Sieben von Gesteinen und mineralischen Bauabfällen (Betonabbruch, Asphaltaufbruch, etc. ) (Stolz, Teil II, S.36)

-- beim Entfernen alter Voranstriche von Tragkonstruktionen durch Strahlen [Sandstrahlen] (Stolz, Teil I, S.19), Strahlen von korrosionsgeschützten Stahlobjekten (Stolz, Teil II, S.36)

-- beim Strahlen von quarzhaltigen Materialien (z.B. Beton) mit Quarzsanden (Stolz, Teil II, S.36)

-- beim Mischen (Stolz, Teil I, S.25)
-- bei der mechanischen Reinigung (Stolz, Teil I, S.25)

-- bei gefrästen Oberflächen (Stolz, Teil I, S.25).
-- Tunnelbau und Stollenbau: Schrämmen, Fräsen, Torkretieren (Stolz, Teil II, S.36)

-- Spritzbetonarbeiten (Stolz, Teil II, S.36)
-- maschinelle Bearbeitung (Abspitzen, Schleifen, Bohren etc.) von Gestein, Beton etc. (Stolz, Teil II, S.36).

Weitere Faktoren für Staub: Staubungsneigung des transportierten Gutes

Dichte

Scherfestigkeit

Korngrösse

Bruchfestigkeit

Kornform

Zusammensetzung

Schüttdichte

Feuchtegehalt

Abriebsfestigkeit

(Stolz, Teil II, S.21)


Weitere Faktoren für Staub: Lagerungsform des Baugutes oder Schüttgutes

Haldenform

Ausrichtung der Halde

Haldenabmessung

Haldenverdichtung

Böschungswinkel

Berieselung (Stolz, Teil II, S.21)

---

 

Fläche des Neigungsbereichs

(Stolz, Teil II, S.31)


Weitere Faktoren für Staub: Transport

Transportart

Windexposition

Qualität der Verkehrswege

Temperatur

Geschwindigkeit des Transports

Regen

Gewicht der Fahrzeuge

(Stolz, Teil II, S.21)



Erdarbeiten

-- Wassersprayfahrzeug kann die Staubemissionen tief halten
-- Grenzwert OSHA-PEL [?] für Gesamtstaub: 15 mg / m3
-- die Probenahmen ergeben 30% thoraxgängigen Staub, 12% lungengängigen Staub, und unerwartet viel atemgängiges Siliziumdioxid (Quarz) SiO2 (Stolz, Teil II, S.36)

Proportionen und Zusammenhänge über Staub auf Baustellen
-- proportional zur Ladefläche
-- Aktivitätsrate
-- Kleinteilchengehalt, Silt-Gehalt
-- Geschwindigkeit der eingesetzten Fahrzeuge
-- Gewicht der eingesetzten Fahrzeuge
-- negative Proportion: Feuchtigkeitsgehalt des bearbeiteten Materials (Stolz, Teil II, S.23).

Berechnungen sind nur in grobem Mass möglich: Einheit: TSP (=total suspended particulates, totaler Schwebestaub, in Tonnen TSP pro Hektar und pro Monat (t / ha mal mt); Beispiel: 2,69 Tonnen TSP / ha mal mit, ergeben bei 25%-Anteil PM10 ca. 0,7 Tonnen PM10/ha mal Monat (Stolz, Teil II, S.23).

Die unbefestigten Strassen und Baupisten
-- Verkehrswege: Staub-Fahnen auf unbefestigten Strassen und Baupisten
-- durch das Befahren werden die Partikel immer kleiner
-- die Räder heben die Partikel, und die Luftströmungen hinter dem Fahrzeug wirbeln sie durch die Luft
-- je mehr Verkehr, desto mehr Staub auf der Baupiste: lineare Abhängigkeit (Stolz, Teil II, S.24).

Weitere Abhängigkeiten:
Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Räderzahl pro Fahrzeug, Struktur der Strassenoberfläche (Stolz, Teil II, S.24).

Bedingungen für die Staubentwicklung auf unbefestigten Baupisten

gut

schlecht

keine feinen Partikel

viel feine Partikel

wenig Siltgehalt auf der Baupiste

viel Siltgehalt auf der Baupiste

leichte Fahrzeuge

schwere Fahrzeuge

langsames Fahren

schnelles Fahren

feuchtes Klima

trockenes Klima

[wenig Räder?]

[viele Räder?]

20 g PM10 / Fahrzeug mal km

über 1kg PM10 / Fahrzeug mal km

 

(Stolz, Teil II, S.24)



Die befestigten Strassen auf der Baustelle
-- Aufwirbelung von losem Material, Materialverlusten und Radverschmutzungen, von erodierter Erde, von Abfällen, von pflanzlichem Eintrag wie Gras etc., und von Streumaterial im Winter (Kies, Sand, Salz)
-- Entfernung des Strassenguts durch Aufwirbelung durch Pneus, Wind und Wirbel durch Fahrzeuge, durch Abschwemmung durch Niederschläge, durch Strassenreinigung (Stolz, Teil II, S.24).

Proportionen und Zusammenhänge für befestigte Strassen auf Baustellen
Anzahl Fahrzeuge: Mehr Fahrzeuge ergeben weniger Ablagerungen auf der Strasse (Stolz, Teil II, S.25).

Faktor Abwurfvorgang auf der Baustelle

-- Abwurf von Förderbändern

positive Einflüsse:

-- Abwurf von Pneuladern

-- grosse Abwurfmenge

-- Abkippen vom Lastwagen

-- kleine Abwurfhöhe

 

-- Feuchtigkeit des Schüttgutes

-- unberechenbarer Faktor: Wind

(Stolz, Teil II, S.25)

->>

 

Ladung von Lkw abkippen

staubt am wenigsten

Ladung vom Schaufellader auf Lkw abladen

staubt mehr

Bandabwurf aus 1 m Höhe

staubt noch mehr

Bandabwurf aus 10 m Höhe

staubt am meisten

 

(Stolz, Teil II, S.26)


Das Befeuchten des Materials kann das Stäuben sehr verringern (Stolz, Teil II, S.26).

Arbeitsbedingungen beim Bulldozerfahren

positiv

negativ

wenig Siltgehalt

viel Siltgehalt

Feuchtigkeit

Trockenheit

ergibt wenig Staub

ergibt viel Staub

 

(Stolz, Teil II, S.27)



Reinigung mechanisch bearbeiteter Flächen
ist bei trockenem Wetter staubintensiv (Stolz, Teil II, S.27).

Zerkleinern, Klassieren von Material nach Steinsgrössen
durch verschiedene Brech- und Schlagsysteme, Brechertypen (Stolz, Teil II, S.27): Druckzerkleinerer: weniger Staub; Prall- und Schlagzerkleinerer: mehr Staub (Stolz, Teil II, S.28)

Weitere Faktoren zu Stäuben beim Zerkleinern und Klassieren von Material nach Steinsgrössen

Gesteinstyp

Zerkleinerungsrate

Bruchstückgrössen beim Ausgangsmaterial

Feinanteil

Feuchtigkeitsgehalt

Klima

Durchsatzrate

Topographie

 

 (Stolz, Teil II, S.27)



Die Brech- und Siebeprozesse setzen erhebliche Feinstäube PM10 frei:
-- Siebprozesse erzeugen mehr Stäube als die Brechprozesse
-- die Befeuchtung der Siebprozesse verringert die Stäube um 76-97%
-- aber gewisse Steine dürfen nicht befeuchtet werden, sonst verpappen oder quellen sie etc., z.B. Mergel, Anhydrit (Stolz, Teil II, S.28).

Stäube beim Mischen
Beim Einsatz feinkörniger Materialien (z.B. Zement) produziert in Mischprozessen ist viel Feinstaub PM10 möglich (Stolz, Teil II, S.28).

Stäube beim Abladen und Lagern
Beim Abladen fallen nach die Brocken nach der Sinkgeschwindigkeit der Grösse nach: die grossen Brocken zuerst, die "abwehungsfähigen" feinen Partikel fallen langsamer auf die grossen Brocken. Somit sind die feinen Partikel an der Oberfläche konzentriert. Ist die Lagerung an windexponierten Stellen, so sind extreme Staubemissionen möglich, ohne Pause Tag und Nacht, Sa/So etc., zuerst bei der dem Windangriff zugewandten Seite (Stolz, Teil II, S.28). Wenn die feinen Schichten abgetragen sind, folgen keine Stäube mehr, so z.B. bei Kiessanden, Recycling-Kiessanden, Asphaltgranulaten (Stolz, Teil II, S.30). Dann hat der stärkste Wind das "abwehfähige" Material "ausgeblasen" (Stolz, Teil II, S.31).

Eventuell kommt es zu neuen Verwitterungsvorgängen im gelagerten Gut und so zu neuen Stäuben. Ausserdem ergeben sich Abhängigkeiten vom Böschungswinkel, von der Ausrichtung der Längsachse und von der Haftung der Körner in der Schüttung selbst (Stolz, Teil II, S.28). Je flacher der Böschungswinkel, desto eher wird Material vom Wind abgetragen (Stolz, Teil II, S.29).

Und bei jedem Umlagern wird der Schüttprozess und der Staubprozess wiederholt (Stolz, Teil II, S.31).

Faktor Korngrösse:
-- sind alle Körner gleich gross und abwehbar, erfolgt dauernde Abwehung
-- je grösser die Korngrösse, desto heftiger muss der Wind sein, um Stäube zu entwickeln (Stolz, Teil II, S.29).


Abbruchwerk produziert hohe Staubwerte

-- Abbruch von Mauerwerk bewirkt hohe Staubkonzentration (Stolz, Teil II, S.37)
-- Abbruch mit dem Spitzhammer, z.B. Abspitzen von Putz, bewirkt ebenfalls hohe Staubkonzentration
-- Schleifarbeiten bewirken hohe Staubkonzentration

-- Fräsen von Beton bei geringer Wasserzugabe: Die Werte sind deutlich über den MAK-Werten, v.a.
obei trockener Arbeitsweise
oo  bei Bearbeitung quarzhaltiger Gesteine (z.B. Sandstein)
oo  bei schlechten Lüftungsbedingungen (Stolz, Teil II, S.38).


Steinbrüche produzieren hohe Staubwerte

Hohe Staubkonzentrationen ergeben sich um überdachte Stellen ohne Seitenwände mit Staubkonzentrationen von 0,5-2 mg/m3
-- bei Gesteinen mit geringer Druckfestigkeit und feiner Struktur: Kalk, Mergel
-- bei hohen Durchsatz- und Zerkleinerungsraten
-- bei schnell drehende Geräten
-- bei trockenen Bedingungen (Stolz, Teil II, S.38).

Massnahmen:
-- staubintensive Brechertypen wie Stabrohrmühlen ersetzen
-- Prall-, Hammer- und Kegelbrecher können gut entstaubt werden, Backenbrecher nicht (Stolz, Teil II, S.38).

Massnahme: Wasserzudosierung gegen Staubbildung
-- ist nicht möglich bei Mergel und Kalkstein u.a. wegen Verpappung
-- ist nicht möglich bei Anhydrit wegen Quellung
-- man muss das Wasser in feinen Tröpfchen dosieren, um wirksam Flächen zu entstauben
-- bei Erzeugung neuer Oberflächen entstehen neue Staubemissionen trotz Wasserdosierung (Stolz, Teil II, S.38).

Regeln:
-- bei grösseren mineralischen Partikeln (6-10 Mikrometer Durchmesser) erfolgt eine Reduktion des Staubes um 90%
-- bei kleinen mineralischen Partikeln (0-2,5 Mikrometer Durchmesser) erfolgt eine Reduktion des Staubes um nur 40%
->> der Anteil von PM 2,5 im Staub steigt (Stolz, Teil II, S.43).

Massnahme: Quellenabsaugung von Staub
-- bei trockenem Bohren und pneumatischem Meisseln verschiedener Gneise sind die Feinstaubkonzentrationen im Bereich der Arbeitsplätze je nach Wind 0,5-4 mg/m3
-- bei Quellenabsaugung schwankt die Feinstaubkonzentration von unter 0,5-1,5 mg/m3
-- wobei die Gneisarten selbst wieder unterschiedlich sind (Stolz, Teil II, S.39).


Tunnel- und Stollenbau: Tunnelausbruch und der Feinstaub

-- hohe Feinstaubbelastungen v.a. bei Arbeiten mit Teilschnittmaschinen und bei Spreng- und Spritzbetonarbeiten
-- hohe Dieselmotoremissionen
-- stark ätzende Baustoffe
-- gesundheitsgefährdende Gase bei Sprengarbeiten (nitrose Gase etc.)
-- schlechte klimatische Bedingungen und Lärm und schlechte Sichtverhältnisse (Stolz, Teil II, S.39).

Bei Arbeiten mit einer Tunnelbohrmaschine mit Vortrieb im gesamten Tunnelquerschnitt kommt es aber zu wenig Feinstaubbelastung: Der Staub wird weitgehend erfasst (Stolz, Teil II, S.39).


Sanierung alter Asphaltbeläge: Fräsen - Brechen - Einbau - Zugabe von Zement

1. hohe einatembare Staubwerte: Fräsen von Altbelägen trotz Wasserdosierung von 300-600 Liter / Stunde: durchschnittlich 4-5 mg/m3 Staub, Spitzen: 5.23 mg / m3

2. mechanisches Reinigen der gefrästen Oberfläche mit Wischfahrzeugen: durchschnittlich 4-5 mg/m3 Staub, Spitze 5-23 mg/m3

3. Brechen der stark feuchten Asphaltgranulate: produziert vergleichsweise wenig Staub

4. Mischen von Asphaltgranulaten mit Bitumenemulsion

5. Einbau des neuen Asphalts mittels Grader / Planiermaschine: Zudosierung von trockenem Zement

6. Einbau kalt von Asphaltgranulaten mit Zugabe von Zement (trockenes Einstreuen): produziert sehr viel Zementstaub (Stolz, Teil II, S.37).

In der Schweiz werden Mischungen von bituminös und hydraulisch gebundenem Material abgelehnt. (Stolz, Teil II, S.37)

Ergänzung:
-- Abtragen der alten Belagsschicht: erhöhte Staubemission
-- hohe Toluol-Emissionen v.a. durch Auftragen der Bitumenemulsionen als Haftschicht zwischen den einzelnen Asphaltbelägen
-- erhöhte PAH/PAK-Emissionen: Man nimmt an, dass diese durch Dieselruss begünstigt werden (Stolz, Teil II, S.42).


Fräsen und der Feinstaub

Fräsen von Steinen oder Betonplatten ist sehr staubintensiv. Faktoren:
-- Art und Zustand des Altbelags
-- Frästiefe
-- Wasserdosierung
-- Niederschlagsmenge (Stolz, Teil II, S.27).

Benzo(a)pyren beim Fräsen: Teerasphaltbeton
-- höchste Konzentrationen an krebserregendem Benzo(a)pyren beim Fräsen von Teerasphaltbeton und von "tar-lime stabilization layer": 1000-1100 ng BaP/m3
-- der Fahrer der Fräsmaschine hat 1/4 der Belastung wie die Arbeiter im Umfeld der Fräsmaschine (Stolz, Teil II, S.37).

Benzo(a)pyren (BaP)-Konzentrationen im Baustellenstaub beim Fräsen alter Beläge

MAK-Wert für BaP in der Luft in der Schweiz: 2000 ng/m3
Richtwert für BaP in der Luft in NL/F: 150 ng/m3
Vergleich: Starkes Rauchen in geschlossenen Räumen bleibt bei unter 30 ng BaP pro m3

Art der Arbeit

Bemerkung

BaP in der Luft in ng/m3

BaP in der Luft: Höchstwert

BaP im Staub in ppm

beim Fräsen alter Beläge

sehr hohe Werte für Arbeiter, die um die Fräsmaschine arbeiten, der Fahrer der Fräsmaschine hat 1/4-1/8 der Belastung_

300

1100

71

beim Brechen alter Beläge

sehr hohe Werte für Arbeiter [Presslufthammer]

405

450

405

beim Mischen teerhaltiger Asphalte

hohe Werte

125

200

74

beim Reinigen gefräster Flächen

hohe Werte

155

390

32

 

 

 

 

(Stolz, Teil I, S.31)



Baustellenstaub durch Strahlen bei der Sanierung von Betonbrücken

-- zum Entfernen alter Voranstriche und zum Entfernen von Epoxid-Teer-Abdichtungen, meist ohne jeden Schutz: Die Stäube enthalten 36-61 mg Benzo(a)pyren pro m3 (Stolz, Teil I, S.32).
-- Sandstrahlen, Kugelstrahlen, Hochdruckwasserstrahlen etc. (Stolz, Teil II, S.19).

"Beton kann Quarzgehalte von unter 1 bis 80% aufweisen. Bei mechanischer Bearbeitung von Beton muss immer mit quarzhaltigen Feinstäuben gerechnet werden." (Stolz, Teil II, S.44)

Stäube beim Strahlen von Beton mit Quarzsand und Schmelzkammerschlacke
-- gegen Rheinkiesplatten aus Rheinkiesbeton, hochquarzhaltig
-- gegen Kalksteinplatten
-- gegen Basaltbetonplatten (Stolz, Teil II, S.31).

Faktoren:
-- Art des Betons
-- Art des Strahlmittels: "Wenn quarzfreie Strahlmittel eingesetzt werden, kann die Konzentration und Emission des Quarzfeinstaubs um ca. 70% vermindert werden." (Stolz, Teil II, S.31).

Grundsatz auch: bei hochquarzhaltigen Materialien keine quarzhaltigen Strahlmittel einsetzen (Stolz, Teil II, S.31).

Das Strahlen von Beton hat hohe Feinstaub- und Quarzfeinstaubkonzentrationen zur Folge:
-- der Feinstaub überschreitet die MAK-Werte um den Faktor 6-10
-- der Quarzfeinstaub überschreitet die MAK-Werte um den Faktor 120 (Stolz, Teil II, S.45).

Strahlen von Rheinkiesbeton

Feinstaub
in mg/m3

Quarzfeinstaub
in mg/m3

Strahlen mit Quarzsand

41-57

17,1

Strahlen mit Schmelzkammerschlacke

36-46

5,3

---

 

 

Strahlen von Kalksteinbeton

 

 

Strahlen mit Quarzsand

55-61

6,4

Strahlen mit Schmelzkammerschlacke

54-57

unter 0,1

---

 

 

MAK-Werte

6,0

0,15

 

 

(Stolz, Teil II, S.45)



Bezüglich Quarzfeinstaub beim Strahlen ist also nicht der Stein, sondern das Strahlmittel entscheidend (Stolz, Teil II, S.45).

Strahlen von Betonplatten
-- Strahlen mit Quarzsand ergibt höchste Quarzstaubwerte
-- Strahlen mit nicht-silikonhaltigem Strahlmittel (Schmelzkammerschlacke) ergibt weniger hohe Quarzstaubwerte
->> so schwankt der alveolengängige Feinstaub zwischen 36-61 mg/m3 (Stolz, Teil II, S.39).


Spritzbeton: Feinstaub und Verätzungen möglich
-- hohe Feinstaubkonzentration, in Tunnels 4 bis über 40 mg/m3
-- Zusammensetzung des Feinstaubs:
75% Zement
20% Zuschlag [?]
4% Gebirgsstaub
1% Erstarrungsbeschleuniger
1 Promille Staubbindemittel (Stolz, Teil II, S.39).

-- beim Trockenspritzverfahren bestehen "schwerwiegende gesundheitliche Gefahren" durch Staub und Verätzung durch stark alkalische Erstarrungsbeschleuniger
-- beim Nassspritzverfahren sind die Feinstaubemissionen geringer und es kommt zu weniger Rückprall, der entsorgt werden muss (Stolz, Teil II, S.39).


Die Verfrachtung von Stäuben: Proportionen zur Entfernung

Je kleiner die Korngrösse und je niedriger die Dichte, desto weiter weg findet die neue Sedimentation statt (Stolz, Teil II, S.29).

Ausserdem Faktoren:
-- Windgeschwindigkeit, Quellenhöhe, Sinkgeschwindigkeit (Dichte und Grösse des Korns) (Stolz, Teil II, S.29)
-- Feuchtigkeit: Ab einer Feuchtigkeit von über 20% des Materials sind keine Staubemissionen vorhanden (Stolz, Teil II, S.30).

Recycling mineralischer Bauabfälle produziert Stäube
-- Kies, Abbruchmaterial, Beton, Asphalt
-- Brecherbereich: hohe Konzentration
-- Rüttelsiebbereich, Verladen auf Fahrzeuge: "eher geringe Konzentrationen"
-- Quarzgehalt der Feinstäube: 7-44%
-- Quarzfeinstaub-Konzentration: 0,025-0,409 mg/m3, am höchsten
oo  beim Brechen von Rheinschottern und Rheinschotterkiesen in Basel
oo  beim Asphaltaufbruch im Kanton Uri (Stolz, Teil II, S.38).


Asbest im Baustellenstaub

Asbest ist ein faserförmiges, silikatisches Mineral
-- v.a. Serpentin: "Chrysotyl", "weisser Asbest", und
-- Amphibolasbeste:
oo  "Krokydolith", "blauer Asbest"
oo  "Amosit", "brauner Asbest" (Stolz, Teil II, S.46).

Asbestfasern mit einem Durchmesser unter 3 Mikrometer gelangen bis zu den Lungenbläschen (Alveolen) und können im Lungenbereich und Brustfellbereich zu schweren Erkrankungen führen, bis zur Asbestose, mit Latenzzeit 20-40 Jahre:

-- Bindegewebsvermehrung in der Lunge, Atemnot, bis zum Tod
-- Menschen mit Asbestose sind für bösartige Lungentumore sehr gefährdet
-- es besteht für Menschen mit Asbestose auch ein erhöhtes Lungenkrebsrisiko und die Gefahr von Brustfellkrebs (Mesotheliom), dies schon bei geringen Asbestbelastungen (Stolz, Teil II, S.68).

Wenn keine andere Krankheit vorher das Leben beendet, so ist die Asbestose praktisch immer tödlich (Stolz, Teil II, S.68).

Asbest-Baustoffe
Asbest-Asphalte: Die Bauindustrie hatte bei der Einführung von Asbest in den 1970er Jahren die Vorstellung, Asbest würde die die Verschleissfestigkeit der Asphalte gegenüber Spikes-Reifen erhöhen (Stolz, Teil II, S.46).

Dabei haben Asbeste die Neigung, sich leicht in feinste Fasern aufzuspleissen, was erhebliche Asbestbelastungen im Feinstaub bewirkt. Messungen liegen keine vor. Heute wird kein asbesthaltiges Gestein mehr im Tiefbau verwendet. Beim Abbruch oder Erneuerung von Bauten weiss aber niemand, wo Asbest drin ist und wo nicht (Stolz, Teil II, S.46).

Bis in die 1980er Jahre enthielten viele Baumaterialien in der Schweiz Asbest mit vorwiegend Chrysotil-Asbest:

Asbestgehalt schweizer Baumaterialien bis in die 1980er Jahre (vorwiegend Chrysotil-Asbest

Material mit Asbest

Asbestgehalt

Asbestzemente

5-20%

Asphaltbeläge

0-3%

Zementputze

0-3%

Betonlasuren, Farben, Lacke

0-3%

Asbestgarne zur Isolation von Gas- und Wasserleitungen

80-100%

 

(Stolz, Teil II, S.46)



Erst am 1.3.1990 wurde Asbest in der Schweiz zur Produktion wie auch der Import asbesthaltiger Waren verboten und eine Pflicht zur Altlastensanierung abgegeben. Die Bauunternehmer wissen aber nicht, wo überall Asbest verwendet oder hineingemischt wurde. Es kommt zu Asbeststaubimmissionen oft in Unkenntnis und ohne Schutzmassnahmen (Stolz, Teil II, S.68).

In den Asphalten in der Schweiz wurde zumeist Chrysotil-Asbest eingemischt. Die Verseuchung mit Asbest geht aber weiter, wenn auch insgesamt in geringem Mass:
-- durch Verarbeitung, Transport, Lagerung von asbesthaltigen Altmaterialien
-- durch Abrieb von asbesthaltigen Brems- und Kupplungsbelägen
-- durch Abrieb von Strassenmarkierungen und -belägen
-- durch Verwitterung von Asbestzement-Produkten (Stolz, Teil II, S.69).


Steinbearbeitung: Quarz im Staub und im Feinstaub

Quarz im schweizer Gestein:
-- Granit und Gneis: 25-40%
-- Molasse (Sandstein, Nagelfluh): 25-70%
-- Kieselkalke: 30-50% (Stolz, Teil II, S.67).

Quarzfeinstäube: Silikose, Silikatose, Staublunge
Die Partikel der quarzhaltigen Feinstäube von unter 3-5 Mikrometer sind Silikose-auslösend, abhängig von Konzentration, Quarzgehalt und abhängig vom Alter der Stäube und der Dauer der Exposition (Stolz, Teil II, S.67).

Das freie Siliziumdioxid SiO2 führt beim Mensch zur Silikose-Erkrankung
-- v.a. "frisch freigesetzte Teilchen" der kristallinen Form sind gefährlich: Quarz, Tridynit und Cristoballit
-- weit wenige gefährlich sind die amorphen Formen: Diatomeenerde, Infusorienerde, Tripoli
-- chemische Verbindungen des SiO2 sind unschädlich oder führen zu anderen Krankheiten: Silikatosen (Stolz, Teil II, S.67)

Quarzfeinstäube verursachen auf die Dauer Silikosen und Silikatosen, zuerst kleine runde Schatten im Lungengewebe, Tüpfelung, bis zur vollständigen Verschattung, mit Kurzatmigkeit, Luftnot, häufig Bronchitis, Rechtsherzbelastung, mit Begleit- und Folgeerscheinung bis zur Siliko-Tuberkulose (dtv Wörterbuch der Medizin 1985: Silikose), beengende Thoraxschmerzen, blaue Haut, Lippen und Fingernägel (Zyanose), plus: Erweiterung des Brustkorbs, Herzschwäche, unheilbar, nur Symptome dämpfbar, bei akuter Erkrankung Tod in wenigen Monaten (Stolz, Teil II, S.67)

-- Silikatose: Staublungenkrankheit durch silikathaltige Stäube (dtv Wörterbuch der Medizin 1985, Silikatose).

Silikose-gefährdete Berufe:
-- Tunnelbau: Maschinisten der Tunnelfräsen, Mineure im Vortrieb, Auflader des Sprengschuttes
-- Steinhauer, Maschinisten der Brechmaschinen, Sortierer

-- Betonbearbeitung:
ospritzen von Beton, = Gunitieren
oo  Reinigung / Schleifen von Schaltafeln
oo  Strahlen von Beton: Reinigung, Aufrauung, Sanierung (Stolz, Teil II, S.67)
oo  Fräsen, Schleifen, Bohren von Beton

-- Abbrucharbeiten, wo niemand weiss, was in den Gemäuern drin ist (Stolz, Teil II, S.68).

Massnahmen gegen Stäube auf Baustellen

-- Befeuchtungen
-- Staubquellen kapseln

-- Luftzüge durch Materialströme vermeiden

-- Zerkleinern durch Aufgabedruck, nicht durch Aufprall

-- kleine, neu entstandene Teile: Austrittsluft entstauben, Teile unter 5 mm vollständig kapseln und Staubabscheidung

-- Siebanlagen befeuchten oder zumindest Kapselung und Entstauben der Atemluft

-- Materialumschlag: Anfeuchten des Materials, Minimieren von Abwurfhöhen, Minimieren der Austrittsgeschwindigkeit bei Fallrohren durch Pendelklappen, Abwurfströme vergrössern zur Zeitverkürzung des Transports, Abdecken von Förderbändern, Windschutz, Wasserschleier, Einhausung der Umschlagsbereiche (Stolz, Teil II, S.71)

-- Staubfilter für Silos mit Gesteinsgut

-- Freilager: befeuchten, Windschutzpflanzungen, Transporte bei Trockenheit oder Dauerwind vermeiden, bedenkliches Bruchgut in geschlossenen Räumen lagern oder zumindest abdecken

-- Baustellenpisten feucht halten, befestigte Zufahrten sauber halten, eventuell Reifenwaschanlage

-- Ladegut auf Transport abdecken (Stolz, Teil II, S.72)

-- minimale Temperatur beim Aufbringen von Asphalten einhalten und Kontrolle der Mischtemperatur

-- geschlossene Transporte von Asphalten, Baustellen einhausen und Abluft/Aerosol absaugen

-- Bitumen mit geringer Rauchungsneigung verwenden

-- Bitumen in geschlossenen Heizkesseln mit Temperaturreglern erhitzen und Temperatur kontrollieren (Stolz, Teil II, S.73)

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