Ökotoxikologische und humantoxikologische Risikobewertung PAK-belasteter Böden vor und nach biologischer Behandlung

Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit ist es, mögliche toxische Wirkungen PAK-belasteter Böden vor und nach biologischer Sanierung zu erfassen. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Abschätzung des Risikos für Säugetiere nach oraler Aufnahme von Bodenpartikeln. Als Biomarker-Effekt für die PAK-Aufnahme haben wir in Ratten die Induktion des lebermikrosomalen P450-Enzyms CYP1A1 bestimmt, dessen Expression durch PAK moduliert wird. Die Ergebnisse des Biomarker-Tests wurden mit denen des gleichzeitig eingesetzten Biolumineszenz-Hemmtests (Vibrio fischeri) verglichen, wobei als Testmaterialien jeweils die Original- und die entsprechenden sanierten Bodenproben eingesetzt wurden. Nach biologischer Sanierung PAK-belasteter Böden finden wir je nach Bodenbeschaffenheit und Schadstoffzusammensetzung quantitativ und qualitativ unterschiedliche PAK-Restgehalte in den entsprechenden Bodenproben. Bevorzugt verbleiben die aufgrund ihrer Hydrophobizität schlechter mobilisierbaren höherkernigen PAK in den Materialien. Zusätzlich kann ein hoher organischer Kohlenstoffgehalt der Böden den Schadstoffaustrag in die Wasserphase vermindern und somit hohe Schadstoffrestgehalte nach Sanierung bedingen. Im verwendeten Biolumineszenz-Hemmtest weisen Eluate aller hier untersuchten Bodenproben eine durch Sanierung stark verminderte oder nicht mehr nachweisbare Hemmwirkung auf. Im Gegensatz hierzu hat aber eine biologische Behandlung der Böden kaum einen Effekt auf das Induktionsvermögen für lebermikrosomales CYP1A1 nach oraler Aufnahme durch Ratten. Es zeigt sich, daß die Höhe des Induktionssignals gut mit den Gehalten der Böden an PAK mit 5 und 6 Ringen korreliert, ungeachtet der Tatsache, ob es sich um Original- oder sanierte Böden handelt. Der im Biolumineszenz-Test beobachtete Sanierungserfolg spiegelt sich also im Säugetier-Biomarkertest nicht wider. Hieraus ergeben sich neue, für den Menschen relevante Bewertungskriterien hinsichtlich einer Risikoabschätzung.

Abstract

The goal of the present work is to assess the adverse effects of soil bound polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) which remain in soils after biological remediation. We focus on risk assessment for mammalian species with respect to the oral uptake of contaminated soil particles and compare the results of a biomarker test with those of an ecotoxicological assay, the bioluminescence inhibition test withVibrio fischeri. As a biomarker effect in mammals, we determined the liver microsomal cytochrome P450 enzyme CYP1A1 which is induced by PAH in exposed rats. After biological soil treatment, different amounts of PAH remain in the soil depending on the soil properties and initial pollutant composition. Particularly, higher condensated PAH resists biological treatment due to its hydrophobicity. In addition, high amounts of organic carbon in the soils affect remediation efficiency. In the bioluminescence inhibition test, eluates of all biologically treated soils studied do not reveal any or only low inhibitory effects. In contrast, the oral uptake of biologically treated contaminated soils leads to induction levels for CYP1A1 similar to those in the untreated samples. A good correlation is obtained between CYP1A1 levels and the amount of 5 and 6-ring PAH in the soil samples. The main result is that the remediation efficiency determined by the luminescence test is not reflected by the biomarker test, a finding which indicates the high bioavailability of residual PAH in soils. Consequently, new criteria for human risk assessment can be delineated.