Analyse der Zusammensetzung von Staubemissionen aus Ställen verschiedener Nutztierarten und Bestimmung des Gravimetriefaktors

Abstract

In der LUFTQUALITÄTSRICHTLINIE der EU (1999/30/EG) wurden für Luftschadstoffe Grenzwerte festgelegt, die seit Januar 2005 in Deutschland verbindlich sind. Gegenüber der vorherigen Fassung fand erstmals eine Festlegung und Beschreibung von verschiedenen schützenswerten Gütern statt. Als Schutzgüter werden der Mensch, der Tierund Pflanzenbestand, ihre Lebensgemeinschaften, Lebensräume und deren Wechselbeziehungen sowie Kultur- und Sachgüter bezeichnet. Mit der Novellierung der TA-Luft und der BImSchV von 2002 wurden die Grenzwertregelungen für partikelförmige Emissionen in deutsches Recht umgesetzt. In der Öffentlichkeit wird über Feinstaubbelastungen in Städten diskutiert, die hauptsächlich durch Industrieanlagen und Verkehr verursacht werden. In diesem Zusammenhang zeigen arbeitsmedizinische Untersuchungen die gesundheitsschädigende Wirkung der Staubpartikel auf die Atemwege des Menschen. Die Art dieser Schädigungen hängt von verschiedenen physikalischen und chemischen Parametern der Partikel ab (KAPPOS et al., 2003). Relevante Faktoren sind die Größe, die Dichte und die Form. Anders als in industriellen Bereichen ist über die physikalischen Eigenschaften der partikelförmigen Emissionen aus Nutztierställen in Abhängigkeit von Tierart und Haltungsform jedoch nur wenig bekannt. Gegenstand des hier beschriebenen und abgeschlossenen Forschungsvorhabens war die systematische Analyse der Zusammensetzung von Partikelemissionen aus Stallanlagen verschiedener Tierarten (Schweine, Rinder, Hühner und Puten) in unterschiedlichen Haltungsverfahren. Die Ergebnisse der Untersuchung bieten wissenschaftliche Vergleichsmöglichkeiten der Quellemissionen aus unterschiedlichen Haltungssystemen innerhalb verschiedener Tierarten. Zudem liefern die Ergebnisse realistische Werte für die Quellemissionen von Stallanlagen in NRW. Es konnten verschiedene methodische Faktoren bestimmt werden, die zur Ermittlung von Partikelemissionsfaktoren eine wichtige Rolle spielen. Dabei ist die Datengrundlage einer 24-Stunden-Messung als kleinstes Auswertungsintervall zu betrachten, da Halbstundenmittelwerte um bis zu 300 % vom Tagesmittel abweichen können und der Luftvolumenstrom sowie die Tieraktivität erheblichen Einfluss auf den Verlauf der Partikelkonzentration haben. Weiterhin ist eine isokinetische Probennahme im Abluftstrom die Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Erfassung der Partikelkonzentration. Das Management des Landwirts ist als Bindeglied zwischen eingesetzter Technik, Klimabedingungen und Tierverhalten zu sehen. Durch gezielte Steuerung der Anlagen in Abhängigkeit von klimatischen Randbedingungen kann er in das Emissionsgeschehen eingreifen. Um einen durchschnittlichen Emissionsfaktor bezogen auf ein Jahr zu kalkulieren, sind Messungen in den verschiedenen Jahreszeiten unter möglichst „typischen“ Praxisbedingungen durchgeführt worden. Für die Partikelkonzentrationsmessungen wurden Aerosolspektrometer eingesetzt. Dabei werden die Stäube durch eine Fraktionierung in Partikelgrößen anhand ihres durch Streulicht bestimmten Querschnitts beschrieben. Die hier gewählte Methode zur Einteilung der Partikelgrößen lässt Vergleiche mit anderen z.B. arbeitsmedizinischen Untersuchungen zu. Die Erfassung des Luftvolumenstroms erfolgte in den zwangsgelüfteten Stallsystemen mit Messventilatoren und in den freigelüfteten Rinderställen mit der Tracergas- Abklingmethode (SF6). Die Darstellung der Ergebnisse wurde auf Basis von Partikelmassenkonzentrationen (mg m-3) und der Quellemission (g h-1GV-1) vorgenommen. In die Berechnung eines Jahresmittelwertes für die Partikelemission sind die Daten aus den Sommer- und Wintermessungen unter hiesigen Klimabedingungen zu jeweils 25 % und die Daten aus den Übergangsmessungen zu 50 % eingegangen. In der konventionellen Schweinehaltung auf Vollspaltenboden werden die Grenzwerte der TA-Luft bei den heutigen Bestandsgrößen in NRW nicht erreicht. Eingestreute Systeme dagegen emittieren höhere Staubfrachten und sind hinsichtlich der Emissionsmassenströme kritischer zu betrachten. Verbesserter Tierschutz und höhere Umweltbelastungen stehen hier in einem Zielkonflikt. Im Rinderbereich entsprechen die durchschnittlichen Partikelkonzentrationen der Hintergrundkonzentration. Lediglich während der Fütterungsund Melkzeigen steigen die Emissionen auf ein Niveau oberhalb der Stallumgebung an. Auf Grund der Geflügelpest waren in der Geflügelhaltung keine weiteren Messungen möglich. Eine Korrektur der Messdaten in der Legehennenhaltung musste vorgenommen werden, da an den Messtagen keine Möglichkeit bestand die Partikelkonzentration direkt im Abluftstrom zu erfassen. Somit können die Daten aus diesen Stallsystemen leider nur als grobe Abschätzung der Partikelemission ausgelegt werden. Der Grenzwert der Partikelmassenkonzentrationen in der Abluft aus der TA-Luft von 20 mg m-3 wird in keinem der untersuchten Stallsysteme erreicht. Mit der eingesetzten Partikelmesstechnik war es möglich, Größenverteilungen und Tagesverläufe der Massenkonzentrationen vorzunehmen. Diese Tagesverläufe zeigen charakteristische Unterschiede zwischen und innerhalb der Tierarten in verschiedenen Haltungssystemen. Durch die Bestimmung von Partikeldichten und Sedimentationsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit der Tierarten konnten weitere physikalische Eigenschaften der Staubpartikel näher untersucht werden. Zusammen mit diesen Eigenschaften und den Partikelverteilungen sowie den Tagesverläufen könnte eine Datengrundlage für Ausbreitungssimulationen geschaffen werden.