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Bei einem Unfall mit der Freisetzung von toxischen Gasen ist es entscheidend, das Gesundheitsrisiko der Personen so klein als möglich zu halten.

Einem Modell kommt bei dieser Zielsetzung die Aufgabe zu, die notwendigen Beurteilungsunterlagen in einer leicht interpretierbaren und reproduzierbaren Form zu liefern. Komplexe Interpretationen von Stoffdaten oder Umwelteinflüssen können während einem rasch ablaufenden Ereignis nicht mehr zeitgerecht vorgenommen werden.

Im folgenden Artikel werden drei gebräuchliche Arten beschrieben wie die toxische Gefährdung durch ein Modell dem Benutzer dargestellt werden kann.

1. Ansatz

Bei diesem Ansatz wird die Gaskonzentration in der Luft als Wert ausgerechnet und als Figur auf einer Karte mit mehreren Isopleten dargestellt (Verbinden dieselben örtlichen Konzentrationswerte) wie in folgender Abbildung:

Der Konzentrationswert alleine enthält keine direkt verwertbare Information welche Gefährdung vorliegt oder welche Massnahmen ergriffen werden sollten. Welche Gefährdung geht beispielsweise von 50 ppm Phenol in der Luft aus? Konzentrationsangaben verlangen von einem Benutzer zusätzliche Informationen bezüglich Toxizität der betrachteten Substanz und weitere Interpretationsarbeit. Die Einwirkungszeit bleibt unberücksichtigt. Dies kann zu falschen Schlussfolgerungen führen wie z.B. bei Windstille oder in Gebäuden wo aufgrund der langsamen Luftaustauschrate und langen Einwirkungszeit eine kleine Konzentration eine vermeintliche Ungefährlichkeit vorgaukelt. Denn erst die aufgenommene Dosis bestimmt den Effekt auf ein Lebewesen.

2. Ansatz

Der erste Ansatz kann modifiziert werden in dem die in einem Modell ermittelte Konzentration mit einem Kurzzeit-Toxizitätswert verknüpft wird wie z.B. dem AEGL-1 für 10 min. Im Fall von Phenol liegt dieser bei 19 ppm [EPA, 2005]. Ein Modell kann die Distanzen ermitteln bei welchen die Luftkonzentration gerade dem Kurzzeit-Toxizitätswert entspricht und z.B. mit einer Isoplete auf einer Karte darstellen:

Diese Gefährdungsdistanzen können sofort in Massnahmen umgesetzt werden. Es sind bei diesem Ansatz folgende Punkte zu berücksichtigen:

  • Einerseits liegt einem Toxizitätswert eine Definition zu Grunde, die eine Aufenthaltszeit vorgibt (z.B. für 10 min). Andererseits ist es das Ziel jedes Modells die Gaskonzentration möglichst genau an jedem beliebigen Ort zu kennen. Die Einwirkungszeiten können bei einem realen Unfall aber auf Grund von Windrichtungsschwankungen und Turbulenzen [Wilson, 1987] variieren. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mensch gerade z.B. 10 min einem Gas ausgesetzt ist, ist klein und kaum vorhersehbar.
  • Die in einem Modell errechneten Konzentrationen sind mittlere Konzentrationen (wie bei Lagrange-, Gauss- oder Box-Modellen). Die real gemessenen Konzentrationen pendeln im Idealfall um die vom Modell errechneten mittleren Konzentrationen, wie in der nächsten Abbildung ersichtlich ist [Wilson, 1987]:

Die gemessenen Konzentrationen können beispielsweise aufgrund von atmosphärischen Turbulenzen kurzzeitig 300% höher sein oder 1/3 der von einem Modell ermittelten Konzentration betragen [Wilson, 1987].

3. Ansatz

Gemäss Globally Harmonized System (GHS)  Dokumentation [UN ,2006]  setzt sich das Risiko zusammen beim Umgang oder einem Ereignis mit einem Stoff Schäden zu verursachen, aus der Gefahr, die von dem Stoff ausgeht und dem Grad der Exposition gegenüber dieser Gefahr:

Risiko = Gefahr x Exposition.

Analog dieser Relation ermittelt der dritter Ansatz mit der Exposition (also der Einwirkungszeit) und dem zeitlichen Konzentrationsverlauf die Dosis. Aufgrund einer Dosis-Effekt-Beziehung mit Hilfe eines Rezeptormodells können die Gefährdungsdistanzen für eine bei einem Unfall tolerierte Reizung bei einem gewissen Prozentsatz von Personen festgelegt werden. Allfällige zeitliche Konzentrationsschwankungen durch Windrichtungsänderungen oder atmosphärische Turbulenzen werden über die aufsummierende Dosis ausgeglichen. Folgende Punkte sind bei diesem Verfahren zu berücksichtigen:

  • Die Ermittlung der realen Dosis in Funktion zum Konzentrationsverlauf und der Einwirkungszeit sind stoffabhängig und nur für wenige Substanzen teilweise bekannt. Das Gleiche gilt auch für die Ableitung eines Effekts aufgrund der Dosis.
  • Die Höhe eines Toxizitätswerts, also die toxische Gefährlichkeit, beeinflusst direkt die Gefährdungsdistanzen. Wird die Sicherheitsmarge von Toxizitätswerten aus welchen Gründen immer erhöht führt dies unweigerlich zu höheren Sicherheitsmargen in den Gefährdungsdistanzen.

Diese zwei aufgezählten Punkte bestehen objektiv in allen drei Ansätzen, ausser, dass
in den ersten beiden Ansätzen die toxische Interpretation und Gefährdungsanalyse vom Benutzer manuell vorgenommen werden muss. Das Toxizitätsmodell von MET verwendet diesen letzten Ansatz.

Zusammenfassung

Die Ausgabe von Gefährdungsdistanzen erleichtern die Entscheidungsfindung erheblich, weil Distanzen direkt in Massnahmen umsetzbar sind.

Die Bestimmung einer Gefährdungsdistanz bei einem chemischen Störfällen aufgrund einer berechneten, modellierten toxischen Gaskonzentration mit einem Kurzzeit-Toxizitätswert (AEGL, ERPG, IDLH usw) als Abbruchkriterium muss aufgrund der Methodik zu ungenauen Resultaten führen.  Weil:

  • Rechenmodelle bestimmen mittlere Gaskonzentrationen. Reale Konzentrationsschwankungen aufgrund der stochastischen Natur des Windes können zu Spitzenkonzentrationen führen die um Faktoren höher sind als die mittlere Modellkonzentration. 
  • Jedem Toxizitätswert liegt eine Expositionszeit zu Grunde: Z.B. ERPG: 1 Stunde, IDLH: 30 Minuten, AEGL (10 min): 10 Minuten usw. Die Verwendung eines Toxizitätswertes als Abbruchkriterium berücksichtigt den Zeitfaktor nur ungefähr.

Der dritte Ansatz verwendet die aus der Dosis abgeleiteten Effektrate und weist die zwei beschrieben Schwachpunkte nicht auf. Beim Ausbreitungsmodell MET hat sich dieser Ansatz für die Beurteilung von Chemie-Störfälle bewährt.

Literatur
Highlights

29.12.2016 16:20

Auswertung Umfrage "Aktivierungs- energie"

finden Sie [hier]




21.12.2016 18:22

MET für Windows Version 6.5

Die wichtigsten Neuerungen [mehr]




11.10.2016 15:46

Die App zu MET: Eine Vorschau

[mehr]




13.05.2016 08:31

Mai Service-Update für MET für Windows 6.0 verfügbar.

[mehr]




31.12.2015 15:49

Auswertung Umfrage "Kaltes Feuer"

finden Sie [hier]




12.11.2015 19:40

Openstreetmap

Version 6 von MET für Windows unterstützt die Verwendung von Openstreetmap-Karten [hier]



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