VDI 2310 Blatt 3-2011 Maximum immission values to protect vegetation - Maximum immission concentrations for hydrogen fluoride.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMaximale Immissions-Werte zum Schutz derVegetationMaximale Immissions-Konzentrationen frFluorwasserstoffMaximum immission values to protect vegetationMaximum immission concentrations forhydrogen fluorideVDI 2310Blatt 3 / Part 3Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/D

2、IN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1a: Maximale Immissions-WerteVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2011Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Rep

3、roduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.20 Januar 2011January 2011The draft of this guideline has been subject

4、 to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation. Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . .

5、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Stoffbezeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Wirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Art der Wirkungen . . . . . . . . . . . . . 52.2 Klassifikation und Bewertung derWirkungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Wirkungsbestimmende Faktor

6、en . . . . . . . 123.1 Fluorexposition . . . . . . . . . . . . . . . 133.2 Bedeutung uerer Wachstumsfaktoren . . 163.3 Bedeutung innerer Faktoren. . . . . . . . . 234 Dosis-Wirkung-Beziehungen und Ableitungvon Maximalen Immissions-Werten . . . . . . 484.1 Methodik der Ableitung der Maximalen Immissi

7、ons-Werte . . . . . . . 484.2 Maximale Immissions-Konzentrationenzum Schutz der Vegetation . . . . . . . . . 52Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Substance

8、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Types of effect . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Classification and evaluation ofeffects. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Factors influencing response . . . . . . . . . 123.1 Fluorine exposure

9、. . . . . . . . . . . . . 133.2 Significance of external growth factors . . 163.3 Importance of internal factors . . . . . . . 234 Dose-response relationships and derivation of maximum immission values . . 484.1 Methodology for deriving maximumimmission values . . . . . . . . . . . . . . 484.2 Maxim

10、um immission concentrations for the protection of vegetation . . . . . . 52Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53FrhereAusgaben: 12.89; 07.09 Entwurf, deutschFormer editions: 12/89; 07/09Draft, in German onlyKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbere

11、ich UmweltqualittB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 2 VDI 2310 Blatt 3 / Part 3VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-li

12、nie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-ric

13、htlinien.de), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unterwww.vdi.de/2310.EinleitungIn der Literatur ber die

14、 physikalisch-chemischenEigenschaften und die Wirkungen von Fluorverbin-dungen werden die Bezeichnungen Fluor“ undFluorid“ gleichwertig zur Beschreibung von Verbin-dungen des Elements Fluor angewandt. In dieserRichtlinie wird Fluor“ allgemein dort benutzt, woeine exakte Unterscheidung zwischen ionis

15、chen undmolekularen Formen oder zwischen gas- und parti-kelfrmigen Verbindungen ungewiss oder unntigist. Diese Bezeichnung umfasst alle Verbindungendes Elements unabhngig von der chemischen Form.In der Natur kommt Fluor nur in Form von Verbin-dungen vor, z.B. in Flussspat (CaF2), Kryolith(Na3A1F6) u

16、nd Fluorapatit (Ca10F2(P04)6) als denwichtigsten fluorhaltigen Mineralien der Erdkruste.Die wesentlichsten natrlichen Quellen fr gas- undpartikelfrmige Fluorverbindungen in der Atmo-sphre sind Vulkane, wobei Fluorwasserstoff (HF)die bedeutendste fluorhaltige Emissionskomponenteist. Weitere Fluorverb

17、indungen, z.B. Siliciumtetra-fluorid (SiF4), Ammoniumfluorid (NH4F), Natrium-fluorosilikat (Na2SiF6) und Kaliumfluorosilikat(K2SiF6), sind ebenfalls wichtige Bestandteile vonVulkanemissionen.Anthropogene Emissionen von Fluorverbindungenaus zahlreichen Industrieprozessen stellen fr land-und forstwirt

18、schaftliche Nutzpflanzen jedoch diegrte Gefahr dar. Als Hauptquellen fr fluorhaltigeLuftverunreinigungen sind die Kohleverbrennungund die elektrolytischen Prozesse in der Aluminium-industrie zu nennen. Weiterhin werden Fluorverbin-dungen durch Schmelz- und Brennprozesse beimVerarbeiten von Lehmen un

19、d Tonen sowie sonstigenPreliminary noteThe content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processin

20、g systems and translation, either ofthe full text or of extracts.The use of this guideline without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI notices (www.vdi-richtlinien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this g

21、uideline.A catalogue of all available parts of this series ofguidelines can be accessed on the internet atwww.vdi.de/2310.IntroductionIn literature describing the physical and chemicalproperties and effects of fluorine compounds, theterms “fluorine” and “fluoride” are used synony-mously to describe

22、fluorine compounds. This guide-line uses the term “fluorine” in those cases where aprecise distinction between ionic and molecularforms or between gaseous and particulate compoundsis difficult or unnecessary. The term includes all com-pounds of the element regardless of their chemicalform.In nature,

23、 fluorine occurs only in the form of com-pounds, e.g. in fluorite (CaF2), cryolite (Na3A1F6)and fluorapatite (Ca10F2(P04)6) as the most importantfluorine-containing minerals in the earths crust. Themain natural sources of gaseous and particulate fluo-rine compounds in the atmosphere are volcanoes,wi

24、th hydrogen fluoride (HF) constituting the mostsignificant fluorine-containing emission. Further flu-orine compounds, e.g. silicon tetrafluoride (SiF4),ammonium fluoride (NH4F), sodium fluosilicate(Na2SiF6) and potassium fluosilicate (K2SiF6), arealso important components of volcanic emissions.Anthr

25、opogenic emissions of fluorine compoundsfrom numerous industrial processes, however, posethe greatest danger to agricultural and forestry crops.The main source of fluorine-containing air pollutantsare coal combustion and the electrolytic processes ofthe aluminium industry. Fluorine compounds are als

26、oreleased by melting and combustion processes duringtreatment of loams, clays, and other rocks and miner-als, e.g. from brickworks, and also in the productionB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 VDI 2

27、310 Blatt 3 / Part 3 3 Steinen und Erden frei, also z.B. aus Ziegeleien, au-erdem bei der Produktion von Superphosphat-Dn-gemitteln aus Rohphosphaten. Auer Flusssurefab-riken knnen auch Emaillierwerke, Glashtten, Glas-tzereien und Anlagen zur Uranaufbereitung Fluor-verbindungen emittieren.Unter den

28、gas- und partikelfrmig auftretenden fluor-haltigen Luftverunreinigungen haben die wasserls-lichen gasfrmigen Verbindungen die strkste phyto-toxische Wirkung. Die grte praktische Bedeutunghat dabei Fluorwasserstoff (HF), da er weit verbreitetauftritt, auch infolge von Umsetzungen anderer, ver-gleichb

29、ar phytotoxischer Verbindungen wie Silicium-tetrafluorid und Kieselfluorwasserstoffsure (H2SiF6).Fluorwasserstoff wurde schon im 19. Jahrhundert alspflanzenschdigende Luftverunreinigungskompo-nente erkannt 1. Speziell aus dem Umgebungsbe-reich von Dngemittelfabriken 1 bis 5, Ziegeleien6 bis 8 sowie

30、Glas- und Emailleanlagen 5; 9 stam-men die ersten detaillierten Angaben ber fluorbe-dingte Vegetationsschden.Erst nach dem ersten Weltkrieg erlangten Fluor-immissionen greres Interesse, als mit dem Beginnder elektrolytischen Aluminiumproduktion und derUmstellung auf grere Anlagen in Glashtten, Zie-g

31、elwerken, Keramikbetrieben und zur Herstellungund Verarbeitung von Flusssure sowie in Stahlwer-ken (Siemens-Martin-fen) strkere Wirkungen inGrten, an Baumbestnden sowie in Wldern auftra-ten 10 bis 12. Die Schadwirkungen blieben jedochim Allgemeinen rtlich begrenzt, da die Industriebe-triebe zumeist

32、isoliert lagen und ihre Abgase ber re-lativ niedrige Schornsteine ableiteten. Mit der zuneh-menden Industrialisierung und dem verstrkten Ein-satz von Kohle zur Energiegewinnung sind Fluorver-bindungen in Industrie- und Ballungsgebieten allge-mein an der Luftverunreinigung wesentlich beteiligteSchads

33、toffe geworden, die durch hohe Schornsteineber weitere Flchen verteilt werden.Festzustellen ist jedoch, dass die Emission von Fluo-riden insbesondere aus Groanlagen in den letztenJahren rcklufig ist. In der EU wurden im Jahre2004 etwa 14000 t Fluorwasserstoff in die Luft emit-tiert 13.Aus diesem Abr

34、iss wird deutlich, dass Vegetations-schden durch Fluorverbindungen mageblich vonder industriellen Entwicklung geprgt sind. Sie glie-dern sich in Schden in Gebieten in der Umgebung einzelnerspezifischer Emittenten und Schden inmitten grerer Industrie- und Bal-lungsgebiete mit Mischimmissionen, an den

35、enauch Fluorverbindungen beteiligt sind.of superphosphate fertilisers from primary phos-phates. In addition hydrofluoric acid plants, enamel-ling plants, glassworks, glass etching plants and ura-nium processing plants may also emit fluorine com-pounds.Water-soluble, gaseous compounds have the greate

36、stphytotoxicity of all gaseous and particulate fluorine-containing air pollutants. Hydrogen fluoride (HF) isof the greatest practical concern because it is so wide-spread, partly due to conversion of other equally phy-totoxic compounds such as silicon tetrafluoride andhydrofluorosilicic acid (H2SiF6

37、).Hydrogen fluoride was known to be a phytotoxic airpollutant as early as the 19th century 1.The first de-tailed reports of vegetation damage caused by expo-sure to fluorine compounds are derived from areassurrounding fertiliser factories 1 to 5, brickworks6 to 8 and glass and enamel works 5; 9.It w

38、as not until after the First World War that fluorineemissions started to attract greater interest, asstronger effects began to emerge in gardens, planta-tions and forests. These were traced back to emis-sions from new electrolytic aluminium production fa-cilities, the transition to larger plants for

39、 the manufac-ture of glass, bricks and ceramics, the production andprocessing of hydrofluoric acid and open-hearth fur-naces in steel plants 10 to 12. However, the harmfuleffects generally remained locally confined sincemost of the factories were in isolated locations andtheir exhaust gases were dis

40、charged via relatively lowstacks. With growing industrialisation and the in-creased use of coal for power generation, fluorinecompounds, distributed by higher stacks over largerareas, have become major components of air pollu-tion in industrial and densely populated areas.It must be pointed out, how

41、ever, that fluoride emis-sions from large facilities in particular have been indecline in recent years. In the EU around14000 t hydrogen fluoride were discharged to atmos-phere in 2004 13.This summary shows that industrial development islargely responsible for vegetation damage caused byexposure to

42、fluorine compounds. Two types of vege-tation damage are recognised: damage occurring in areas surrounding specific,individual emission sources and damage occurring within larger industrial anddensely populated areas exposed to a variety ofpollutants including fluorine compounds.B55EB1B3E14C22109E918

43、E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2011 4 VDI 2310 Blatt 3 / Part 3Die kologische und konomische Bedeutung dieserSchden ergibt sich bei der erstgenannten Auspr-gung vielfach durch das rasche Absterben von Wald-flchen. Au

44、s der Nachbarschaft von Ziegeleien undKeramikwerken sind z.B. Totalschden von Fichten-bestnden bis zu 200 ha Flchenausdehnung und2 km Entfernung von den Betrieben belegt 14. In derUmgebung von Aluminiumwerken wurden mehrerehundert bis einige tausend Hektar Wlder schwer ge-schdigt bzw. nachhaltig zer

45、strt und ihre Wiederauf-forstung und Nutzung lange Zeit unmglich gemacht15 bis 18. In norwegischen Fjorden sind Kiefern-wlder bis 13 km Entfernung durch Fluorwasserstoff-Einwirkung aus Aluminiumhtten zerstrt und sicht-bare Schden bis 32 km Entfernung nachgewiesenworden 19.Die vorliegenden Ergebnisse

46、 ber Schadwirkungenim Freiland stimmen darin berein, dass Fluorverbin-dungen die Vegetation in Quellnhe stark schdigenkann; die aufflligen Schadwirkungen wie Blattver-frbungen, Blattnekrosen, vorzeitiger Blattfall oderdas Absterben von Pflanzen klingen mit der Entfer-nung von den Quellen relativ sch

47、nell ab.1 StoffbezeichnungChemische BezeichnungFluorwasserstoffSynonymeungebruchlich (wssrige Lsung: Flusssure)FormelHFRelevante physikalische und chemische Datenmolare Masse M = 20,01 g/molSchmelzpunkt Fp = 83,4 CSiedepunkt Kp = 19,5 CDampfdruck pD = 103 kPa (20 C)Umrechnungen Volumenverhltnis Mass

48、enkonzentration In den zitierten Originalarbeiten wird auer der der-zeit gebruchlichen Einheit g/m3 auch die Bezeich-nung ppb (parts per billion) verwendet. Umrech-nungsfaktoren werden unten angegeben. Dabei ist zubeachten, dass die Autoren ihre Umrechnungsfakto-ren teilweise auch auf eine andere Te

49、mperatur undeinen anderen Druck bezogen haben. Der Umrech-nungsfaktor liegt fr den Temperaturbereich von10 C bis 30 C und konstanten Druck von 1000 hPazwischen 0,93 und 0,80. In lteren Arbeiten wird dieBezeichnung ppb gelegentlich auf das Massenver-hltnis (m/m) bezogen.The ecological and economic significance of the firsttype of damage frequently arises from the rapid lossof forest areas. In the vicinity of bric