Elemente und Moleküle, Schulbuch

122 6 LUft, WASSeR, BoDeN – UNSeRe UMWeLt Oberflächen- gewässer Grundwasser Häusliche Abwässer Industrielle Abwässer Dünger- auswaschung Industrie Haushalte Landwirtschaft Müll Deponie Sicker- wasser Organische Stoffe Salze Trinkwasser Sauerstoffgehalt BSB 5 CSB Leitfähigkeit pH-Wert NO 3 - -, NO 2 - -, NH 4 + -Gehalt Phosphatgehalt Schwermetallbelastung Kriterien für die Beurteilung der Wasserqualität Wasserprobe Säure Erhitzen katalytische Oxidation CO 2 Menge messen TOC CO 2 Abb. 122.3: Schema der TOC-Bestimmung Abb. 122.2: Wasserqualitätskriterien Abb. 122.1: Abwasser – Trinkwasser Gewässerverschmutzung, Gewässergüte Da Wasser vom Menschen nicht nur als Lebensmittel und Rohstoff, sondern auch zum Abtransport von Abfallstoffen verwendet wird, werden die natürlichen Oberflä- chengewässer belastet. Organische Verbindungen aus der Kanalisation großer Sied- lungsgebiete überfordern den natürlichen Abbau durch Mikroorganismen. Dünge- mittel aus der Landwirtschaft führen zu einem vermehrten Algenwachstum im Wasser ( Eutrophie ). Abwässer der Industrie belasten die Gewässer mit organischen Verbindungen (Zellstoff- und Papierindustrie) oder mit Salzen. Hier führen vor allem die toxischen Schwermetallsalze zu Problemen. Auch das Grundwasser, das als Re- serve zur Trinkwassergewinnung erhalten werden muss, wird zunehmend belastet – hier vor allem durch Düngemittelauswaschung aus landwirtschaftlich genutzten Böden (Nitratbelastung) und Sickerwasser aus alten Mülldeponien. Die Sanierung solcher „Altlasten“ wird in Zukunft großen finanziellen Aufwand erfordern (Abb. 122.1). Zur Beurteilung und Kontrolle der Qualität von Gewässern sind die Methoden der Wasseranalytik entwickelt worden. Die wichtigsten Parameter sollen hier kurz zu- sammengefasst werden (Abb. 122.2): Der Sauerstoffgehalt (meist gemessen in mg/Liter) ist abhängig von der Sauerstoff- aufnahme aus der Atmosphäre und von Sauerstoff verbrauchenden Prozessen im Wasser wie dem biologischen Abbau organischer Verbindungen im Wasser. Sauer- stoffmessungen müssen daher unmittelbar nach der Probennahme des Wassers er- folgen. Fließende Oberflächengewässer haben Sauerstoff häufig bis zur Sättigung gelöst, in stehenden Gewässern kann der Sauerstoffgehalt geringer sein. In größerer Wassertiefe sind stehende Gewässer oft sauerstofffrei. Der Sauerstoffgehalt ist ein Maß für die Selbstreinigungskapazität des Wassers, da der Sauerstoff organische Verunreinigungen im Wasser oxidiert. Da die Löslichkeit des Sauerstoffs mit steigender Temperatur sinkt, führen Belastungen der Gewässer durch zu große Mengen Abwärme (zB von Kraftwerken) zu Problemen. Als Maß für biologisch abbaubare Verunreinigungen im Wasser dient der biochemi- sche Sauerstoffbedarf ( BSB ). Dabei misst man den Sauerstoffverbrauch in der Wasserprobe beim Stehenlassen (20 °C). Meist wird nach 5 Tagen gemessen ( BSB 5 ). Ein hoher Wert bedeutet eine starke Belastung durch organische Verbindungen. Allerdings sind nicht alle organischen Verbindungen gut abbaubar. Sie werden hier auch nicht ausreichend erfasst. Die für den biochemischen Abbau verantwortlichen Mikroorganismen können durch toxische Wasserinhaltsstoffe geschädigt sein und einen niedrigen BSB vortäuschen. Zur Beurteilung einer Wasserprobe sind daher immer mehrere Parameter nötig. Will man praktisch alle organischen Verunreinigungen erfassen, so muss man sie mit starken Oxidationsmitteln oxidieren und den Verbrauch des Oxidationsmittels messen. Gut bewährt hat sich hier Kaliumdichromat in stark saurer Lösung (K 2 Cr 2 O 7 / Cr 3+ E = 1,90 V bei Versuchsbedingungen). Der Dichromatverbrauch wird in den Verbrauch einer äquivalenten Menge Sauerstoff umgerechnet. Dieser Wert wird chemischer Sauerstoffbedarf ( CSB ) genannt. Einfacher durchführbar und ebenfalls aussagekräftig ist die Messung des Verbrauchs an Kaliumpermanganat. Da dieses aber ein schwächeres Oxidationsmittel ist ( E = 1,43 V bei Versuchsbedingungen), werden viele organische Verbindungen nur unzu- reichend erfasst. Der KMnO 4 -Verbrauch ist daher kein Maß für den CSB. Eine Erfassung des gesamten organischen Materials gelingt durch die Bestimmung des TOC ( total organic carbon ). Dabei wird die Wasserprobe in geeigneten Apparatu- ren vollständig oxidiert (zB mit Luftsauerstoff an Katalysatoren bei 950 °C) und das gebildete CO 2 wird gemessen. Vorher muss der anorganisch gebundene Kohlenstoff (Carbonate) durch Ansäuern und Erhitzen als CO 2 ausgetrieben werden (Abb. 122.3). Der pH-Wert einer Wasserprobe ist ein weiteres wichtiges Kriterium zur Beurteilung der Wassergüte. In den meisten Wässern liegt der pH-Wert um den Neutralpunkt (6,5–7,5). Bei genügend hoher Carbonathärte wird er vom Puffersystem H 2 CO 3 /HCO 3 – stabilisiert. Sehr weiches Wasser kann durch gelöstes CO 2 einen pH-Wert von 5–6 aufweisen. Niedrigere pH-Werte lassen auf den Eintrag starker Säuren schließen (saurer Regen bei fehlender Pufferkapazität oder saure Abwässer). Der pH-Wert hat Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv