Ausarbeitung der Alsterwasser Analyse

Einleitung:

Das vergangene Schulhalbjahr, im Fach Chemie, verbrachten wir damit das Wasser der Alster auf seine Güteklasse zu testen. Wir testeten es auf den PH-Wert, Amonium, Nitrit, Nitrat, Phosphat, Carbonathärte und Gesamthärte (Die Ergebnisse dieses Tests sind in einer Tabelle am Ende der Mappe aufgeführt). Anhand dieser Tests werde ich die Güteklasse des Wassers ableiten. Desweiteren gehe ich auf die Eutrophierung, den Kalkkreislauf in Natur und Technik, die Wasserverschmutzung, den Wasserkreislauf und die Selbstreinigungskraft eines Gewässers ein. Ohne Wasser gibt es kein Leben auf der Erde, die Pflanzen können keine Fotosynthese durchführen. Das Wasser kann Stoffe lösen und transportieren. Deshalb bestehen die Lebewesen aus über 50% Wasser. Der Mensch hingegen besteht aus ca. 65% Wasser. Unsere Erde besteht aus etwa 71% Wasser. Der Pazifik bedeckt fast 50% der Erde mit Wasser. Jeder Deutsche verbraucht im Durchschnitt etwa 150 Liter Wasser, in den Städten 200 Liter, in Fremdenverkehrsgemeinden bis zu 1000 Liter pro Tag. Für eine WC - Spülung werden 10 Liter Wasser verbraucht. Für ein Wannenbad 150 bis 400 Liter. Der menschliche Körper selbst benötigt nur etwa 2 Liter Wasser täglich zum Leben. Der Verbrauch zur Herstellung von Konsumgütern liegt bedeutend höher. Ich möcht nun ein paar Beispiele nennen:

Zur Herstellung von 1 Liter Bier benötigt man 25 Liter Wasser

1Kg Zucker benötigt 120 Liter Wasser

1Kg Stahl benötigt 200 Liter Wasser

1 Kg Papier benötigt 220 bis 600 Liter Wasser

1 Kg synthetischer Gummi benötigt 3000 Liter Wasser.

Und mit diesem Geschenk der Natur geht der Mensch nicht gerade sparsam um. Wasser ist besonders empfindlich gegenüber menschlichen Eingriffen z.B.: Grundwasserverschmutzung durch Deponien und Industrien. Man kann die Abwässer zwar reinigen, doch durch den hohen Geldaufwand und des vielen benötigten Stromes, fließen die Abwässer einfach in die heimischen Flüsse hinein. Es gibt zwar Industrien die schön über eigene Kläranlagen

verfügen, nur ist diese Zahl sehr gering. Deshalb handhabt man es noch so, das in verschieden Abschnitten eines Flusses Kläranlagen vorzufinden sind, welche das Verunreinigte Wasser auf Biologische Art reinigt. Aber nichts desto trotz fließen noch 1000ende Tonnen von Gift­stoffen und Chemikalien in die Flüsse. Wie sich das auswirkt und welche Folgen es mit sich bringt, werde ich jetzt erklären.

Wie vorher schon erwähnt fließen also noch immer Giftstoffe in die Flüsse. Deshalb hat man im Laufe der Zeit auch verschiedene Güteklassen eingeführt. Die Einteilung der Güteklassen bezieht sich auf die Auswirkungen organischer, fäulinsfähiger Verunreinigungen, wie sie aus häuslichen, aber auch entsprechenden gewerblichen und industriellen Abwassereinteilungen gegeben sind. Im Allgemeinen gibt es 4 Güteklassen Die Güteklassen sind wie folgt gekenn­zeichnet:

Güteklasse 1:

In dieser Zone ist das Wasser nährstoffarm, die Besiedelung bleibt relativ dünn. Es besteht großer Artenreichtum, aber einzelne Arten, insbesondere sind es hier Insektenlarven, sind jeweils nur durch wenige Individuen vertreten. Unter den Fischen dominieren Salmoniden. Der im Wasser gelöste Sauerstoff erreicht die Sättigungsgrenze.

Güteklasse 2:

Das Wasser ist mäßig verunreinigt, so daß der Sauerstoffhaushalt nicht wesentlich belastet wird. Größerer Nährstoffreichtum bewirkt einen Arten- und mengenmäßig stärkere Entwicklung von Algen, höherer Wasserpflanzen und Tieren; neben Insektenlarven finden sich auch Kleinkrebse, Muscheln und Schnecken. Die Gewässer dieser Güteklasse bieten für die meisten Fischarten günstige Lebensbedingungen.

Güteklasse 3:

Die zunehmende Belastung durch abbaubare organische Stoffe führt zu unausgeglichenen Sauerstoffverhältnissen. Bei allmählich abnehmender Artenzahl zeigen resistente Organismenformen Massenentwicklung. Die wenigen hier noch gedeihenden Fischarten sind durch zeitweiligen Sauerstoffmangel in ihrem Bestand gefährdet. Im Sediment treten bereits anaerobe Abbauprozesse auf.

Güteklasse 4:

Durch außerordentlich starke Verunreinigung ist gelöster Sauerstoff nur in geringen mengen oder zeitweise überhaupt nicht mehr vorhanden. Bakterien und Pilze treten sowohl im Wasser treibend als auch als dichter Bewuchs auf. Algen und Tiere fehlen bis auf ganz wenige, gegen die hier vorhandenen extremen Lebensbedingungen unempfindliche Arten.

Grundwasser etwas näher erläutert:

Trinkwasser

Die auf die Erde fallenden Niederschläge nehmen aus der Luft vor allem Kohlendioxid auf. Beim Durchsickern im Boden lösen sie Mineralstoffe, sammeln sich als Grundwasser an undurchlässigen Schichten und treten als Quellwasser wieder zutage. Eine Verschmutzung des Grundwassers bedeutet auch eine Vernichtung des Trinkwassers. Nitrate (vor allem aus Düngemitteln), Sickerwässer aus ungeordneten Mülldeponien, Jauche aus undichten Senkgruben, Mineralöle aus leckgewordenen Öltanks oder verunglückten Tankfahrzeugen, Perchloräthylen aus chemischen Putzereien stellen nur einige Möglichkeiten der Vergiftung unseres Trinkwassers dar. Gerade die Trinkwasserversorgung zeigt die Verknüpfung der Umweltprobleme deutlich: Müllentsorgung, Zerstörung des Bodens, Luftverschmutzung, all diese Bereiche üben einen direkten oder indirekten Einfluß auf unser Trinkwasser aus. Die Fließgeschwindigkeit des Grundwassers ist verschieden und kommt auf das Gestein an:

Kalk2500m/Tag

Schotter.10m/Tag

Sand..1m/Tag

Sandstein.3 bis 5 cm 7 /Tag

Nun möchte ich noch den Kreislauf des Wassers erklären. Die Wolken sammeln das Wasser, und geben es bei entsprechender Menge ab (Regen). Der Regen fällt auf die Erde, wird in Flüssen und Seen gesammelt. An schönen wie auch an bewölkten Tagen, verdunstet das Wasser und kommt zurück in die Atmosphäre. Von diesem Zeitpunkt an, wiederholt sich der ganze Kreislauf.

Kreislauf des Wassers

Wolken

Niederschlag

Wasser in Seen,

Flüsse, Seen

Verdampfung

Wasserdampf in

Atmosphäre

Wasser: ein kleines Stichwortverzeichnis

Dynamisches Gleichgewicht: verlassen genauso viele Moleküle die Flüssigkeit, wie zurückkehren. Und den Druck den der mit der Flüssigkeit im Gleichgewicht stehende gesättigten Dampf, auf das umgebende Gefäß ausübt, bezeichnet man als Dampfdruck der Flüssigkeit. Der Dampfdruck steigt mit wachsender Temperatur, unabhängig vom Volumen.

Osmose: beschäftigt sich mit dem Ausgleich von hydrostatischem Druck und Osmotischem Druck mit Hilfe einer semiperablen Wand. (Es gibt auch umgekehrte Osmose --> für Meerwasserentsalzung u. Gewinnung von destilliertem Wasser). Biologische Bedeutung: Aufnahme der Nährstoffe aus dem Blut, Zelldruck in Pflanzenzellen. Wenn pro Zeiteinheit mehr Lösungsmittelpartikel in die Osmotische Zelle hinein als hinaus wandern.

Beim lösen von Salzen in H₂O werden Ionen frei, die Wasser leitfähiger machen. Salzgehalt im Meerwasser: 3,4 - 3,5 % im Süßwasser : 0,05 % Wasserentsalzung: man muß störende Ionen durch Anionen- und Kationentauscher entfernen.

Grundwasser: unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt. Quellwasser, Mineralwasser, Heilwasser, Tafelwasser, Trinkwasser, Solen, Fremdwasser in der Kanalisation, Abwasser . warm, Stoffe aus Gesteinsschichten, NaCl, Solen, Iodid, Bromid, Ionen, Mineralien, Sulfat, Gips, Anhydrid, sulfide Erze. Oberflächenwasser : Wasser aus stehenden oder fließenden Gewässern, --> Gemisch aus Grund-, Quell-, Regen- und Abwasser und daher starken Schwankungen in der chem. Zusammensetzung unterworfen. Ist Lebensraum vielfältiger Organismen. Abwässer gefährden diesen Lebensraum. => Richtlinien der EU

Mineral- und Heilwässer = hygienisch einwandfreie natürlich zutagetretende Quellwässer oder durch Bohrung erschlossene tiefergelegene Grundwässer. Mineralwässer: große Tiefe, viele Mineralien (gelöste Salze,CO₂) ,Quellort muß gleich Abfüllungsort sein , keine Stoffe dürfen zugesetzt werden oder der Keimgehalt geändert werden. Heilwässer: natürl. Heilmittel, warm, 1g / kg gelöste Mineralstoffe. krankheitslindernde Eigenschaften.

Trinkwasser: wichtigstes Lebensmittel, aus Grund-, Quell-und Oberflächenwasser. Muß auf höchste und beste Weise vor Verunreinigungen geschützt werden. = aus dem nat. Wasserkreislauf --> man darf keine gesundheitlichen Schäden dadurch bekommen. Daher "Guides for Drinking-Water-Quality" (WHO) Es gibt Parameter die nicht überschritten werden sollen = Höchstkonzentrationen. Kenngrößen: ) sensorische Kenngröße ) physikalisch- chemische ) Grenzwerte f. chem. )Mikrobiologisch rein Wasser soll: keimarm, farblos, klar, kühl, geruchlos und geschmacklich einwandfrei sein

Hydrobiologie = Hydrologie + Biologie + Marinebiologie + Limnologie + Ökologie

Selbstreinigung : Organismen sind aufeinander angewiesen => Biozönosen (Produzenten [Pflanzen], Konsumenten [Tiere], Destruenten [ Bakterien] ) -->Verhältnis muß ausgewogen sein. Mit Nitraten, Phosphaten, mittels Chlorophyll und Sonnenlicht wird durch Photosynthese energiereich organische Substanz aufgebaut. 6H₂O + 6CO₂ => C₆H₁₂O₆ + 6O₂ ; Algen erzeugen Sauerstoff am Tag, aber in der Nacht , durch die Vermehrung der organischen Stoffe, steigt auch die Sauerstoffzehrung. Es kommt zur Schlammbildung und zur "Wasserblüte" . Pflanzenfresser sind primärkonsumenten, sie fressen einzellige Algen, besonders Nanoplankton. Wenn Stoffwechselprodukte von anderen Gruppen zu anorganischen Verbindungen umgearbeitet werden, dann nennt man das Mineralisation.

Abwasser: Sind solche Wasser, die aus Überbauten Gebieten, verschmutzt oder unverschmutzt abgeleitet werden müssen. z.B.: Schmutzwasser, Regenwasser, Mischwasser, Fremdwasser, Kühlwasser,

Reinigung des Abwassers in den ARA's : )Mechanische Reinigung: Rechen, Absatzbecken )Biologische Reinigung: Bakterien, Biomasse )Weitere Verfahren: physikalische (filtrieren), chemische, Eliminierung von Nährstoffen. Es gibt zum Beispiel : Tropfkörperanlage, Belebungsanlage, Oxidationsgraben, Naturnahe Abwasserbehandlungsverfahren ( Pflanzenkläranlage, Abwasserteiche) Ein Wasserschutz wird von der Regierung durch )Wasserhaushaltsgesetz )Abwasserabgabengesetz und )Wasch- und Reinigungsmittelgesetz gewährleistet.

Echte Flüssigkeit--> Wenn gelöste Teilchen kleiner sind als 10 ^-10 => klare Flüssigkeit Lösungsmittel: unpolar: Ladungsschwerpunkte der positiven und negativen elektrischen Ladungen fallen zusammen polare Flüssigkeiten : Dipolmomente liegen zwischen 0 u. 6 Dely..Einheiten => Ladungsschwerpunkte fallen nicht zusammen.

1°dH (deutsche Härte) = 7.14 mg Ca²⁺ / Liter    1mmol/ Liter = 5° dH Arten der Härte: )Gesamthärte = Carbonathärte + Nichtcarbonathärte )Carbonathärte = scheinbare Härte --> Kesselsteine fallen aus (schwer löslich) ) Nichtcarbonathärte = permanente Härte, kann nur auf chem. Weg beseitigt werden. Härtestufen: 0°-7°weich; 7°-14°mittelhart(Trinkwasser); 14°-21°hart; 21°<sehr hart ; Die Extreme verursachen mit der Zeit körperliche Schäden. Auswirkungen --> z.B.: Kesselsteinbildung auf Heizstäben, Heißwasserspeichern, Dampfkesseln, Enthärtung durch Polyphosphate und Ionenaustauscher . Die Richtlinien der Titration : )auf Sauberkeit achten (Gefäße fettfrei) ) genaue Masse und gut mischen ) erste Titration zügig, folgende Vorsicht geboten. ) Farbindikator sollte weißer Zettel unterliegen (Farbunterschiede besser)

Wasserqualität

Wasser ist eines unser wichtigsten Lebensmittel! Es steuert den Stoffwechsel, transportiert Nährstoffe und Mineralien, führt Schlacken ab, regelt den Kreislauf und kontrolliert die Kör­pertemperatur. Der Mensch braucht täglich 2- 2,5 Liter und kann maximal einen Tag ohne Wasser auskommen. Deshalb verlangt das Wohl der Allgemeinheit, daß das Grundwasser vor Verunreinigungen geschützt wird. Die zunehmende Flächennutzung durch Siedlung, Ge­werbe, Landwirtschaft, Rohstoffgewinnung und Deponien führten in der Vergangenheit zu einer steigenden Belastung des Grundwassers. Da der Trinkwasserbedarf im Elbe-Weser-Dreieck insbesondere aus Grundwasservorkommen gedeckt wird, müssen Schutzmaßnahmen im Einzugsgebiet von Wasserwerken den pathogenen (krankmachenden) Einflüssen entgegen wirken. Dies soll durch die Errichtung von Wasserschutzgebieten erreicht werden. Das Staat­liche Amt für Wasser und Abfall (StAWA) ist für die Beaufsichtigung und Kontrolle der Wasserschutzgebiete verantwortlich und ist somit Vermittler zwischen dem Staat und den Landwirten. Im Amtsbereich der StAWA Stade liegen für die öffentliche Wasserversorgung Wasserrechte für eine Fördermenge von rund 65 Millionen m³ vor. Hierfür ist eine Gesamtfläche von 338,2 km² als Wasserschutzzone ausgewiesen, welche sich in 24 verschiedene Wasserschutzgebiete im Elbe-Weser-Dreieck aufteilen. Im Landkreis Cuxhaven gibt es insgesamt 13.

Die Wasserschutzgebiete sind in 3 Zonen aufgeteilt:

Die erste Zone, der Erfassungsbereich, soll den Schutz der Trinkwasseranlage in der unmit­telbaren Umgebung vor jeglichen Beeinträchtigungen gewährleisten und ist dazu eingezäunt. Die Zone II liegt in der unmittelbaren Umgebung der Zone I. Sie soll vor Verunreinigungen durch pathogene Mikroorganismen und sonstigen Beeinträchtigungen schützen. Die Schutz­zone III ist der unterirdische Zuflußbereich von 50 Tagen hier gilt der Schutz von schwer ab­baubaren chemischen und radioaktiven Verunreinigungen. In allen drei Zonen ist die StAWA Stade beauftragt das Wasser mittels Proben zu untersu­chen. Das Wasser wird aus Prüfbrun­nen gezogen, es handelt sich also um Proben aus dem oberflächennahen Grundwasser.

Vor Ort wird die Probe auf:              - Färbung

- Trübung

- Wassertemperatur

- PH-Wert

- Sauerstoffgehalt

- elektrische Leitfähigkeit

- und Geruch überprüft.

Im Labor werden die Parameter:      - Karbonat und Gesamthärte

- Calcium

- Magnesium

- Kalium

- Eisen

- Mangan

- Aluminium

- Amonium

- Nitrit

- Nitrat

- Chlorid

- Sulfat

- Phosphat

- und Säurekapazität gemessen.

Als größtes Problem für die Landwirtschaft muß man die

Stickstoffverbindungen und das Kalium ansehen, weil sie auf humusarmen,

intensiv bewirtschafteten Standorten besonders auswaschungsgefährdet sind

und somit das Grundwasser gefährden können. Die Grenzwerte für Nitrat und

Kalium liegen bei 50mg/l bzw. 1-2mg/l. So kommt es in den oberflächennahen

Grundwasser schon vor , daß diese Werte überschritten werden. Es gibt

allerdings einen direkten Zusammenhang zwischen Tiefe der Brunnen und Höhe

der Nitratgehalte.

Im Landkreis Cuxhaven versucht man Grundwasservorkommen in der Tiefe von

170 - 200 Metern für die Wasserversorgung zu erschließen. Dort sind die

Nitratgehalte gleich null. Wenn man dieses Wasser dann mit dem Wasser aus

anderen Entnahmestellen mischt, kann man die Nitratgehalte im Wasser

senken.

Im Landkreis Stade minimieren sich die Werte des Grundwassers, aufgrund der

hier vorzufindenden hydrologischen Gegebenheiten. In der Eiszeit entstand

die sogenannte ,' Stader Rinne ', die als sehr undurchlässige Schicht gilt

und somit wie ein Schutzschild gegen auswaschungsgefährdete Nährstoffe

wirkt.

Doch nicht nur Nährstoffe aus der Landwirtschaft sind problematisch, auch

für Pflanzenschutzmittel gibt es eine Höchstmengenverordnung. Seit dem 1.

Oktober 1989 ist der Parameter für Pflanzenschutzwirkstoffe mit einem

Grenzwert von 1 Mikrogramm je Liter festgelegt. Um sich diesen Wert

vorstellen zu können, ist es in zeitlicher Relation ausgedrückt: 1 Sekunde

in 317 Jahren. Dieser Wert ist in der Trinkwassreverordnung der EU als Null

Wert eingetragen.

Die Überwachung und Sicherstellung der Wasserqualität benötigt natürlich

auch finanzielle Mittel. Der Grundwasserschutz wird in diesem Falle von der

Allgemeinheit bezahlt. Die Wasserversorgungsunternehmen geben einen Teil

der Wasserentnahmegebühr an den Kunden weiter ( 10 Pfg. m³ ) Somit wird der

Bürger mit dem sogenannten Wassergroschen am Grundwasserschutz beteiligt.

Der pro Kopfverbrauch eines Bürgers liegt bei 40m³ Wasser im Jahr.

Multipliziert mit 10 Pfg., ergibt das 4 DM. Im Einzugsgebiet der StAWA Stade

ergibt das eine Summe von jährlich 120 Millionen DM.

Dieses Geld wird dann teilweise an die Landwirte in Form Förderungen für

Güllelagerraumprogramme und gewässerschutzorientierte Landbewirtschaftung

in Wasserschutzgebieten ausbezahlt. Auch die Kosten für die Verwaltung

werden so abgedeckt.

Ich finde die Art und Weise der Qualitätsüberwachung von unseren

wichtigstem Nahrungsmittel, dem Grundwasser sehr gut. Fachleute überprüfen

die Qualität in regelmäßigen Abständen, die gesetzlichen Vorschriften vom

Staat sind so streng, daß der Bürger sich nie einer Gefahr ausgesetzt

fühlen muß. Außerdem werden den Landwirten Fachleute zur Seite gestellt, die sie in

wichtigen Fragen des Pflanzenbaus und somit dem Gewässerschutz beraten.

Außerdem gibt es einige sehr interessante Maßnahmen, die von der StAWA

bezuschußt oder bezahlt werden. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt für

mich, ist die Bezahlung. Durch den Wassergroschen wird der Bürger am

Qualitätsschutz unseres bedeutsamsten Nahrungsmittel beteiligt. Als einzige

Gefahr im Gewässerschutz sehe ich den zu hohen, und damit abschreckenden,

bürokratischen Aufwand der vom Staat verlangt wird.

Wasserqualität

Bedeutung des Wassers für den Körper:

- Steuerung des Stoffwechsels

- Transportmittel für Nährstoffe und Mineralien

- regelt Körpertemperatur

- Verbrauch 2- 2,5 Liter / Tag

Im Elbe-Weser-Dreieck wird der Wasserbedarf vornehmlich aus

Grundwasservorkommen gedeckt. Zum Schutz der Wasservorräte hat man

Wasserschutzgebiete errichtet, die vom Staatlichen Amt für Wasser und

Abfall ( StAWA ) mit Sitz in Stade verwaltet werden.

Die Wasserschutzgebiete sind in 3 Zonen aufgeteilt.

Die erste Zone, der Erfassungsbereich, soll den Schutz der

Trinkwasseranlage in der unmittelbaren Umgebung vor jeglichen

Beeinträchtigungen gewährleisten und ist dazu eingezäunt.

Die Zone II liegt in der unmittelbaren Umgebung der Zone I. Sie soll vor

Verunreinigungen durch pathogene Mikroorganismen und sonstigen

Beeinträchtigungen schützen. Die Schutzzone III ist der unterirdische

Zuflußbereich von 50 Tagen hier gilt der Schutz von schwer abbaubaren

chemischen und radioaktiven Verunreinigungen.

In allen drei Zonen ist die StAWA Stade beauftragt das Wasser mittels

Proben zu untersuchen. Das Wasser wird aus Prüfbrunnen gezogen, es handelt

sich also um Proben aus dem oberflächennahen Grundwasser.

Vor Ort wird die Probe auf:  - Färbung

- Trübung

- Wassertemperatur

- PH-Wert

- Sauerstoffgehalt

- elektrische Leitfähigkeit

- und Geruch überprüft.

Im Labor werden die Parameter:      - Karbonat und Gesamthärte

- Calcium

- Magnesium

- Kalium

- Eisen

- Mangan

- Aluminium

- Amonium

- Nitrit

- Nitrat

- Chlorid

- Sulfat

- Phosphat

- und Säurekapazität gemessen.

Auf humusarmen, intensiv bewirtschafteten Standorten, sind die

Stickstoffverbindungen und das Kalium besonders auswaschungsgefährdet, und

können somit das Grundwasser belasten. Der Richtwert für Nitrat beträgt25

mg / l, der Grenzwert bei 50 mg / l. Der Grenzwert für Kalium liegt bei 1-

2 mg / l. Im oberflächennahen Grundwasser ( 20 - 30 Meter tief) kommt es

bereits zu einigen Überschreitungen der Grenzwerte. Man versucht deshalb

Wasser aus tieferen Erdschichten ( 170 - 200 Meter tiefe ) mit dem Wasser

aus flacheren Brunnen zu vermischen. Zwischen der Tiefe der Brunnen und der Höhe

der Nitratgehalte besteht nämlich ein direkter Zusammenhang. Je tiefer der Brunnen,

desto geringer der Nitratgehalt. Für Pflanzenschutzmittelrückstände gibt es

den gesetzlich festgelegten Nullwert von 1 Mikrogramm je Liter. Dieser ist in der EU

Trinkwasserverordnung eingetragen. In zeitlicher Relation ausgedrückt

bedeutet dies 1 Sekunde in 317 Jahren.

Der Grundwasserschutz wird über den Wassergroschen finanziert, hierbei

handelt es sich um die Weitergabe entstandener Kosten an den

Endverbraucher. Pro m³ Wasser bezahlt man 10 Pfennig, dies sind pro Bürger

ca. 4 DM im Jahr. Dieses Geld wird dann für Förderungsprojekte in

Wasserschutzgebieten an Landwirte weitergegeben, und für die Verwaltung

verwendet.

Abwasser - Beschaffenheit, Reinigung, Untersuchung und Beurteilung

Wasser kann bei seinem Gebrauch nicht verlorengehen. Daher fordert jede Versorgung auch eine ent­sprechende Entsorgung. Trinkwasser muß, wie Abwasser, eine entsprechender Qualität besitzen und die Bereitstellung von genügend Wasser mit Trinkwasserqualität ist eine der wichtigsten Aufgaben einer zivi­lisierten Gesellschaft. Sie muß ihr Hauptabfallprodukt, Abwasser, von allen unnötigen und gefährdenden Ballaststoffen freihalten , in einer Weise zu reinigen und der Natur zurück zu geben, daß der 'Vorfluter' , das sind unsere Bäche, Flüsse, Ströme, Seen deren natürliche Lebensgemeinschaften möglichst wenig beeinträchtigt, jedenfalls aber nicht geschädigt werden.

ABWASSERARTEN UND DEREN BESCHAFFENHEIT

Als Abwässer werden im weiten Sinne sämtliche Wasser bezeichnet, die aus überbauten Gebieten ab­geleitet werden müssen. Haushalt, Gewerbe und Industrie, Kühlwasser, Regenwasser, Schneeschmelz- Sickerwasser, gleichgültig ob sie verschmutzt oder unverschmutzt sind. Abwässer im engeren Sinne sind solche, die wegen ihrer Beschaffenheit, ihrer Menge oder wegen ihres Anfallortes gesammelt, abgeleitet und behandelt werden müssen, damit sie den Anforderungen für die Einleitung in ein Gewässer entspre­chen.

Abwasserreinigungsanlage (ARA): Zufließendes Wasser heißt Rohabwasser.

Man unterscheidet zum Beispiel:

Schmutzwasser: Durch Gebrauch verunreinigtes Wasser

Regenwasser: Abfließender Regen

Fremdwasser: In die Kanalisation eindringendes Grund- oder Regenwasser oder

einem Schmutzwasserkanal zufließendes Oberflächenwasser

Mischwasser: gemeinsam mit Schmutzwasser abgeleitetes Regen- oder

Fremdwasser

Kühlwasser: Wenig verschmutztes aber durch Gebrauch erwärmtes Wasser aus

Kühlprozessen

Schmutzwasser kann noch weiter unterteilt werden z.B.:

Häusliches Schmutzwasser:

Gewerbliches Schmutzwasser:

Kommunales Schmutzwasser: Enthält häusliches und gewerbliches Schmutzwasser

(=stätisches Abwasser =Mischabwasser)

Industrielles Schmutzwasser:

Landwirtschaftliches Schmutzwasser:

Einleitebedingungen :

Während die Großbetriebe der Industrie ihre Abwässer in ihren eigenen Anlagen reinigen und die Ab­flüsse direkt in den Vorfluter einleiten (=Direkteinleiter), müssen kleine- und mittlere Unternehmen ihre Abwässer der öffentliche Kanalisation zuführen.(=Indirekteinleiter)

Einleitebedingungen:

(WHG) Wasserhaushaltsgesetz z.B.:

Enthält Abwasser bestimmter Herkunft , Stoffe und Stoffgruppen, die wegen der Besorgnis einer Giftigkeit, Langlebigkeit, Anreicherungsfähigkeit, oder einer krebserzeugenden, fruchtschädigenden oder erbgutverändernden Wirkung als gefährlich zu bewährten sind (=gefährliche Stoffe), muß das Wasser nach dem Stand der Technik und den allgemeinen Regeln der Technik gesäubert werden.

Abwasserabgabengesetz (AbwAG):

belangt nur Direkteinleiter, die gegen ein Wassergesetz verstoßen.

Höhe der Abgabe richtet sich nach der Schädlichkeit des Abwassers, die in Schadeneinheiten bestimmt wird:

- Oxidierbare Stoffe in chemischem Sauerstoffbedarf (CSB) ;

- Organische Halogenverbindungen als adsorbierbare org. gebundene Halogene (AOX);

- Metalle und ihre Verbindungen: Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Blei, Kupfer;

- Giftigkeit gegenüber Fischen (Fischtoxizidät)

Einleiter die die Bescheidswerte überschreiten, werden mit einer Abgabe belegt. Aber es gibt auch Reduzierungen der Abgaben z.B. :

Soweit die Mindestanforderungen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik eingehalten wer­den, ermäßigt sich die Abgabe um 50% und kann bei Übertreffen derselben noch weiter gesenkt wer­den. Bei Abwasser mit gefährlichen Stoffen wird der Abgabesatz bei Erreichen der Anforderung des Standes der Technik auf 20% ermäßigt. Das ist ein Anreiz für Gemeinden in Projekte wie z.B.: in Klär­anlagen zu investieren.

Verschiedene Arten von Abwasserreinigung:

Natürl. Selbstreinigung: Geschieht mit Hilfe von Mikroorganismen z.B. in Pflanzenkläran­lagen oder Abwasserteichen. Voraussetzung ist allerdings die biolog. Abbaurbakeit der Wasserihnhaltsstoffe, Sauerstoff und Mineralstoffe.

Tropfkörperverfahren: Hier wird das Abwasser über einen Drehsprenger über Schüttungen von Gesteinsbrocken oder über Kunsstoffpackungen verteilt, an deren Oberfläche sich für den biolog. Abbau nötige Bakterien ansiedeln.

Belebtschlammverfahren: Bakterienkolonien schwimmen frei in einem mit dem zu reini­genden Abwasser gefüllten Belebungsbecken. Durch Belüftung wird Sauerstoff hinzugefügt. Der Belebtschlamm sinkt als Nachklärschlamm zu Boden und wird wieder zurückgepumpt. Da Krankheitserreger nicht vollständig abgetötet werden, ist manchmal eine Abwaserdesinfektion notwendig.

Kläranlage: In groben Zügen besteht die Kläranlage aus der Vorklärung, der biologischen Reinigung und der Nachklärung. Im Großbecken bleiben größere Gegenstände hängen, im Feinrechen Fremdkörper bis etwa Streichholzgröße. Im Sandfang sinken schwere Stoffe bis zur Größe kleiner Steinchen zu Boden und werden herausgeholt. In der Vorklärung setzen sich im Wasser schwebende Feststoffe am Boden ab und werden als Schlamm aus dem Bec­ken geräumt. Noch in den 50er Jahren beschränkte sich die Abwasserreinigung auf diese me­chanische Klärung. Mechanische Reinigung ist ohne großen Aufwand möglich. Die ungelö­sten Schmutzstoffe im Abwasser setzen sich nämlich von alleine ab. Die biologische Klärung beruht auf dem gezielten Einsatz von spezialisierten Bakterien, die sich in den sogenannten Belebungsbecken von gewässerbelastenden Stoffen ernähren: Je nach biochemischem Milieu sind sie in der Lage, Kohlenstoffe, Phosphor und Stickstoff aus dem Abwasser zu entfernen. Da sich in der biologischen Stufe die Bakterien stark vermehrt haben, werden sie in der Nachklärung als sogenannter Belebtschlamm aus dem Abwasser entfernt. Die Nachklärung ist im Grunde eine Spezielle Form der mechanischen Reinigung.

Abwasserreinigung = Entfernung schädlicher Inhaltsstoffe aus häuslichen, gewerblichen und industriellen Abwässern

Früher wurden Abwässer ungereinigt in den natürlichen Wasserkreislauf zurückgeführt. Durch die Zunahme des Lebensstandards und durch die Industrialisierung stieg die Abwas­sermenge stark an und die Selbstreinigungskraft der Flüsse, Seen und Küstenwässer reichte nicht mehr aus, wozu es zu einer starken Verschmutzung diese Gewässer kam. Daher ist heute eine Rückführung nur mehr nach einer Reinigung des Abwassers in speziellen Anlagen er­laubt. Industrielle Abwässer benötigen sogar, je nach Grad der Verschmutzung, zusätzliche Reinigungsstufen. Dabei kommen Fällungsmittel, Flockungsmittel und Neutralisation zum Einsatz. Giftige Industrieabwässer müssen entgiftet werden, bevor sie in die biolog. Kläran­lage eingeleitet werden.

Was ist eigentlich 'Eutrophierung'?

Als Eutrophierung bezeichnet man den Übergang eines Gewässers von einem nährstoffarmen (oligotrophen) in einen nährstoffreichen (eutrophen) Zustand. Dies ist ein natürlicher Prozeß, der vor allem in langsam fließenden oder stehenden Gewässern stattfindet; er kann durch menschli­che Eingriffe stark beschleunigt werden. Dadurch wird das Wachstum der Pflanzen, v. a. der Planktonalgen enorm verstärkt. Die Planktonalgen benötigen als Nährstoffe Stickstoff(N)- und Phosphor(P)-verbindungen im Verhältnis N:P wie 16:1. Die Stickstoffkonzentration in den Ge­wässern ist meist sehr viel höher als sie von diesen Algen benötigt werden, somit ist die Phos­phorkonzentration für das Eutrophierungsereignis ausschlaggebend. Phosphate waren bis vor wenigen Jahrzehnten in naturbelassenen Gewässern in so geringen Konzentrationen vorhanden, daß sie die wachstumslimitierenden Faktoren für Pflanzen waren. Diese Limitierung wurde durch die zusätzlich zum natürlich vorhandenen Phosphatgehalt vom Menschen verursachte Nährstoff­zufuhr aufgehoben, so daß Eutrophierungserscheinungen heute weltweit zu beobachten sind. Hauptsächliche Nährstoffquellen sind:

- Landwirtschaftliche Düngung

- Haushalt (Waschmittel, Fäkalien)

Folgen der Eutrophierung

In einem nährstoffreichen (= eutrophen) Gewässer wird durch starkes Pflanzenwachstum sehr viel Biomasse = organisches Material produziert. Wenn die Pflanzen absterben, werden sie von Mikroorganismen (Bakterien und Pilzen) zersetzt, d.h. in ihre Bausteine zerlegt. Dieser mikro­bielle Abbau verbraucht Sauerstoff. Diese Prozesse finden in jedem Gewässer statt. Aber in ei­nem eutrophen (= nährstoffreichen) Gewässer wird durch den Überfluss an Nährstoffen mehr Biomasse gebildet, deshalb auch mehr Biomasse zersetzt und damit mehr Sauerstoff verbraucht als in einem oligotrophen Gewässer. Zusätzlich kann das Sonnenlicht in ein eutrophes Gewässer häufig nicht so tief eindringen, da das Wasser aufgrund der vielen Planktonalgen sehr trüb ist, z.T. ist sogar die Oberfläche des Gewässers ganz mit Algen bedeckt. Die Folge ist, daß im Was­serkörper selbst weniger Sauerstoff durch Photosynthese produziert werden kann. Da Sauerstoff­produktion lediglich in Oberflächennähe stattfindet, mikrobielle Zersetzung jedoch auf dem Grund des Gewässers, sinkt der Sauerstoffgehalt zunächst in Bodennähe ab. Der Sauer-

stoff­schwund steigt im Gewässer immer weiter nach oben und kann im Extremfall das ge­samte Gewässer betreffen. = Das Gewässer ist 'umgekippt'. Die gesamte organische Masse ver­fault bei anaerobem Abbau (= Abbau in Abwesenheit von Sauerstoff) unter Bildung von u.a.:

Methan, Schwefelwasserstoff und Ammoniak die alle als Gifte wirken.

Verschärfend wirkt in diesem Prozess auch noch die Temperatur. Zum einen löst sich in warmem Wasser nicht so viel Sauerstoff wie in kaltem Wasser, d.h. das Sauerstoffangebot in wärmerem Wasser ist allein aus physikalischen Gründen geringer als in kälterem Wasser. Zum anderen wird bei einer Temperaturerhöhung von nur 10°C die Produktion von organischer Substanz in der gleichen Zeit verdoppelt bis verdreifacht (vorausgesetzt es sind genügend Nährstoffe vorhanden, was bei einem eutrophierten Gewässer ja der Fall ist). Durch den hohen Algenwuchs wird das Wasser trüber, das Sonnenlicht für die Photosynthese kann wegen der Trübung nicht mehr so tief ins Wasser eindringen, d.h. der Bereich im See, in dem Pflanzen durch Photosynthese Sauerstoff produzieren können, wird immer kleiner.

Kreislauf des Kalkes in Natur und Technik

Natürliches Vorkommen:

Kalkstein kommt hauptsächlich in der Schwäbischen Alb vor. Dort findet man häufig Spalten und Höhlen im Gestein. Sie entstehen durch die Wirkung des herabsickernden Regenwassers. Es nimmt dabei Kohlendioxid auf (Boden; Humusschicht), und reagiert ständig mit Calciumcarbonat zu Hydrogencarbonat. Verdunstet an anderen Stellen das Wasser, so entweicht CO und Calciumcarbonat bleibt zurück (Tropfsteinbildung).

Kalk in Form des Kalksteins findet in der Technik als Düngemittel, als Rohstoff bei zahlreichen chemisch-technischen Prozessen sowie vor allem in der Bauindustrie Verwendung. Er wird in Dre­höfen auf 900°C - 1000°C erhitzt (gebrannt) und geht durch Kohlendioxidabgabe in den gebrannten Kalk (Branntkalk, Atzkalk, Calciumoxid) über. Branntkalk wird in den Kalkwerken meist gleich zu Calciumhydroxid (Löschkalk) verarbeitet, indem gerade soviel Wasser zugesetzt wird (löschen), daß ein trockener, pulveriger Löschkalk entsteht. Er wird zum Weißen von Keller- oder Stallwän­den verwendet, wobei seine desinfizierende Wirkung ausgenützt wird. Löschkalk löst sich mäßig gut in Wasser, die Lösung heißt Kalkwasser. Eine Suspension von Löschkalk in Kalkwasser wird Kalkmilch genannt. Löschkalk dient hauptsäch­lich zur Herstellung von Kalkmörtel. Wird Lösch­kalk mit der dreifachen Menge Sand vermischt, und mit Wasser zu einem Brei verrührt, entsteht Kalkmörtel. Der Sand reagiert chemisch nicht; er macht den Mörtel porös, so daß CO zum Abbin­den leicht eindringen und Freiwerdens Wasser (Schwitzwasser) schnell verdunsten kann. Abge­bundener Mörtel ist ein Gemisch aus CaCO3-Kristallen und Sandkörnern. Mörtel wird zum Ver­putzen von Innenwänden verwendet, da er leicht verstreichbar und luftdurchlässig ist.

Auswertung der Wassergüteklasse der Alster

Mit Hilfe des erhaltenen Zettels (siehe Ende der Mappe) war es mir möglich die Güteklasse des Wassers der Alster zu bestimmen. Der durchschnittliche PH-Wert entspricht der Güteklasse I. Genau so verhält es sich beim Ammonium, daß sogar überhaupt nicht vorhanden ist. Das Nitrit wiederum ist nur in ganz geringen Mengen vorhanden. Nitrat tritt nur in Einzelfällen auf und das Phosphat ist auch nur in sehr geringen Mengen vorhanden. Die Carbonathärte ist bei Güteklasse II anzuordnen genauso wie die Gesamthärte. Das führt zu der logischen Schlußfolge, daß es sich bei dem Wasser der Alster um die Güteklasse I-II handelt (Vorausgesetzt das die Messungen richtig sind). Das bedeutet das das Wasser nur gering belastet ist, dicht besiedelt mit vielen Arten und ein Edelfisch Gewässer ist.