3.4 Schadwirkungen. Toxizität

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1 3.4 Schadwirkungen Toxizität Toxische Wirkungen bereits in geringen Konzentrationen durch - Schwermetalle und Arsen - Cyanide - aromatische Kohlenwasserstoffe - PAK - Phenole - Halogenkohlenwasserstoffe - PCB - Biozide Stoffe haben in Oberflächengewässern, im Grundwasser und insbesondere im Trinkwasser nichts zu suchen. Einsatz von Bioziden in der Landwirtschaft

2 Organische Spurenstoffe im Trinkwasser nicht vorhersagbare Wirkung komplexer Schadstoffgemische problematisch insbesondere Arzneimittelrückstände Kosmetika, Reinigungsmittel PSM perfluorierte Tenside (Textilindustrie, Papierindustrie), reproduktionstoxisch, karzinogen gesundheitlicher Orientierungswert (GOW), Bundesgesundheitsamt, März 2003 Substanzen im Trinkwasser mit unbekannter Wirkung, GOW < 0,1 µg/l toxikologisch getestete, nicht gentoxische Substanzen im Trinkwasser, GOW < 0,3 µg/l

3 Persistente Perfluorverbindungen (perfluorierte Chemikalien, PFC) - Wichtigste Stoffgruppe perfluorierte Tenside (PFT) mit wasser-, fett- und schmutzabweisender Wirkung - Leitsubstanzen PFOA Perfluoroctansäure PFOS Perfluoroctansulfonsäure CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 COOH PFOA CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 3 H PFOS - Ausrüstung (Imprägnierung) von Textilien, Leder, Teppichen, Papier, Pappe (Backpapier, Pizza Schachteln, Pommes Frites Tüten u. a.) - Reinigung und Behandlung von Oberflächen (Hartverchromung, lithographische Prozesse)

4 - Erzeugung von Feuerlöschschaum, Ammoniumperfluoroctanoat als Emulgator bei der Teflonherstellung - Ubiquitär verteilt, hohe thermische und chemische Stabilität, einzelne PFC sind persistent, bioakkumulierbar, toxisch PBT-Verbindung (s. Abschnitt 1.2) - Halbwertszeit im menschlichen Körper 4,5 Jahre Anreicherung, Nachweis im Oberflächen- und Grundwasser, Akkumulation im tierischen Organismus (Fische, Leber von Eisbären), bis zu 750 µg/l in Klärschlämmen und 6720 µg/kg TS in Böden! - Keine Grenzwerte nach Abwasser- und Klärschlammverordnung - Toxische Wirkungen aus Tierversuchen, z. B. Schädigungen der Leber, Schädigungen bei der Entwicklung der Nachkommen, Induktion von Tumoren, bei Menschen Erhöhung des Cholesterinspiegels

5 Problem von Abbau- und Umwandlungsprodukten in der Wasseraufbereitung Cl F C S Cl O CH 3 Tolylfluanid (Fungizid) (Obst-, Wein-, Hopfen-, Gemüseanbau) Transformation im Boden N S N O CH 3 CH 3 N,N-Dimethylsulfamid (DMS) (nicht relevanter Metabolit, bis 18 µg/l Grundwasser, bis 3,3 µg/l Trinkwasser) H H O N S N O CH 3 CH 3 GOW (TW) = 1,0 µg/l (UBA)

6 Ozonierung von TW N-Nitroso-dimethylamin (NDMA, stark gentoxisch, kanzerogen) O N N CH 3 CH 3 Vorerst befristetes Anwendungsverbot (EU-Komission, )

7 Physiologische Wirkungen von Giftstoffen Regelkreis ZNS, Nerven Wirkung Neurotoxisch Hormonsystem Endokrin Gene Gentoxisch Reproduktives System Reprotoxisch Immunsystem Immunotoxisch

8 Korrosionswirkung Korrosion Korrosive Geothermalwässer Materialveränderungen an der Oberfläche fester Körper durch korrosive Stoffe oder Medien Korrosion von Metallen, Beton, Naturstein, Bitumen oder Glas nicht immer mit negativen Einfluss auf die Nutzbarkeit der Werkstoffe Schutz durch Deckschichten für eine Beständigkeit z. B. im Trinkwasserbereich ist häufig eine Korrosion des Werkstoffs notwendig

9 Korrosion metallischer Werkstoffe Spannungsreihe der Metalle (Potenziale in V) Mg 2+ Mg Al 3+ Al Zn 2+ Zn Fe 2+ Fe 2 H + H 2 Pb 2+ Pb 2 H + H 2 Cu 2+ Cu O 2 OH - O 2 H 2 O - 2,36-1,66-0,76-0,44-0,41-0, ,34 + 0,82 + 1,23 ph = 7 ph = 0 ph = 7 ph = 0 unedel edel Oxidierbarkeit (Korrosion)

10 Normalspannungsreihe und praktische Spannungsreihe 1) (Nürnberger, 1995) 1) Besonderheiten praxisnahe Medien Berücksichtigung der Korrosionsprodukte / Deckschichten Passivität Phänomen der Überspannung

11 Wasserfließrichtung - Anordnung der Metalle In abfließendem Wasser enthaltene Cu 2+ -Ionen können die Flächenkorrosion von unedleren Metallen wie Aluminium, Zink und verzinktem Stahl fördern (insbesondere bei größeren Kupferflächen): Cu 2+ + Zn Cu + Zn 2+ Deshalb sollten Zink, verzinkte Stahlteile oder Aluteile nicht in Fließrichtung unterhalb von Kupfer-Werkstoffen verwendet werden Fließregel 1 Installation von Kupfer vor verzinktem Stahl kupferinduzierter Lochfraß! 2 Cu 2+ Zn

12 Bitumenkorrosion Korrosion von Zink, Titan-Zink-Legierungen, Al, Fe, Cu und Pb unterhalb von bituminösen Abdichtungen Ursache saures Regenwasser (H 2 SO 4, org. Säuren) infolge der Photooxidation des Bitumens Schutz der Abdichtung Acrylat-Imprägnierung Kiesschüttung Schutz des Metalls Schutzanstrich

13 Kalk-Rost-Schutzschichten auf der Oberfläche von Eisenwerkstoffen In Wässern bestimmen Art und Menge der gelösten Inhaltsstoffe (Sauerstoff, CO 2, Carbonathärte, Chloride), Temperatur und Fließgeschwindigkeit die Korrosivität Ausbildung von Kalk-Rost-Schutzschichten (FeCO 3, Fe 2 O 3, CaCO 3 ) in sauerstoffhaltigen, nicht zu weichen, fließenden Wässern (Wasserleitungsrohren) c(o 2 ) > 3 mg/l K S 4,3 > 2 mmol/l HCO H + H 2 O + CO 2 c(ca 2+ ) > 0,5 mmol/l v > 0,1 m/s Korrosionsbegünstigung: c(cl ) + 2c(SO K S4,3 2 4 ) > 1

14 Entzinkung von Messing Turner-Diagramm (Nürnberger, 1995) In Trinkwasserinstallationen bei erhöhten Chloridgehalten und geringer Carbonathärte (keine ausreichende Schutzschichtbildung), in schwach sauren Wässern in Gegenwart von Sauerstoff

15 Korrosion von Beton Lösender Angriff auf Beton durch Säuren kalklösende Kohlensäure austauschfähige Salze weiches Wasser Fette und Öle Oberflächliche Umwandlung von schwerin leichtlösliche Verbindungen Treibender Angriff auf Beton durch Eindringen von Schadstoffen in erhärteten Beton Bildung von voluminösen Produkten

16 Betonaggressivität von Wässern nach DIN 4030 Parameter Angriff schwach stark sehr stark Art ph-wert 6, 5-5,5 5, 5-4,5 < 4,5 L CO 2 in mg/l > 60 L NH + 4 in mg/l > 60 L Mg 2+ in mg/l > 1500 L, T SO 2-4 in mg/l > 3000 T L = lösender Angriff T = treibender Angriff

17 Angriff durch Säuren in Abwässern Bildung aus H 2 S durch Schwefelsäurebakterien in Abwasserrohren H 2 SO 4 Schwefelbakterien Luft H 2 S + 2 O 2 2 H + + SO 4 2- bewirkt lösenden (0,5-10 mm/a) und treibenden Angriff in der Luft aus SO 2, NO x Sielhaut SO 2-4, R-SH c(o 2 ) < 0,1 mg/l H 2 S durch nitrifizierende Bakterien aus NH 3, NH 4 + oder (NH 2 ) 2 CO NH O 2 H + + NO H 2 O Sinkstoffe Biogene Schwefelsäurekorrosion (BSK) saure Abwässer, Grubenwässer, Moorwässer

18 Angriff von überschüssiger, freier "Kohlensäure" Kalk - Kohlensäure Gleichgewicht CO 2 (aq) + H 2 O + CaCO 3 (s) Ca HCO 3 - Gesamtkohlensäure gebundene Kohlensäure CO 3 2-, HCO 3 - freie Kohlensäure CO 2, H 2 CO 3 zugehörige freie, stabilisierende Kohlensäure überschüssige freie Kohlensäure Je höher die Wasserhärte, um so mehr zugehörige, freie (stabilisierende) Kohlensäure ist erforderlich, um das Hydrogencarbonat in Lösung zu halten. In hartem Wasser wirkt erst ein höherer Gehalt an freier Kohlensäure schädigend als in weichem Wasser.

19 Zusammenhang zwischen überschüssiger und stabilisierender Kohlensäure (Henning, Knöfel, 2002)

20 Wirkungsweise (Henning, Knöfel, 2002) Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO 3 -Entzug Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO 3 -Entzug

21 Sulfattreiben 3 CaO Al 2 O (CaSO 4 2 H 2 O) + 26 H 2 O (Henning, Knöfel, 2002) 3 CaO Al 2 O 3 3 CaSO 4 32 H 2 O sekundäres Ettringit Beton