Sie kann auf biologischen oder auf chemischen Untersuchungen des Gewässers beruhen:

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1 Wasser und Abwasser Wiederholung: Gewässereutrophierung und Gewässergüteklassen Gewässergütebestimmung Sie kann auf biologischen oder auf chemischen Untersuchungen des Gewässers beruhen: Die Gewässergüte: Sie wird durch einer 5-stufigen Skala definiert, wobei sich die 5 Gewässergüteklassen in verschiedenen Faktoren unterscheiden, z.b.: Sauerstoffgehalt Gehalt an anderen chemischen Stoffen ph-wert Durchschnittstemperatur Artenvielfalt/Individuenzahl Die biologische Gewässergütebestimmung Sie beruht auf einer Untersuchung des Gewässers auf die durchschnittliche Zusammensetzung seiner Fauna bzw. Flora. Die dafür jeweils typischen Lebewesen nennt man Bioindikatoren: Beispiel für die Entwicklung von Artenzahl/Individuenzahl im Zuge einer Eutrophierung: Artenzahl Individuenzahl Güteklasse Güteklasse Artenzahl Individuenzahl

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4 Die Chemische Gewässergütebestimmung Der Sauerstoffgehalt des Wassers Er sollte möglichst nahe dem jeweiligen Sättigungswert sein (Temperaturabhängigkeit!). Bei Sauerstoffmangel reagieren Fische beispielsweise mit verminderter Nahrungsaufnahme bzw. Verweigerung jeglicher Nahrung. Zusätzlich werden bevorzugt die oberflächennahen Regionen aufgesucht. Probenentnahme: Der O2 Gehalt darf sich während der Probenentnahme möglichst wenig ändern.: Für Oberflächenwasser Winklerflasche mit doppelt durchbohrtem Verschluss

5 Für Tiefenwasser Mayer sche Schöpfflasche / Ruttner-Schöpfer Probenauswertung: Entweder Sauerstoffmesselektroden oder: WINKLER-Methode: Probe mit Manganchlorid und KJ-hältiger Natronlauge mischen: I) MnCl2 + 2 NaOH Mn(OH)2 + 2 NaCl 2 Mn(OH)2 + O2 2 MnO(OH)2 (Manganoxihydrat) Das Manganoxihydrat enthält den gesamten gelösten Sauerstoff und bildet einen braunen Niederschlag Niederschlag wird mit konz. Salzsäure gelöst: II) MnO(OH)2 + 4 HCl MnCl2 + 3 H2O + Cl2 Cl2 + 2 KJ 2 KCl + J2 Die Menge des jetzt im Wasser gelösten Jods ist proportional zur anfangs vorhandenen Sauerstoffmenge. Sie kann durch Titration mit Natriumthiosulfat genau erfasst werden: III) 2 Na2 S2 O3 + J2 2 Na J + Na2 S4 O6 Natriumtetrathionat) Nachweis der Jodbindung durch Umfärbung (kann durch Zugabe von Stärkelösung noch verdeutlicht werden!) Der Verbrauch an Natriumthiosulfat ist proportional zum ursprünglichen Sauerstoffgehalt der Wasserprobe!

6 Der biochemische Sauerstoffbedarf (BSB-Wert): Er zeigt den Zusammenhang zwischen Gewässerverschmutzung und der Abbautätigkeit durch Mikroorganismen. Wird dem alleinigen Probenwasser während einer Beobachtungsphase in Dunkelheit und bei konstanter Temperatur viel Sauerstoff entzogen, muss die Belastung des Wassers groß gewesen sein. Der am häufigsten verwendete BSB ist der BSB5-Wert, der den Sauerstoffbedarf in 5 Tagen ermittelt. Richtwerte: 0 2 mg/l Klasse 1 2,1 4 mg/l Klasse 2 4,1 10 mg/l Klasse 3 über 10 mg/l Klasse 4 von vorn herein sauerstofffrei Klasse 5 (Verödung) Gereinigte Abwässer aus Kläranlagen dürfen in der Regel BSB5-Wert bis zu 25 mg/l aufweisen, obwohl sie eine Reinigungseffizienz von 95% aufweisen. Haushaltsabwässer: BSB5-Wert ca. 300 mg/l (Abfallstoffe, Ausscheidungen + ca. 200 Liter Wasser pro Kopf und Tag. Extremwert: Silosickersäfte: BSB5 zwischen und mg/l Wasserhärte und Säurebindungsvermögen (SBV) Für die Wasserhärte ist in erster Linie der Gehalt an Calziumhydrogencarbonat verantwortlich. Dieses entsteht durch Reaktion von Kalkstein mit dem Kohlensäuregehalt des Regenwassers. Reaktionsgleichung: (Entstehung von Kalziumhydrogencarbonat, Rückreaktion beim Erhitzen von hartem Wasser) Einheit: 1 Grad deutscher Härte = 1 d 18 mg Kalk/Liter Wasser Hartes Wasser kann einem plötzlichen ph-wert-anstieg durch Säurezufuhr (Saurer Regen, Sickerwässer aus Waldbeständen auf kalkarmen Böden) deutlich abbremsen. Beispiel: Wirkungsweise bei Schwefelsäure: Ca (HCO3)2 + H2SO4 Ca SO4 + 2 H2CO3 Die Bestimmung des SBV erfolgt durch einfache Titration mit Salzsäure unter Zuhilfenahme von Indikatoren (z.b. Methylorange Umschlag von gelb auf rot) Je nach benötigter Salzsäuremenge ergibt sich ein bestimmter SBV-Wert, der sich proportional zur Carbonathärte verhält: Carbonathärte ( d) : 2,8 = SBV (z.b. Carbonathärte 5,6 d SBV = 2)

7 Der SBV ist also als Maß für die Belastungsfähigkeit des Gewässers hinsichtlich Versauerung zu wertem. Bestimmte Wasserlebewesen sind bezüglich des ph-wertes außerordentlich empfindlich ( <6 und >9 sind allgemein sehr kritische Werte) In Skandinavien konnten Seen, die wegen Versauerung bereits völlig fischfrei waren durch Kalkdüngung wieder erfolgreich mit Fischen besiedelt werden. Stickstoffverbindungen: Die Entstehung zahlreicher N-Verbindungen in Gewässern kann am besten über den Stickstoffkreislauf beschrieben werden: Das größte N-Reservoir ist die Luft mit 78% N. Dieser Luftstickstoff gelangt über Sauren - und Salmiakhaltigen (= wässrige Lösung von NH3) Regen in den Erdboden wo sich Nitrate bilden können. Eine andere Möglichkeit verläuft über die Tätigkeit der Mikroorganismen (Knöllchenbakterien) in Symbiose mit Hülsenfrüchtlern. Auf diesen Wegen wird also N über die Nahrungskette in Organsimen eingebracht! Die Ammonifikanten: Sterben diese Organismen ab, bzw. werden von ihnen N-haltige Ausscheidungen abgegeben (Harnstoff OC(NH2)2 / Harnsäure), so werden diese N- Verbindungen von den Ammonifikanten abgebaut, wobei Ammonium bzw. Ammoniak entstehen!

8 Dabei ist das Verhältnis zwischen dem hochgiftigen Ammoniak und dem relativ harmlosen Ammonium vom ph-wert der Umgebung (des Wassers) abhängig: NH4 + OH < > NH3 + H2O Bei stark alkalischen Werten steigt der Anteil an Ammoniak deutlich an! Das bedeutet, dass Ammonium-Ammoniakmessungen immer gemeinsam mit ph-wert- Messungen durchgeführt werden müssen um eine praxisgerechte Aussage zu ermöglichen: Misst man zum Beispiel bei ph = 6 einen Ammoniakgehalt von 5 mg/l, so ist dies für Fische völlig unbedenklich. Wird der ph-wert plötzlich auf 10 erhöht (z.b. durch Kalkdüngung Siehe SBV ), so sterben alle Fische blitzartig ab. Dabei ist nicht der kurzzeitig hohe ph-wert tödlich, sondern die dadurch hervorgerufene hohe Ammoniakkonzentration. Die Nitrifikation: NH3 und NH4 werden von speziellen Bakterien, den Nitrifikanten, über Nitrit zu Nitrat oxidiert. Der dafür erforderliche Sauerstoff wird unmittelbar dem Wasser entzogen (Sauerstoffzehrung!). Die Denitrifikation: Wenn in dem betroffenen Gewässer kein ausreichender Sauerstoff für die Nitrifikation zur Verfügung steht, erfolgt der Abbau bis zum Molekularen Stickstoff, der dann in die Atmosphäre entweicht.

9 Während Nitrit als eindeutig toxisch eingestuft wird, gilt dies für Nitrat nicht. Allerdings wird Nitrit im Organismus teils zu Nitrit umgebaut und wirkt sich so dennoch schädlich aus. Trinkwassergrenzwerte: Nitrit < 0,01 mg/l Nitrat < 50 mg/l (vor dem EU-Beitritt 100 mg/l) Die diesbezüglich größten Probleme bereiten Trinkwasserversorgungsanlagen in einem landwirtschaftlich intensiv genutzten Einzugsgebiet. Die jahreszeitliche Dynamik stehender Gewässer: Sommer (Teilzirkulation) Herbst (Vollzirkulation) Winter (Stagnation) Frühjahr (Vollzirkulation) Durch diesen Kreislauf ist es nur sehr schwer möglich, einmal in ein stehendes Gewässer eingebrachte Mineralstoffe zu eliminieren. Nachdem dies nur durch den Abtransport der Mineralstoffe oder der aufgebauten Biomasse möglich ist, kann meist nur in Fließgewässern von einer effektiven Selbstreinigung (Verdünnung?) gesprochen werden.