Schwermetalle in Flüssen und Seen

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1 \KuT H Fa H R wao^.;v-.-^ca«ssä" Ulrich Förstner German Müller W. A. R. - Bibliothek Schwermetalle in Flüssen und Seen als Ausdruck der Umweltverschmutzung Mit einem Geleitwort von H.-J. Elster Mit 83 Abbildungen und 59 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1974

2 Inhaltsverzeichnis A. BEDROHTE GEWÄSSER 1 1. Wasserverschmutzung - Ursachen und Folgen 1 2. Salz-Gehalte der Binnengewässer Natürliche Salzkonzentrationen 3 ( 2. 2 Zivilisatorische Salz-Belastungen) 5 3. Wasserbedarf - Abwassereinleitungen - Schadstoffe im Wasser 6/ 4. Giftige Schwermetalle lf) 4.1 Spurenstoffe Metalle - Schwermetalle Schadwirkungen der Schwermetalle Schädlichkeitsgrenzen für Schwermetalle im Wasser Schädlichkeitsgrenzen für biologische Kläranlagen, für das Selbstreinigungsvermögen von Gewässern, sowie für Fische und andere Wassertiere Grenzwerte für Beregnungswasser Grenz- und Richtwerte für Schwermetalle im Roh- und Trinkwasser 26 / \ 5. Schwermetalle im Fluß- und Seewasser )29, 6./ Herkunft von Schwermetallverunreinigungen in Gewässern.A Allgemeines Spezielle Beispiele: Quecksilber, Cadmium und Blei Herkunft des Zinks im Rheinwasser 40 7,1! Umwelt-Belastung durch Schwermetalle 41 B. SCHWERMETALL-GEHALTE IN AQUATISCHEN SEDIMENTEN Sedimente als Verschmutzungs-Indikatoren Allgemeines Probenahme, Aufbereitung und Messungen Schwermetalle im Wasser, in Schwebstoffen und in Sedimenten 51

3 XII 9. Natürliche Schwermetall-Gehalte und Bindungsarten in limnischen Sedimenten Natürliche Gehalte - zivilisatorische Belastung Geochemischer Tongestein-Standard Fossile Flußsedimente Hochwassersedimente Sedimente aus Gewässern in industriearmen Regionen Natürliche Bindungsarten von Schwermetallen in limnischen Sedimenten 63 C. SCHWERMETALLANREICHERUNGEN IN BINNENGEWÄSSERN DER BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Flüsse in der Bundesrepublik Deutschland: Hydrologie, Hydrochemie und Sedimente Hydrologie Hydrochemie Sedimente (Allgemeine Daten) Schwermetallanreicherungen in den Sedimenten von Binnengewässern der Bundesrepublik Deutschland 8O 11. l/~schwermetalle in den Sedimenten des Bodensees - \ I und seiner wichtigsten Zuflüsse,' ^chwermetalle in den Sedimenten des Rheins Schwermetalle in den Sedimenten deutscher Flüsse - Überblick Mittelwerte - Reihenfolge der Schwermetall- Belastung Konzentrationsschwankungen der einzelnen Schwermetalle Anreicherungsfaktoren Schwermetalltransport in Flüssen der BRD Schwermetalle im Elbe- und Rhein-Ästuar sowie in küstennahen Gebieten von Nord- und Ostsee Mündungsgebiete von Elbe und Rhein; Deutsche Bucht Ostsee Lokale Schwermetallanreicherung Cadmium in Sedimenten - Beispiel Neckar Cadmium in Sedimenten - Allgemeines..: Cadmium und andere Schwermetalle im Neckar Quecksilberanreicherungen in Sedimenten - Beispiel Wupper Chromanreicherungen in der Weschnitz 133

4 XIII 14. Korrelationen Korrelationen zwischen den einzelnen Schwermetallen Beziehungen zwischen den Metallkonzentrationen im Sediment : Schwermetall-Gehalt im Wasser Korrelation Schwermetalle : Organischer Kohlenstoff bzw. Sulfid-Schwefel 138 D. PROZESSE DER SCHWERMETALLANREICHERUNG IN SEDIMENTEN: SEDIMENT-WASSER-WECHSELWIRKUNGEN Bindungsarten der Schwermetalle im Schwebgut und Sediment umweltbelasteter Gewässer Schwermetallanreicherungen Schwermetallanreicherung durch Kationenaustausch und Adsorption Schwermetallanreicherung durch Fällung und Mitfällung; Stabilitätsbeziehungen Fällung Mitfällung Stabilitätsbeziehungen Metallanreicherung durch wasserunlösliche Huminsäuren (Chelatisierung) Relative Anteile der einzelnen Bindungsarten Immobilisierung - Remobilisierung von Schwermetallen; Verhalten synthetischer Komplexbildner 155 E. AUSWIRKUNGEN VON SCHWERMETALLANREICHERUNGEN IN BINNENGEWÄSSERN J Schwermetallanreicherungen in Fischen :\ 159 V v Cadmium in Fischen von Neckar und Enz Quecksilber in Fischen des Rheins Eliminierung von Schwermetallen bei der Wasser-Reinigung Künstliche Grundwasseranreicherung 4 urcn Uferfiltration Schwermetalle bei der Trinkwasseraufbereitung "3 Schwermetalle im Abwasser 181 F. ZUSAMMENFASSUNG - SCHLUSSFOLGERUNGEN - AUSBLICK Schwermetallanreicherungen Auswirkungen der erhöhten Schwermetallkonz.entrationen 1'85

5 XIV 22. Maßnahmen 187 Anhang: G. UNTERSUCHUNGSMETHODEN Entnahme von Wasser- und Sedimentproben Entnahme von Wasserproben für die Bestimmung der Haupt- und Spurenelemente Geräte und Reagenzien Vorbereitung der Flaschen und Geräte Probenahme Entnahme von Sedimentproben Entnahme von Schwebstoffproben Analysenverfahren Die mechanische Sedimentanalyse Die mineralogische Analyse Chemische Analyse der Haupt-Anionen im Wasser Atomabsorptionsspektrometrische Bestimmung der Spurenmetalle 195 LITERATURVERZEICHNIS 205 SACHVERZEICHNIS T 221 Die Konzentrationen von Schwermetallen werden nachfolgend vorwiegend in ppm oder ppb angegeben. 1 ppm (parts per million) entspricht 1 mg/kg (bei Wasser «-1 mg/1) oder 1 g/t oder 0,0001% (10~ 4 %) 1 ppb (parts per billion*) entspricht 1/1000 ppm oder 1 ug/kg (bei Wasser ~1 yg/1) oder 1 mg/t oder 0, % (10" 7 %) 1000 ppb = 1 ppm; 10.0O0 ppm =1% *billion (amerik.) = Milliarde