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3.3 Schadwirkungen • Toxizität
Einsatz von Bioziden in der Landwirt- schaft
Toxische Wirkungen bereits in gerin-gen Konzentrationen durch
- Schwermetalle und Arsen
- Cyanide
- aromatische Kohlenwasserstoffe
- PAK
- Phenole
- Halogenkohlenwasserstoffe
- PCB
- Biozide
Stoffe haben in Oberflächengewäs-sern, im Grundwasser und insbeson-dere im Trinkwasser nichts zu suchen.
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
Persistente Perfluorverbindungen (perfluorierte Chemikalien, PFC) - Wichtigste Stoffgruppe perfluorierte Tenside (PFT) mit wasser-, fett- und
schmutzabweisender Wirkung - Leitsubstanzen � PFOA Perfluoroctansäure � PFOS Perfluoroctansulfonsäure
- Ausrüstung (Imprägnierung) von Textilien, Leder, Teppichen, Papier, Pappe (Backpapier, Pizza Schachteln, Pommes Frites Tüten u. a.)
- Reinigung und Behandlung von Oberflächen (Hartverchromung, litho- graphische Prozesse)
CF3 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 COOH
CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 CF2 SO3HCF3
PFOA PFOS
- 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
Problem von Abbau- und Umwandlungsprodukten in der Wasseraufbereitung
Tolylfluanid (Fungizid) (Obst-, Wein-, Hopfen-, Gemüseanbau) Transformation im Boden N,N-Dimethylsulfamid (DMS) (nicht relevanter Metabolit, bis 18 µg/L Grundwasser, bis 3,3 µg/L Trinkwasser)
N S N
CH3
CH3
O
O
CH3
S
ClF
CCl
N S N
CH3
CH3
O
OH
H
GOW (TW) = 1,0 µg/L (UBA)
Ozonierung von TW N-Nitroso-dimethylamin (NDMA, stark gentoxisch, kanzerogen)
Vorerst befristetes Anwendungsverbot (EU-Komission, 04.05.2007)
O N N
CH3
CH3
Physiologische Wirkungen von Giftstoffen
Gentoxisch Endokrin
Gene
Immunotoxisch
Reprotoxisch
Hormonsystem
Immunsystem
Neurotoxisch
Reproduktives System
ZNS, Nerven Regelkreis Wirkung
• Korrosionswirkung
Korrosion
Materialveränderungen an der Ober- fläche fester Körper durch korrosive Stoffe oder Medien
Korrosion von Metallen, Beton, Natur- stein, Bitumen oder Glas
nicht immer mit negativen Einfluss auf die Nutzbarkeit der Werkstoffe
Schutz durch Deckschichten
für eine Beständigkeit z. B. im Trink- wasserbereich ist häufig eine Korrosion des Werkstoffs notwendig
Korrosive Geothermalwässer
Korrosion metallischer Werkstoffe Spannungsreihe der Metalle (Potenziale in V) Mg2+|Mg Al3+|Al Zn2+|Zn Fe2+|Fe 2 H+|H2 Pb2+|Pb 2 H+|H2 Cu2+|Cu O2|OH- O2|H2O
- 2,36 - 1,66 - 0,76 - 0,44 - 0,41 - 0,13 0 + 0,34 + 0,82 + 1,23
pH = 7 pH = 0 pH = 7 pH = 0
unedel edel Oxidierbarkeit (Korrosion)
Normalspannungsreihe und praktische Spannungsreihe 1) (Nürnberger, 1995)
1) Besonderheiten praxisnahe Medien
Berücksichtigung der Korrosionsprodukte / Deckschichten � Passivität
Phänomen der Überspannung
Wasserfließrichtung - Anordnung der Metalle In abfließendem Wasser enthaltene Cu2+-Ionen können die Flächenkorrosion von unedleren Metallen wie Aluminium, Zink und verzinktem Stahl fördern (insbesondere bei größeren Kupferflächen): Cu2+ + Zn � Cu + Zn2+
Deshalb sollten Zink, verzinkte Stahlteile oder Aluteile nicht in Fließrichtung unterhalb von Kupfer-Werkstoffen verwendet werden � Fließregel
Cu2+
Zn
1
Installation von Kupfer vor verzinktem Stahl � kupferinduzierter Lochfraß!
2
Bitumenkorrosion Korrosion von Zink, Titan-Zink-Legierungen, Al, Fe, Cu und Pb unterhalb von bituminösen Abdichtungen Ursache
saures Regenwasser (H2SO4, org. Säuren) infolge der Photooxidation des Bitumens Schutz der Abdichtung
� Acrylat-Imprägnierung
� Kiesschüttung Schutz des Metalls
� Schutzanstrich
Kalk-Rost-Schutzschichten auf der Oberfläche von Eisenwerkstoffen In Wässern bestimmen Art und Menge der gelösten Inhaltsstoffe (Sauerstoff, CO2, Carbonathärte, Chloride), Temperatur und Fließgeschwindigkeit die Korrosivität
Ausbildung von Kalk-Rost-Schutzschichten (FeCO3, Fe2O3, CaCO3) in sauer- stoffhaltigen, nicht zu weichen, fließenden Wässern (Wasserleitungsrohren)
c(O2) > 3 mg/L
KS 4,3 > 2 mmol/L � HCO3
- + H+ � H2O + CO2
c(Ca2+) > 0,5 mmol/L
v > 0,1 m/s Korrosionsbegünstigung:
1K
)SO(c2)Cl(c
3,4S
24 >+ −−
Entzinkung von Messing
In Trinkwasserinstallationen bei erhöhten Chloridgehalten und geringer Carbonathärte (keine ausreichende Schutzschichtbildung), in schwach sauren Wässern in Gegenwart von Sauerstoff
Turner-Diagramm (Nürnberger, 1995)
Korrosion von Beton
Lösender Angriff auf Beton durch
� Säuren
� kalklösende Kohlensäure
� austauschfähige Salze
� weiches Wasser
� Fette und Öle
Oberflächliche Umwandlung von schwer- in leichtlösliche Verbindungen Treibender Angriff auf Beton durch
� Eindringen von Schadstoffen in erhärteten Beton
� Bildung von voluminösen Produkten
Betonaggressivität von Wässern nach DIN 4030
Angriff Parameter
schwach stark sehr stark Art
pH-Wert 6, 5 - 5,5 5, 5 - 4,5 < 4,5 L
CO2 in mg/L 15 - 30 30 - 60 > 60 L
NH4+ in mg/L 15 - 30 30 - 60 > 60 L
Mg2+ in mg/L 100 - 300 300 - 1500 > 1500 L, T
SO42- in mg/L 200 - 600 600 - 3000 > 3000 T
L = lösender Angriff
T = treibender Angriff
Angriff durch Säuren � in Abwässern
Bildung aus H2S durch Schwefel- säurebakterien in Abwasserrohren
H2S + 2 O2 � 2 H+ + SO42-
bewirkt lösenden (0,5 - 10 mm/a) und treibenden Angriff � in der Luft aus SO2, NOx � durch nitrifizierende Bakterien aus
NH3, NH4+ oder (NH2)2CO
NH3 + 2 O2 � H+ + NO3- + H2O
Sielhaut
Sinkstoffe
H2S
Luft
Schwefelbakterien H2SO4
SO42-, R-SH
c(O2) < 0,1 mg/L
� saure Abwässer, Grubenwässer, Moorwässer
Biogene Schwefelsäurekorrosion (BSK)
Angriff von überschüssiger, freier "Kohlensäure" Kalk - Kohlensäure – Gleichgewicht
CO2(aq) + H2O + CaCO3(s) Ca2+ + 2 HCO3-
Gesamtkohlensäure
gebundene Kohlensäure
CO32-, HCO3
-
zugehörige freie, stabi-
lisierende Kohlensäure
freie Kohlensäure
CO2, H2CO3
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 Ge- halt an freier Kohlensäure schädigend als in weichem Wasser.
Wirkungsweise (Henning, Knöfel, 2002)
Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO3-Entzug
Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO3-Entzug
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