19. Wasserverschmutzung

Alarmierende Zeichen in den 1970er Jahren.

In den 1970er und 80er Jahren wurde gelegentlich von Massensterben der Flußfische durch Giftstoffe in den Gewässern oder von zunehmender Versalzung des Rheins und anderer Flüsse berichtet. Dies waren Alarmzeichen, denn zwischen Basel und Rotterdam beziehen z. B. Millionen Menschen aus dem Rhein ihr Trinkwasser, und ungezählte große und kleine Industriewerke benutzen das Rheinwasser als Prozeß- und Kühlwasser. Nicht immer sind es Giftstoffe, die die Wasserverschlechterung verursachen. Im Rhein, in der Werra und der Weser sind es zusätzlich die Salzfrachten, die zu einer übermäßigen Belastung der Gewässer führen.

Faktoren der Gewässerbelastung.

Im folgenden soll am Beispiel des Rheins die Verschmutzung eines fließenden Gewässers auf der Grundlage eines Umweltgutachtens 1974 beschrieben werden. An der holländischen Grenze betrug die tägliche Fracht des Rheins an Schmutzstoffen 90000 t bei einem mittleren Wasserabfluß von 2800 m3/s. Nachfolgende Untersuchungen ergaben im Bereich Mainz-Wiesbaden täglich u.a. 20000 t Chloride, 100 t Phosphate, 1600 t Nitrate, 150 t Ammonium gemessen. Das sind Bestandteile von Salzen, die sich in Wasser lösen und bei der Trinkwassergewinnung aus dem Rhein wieder beseitigt werden müssen. Hauptquellen der Salzfracht waren die Salzbergwerke, zum geringeren Teil ungeklärte Abwässer und Einschwemmungen von Mineraldüngern.

Eine weitere Quelle der Rheinverschmutzung kommt von Metallhütten und der Metallverarbeitung. Die Jahresfrachten an Schwermetallen betrugen im Rhein 3000 t Chrom, 2500 t Kupfer, 12500 t Zink, 200 t Cadmium, 100 t Quecksilber, 2000 t Blei und 150 t Antimon. Damit ist die oberste Belastbarkeit für Fließgewässer erreicht.

Andere den Rhein belastende Giftstoffe, zum Beispiel Pestizide und Rückstände von Medikamenten, sind in der Tabelle noch nicht berücksichtigt.

Nach den Angaben des Umweltbundesamtes, das für Deutschland ökologische Aufgaben wahrnimmt, nimmt die Schadstoffbelastung des Rheins seit 1960 kontinuierlich ab. Dies ist einerseits auf die systematische Abwasserreinigung durch den Bau von Kläranlagen zurückzuführen und andererseits auf die Tatsache, dass die Industrie immer weniger mit Chemikalien und Schwermetallen belastete Abwässer in den Rhein einleitet. Die oberelsässischen Kaligruben leiten aber immer noch einen großen Teil nicht brauchbarer Salze in den Rhein ab, obwohl diese Einleitungen nach einem Schadensersatzprozess der Stadt Amsterdam vor dem Gericht in Straßburg reduziert sein sollen. Heute leben wieder etwa 63 Fischarten im Rhein. Trotz der deutlichen Reduzierung der Gewässerbelastung durch Haushalts- und Industrieabwässer transportiert der Rhein jährlich noch immer Schwermetalle und Chemikalien wie Pestizide in Richtung Nordsee und belastet damit die Trinkwasserversorgung der Rheinanlieger. Die in der Tabelle angegebenen Werte beziehen sich auf die Messstelle Bimmen am Niederrhein. Diese Daten werden von der Internationalen Kommission zum Schutze des Rheins veröffentlicht. Diese Kommission besteht seit 1950. Einfluss und Bedeutung bekam sie aber erst nach 1986.

Am 1. November 1986 brannte eine Lagerhalle der Firma Sandoz in Schweizerhalle bei Basel am Rhein. Die mit dem Löschwasser in den Rhein gelangten Chemikalien (insbesondere Phosphorsäureester und Quecksilberverbindungen) vernichteten dort einen großen Teil des tierischen und pflanzlichen Lebens. Nach dem Brand bei Sandoz schien der Rhein auf weiten Strecken tot zu sein, doch erholte er sich in den folgenden Monaten und Jahren durch Hochwasser und Wiederbesiedlung. Durch verstärkten Aus- und Neubau von Kläranlagen und weitere Maßnahmen zum Gewässerschutz, hat sich die Rheinbiozönose daher wieder erholt, war danach aber stärker von Neozoen besiedelt als zuvor. Nicht zuletzt als Folge dieses Unfalls wurde die Löschwasserrückhalterichtlinie erlassen.

Der Bodensee soll die Gefährdung eines stehenden Gewässers zeigen. Nach einem Bericht von 1972 wurden dem See jährlich 36000 t sauerstoffverzehrende Substanzen, 18000 t Stickstoff und 1000 t Phosphor zugeführt. Die Phosphate düngen die Wasserpflanzen und verursachen ein üppiges Algenwachstum (Eutrophierung = Nährstoffanreicherung). Nach dem Absterben der Algen sinken diese in die Tiefe. Sie werden durch Mikroorganismen abgebaut, die dabei Sauerstoff verbrauchen. Dies ist von größter Bedeutung für die Selbstreinigung der Gewässer, d. h. die abgestorbenen Organismen werden auf natürlichem Wege zu einfachen, unschädlichen Stoffen abgebaut. Bei einem Überhandnehmen des Algenwachstums durch Eutrophierung der Gewässer reicht der im Wasser gelöste Sauerstoff dafür nicht mehr aus. Dann zeigen sich Fäulniserscheinungen, denn die Fäulnisbakterien brauchen keinen Sauerstoff. Als Fäulnisprodukte entstehen Kohlendioxid, Ammoniak, Methan (Sumpfgas) und hochgiftiger Schwefelwasserstoff. Der See droht zu »sterben« (das Wasser »kippt« um). Ursache dafür ist die Eutrophierung des Gewässers.

Heute hat der Bodensee wieder eine sehr gute Wasserqualität. Nach dem Zweiten Weltkrieg war eine zunehmende Verunreinigung des Bodensees festzustellen, die ab 1959 zu konkreten Maßnahmen führte. Die Internationale Gewässerschutzkommission für den Bodensee (IGKB) stellte 1963 den Phosphateintrag als Hauptursache einer bereits erkennbaren Eutrophierung fest. Ursachen des Phosphateintrags waren Düngemittelausschwemmungen und kommunale Abwässer, die durch Fäkalien und in zunehmendem Maße durch Phosphate aus Waschmitteln belastet waren. Die dabei relevante Fläche ist das gesamte 11.000 km² große hydrologische Einzugsgebiet des Bodensees.

Besonders in den 1970er-Jahren wurden hier in großem Umfang Kläranlagen errichtet, die Phosphatreinigungsleistung der vorhandenen Anlagen wurde verbessert. 1980 wurden in Deutschland Höchstmengen für Phosphate in Waschmitteln verordnet, 1986 brachte die Waschmittelindustrie durch den Einsatz von Zeolithen vollständig phosphatfreie Waschmittel auf den Markt. Die Einträge aus der Landwirtschaft lassen sich nur durch eine Extensivierung im Einzugsgebiet langfristig verringern, entsprechende gesetzliche und Förder-Maßnahmen wurden umgesetzt. Trotz dieser Maßnahmen erreichte die Phosphatkonzentration im Bodensee um 1980 das Zehnfache des natürlichen Wertes. In den frühen 1980er-Jahren wurden in Grundnähe zeitweise gefährlich niedrige Sauerstoffkonzentrationen gemessen. Eine vollständige Sauerstofffreiheit des Seegrundes führt zum Umkippen eines Sees.

Seit 1979 ging die Phosphatkonzentration wieder zurück und hat mittlerweile fast wieder den natürlichen Wert erreicht. Die nicht ganz so bedeutsame Nitratkonzentration liegt nach einem kontinuierlichen Anstieg bis 1985 seither konstant bei ca. 4,4 g/m³. Durch die bessere Wasserqualität wird der See wieder zu einem nährstoffarmen Voralpensee, der er ursprünglich einmal war. Dies hat allerdings auch negative Auswirkungen auf die Fischerei: Die Fische werden aufgrund der nun herrschenden Nährstoffarmut nicht mehr so groß wie früher, was geringere Erträge bedeutet. Dafür sind die bestehenden Fischpopulationen jedoch stabiler. Ein Indiz für die Gesundung des biologischen Gleichgewichts im See stellt das Wiedererstarken der Seeforelle dar, deren Bestände sich seit der Verbesserung der Wasserqualität merklich erhöht haben.

Als Hauptursache der Eutrophierung der Gewässer gelten die Phosphate. Aus neueren Untersuchungen ergab sich, dass ⅔ des Phosphorgehalts mit Abwässern in den See eingebracht werden, unter denen die phosphathaItigen Waschmittel einen beachtlichen Anteil ausmachen. ⅓ stammt vom natürlichen Phosphatgehalt des Seewassers und zu einem kleinen Teil von der Regenauswaschung von Böden. Durch die übermäßige Phosphatzufuhr stieg der Phosphatgehalt des Bodenseewassers von 2 mg/m³ im Jahre 1935 auf etwa 50 mg/m³ im.Jahre 1970.

Eine weitere Gefährdung droht den Gewässern durch Einleiten von Kühlwasser der Großkraftwerke. Hierdurch kann das Wasser lokal aufgewärmt werden, damit ist aber eine Abnahme der im Wasser absorbierten Gase Kohlendioxid (für Photosynthese) und Sauerstoff (für Atmung) verbunden (Kapitel 18).

Lösungen zeichneten sich in den 1980er Jahren ab.

Durch moderne Kühlsysteme kann der Ausstoß von Kühlwasser in einen Fluß ganz vermieden werden. Für ältere Anlagen besteht die gesetzliche Vorschrift, dass das Flußwasser nicht über 28 °C aufgewärmt werden darf. Selbst eine nur geringfügige Aufwärmung eines Gewässers macht sich über weite Strecken hin bemerkbar.

In den 70er Jahren des vergangenen Jahrhunderts war der Rhein bei Düsseldorf ein Gewässer mit starker organischer Verschmutzung. Die Folge war ein niedriger Sauerstoffgehalt. Auch der Neckar bei Ludwigsburg wies ein enormes O2-Defizit und eine hohe Konzentration von Abwasserpilzen auf. Rhein und Neckar galten in den 70ern als „Kloaken der Nation“. Das Wasser von Rhein und Neckar bekam Ende der 70er Jahre die Gewässergüteklasse IV verliehen, während heute beide Flüsse sowie die meisten anderen Fließgewässer in Deutschland nahezu Trinkwasserqualität besitzen (Güteklasse II).

Heute umfassen die ständigen Beobachtungsprogramme der Fließgewässerüberwachung in Baden-Württemberg sorgfältige biologisch-physikalische und physikalisch-chemische Untersuchungen. Sie überwachen permanent die Wasserqualität der Fließgewässer und stehenden Gewässer und benoten diese mit so genannten Gewässergüteklassen. 

Die Wirkung einer modernen Kläranlage, die die Abwässer im Industrieraum Ludwigshafen seit 1974 behandelt, ist ein Beispiel, dass heute auch stark verunreinigtes Wasser durch chemisch-physikalische Trennmethoden weitgehend gereinigt werden kann. So werden durch diese Kläranlage z. B. 77% des Phosphats und 98% des Nitrats zurückgehalten; bei den Metallen ist der Wirkungsgrad ähnlich gut. Auch beim Bodensee haben sich in den letzten Jahren durch Gewässerschutzmaßnahmen (z. B. Ringkanalisation) positive Wirkungen eingestellt.

Die Wasserqualität des Rheins heute (2007)

Die Wasserqualität im Rhein wird regelmäßig im Rahmen des Deutschen Untersuchungsprogrammes Rhein (DUR) an derzeit vierzehn deutschen Messstellen untersucht. Darüber hinaus umfasst das Internationale Messprogramm weitere Messstellen in der Schweiz, in Frankreich und in den Niederlanden. Die Ergebnisse werden regelmäßig in den Zahlentafeln Rhein publiziert. Mit dem Rheingütebericht 2000 wurde ein mehrere Jahre betrachtende Bewertung der Gewässerqualität im Rhein vorgenommen.

Der Rheingütebericht und weitere Messdaten zeigen, dass sich die Gewässergüte des Rheins durch Maßnahmen der Abwassersanierung in Bezug auf den Eintrag von organischen Substanzen und Nährstoffen in den 80er Jahren wesentlich verbessert hat. Inzwischen ist eine Stagnation, insbesondere bei den Nährstoffen eingetreten. Dies ist vor allem im Eintrag von Nährstoffen aus diffusen Quellen, z. B. von landwirtschaftlichen Nutzflächen begründet. Eine Bilanzierung zu diesem Thema wurde von der IKSR durchgeführt.

Chlorid war jahrzehntelang - bedingt durch die Einleitungen über die Mosel (Sodaindustrie), durch den Kalibergbau am Oberrhein und über den Kohlebergbau am Niederrhein - ein großer Belastungsfaktor. Erstmals 1998 wurde es erreicht, dass die Zielvorgabe von 100 mg/l durchgängig an der Messstelle Bad Honnef eingehalten werden konnte. Hierzu hat die Durchsetzung des Chloridübereinkommens wesentlich beigetragen. Nach der Einstellung des Kalibergbaus im Elsass hat sich die Situation weiter entspannt.

Im Bereich der Schwermetalle sind die Zielvorgaben der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und der Internationale Kommission zum Schutz des Rheins (IKSR) weitgehend erreicht. Zink und Kupfer zeigen aber nach wie vor erhöhte Konzentrationen (Chemische Güteklasse III).

Für die Summe der adsorbierbaren organischen Halogenverbindungen (AOX) hat die Aufnahme dieser Kenngröße ins das deutsche Abwasserabgabengesetz zu einer deutlichen Abnahme geführt, dennoch finden sich noch vereinzelt Werte im Bereich der Güteklasse II-III, d. h. der Zielwert "Güteklasse II" ist noch nicht durchgängig erreicht. Von den speziellen organischen Mikroverunreinigungen ist insbesondere der Stoff Hexachlorbenzol (HCB) problematisch. Dieser Stoff wurde 1999 einmalig in erhöhten Konzentrationen gefunden. Ursache war die in diesem Jahr verzeichnete außergewöhnliche Abfolge von Hochwässern, die zu einer Resuspendierung von Altsedimenten geführt haben. In den Jahren danach waren die Konzentrationen aber wieder unauffällig.

Die Auswahl von "rheinrelevanten Stoffen" erfolgte bislang nach einem in der IKSR entwickelten Schema, das auf Basis von Kenntnissen über produzierte und verwendete Mengen, Nachweisbarkeit im Rhein, Toxizität und weiteren Erkenntnissen eine Auswahl trifft. Dieses Schema wird nach dem Inkrafttreten der EG-Wasserrahmenrichtlinie an die dortige Forderung nach Überwachung von Stoffen, die in "Signifikanten Mengen" eingeleitet werden, angepasst.

Im Rheingütebericht 2000 wurde zur Bewertung der Messdaten die Zielvorgabenkonzeption der Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) zugrunde gelegt. Diese Zielvorgabenkonzeption entspricht im Wesentlichen der Zielvorgabenkonzeption der IKSR.

Die EG-Wasserrahmenrichtlinie sieht für die sogenannten prioritären bzw. prioritären gefährlichen Stoffe ein besonderes Bewertungsverfahren vor, auf dessen Grundlage ein Beitrag zur Bewertung des "chemischen Zustands" des Rheins geleistet werden kann. Zukünftige Berichte über die Wasserqualität des Rheins werden dies zu berücksichtigen haben.

• Lexikon Inhaltsverzeichnis
• Lehre von den Stoffen
  • 1. Der Mensch und die Chemie
  • 2. Der Stoffbegriff in der Chemie
  • 3. Experimente zur Stoffbeschreibung
• Modellvorstellungen
  • 4. Zustandsformen der Materie
  • 5. Diffusionsvorgänge
  • 6. Atome und Moleküle
  • 7. Chemische Reaktionen
  • 8. Reaktionen und Teilchenmodell
  • 9. Kennzeichen der chemischen Reaktion
  • 10. Chem. Symbole und Formeln
  • 11. Die chemische Gleichung
• Verbrennung - Luft - Sauerstoff
  • 12. Verbrennung als chem. Vorgang
  • 13. Feuergefährliche Stoffe - Brandschutz
  • 14. Verbrennungserscheinungen
  • 15. Die Zusammensetzung der Luft
  • 16. Luftverunreinigung
  • 17. Das Element Sauerstoff
• Wasser - Wasserstoff - Redoxvorgang
  • 18. Das Wasser als Lösungsmittel
  • 19. Wasserverschmutzung
  • 20. Zusammensetzung des Wassers
  • 21. Das Element Wasserstoff
  • 22. Wasserstoff als Reduktionsmittel
• Atombau und Periodensystem
  • 23. Energie und Stabilität
  • 24. Der Bau der Atome
  • 25. Atomhülle und Periodensystem
  • 26. Bedeutung des Periodensystems
• Grundlagen der Bindungslehre
  • 27. Von den Atomen zu Molekülen - Atombindung
  • 28. Vertiefung der Atombindung
  • 29. Die Molekülgestalt
  • 30. Die Ionenbindung
  • 31. Ionenverbindungen - Salze
  • 32. Schmelzen und Lösungen von Salzen
  • 33. Das Lösen von Salzen
  • 34. Die Ionenwanderung
  • 35. Die Elektrolyse
• Halogene - Alkalimetalle - Redoxreaktionen
  • 36. Das Kochsalz
  • 37. Das Element Chlor
  • 38. Redoxvorgänge als Elektronenübergänge
  • 39. Die VII. Hauptgruppe des PSE
  • 40. Die I. Hauptgruppe des PSE
• Säure - Base - Reaktionen
  • 41. Chlorwasserstoff - eine Säure
  • 42. Säuren - Protonenspender
  • 43. Säuren und Metalle
  • 44. Ammoniak - eine Base
  • 45. Hydroxide - Laugen
  • 46. Die Neutralisation
  • 47. Die verdünnte Schwefelsäure
  • 48. Die konzentrierte Schwefelsäure
• Chemie und Technik
  • 49. Gewinnung der Schwefelsäure
  • 50. Umweltschutz beim Kontaktverfahren
  • 51. Haber-Bosch-Verfahren
  • 52. Grundlagen der Mineraldüngung
  • 53. Oxide des Kohlenstoffs
  • 54. Kohlensäure und ihre Salze
  • 55. Kalkgehalt des Wassers
  • 56. Metalle
  • 57. Eisen
  • 58. Stahl
  • 59. Das Leichtmetall Aluminium
• Lernzielkontrolle (anorgan.)
• Sachverzeichnis (anorgan.)

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