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.

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

Wirkungsweise (Henning, Knöfel, 2002)

Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO3-Entzug

Gefügelockerung und Zerstörung durch CaCO3-Entzug

Sulfattreiben 3 CaO ⋅ Al2O3 + 3 (CaSO4 ⋅ 2 H2O) + 26 H2O � (Henning, Knöfel, 2002) 3 CaO ⋅ Al2O3 ⋅ 3 CaSO4 ⋅ 32 H2O sekundäres Ettringit

Beton