Grundwasserbeschaffenheit
Kuhfluchtquelle Farchant; Foto: Dr. Ulrich LagallyGrundwasser ist unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich oder nahezu ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst ausgelösten Reibungskräften bestimmt wird. Die Grundwasserbeschaffenheit, das heißt die Art und Menge der im Wasser enthaltenen Inhaltsstoffe und Mikroorganismen, wird im Wesentlichen von der Bodenbeschaffenheit (geogener Eintrag) bzw. von der Tiefe des Grundwasserleiters und der Verweilzeit im Boden bestimmt.
Je nach Lage der Wasserfassung bzw. des Wassereinzugsgebiets (zum Beispiel Durchlässigkeit bzw. Filterwirkung des Bodens, Oberflächenwassereinfluss) können auch unnatürliche, teils schädliche, durch den Menschen freigesetzte Stoffe in das Grundwasser verfrachtet werden (anthropogener Eintrag). Dies betrifft vor allem beständige (persistente), das heißt insbesondere im Grundwasser biologisch schlecht abbaubare Stoffe, wie zum Beispiel überschüssige Dünge- und Pflanzenschutzmittel aus der landwirtschaftlichen Bodennutzung sowie Arzneistoffe und Röntgenkontrastmittel aus medizinischen Anwendungen, Komplexbildner, Korrosionsinhibitoren und Süßstoffe aus Industrie- und Siedlungsabwasser.
Messtellen des LandesmessnetzesIn der Erdkruste ist Aluminium nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste chemische Element und somit das häufigste Metall. Wichtigstes Aluminiumerz ist Bauxit (Aluminiumoxid). Wegen seiner hohen Affinität zu Sauerstoff kommt es in der Natur nicht gediegen, sondern nur in Form seiner ubiquitären gesteinsbildenden Verbindungen vor (insbesondere Aluminiumsilikate, wie Feldspäte, Glimmer und Tone). In den Grundwässern des Buntsandsteins, des Paläozoikums (Frankenwald, Fichtelgebirge) und des Kristallins (Bayerischer Wald) findet sich Aluminium daher tendenziell häufiger. Die Mobilität im Boden ist nur gering, wird aber durch sinkende pH Werte deutlich erhöht, was zur Schädigung von Pflanzen und Bodenorganismen führen kann. Aluminium wird größtenteils wieder unverändert ausgeschieden. Es hat nur eine geringe orale Toxizität, ein Zusammenhang mit der Entwicklung der Alzheimer Krankheit wird diskutiert. Bereits bei geringen Konzentrationen können unerwünschte Trübungen im Trinkwasser auftreten.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,2 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas Ammonium-Kation ist das Neutralisationsprodukt des gasförmigen, basisch reagierenden Ammoniaks (NH3, "Salmiakgeist") mit Säuren. Je nach Gegenion erhält man leicht wasserlösliche Salze, wie beispielsweise die in Mineraldüngern verwendeten Verbindungen Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat. Ammoniumchlorid ist auch als Salmiak bekannt und wird beispielsweise als Löthilfsmittel zur Auflösung von Oxidschichten, als Hustenlöser in der Medizin und als Elektrolyt in Trockenbatterien verwendet. Im Rahmen des Phosphorrecyclings wird schwerlösliches Ammoniummagnesiumphosphat ("MAP") aus Abwasser gewonnen. Ammoniumsalze neigen beim Erhitzen zu Sublimation oder Zersetzung (Verwendung von Ammoniumnitrat in militärischen und zivilen Sprengstoffen). Ammonium im Grundwasser ist nur unter reduzierenden Bedingungen stabil und i.W. organischen oder anthropogenen Ursprungs (Abwasser-/ Fäkalieneintrag oder Überdüngung). Durch biologischen oxidativen Abbau zu Nitrat wird Ammonium aus Wasser entfernt (Nitrifikation im Boden oder in Sandfiltern, zum Beispiel auch als Nebeneffekt der Enteisenung/Entmanganung).
Grenzwert nach TrinkwV: 0,5 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,5 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Antimon zählt zu den schwersten nichtradioaktiven Halbmetallen und kann elementar in verschiedenen Modifikationen auftreten: Mehrere amorphe, nichtmetallische und eine stabile metallische, den Strom leitende Modifikation ("graues" Antimon). Wie Arsen zählt Antimon zur Stickstoff-Phosphor-Elementgruppe und besitzt daher ähnliche Eigenschaften (zum Beispiel Modifikationen, bevorzugte Oxidationsstufen und Toxizität). In der Natur findet es sich sowohl gediegen als auch in Form seiner Verbindungen, von denen hauptsächlich das Mineral Antimonit (Antimon(III)sulfid) industriell genutzt wird. Antimon dient der Dotierung von Halbleitermaterialien (n-Dotierung) und ist härtender Bestandteil vieler Blei- und Zinnlegierungen (Lote). Letzteres kann dazu führen, dass die Konzentration von Antimon in Trinkwasserinstallationen ansteigt. Geogen bedingte Überschreitungen des Trinkwassergrenzwerts im Rohwasser sind selten.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,005 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Arsen ist wie Antimon ein typisches Halbmetall, das in verschiedenen metallischen und nichtmetallischen Modifikationen auftreten kann. In seinen natürlichen Verbindungen liegt es überwiegend in den Oxidationsstufen +III und +V vor. Arsen kommt in geringen Mengen praktisch überall im Boden vor und findet sich sowohl gediegen ("Scherbenkobalt") als auch in Form seiner überwiegend sulfidischen Minerale (Arsenopyrit, Realgar, Auripigment), deren Verwitterungsprodukt das toxische und wasserlösliche Arsenik (Arsen(III)oxid) ist. Aufgrund dieser natürlichen Umwandlung kann gelöstes Arsen in das Grundwasser gelangen. Die industrielle Verarbeitung von Arsen, die Kohleverbrennung und Mülldeponien stellen die größten anthropogenen Eintragsquellen dar. Das 1910 in den Handel gekommene Arsen-haltige Arzneimittel "Salvarsan" (Wirkstoff Arsphenamin) gegen Syphilis war eines der ersten antimikrobiellen Arzneimittel. Heute findet reines Arsen Anwendung in der Halbleitertechnik (n-Dotierung) oder Photovoltaik (Galliumarsenid). Rohwässer mit erhöhten Arsenkonzentrationen finden sich vor allem im Keuper Nordbayerns. Die darin enthaltenen Arsenite und Arsenate (As(III)- bzw. As(V)-Verbindungen) lassen sich bei geringen Konzentrationen im Nebeneffekt oft schon mit einer Enteisenung/Entmanganung abtrennen, bei höheren Konzentrationen muss eine Entarsenierung (Adsorption an granulier-tem Eisenhydroxid oder Flockung/Fällung) erfolgen. Obwohl Arsen eine hohe akute Toxizität und eine chronische, krebserregende Wirkung besitzt, gilt es als möglicherweise essentielles Spurenelement.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,01 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,01 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,01 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Blei ist ein schweres (Dichte 11,3 g/cm3), weiches, mit dem Fingernagel ritzbares Metall mit relativ niedrigem Schmelzpunkt (327 °C), das in der Natur sowohl gediegen als auch in Form seiner Verbindungen anzutreffen ist. Die wichtigsten Bleierze sind Bleiglanz (Bleisulfid) und Cerussit (Bleicarbonat, Bleiweiß). Letzteres besaß vor der Einführung von Weißpigmenten auf Titan- und Zinkbasis im 19. Jhdt. eine Monopolstellung in der Malerei. Bleimetall wurde wegen seiner Eigenschaften (niedriger Schmelzpunkt, leichte Verformbarkeit, chem. Beständigkeit) schon seit den Römern zur Herstellung von Gebrauchsartikeln und Wasserrohren (in Deutschland bis in die 1970er Jahre, in Bayern bereits seit 1878 verboten) verwendet. Heute dient Blei vor allem zur Herstellung von Akkumulatoren, niedrigschmelzenden Blei-Legierungen (Lote, Schmelzsicherungen), und Korrosionsschutzpigmenten (Mennige, Bleioxid) sowie im Strah-lenschutz zur Abschirmung von Gamma- und Röntgenstrahlen. Blei und seine Verbindungen sind toxisch und können sich bei chronischer Aufnahme im Organismus anreichern (Blei-krankheit, Bleisaum). Das früher zur Erhöhung der Klopffestigkeit in Ottokraftstoffen verbrei-tete metallorganische Tetraethylblei führte zu hohen Umweltbelastungen, weswegen es seit Anfang der 1990er Jahre durch die bleifreien, organischen Antiklopfmittel Ethyl- und Methyl-tert-butylether (ETBE bzw. MTBE) ersetzt wurde. Obwohl Blei-Verbindungen im Boden rasch in unlösliche Formen überführt und von Tonen und Huminstoffen adsorbiert werden, kann Blei unter bestimmten Bedingungen auch aus geogenen Quellen (triassische Sedimentge-steine wie Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper im Raum Weiden/Altenstadt) in das Grundwasser eingetragen werden. Nach einer Übergangsfrist zum Austausch alter Bleirohre gilt seit Dezember 2013 der von 40 µg/l auf 10 µg/l sukzessiv verschärfte Grenzwert nach TrinkwV. Aktuell wird die Forderung nach einem kompletten Austausch von Wasserrohren aus Blei erwogen.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,01 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,01 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,01 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesBor ist das leichteste chemische Element aus der Gruppe der Halbmetalle und kommt in der Natur hauptsächlich in Form seiner Sauerstoffverbindung vor (zum Beispiel Borax, Kernit). Es findet sich angereichert in Sand- und Tongesteinen. Quellen anthropogenen Eintrags von Borverbindungen in die Umwelt sind beispielsweise Düngemittel und Schleifmittel aus der Metallurgie (Borcarbid/-nitrid) sowie Zusatzstoffe in der Glasherstellung und der chem. Industrie (Borsäure/Bortrifluorid). Lange Zeit konnten größere Mengen wasserlöslicher Borverbindungen aus Waschmitteln ("Perborate") wegen des fehlenden Rückhalts in Kläranlagen leicht über Ab- und Oberflächenwasser in das Grundwasser gelangen. Bereits seit vielen Jahren sind Perborate in Waschmitteln weitgehend durch "Percarbonate" (Carbonat-Wasserstoffperoxid-Addukt) ersetzt und in der EU seit 2013 in Produkten für die breite Öffentlichkeit gänzlich verboten worden. Seitdem spielen anthropogene Bor-Einträge aus dem Abwasser nur noch eine untergeordnete Rolle. Bor wird zur p-Dotierung in der Halbleitertechnik und neben Cadmium als Material für Steuerstäbe in der Kerntechnik verwendet (zur Neutronenabsorption). Borverbindungen werden leicht resorbiert und besitzen im Allgemeinen nur eine geringe physiologische Relevanz. Dennoch wurden eine Reihe von Bor-Verbindungen, darunter Borsäure und Borate (Salze der Borsäure) sowie Perborate/Peroxoborate, als fortpflanzungsgefährdend eingestuft und in Verbraucherprodukten verboten (siehe oben).
Grenzwert nach TrinkwV: 1,0 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 30 mg/l Borat,
entspricht 5,5 mg/l Bor
Messtellen des LandesmessnetzesCadmium zählt zu den selteneren Metallen und fällt ausschließlich als Nebenprodukt bei der Gewinnung anderer Metalle an, vor allem bei der Zink-Gewinnung. Von wirtschaftlicher Bedeutung ist heute beispielsweise die Verwendung in Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, als Material für Steuerstäbe in der Nukleartechnik oder als Bestandteil niedrigschmelzender Legierungen (zum Beispiel als Wood'sche Legierung in Schmelzsicherungen). Von Ausnahmen abgesehen ist die Verwendung Cadmium-haltiger gelber und roter Farbpigmente (Cadmiumsulfid und -selenid) in der EU seit 1991 verboten. Cadmium und seine Verbindungen wirken sowohl akut als auch chronisch toxisch, da sie im Körper kumuliert werden. Sie wirken knochenschädigend und sind krebserregend. Der Median der Konzen-trationen im Grundwasser liegt deutlich unter dem Grenzwert der TrinkwV. Eine Tendenz zu höheren Cadmiumgehalten findet sich in den Grundwässern des Buntsandsteins, des Keupers und des Kristallins.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,003 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,0005 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,003 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesWie Magnesium gehört auch das chemische Element Calcium zu den Erdalkalimetallen. Nach Aluminium und Eisen ist es das dritthäufigste Metall in der Erdkruste und der häufigste im Grundwasser gefundene Inhaltsstoff. Es findet sich in erhöhten Konzentrationen im Grundwasser Calciumcarbonat-haltiger (Kalk, Dolomit) und Calciumsulfat-haltiger Gesteine (Gipskeuper). Die Summe der in Wasser gelösten "Erdalkalien" (vorrangig Calcium und Magnesium) bestimmt die Gesamthärte eines Wassers, die in erster Linie für den technischen Gebrauch des Wassers von Bedeutung ist: Eine erhöhte Härte führt zu Inkrustationen in Rohren und an Armaturen und erfordert eine höhere Dosierung von Waschmitteln. Durch Enthärtung (Entcarbonisierung durch Fällung von Calcium als Calciumcarbonat (Calcit) oder Ionenaustausch von Calcium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen) kann der Härtegrad gesenkt werden. Calcium ist ein essentielles Mengenelement (Knochen, Zähne). Daher haben die im Trinkwasser vorkommenden Konzentrationen für einen gesunden Menschen keine negativen gesundheitlichen Auswirkungen. Seit 2001 ist Calcium nicht mehr Parameter der TrinkwV.
Messtellen des LandesmessnetzesChloride sind die Salze der Salzsäure (Chlorwasserstoff, HCl) und finden sich in der Natur hauptsächlich als Natrium- und Magnesiumchlorid sowohl in Lagerstätten (Steinsalz) als auch gelöst in Solen und im Meerwasser. Geogen erhöhte Gehalte sind dementsprechend erst im Tiefengrundwasser anzutreffen (zum Beispiel Thermalwasser aus salinaren Gesteinen). Chloride spielen eine wichtige Rolle als Rohstoff für die chemische Industrie und bei der Ernährung: Chlorid ist ein essentielles Mengenelement, das mit der üblichen Ernährung in einer Menge zwischen 3 und 12 g pro Tag aufgenommen wird. Die allgemein gut wasserlöslichen Chloride werden im Boden kaum zurückgehalten und gelangen durch oberflächliche Auswaschung leicht ins Grundwasser (Straßensalzung, Dünger). Konzentrationen ab ca. 200 mg/l verleihen dem Wasser einen salzigen Geschmack. Mit zunehmender Chloridkonzentration steigt die korrosive Wirkung des Wassers.
Grenzwert nach TrinkwV: 250 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 250 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Chrom ist ein widerstandsfähiges, zähes Metall, das in der Natur nur in Form seiner Verbindungen zu finden ist. Chrom liegt in der Natur bevorzugt in den Oxidationsstufen +III und +VI vor und bildet eine Vielzahl farbiger Verbindungen (daher der Name). Das wichtigste Chromerz ist Chromit, ein Chrom(III)-Eisen(II)-Mischoxid. Metallisches Chrom findet vor allem Anwendung als Legierungsbestandteil nichtrostender Stähle (Edelstahl). Chrom(VI)-Verbindungen werden in der chemischen Industrie, im Korrosionsschutz und in der Galvanik zur Verchromung verwendet, Chrom(III)-Verbindungen werden als Gerbstoff in der Gerberei (Chrom(III)sulfat, Chromalaun) eingesetzt. Während Chrom(III)-Verbindungen im Allgemeinen nur wenig toxisch sind (immobil, da schlecht wasserlöslich), können die besser wasserlöslichen, toxischen, als allergieauslösend und krebserregend geltenden Chrom(VI)-Verbindungen (Chromate) leichter vom Körper aufgenommen werden. Das in natürlichen Wasserressourcen vorkommende Chrom liegt hauptsächlich als Chrom(VI) vor (Chromat). Aktuell wird daher die Absenkung des Trinkwassergrenzwerts auf 0,005 mg/l empfohlen. Trotz seiner problematischen Eigenschaften zählt Chrom in seiner dreiwertigen Form zu den essentiellen Spurenelementen.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,05 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,05 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesEisen ist nach Aluminium das zweithäufigste Metall in der Erdkruste und wahrscheinlich das häufigste Element auf der Erde. Es tritt in der Natur überwiegend in Form seiner Ver-bindungen mit den Oxidationsstufen +II und +III auf. Die Gewinnung erfolgt vor allem aus oxidischen (Magnetit, Hämatit, Brauneisenerz) und sulfidischen Erzen (Pyrit) sowie Eisenspat (Eisencarbonat). Eisen ist essentiell für Mensch und Tier (eisenhaltige Komplexe und Enzyme sorgen für den Sauerstofftransport und –verwertung in den Zellen). Da fast alle Böden mehr oder weniger eisenhaltig sind, spielt der Eisengehalt bei der Wassergewinnung eine bedeutende Rolle (Färbung, Trübung, Geschmack). Höhere Gehalte an gelöstem Eisen sind immer an reduzierte, sauerstoffarme Wässer (Tiefengrundwasser) gebunden, da nur unter diesen Bedingungen die im Gegensatz zu den Eisen(III)-Verbindungen leicht wasserlöslichen Eisen(II)-Verbindungen stabil sind. Im Zuge der Trinkwasseraufbereitung kann das in sauerstoffarmem Rohwasser gelöste Eisen(II) durch Einleiten von Sauerstoff oxidiert, als schlecht lösliches Eisen(III)oxidhydrat gefällt und filtriert werden (Enteisenung). Der Grenzwert der TrinkwV ist weniger aus gesundheitlichen, sondern vielmehr aus geschmacklichen, ästhetischen (Trübung) und vor allem technischen Gründen niedrig gewählt, da Ausfällungen und Ablagerungen im Leitungsnetz zur Verringerung des Leitungsquerschnittes führen oder im Extremfall dieses auch zusetzen können. Als Zielwert eine Aufbereitung gilt < 0,01 mg/l.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,2 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesFluoride sind die Salze der Flusssäure (Fluorwasserstoff, HF), mit der sich auch Glas ätzen lässt. Die wichtigsten natürlichen Mineralien sind Fluorit (Flussspat, Calciumfluorid) und verschiedene Apatit-Minerale (Calciumphosphate). Der eher selten, zum Beispiel auf Grönland vorkommende Kryolith ("Eisstein", Natriumhexafluoroaluminat) besitzt große Bedeutung für die Herstellung von Aluminium (Fließmittel zur Erniedrigung der Schmelztemperatur der Aluminiumoxidschmelzen) und wird heute durch synthetischen Kryolith ersetzt. Lösliche Fluoride wirken toxisch, da sie das Enzym Acetylcholin-Esterase hemmen, das für eine gere-gelte Übertragung von Nervenimpulsen benötigt wird. Fluorid ist am Aufbau von Knochen und Zähnen beteiligt ist. Die empfohlene Aufnahmemenge liegt bei ca. 3,5 mg/Tag, ein Mangel kann beispielsweise zu Karies führen. Grundwassergehalte liegen im Allgemeinen typischerweise unter 1 mg/l.
Grenzwert nach TrinkwV: 1,5 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 5 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Kalium gehört wie Natrium in die Gruppe der reaktionsfreudigen Alkalimetalle. In der Natur tritt es deshalb nur in Form seiner Verbindungen auf (als Kalium-chlorid/-sulfat in Salzlagerstätten oder als Kaliumaluminiumsilikate in den gesteinsbildenden Mineralien Feldspate und Glimmer). Kalium wird aus Steinsalz gewonnen und besitzt als Düngemittel große Bedeutung (wichtige Funktionen im pflanzlichen Kohlenhydratstoffwechsel und bei der Photosynthese). Beim Menschen sind Kalium- und Natrium-Ionen verantwortlich für die Reizleitung und die Regulierung des osmotischen Drucks der Zellen. Es ist daher ein essentielles Mengenelement. Eine erhöhte Kaliumaufnahme wirkt blutdrucksenkend und harntreibend. Der Beitrag des Trinkwassers zur Kalium-Aufnahme ist vernachlässigbar gering. Seit 2001 ist Kalium nicht mehr Parameter der TrinkwV.
Messtellen des LandesmessnetzesSilicium, das nach Sauerstoff häufigste chemische Element in der Erdkruste, ist in der Natur in Form der sich von der (Ortho) Kieselsäure (H4SiO4) ableitenden Verbindungen Siliciumdioxid (SiO2, zum Beispiel in Quarz oder Sand) und Silikat (SiO44-, zum Beispiel in Feldspat) als gesteinsbildender Grundstoff weit verbreitet. Breite Anwendung findet elementares Silicium in der Halbleitertechnik und der Photovoltaik. Silicium ist ein essentielles Spurenelement und beeinflusst die Knochen- und Bindegewebsbildung. Es gilt als toxisch unbedenklich. Kieselsäure ist in fast allen Wässern zu finden, im Grundwasser bis zu 30 mg/l. Für Natriumsilikat ("Natronwasserglas"), das als Aufbereitungsstoff zur Korrosionshemmung eingesetzt wird (vgl. Phosphat), ist ein Grenzwert von 15 mg/l SiO2 einzuhalten.
Messtellen des LandesmessnetzesAls Halbedelmetall kommt das chemische Element Kupfer in der Natur neben seinen Verbindungen (Kupferkies, Kupferglanz, Malachit) selten auch gediegen vor. Der geogene Gehalt von Kupfer in Böden liegt bei durchschnittlich 2 bis 100 µg/kg und in Grundwasser bei 0,2 bis 2 µg/l. Mit sinkendem pH-Wert und steigendem Sauerstoffgehalt steigt die Löslichkeit in Wasser. Kupfer im Grundwasser kann auch aus anthropogenen Quellen stammen (Deponien, Futterzusätze, Pflanzenschutz, Kupferkalkbrühe im Weinanbau). Ähnlich wie Silber besitzt auch Kupfer bakterizide Eigenschaften und ist für Mikroorganismen bereits in geringen, für Wirbeltiere noch unbedenklichen Konzentrationen toxisch. Kupfer ist als Bestandteil kupferhaltiger Proteine mit Enzymfunktion ein essentielles Spurenelement und ein Mangel kann, genauso wie die Aufnahme zu großer Mengen, gesundheitliche Schäden verursachen. Der in der TrinkwV geforderte Grenzwert von 2 mg/l kann in Trinkwasserleitungen aus Kupfer unter bestimmten Bedingungen (insbesondere im Warmwasserbereich nach längeren Standzeiten und bei pH-Werten < 7,4) durch eine Anreicherung im Stagnationswasser überschritten werden (mögliche Gesundheitsgefahr für Säuglinge und Kleinkinder).
Grenzwert nach TrinkwV: 2,0 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 1,0 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDie elektrische Leitfähigkeit eines Wassers ist ein Summenparameter für die Konzentration der im Wasser gelösten Ionen (Salze, pH-Wert). Je höher die Konzentration an gelösten Ionen, desto größer die Leitfähigkeit. Sie ist somit ein Maß für die Gesamtmineralisation und gibt einen tendenziellen Eindruck von den korrosiven Eigenschaften eines Wassers. Neben pH-Wert und Temperatur ist sie einer der am häufigsten gemessenen Wasserparameter vor Ort. Da die Leitfähigkeit temperaturabhängig ist, muss der Bezug zu einer Standard-temperatur hergestellt werden (25 °C nach EÜV und TrinkwV). Die Messung der Leitfähigkeit eignet sich gut zur einfachen Erfassung von Änderungen von Mischungsverhältnissen, zum Beispiel infolge einer Grundwasserversalzung oder eines Zutritts von Wasser aus einem anderen Grundwasserhorizont.
Grenzwert nach TrinkwV: 2.790 µS/cm (25 °C)
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Magnesium zählt wie Calcium zur Gruppe der Erdalkalimetalle und ist neben Calcium in der Regel ein Hauptinhaltsstoff von Grundwasser und härtebestimmende Komponente. Es tritt in Form seiner Verbindungen vor allem in Carbonaten (Dolomit) und Silikaten (Serpentin, Asbest, Talk) auf, ist aber auch als Chlorid (Carnallit) und Sulfat (Kieserit, Bittersalz) in Salzlagerstätten oder im Meerwasser weit verbreitet. In der Landwirtschaft werden Magnesiumverbindungen (Bittersalz) als Düngemittel eingesetzt. Magnesium ist ein zentraler Bestandteil des zur Photosynthese benötigten grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll (Magnesium-Pophyrin-Komplex). Ähnlich wie Calcium, Natrium und Kalium ist Magnesium ein essentielles Mengenelement und beeinflusst den Aufbau von Knochen und Zähnen sowie die Erregbarkeit von Nerven und Muskeln. Höhere Magnesiumkonzentrationen machen sich durch bitteren Geschmack bemerkbar ("Bitterwässer"). Seit 2001 ist Magnesium nicht mehr Parameter der TrinkwV.
Messtellen des LandesmessnetzesHinsichtlich Vorkommen, chemischem Verhalten und äußerem Erscheinungsbild zeigen die beiden metallischen Elemente Mangan und Eisen eine große Ähnlichkeit, weshalb das wichtigste Manganerz "Braunstein" lange Zeit für ein Eisenerz gehalten wurde (Entdeckung erst 1774). In seinen Verbindungen tritt Mangan am häufigsten in den Oxidationsstufen +II, +IV (zum Beispiel Braunstein) und +VII (zum Beispiel das zur Desinfektion verwendete Kaliumpermanganat) auf. Es findet sich als typischer Begleiter von Eisen in fast allen geologischen Formationen. Vor allem die Grundwasserleiter in Tertiär und Keuper sind manganreich. Wie beim Eisen sind erhöhte Gehalte löslicher Mangan(II)-Verbindungen im Grundwasser an reduzierte Verhältnisse gebunden (Sauerstoffmangel). Bei der Wasseraufbereitung erfolgt die Entfernung löslicher Mangan(II)- und Eisen(II)-Verbindungen gleichermaßen durch Belüftung (Oxidation durch Einleiten von Sauerstoff) und Filtration der gefällten, unlöslichen schwarzen Mangan(IV)- und braunen Eisen(III)oxidhydrate (Enteisenung/Entmanganung). Wie Eisen ist auch Mangan ein essentielles Spurenelement. Die TrinkwV fordert einen niedrigen Grenzwert, vor allem aus technischen Gründen, um Ablagerungen im Rohrnetz und eine störende Besiedlung der Trinkwasserinstallation mit Bakterien zu vermeiden, die Mangan als Nährstoff nutzen (vgl. Eisen).
Grenzwert nach TrinkwV: 0,05 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,5 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesNatrium gehört wie Kalium zu den reaktiven Alkalimetallen und ist das sechsthäufigste Element der Erdkruste. Es ist in Form seiner meist leicht löslichen Verbindungen ubiquitär anzutreffen und findet sich in fast allen Mineralklassen. Trotz der hohen Wasserlöslichkeit von Natriumsalzen liegen die Natriumgehalte im Grundwasser in der Regel nur im mg/l-Bereich, während Meerwasser durchschnittlich rund 10 g/l davon enthalten kann. Anthropogene Eintragsquellen sind beispielsweise Abwässer (Haushalte, Kalibergbau), Düngung und Straßensalzung. Natrium ist ein essentielles Mengenelement, das beispielsweise den osmotischen Druck in der Zelle, die Reizleitung und die Enzymregulation steuert. Eine übermäßige Aufnahme von Natrium kann Bluthochdruck begünstigen, weshalb in der TrinkwV ein Grenzwert festgelegt ist. Bei der Verwendung von Enthärtungsanlagen für die private Wasserversorgung, die auf dem Funktionsprinzip des Ionenaustauschs beruhen, muss der Grenzwert in besonderer Weise berücksichtigt werden, da sich der Natriumgehalt durch Austausch von Calcium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen u.U. deutlich erhöhen kann (Senkung der Härte um 1 mmol/l bzw. 5,6 °d erhöht den Natriumgehalt um 46 mg/l).
Grenzwert nach TrinkwV: 200 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDas chemische Element Nickel ist ein sehr widerstandsfähiges, silberglänzendes Metall, dessen Vorkommen in der Natur vorzugsweise an Schwefel, Kieselsäure, Arsen oder Antimon gebunden ist. Nickel ist eine wichtige Komponente technisch bedeutsamer, besonders korrosionsbeständiger Metalllegierungen (Edelstähle, Hastelloy®, Inconel®) und findet Verwendung in Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydyrid-Akkumulatoren. Die inhalative Aufnahme von Nickel-Stäuben oder dessen Verbindungen wird als krebserregend eingestuft. Der Hautkontakt mit Metallen, die Nickel enthalten, oder mit Nickel-Verbindungen kann allergische Reaktionen in Form eines Kontaktekzems hervorrufen, die orale Aufnahme von Nickel-Verbindungen kann zu Nierenschäden führen. Dennoch gilt Nickel als möglicherweise essentielles Spurenelement. Über nickelhaltige Legierungen in alten Trinkwasserinstallationen (nicht konform mit der seit 2017 gültigen Metall-Bewertungsgrundlage des Umweltbundesamtes) kann Nickel auch in Spuren in das Trinkwasser gelangen. Insbesondere im Stagnationswasser, kann die Konzentration von Nickel in Abhängigkeit vom verwendeten Material ansteigen. Der geogene Gehalt im Grundwasser beträgt im Mittel 2 - 10 µg/l.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,02 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,02 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesNitrate sind die Salze der Salpetersäure (HNO3) und kommen in der Natur wegen ihrer hohen Wasserlöslichkeit nur selten in Lagerstätten vor (Ausnahme: "Chilesalpeter" (Natriumnitrat) in der Atacama-Wüste). Natürliche bakterielle Vorgänge, bei denen durch Fixierung des Luft-Stickstoffs durch Azotobacter-, Cyano- oder Knöllchenbakterien und anschließender Oxidation von Ammonium Nitrat entsteht (Nitrifikation durch bestimmte Bakterien), führen nur zu geringen Gehalten im Boden. Jedoch sind Nitrat und Ammonium wichtige Pflanzennähr-stoffe, die in der Landwirtschaft als Mineraldünger und organischer Dünger (Gülle, Grün-dünger, Gärreste) dem Boden zusätzlich zugeführt werden. Wegen der Wasserlöslichkeit können infolge Überdüngung größere Mengen überschüssigen Nitrats, das nicht mehr von Pflanzen aufgenommen werden kann, durch Auswaschung in das Grundwasser gelangen. Diese anthropogene Quelle stellt in steigendem Maße ein großes Problem für die Trinkwasserversorgung dar. Der in der TrinkwV gefordert Grenzwert kann im Grundwasser in manchen Regionen (extensive Landwirtschaft, Karstgebiete) saisonal erreicht bzw. sogar überschritten werden. Nitrat selbst ist nur wenig toxisch. Das durch Reduktion im Organismus gebildete Nitrit hingegen besitzt eine vielfach höhere Toxizität (Methämoglobinämie, Cyanose/Blausucht, Bildung krebserregender Nitrosamine).
Grenzwert nach TrinkwV: 50 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 50 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 50 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesNitrite sind die Salze der in Reinform nicht beständigen Salpetrigen Säure (HNO2). Ähnlich wie die Nitrate bilden die meisten Nitrite leicht wasserlösliche Salze, die jedoch weitaus toxischer sind, da sie an das für den Sauerstofftransport im Blut wichtige Hämoglobin in den roten Blutkörperchen binden und es inhibieren (Cyanose). Außerdem sind sie im sauren Milieu des Magens an der Bildung krebserregender Nitrosamine beteiligt. Nitrite sind mikrobielle Zwischenprodukte im natürlichen Stickstoff-Kreislauf und können entweder weiter zu Nitrat oxidiert (Nitrifikation) oder zu Stickstoff reduziert werden (Denitrifikation). Sie finden Verwendung in der chemischen Synthese (zum Beispiel Azofarbstoffe) und bei der Herstellung von Fleischerzeugnissen (Nitritpökelsalz zur Umrötung). Wie Ammonium zeigt auch Nitrit im Grundwasser fäkale Verunreinigungen an. In für Trinkwasser-Installationen verwendeten verzinkten Eisenrohren kann Nitrit auch durch Reduktion von Nitrat aus nitrathaltigem Trinkwasser entstehen und sich bei Stagnation anreichern.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,5 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,5 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,1 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesAls Pflanzenschutzmittel- und Biozidprodukt-Wirkstoffe werden gemäß TrinkwV organische Verbindungen bezeichnet, die als Insektizide (gegen Insekten, zum Beispiel Pyrethroide, Neonicotinoide), Herbizide (gegen "Unkräuter", zum Beispiel Glyphosat, Terbuthylazin), Fungizide (gegen Pilze/ Schimmel, zum Beispiel Azoxstrobin), Nematizide (gegen Fadenwürmer, zum Beispiel Dichlorpropan-Dichlorpropen-Gemische), Akarizide (gegen Milben und Zecken, zum Beispiel Pyridaben), Algizide (gegen Algen, zum Beispiel Terbutryn), Rodentizide (gegen Nager, zum Beispiel Chlorphacinon, Warfarin), Schleimbekämpfungsmittel (gegen Mikroorganismen, zum Beispiel Dichlorophen) und verwandte Produkte (u.a. Wachstumsregulatoren, zum Beispiel der Halmverkürzer Chlormequat) im Pflanzenanbau eingesetzt werden. Hierunter fallen auch die "relevanten Metaboliten". Unter relevanten Metaboliten versteht man Abbauprodukte – meist infolge biochemischen Stoffwechsels – mit definierter pestizider (Rest-)Aktivität oder pflanzenschutzrechtlich relevantem human- oder ökotoxischem Wirkungspotenzial. Einige dieser Wirkstoffe und Metaboliten sind in der Umwelt schlecht abbaubar (persistent), sodass Rückstände in das für die Trinkwassergewinnung bedeutende Grund- und Oberflächenwasser gelangen können. Wegen nicht ermittelbarer chronischer Toxizitäten und synergetischer Wirkungen von Substanzgemischen wurde zur Festlegung des Grenzwerts das "Nullprinzip" eingeführt, das heißt ein Grenzwert sowohl für Einzelstoffe als auch für die Summe mehrerer Einzelstoffe nahe der analytisch gerade noch messbaren Konzentrationen (untere Bestimmungsgrenze) eingeführt.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,0001 mg/l (Einzelstoff)
0,0005 mg/l (Summe)
Schwellenwert nach GrwV: 0,0001 mg/l (Einzelstoff)
0,0005 mg/l (Summe)
Messtellen des LandesmessnetzesUnter Phosphaten versteht man in weiterem Sinne die Salze einer Vielzahl verschiedenartiger Phosphorsäuren. In engerem Sinn ist Phosphat das Salz der (Ortho)Phosphorsäure (H3PO4), das zur Hervorhebung und Unterscheidung von anderen Phosphaten häufig auch als ortho-Phosphat bezeichnet wird. In Form von Calciumdihydrogenphosphat ist Phosphat Hauptbestandteil von Phosphatdüngern, die aus den natürlich vorkommenden Mineralien Apatit und Phosphorit durch Aufschluss mit Schwefel- oder Phosphorsäure gewonnen werden. Eine weitere wichtige Phosphat-Quelle ist Guano (mineralisierter Vogelkot). Höhere Phosphat-Gehalte im Grundwasser deuten in der Regel auf anthropogene Belastungen aus der landwirtschaftlichen Düngung oder aus Abwässern hin. Neben Stickstoffverbindungen (zum Beispiel Nitrat) führt auch ein erhöhter Eintrag von Phosphat in Oberflächengewässer zu Eutrophierung und übermäßigem Algenwachstum. Wegen der Verknappung der Ressourcen wurden Verfahren entwickelt, Phosphat aus Abwässern und Klärschlamm zurückzugewinnen (zum Beispiel als schwerlösliches Ammoniummagnesiumphosphat "MAP" oder als Klärschlammasche aus der Monoverbrennung). Phosphor ist ein essentielles Mengenelement und dient zusammen mit Calcium dem Aufbau von Knochen und Zähnen sowie der zellulären Energiespeicherung/ -übertragung (ATP). In der Trinkwasseraufbereitung werden sowohl ortho-Phosphate als auch Polyphosphate als Korrosionsinhibitor eingesetzt (max. 2,2 mg/l P entspr. 6,7 mg/l Phosphat). In der TrinkwV gibt es keinen Grenzwert für Phosphat.
Schwellenwert nach GrwV: 0,5 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesQuecksilber ist zugleich das einzige noch bis -38 °C flüssige metallische und schwerste flüssige Element (Dichte 13,5 g/ml). In der Natur kommt es hauptsächlich in Form seiner Verbindungen vor (zum Beispiel das Quecksilbererz Cinnabarit bzw. Zinnober (Quecksilbersulfid)), seltener auch gediegen (flüssig in den Poren Zinnober-haltigen Gesteins). Wegen seiner besonderen Eigenschaften und Stabilität findet es vielfältige technische Verwendung, zum Beispiel als Legierungsbestandteil (Amalgame), in Thermometern/ Manometern, in elektrischen Neigungsschaltern, in verschiedenen Leuchtmitteln (Quecksilberdampflampen, Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen) und in elektrischen Gleichrichtern. Früher wurde Quecksilber und seine Verbindungen auch in der Medizin (Desinfektion) und in Beizmitteln verwendet. Thiomersal (ein quecksilberhaltiges Thiosalicylsäure-Derivat) ist auch heute noch ein verbreitetes Konservierungsmittel. Quecksilber und seine organischen Verbindungen sind hoch toxisch, können leicht über die Lunge aufgenommen und im Organismus angereichert werden (Bindung an stickstoff- und schwefelhaltige Zellbestandteile). Die Minamata-Krankheit ist ein Beispiel für die chronische Vergiftung mit organischen Quecksilberverbindungen (Methylquecksilber), die sich in der Nahrungskette anreichern können. Natürliche Quecksilberverbindungen sind im Allgemeinen schwerlöslich und werden daher im Grundwasser nur in geringen Konzentrationen gemessen.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,001 mg/l
Schwellenwert nach GrwV: 0,0002 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,001 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesSauerstoff kommt in gelöster Form vom Sickerwasser ins Grundwasser. Die Sättigungskonzentration von Sauerstoff in Wasser ist temperaturabhängig und nimmt mit steigenden Temperaturen ab (ca. 13 mg/l bei 5 °C, ca. 8 mg/l bei 25 °C). Der Grad der Sauerstoffsättigung bestimmt wesentlich die Wasserbeschaffenheit hinsichtlich mikrobiologischer und chemischer Parameter und kennzeichnet die Art des Grundwassers: Sauerstoffarme bzw. reduzierte Verhältnisse begünstigen den Abbau von Nitrat (Denitrifikation), Ammonium und Nitrit können daher erhöht sein. Wegen der Bildung leicht wasserlöslicher Ionen in der Oxidationsstufe +II können sich Eisen und Mangan anreichern. In sauerstoffreichem Wasser sind die gegenläufigen Tendenzen zu beobachten: Schwefelhaltige Verbindungen (zum Beispiel Sulfide) werden zu Sulfat und stickstoffhaltige Verbindungen (zum Beispiel organische Verbindungen, Ammonium und Nitrit) zu Nitrat oxidiert. Eisen und Mangan sind nur in geringen Mengen zu finden, da ihre Löslichkeit mit steigenden Sauerstoffgehalten und der einhergehenden Erhöhung der Oxidationsstufe (Eisen +III, Mangan bis +IV) stark abnimmt.
Messtellen des LandesmessnetzesSelen ist ein Halbmetall und gehört wie Sauerstoff und Schwefel zur Elementgruppe der Chalkogene ("Erzbildner" wie Oxide und Sulfide). In der Natur tritt Selen meist weniger häufig auf, meist in Form von Metallseleniden als Begleiter schwefelhaltiger Erze. Es findet Verwendung in der Halbleiterherstellung (zum Beispiel Belichtungstrommeln für Kopiergeräte), in Photozellen und in Gleichrichtern. Selen zählt zu den essentiellen Spurenelementen (Sele-nocystein ist eine proteinogene Aminosäure) und wird Nahrungsergänzungs- und Futtermitteln zugesetzt. Ein Mangel kann zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen, zum Beispiel Herzkrankheiten, führen. Größere Mengen Selen sind akut toxisch (> 400 µg/Tag) und führen zu Haarausfall, Haut- und Nagelveränderungen. Eine Tendenz zu höheren Konzentrationen im Grundwasser findet man in salinaren Wässern.
Grenzwert nach TrinkwV: 0,01 mg/l
Höchstgehalt in natürlichem Mineralwasser nach Min/TafelWV: 0,01 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesSulfate sind die Salze der Schwefelsäure (H2SO4). Die häufigsten, in der Natur vorkommenden, sulfathaltigen Mineralien sind Calciumsulfat (Gips, Anhydrit), Magnesiumsulfat (Bittersalz, Kieserit), Bariumsulfat (Schwerspat, Baryt) und Natriumsulfat (Glaubersalz, Thenardit). Außer Bariumsulfat sind die genannten Sulfate mehr oder weniger gut wasserlöslich und werden leicht ins Grundwasser ausgewaschen. Geogen nicht beein-flusste Grundwässer enthalten bis ca. 30 mg Sulfat, Grundwässer aus Gipskeuper- und Muschelkalk-Formationen können mehrere 100 mg/l enthalten. Erhöhte Sulfatkonzen-trationen speziell im oberen Grundwasserstockwerk sind meist die Folge von Einträgen sulfathaltiger landwirtschaftlicher Dünger (Superphosphat, Ammonium- und Kaliumsulfat). Erhöhte Sulfateinträge können auch auf Abwassereinleitung oder Deponiesickerwasser zurückgeführt werden. Sulfat gilt nicht als toxisch, die Aufnahme größerer Mengen führt zu Durchfall. Eine geogen bedingte Überschreitung des Grenzwerts nach TrinkwV kann in bestimmten Fällen vom zuständigen Gesundheitsamt bis 500 mg/l befristet geduldet werden (Duldung gemäß § 65 Absatz 3 TrinkwV, zum Beispiel vereinzelt in Unterfranken). Erhöhte Sulfatgehalte haben Einfluss auf den Geschmack des Wassers.
Grenzwert nach TrinkwV: 250 mg/l
Schwellenwerte nach GrwV: 250 mg/l
Messtellen des LandesmessnetzesDer pH-Wert gibt an, ob wässerige Lösungen sauer (pH < 7), neutral (pH = 7) oder basisch (pH > 7) reagieren. Die Skala reicht von 0 bis 14. Die Messung des pH-Werts ist ein grund-legender Bestandteil jeder Wasseranalyse (typischer "Vor-Ort-Parameter", wie zum Beispiel die elektr. Leitfähigkeit) und wird in der Regel elektrometrisch gemessen (pH-Meter). Stoffe im Boden und in den Gesteinen bewirken, dass ein natürliches Wasser in der Regel keinen neutralen pH-Wert aufweist. Kohlenstoffdioxid und Huminstoffe/-säuren senken, carbonathaltige Gesteine erhöhen den pH-Wert. Lediglich weitestgehend carbonatfreie Grundwasserleiter (zum Beispiel im Kristallin der Grundgebirge wie Spessart und Bayerischer Wald) enthalten überwiegend saure Grundwässer. Aber auch anthropogene Einflüsse wie saurer Regen und eine Versauerung des Bodens durch Überdüngung senken den pH-Wert. Erniedrigte pH-Werte im Boden können wiederum zu einer Mobilisierung von normalerweise unlöslichen oder adsorbierten Stoffen (zum Beispiel Aluminium) und zu deren Versickerung in den Grundwasserleiter führen. Der pH-Wert hat ebenfalls großen Einfluss auf die korrosive Wirkung des Wassers und auf bestimmte Materialien im Verteilungsnetz. Ein pH-Wert zwischen 6 und 9 gilt für die meisten Organismen als verträglich.
Grenzwert nach TrinkwV: 6,5 – 9,5
Messtellen des LandesmessnetzesDas Metall Uran zählt mit einer Dichte von ca. 19 g/cm3 zu den zehn schwersten Elementen, wie zum Beispiel Gold, Platin und Wolfram. Als radioaktives Element ist es schon seit der Entstehung der Erde vorhanden, aber wegen seiner hohen Halbwertszeit bis heute noch nicht vollständig zerfallen (primordial). Natürliches Uran besteht aus drei Isotopen: Zu ca. 99,3 % aus Uran-238, zu ca. 0,7 % aus dem technisch bedeutenden, spaltfähigen Uran-235 und zu 0,0055 % aus Uran-234. Das wichtigste Uranerz ist Uraninit (Pechblende, Uran(IV)-oxid), aus dem Uran-235 für Kernbrennstoffe/-waffen angereichert wird. Alle natürlichen Radionuklide des Urans sind Alpha-Strahler. Während vierwertiges Uran (U(IV)) im Boden in der Regel immobil ist (Uraninit), löst sich sechswertiges Uran (U(VI)) in Form anionischer Carbonato- oder Sulfato-Uranyl-Komplexe im Grundwasser (zum Beispiel [UO2(CO3)3]4-). Erstmalig in der EU wurde natürliches Uran wegen seiner akuten chemischen Toxizität (Nierenschädigung) 2011 in die TrinkwV aufgenommen, da es geogen bedingt in einigen Regionen Deutschlands in höheren Konzentrationen im Grundwasser anzutreffen ist (in Bayern zum Beispiel im Sandsteinkeuper Nordbayerns oder in den Niedermooren im Süßwassermolassebecken Südbayerns). Diese Chemotoxizität des Urans muss deutlich kritischer betrachtet werden als dessen Radiotoxizität. Wegen seiner geringen Aktivität ist eine Gesundheitsgefährdung durch radioaktive Strahlung erst bei höheren Konzentrationen zu erwarten. Seit 2016 berücksichtigt die TrinkwV im Rahmen der Richtdosis auch die Radiotoxizität des Urans (Uran-234 und Uran-238), wobei die beiden Uran-Radionuklide die Höhe der Richtdosis im Allgemeinen nur geringfügig beeinflussen. Durch Anionenaustauschverfahren kann Uran einfach und effektiv aus dem Rohwasser entfernt werden.