Lebensquell Trinkwasser

Bedeutung des Wassers für den Menschen
Globale Wasservorräte

Das Wasser H2O war für die Erdgeschichte der bedeutendste Stoff. Aus ihm entstand einst das Leben. Aus dem Wasser krochen die Wasserlebewesen vor etwa 400 Millionen Jahren zum ersten Mal heraus und eroberten allmählich das Land. Das Wasser ist das bedeutendste Element der Menschheitsgeschichte, es ist ein Symbol der Lebenskraft und der Reinigung oder der Erneuerung. Es spendet Regen für trockenes Land, Tiere und Pflanzen benötigen es. Menschen wuschen sich seit jeher mit dem Wasser oder nahmen ein erfrischendes Bad. In vielen Mythen und alten Geschichten spielt das Wasser eine zentrale Rolle. Die Sintflut-Sage berichtet von einer riesigen Überschwemmungs-Katastrophe. Immer wieder führten Trockenperioden in der Erdgeschichte zu Ernteausfällen und Hungersnöten. Heute wird das Wasser durch die Umweltverschmutzung bedroht. Die Erde ist zwar zu zwei Drittel mit Wasser bedeckt, aber nur ein Prozent des gesamten Wassers steht als Trinkwasser zur Verfügung.

Der Mensch besteht zu 60 bis 70% aus Wasser, die Qualle aus 98%, grüne Blätter von Pflanzen zu 80 bis 90%. Ein Mensch mit 70 Kilogramm Körpergewicht trägt etwa 42 Kilogramm Wasser mit sich herum. Im Katastrophenfall kann der Mensch bis zu 14 Tage ohne Nahrung auskommen, aber bereits nach 36 Stunden ist er verdurstet. Täglich muss er etwa zwei bis drei Liter Wasser zu sich nehmen. Einen Teil davon nimmt er auch über feste Nahrungsmittel auf:


Tabelle: Durchschnittliche Wasseraufnahme pro Person und Tag in Deutschland
Quelle: Unterricht Biologie, 1990 Heft 155

Nahrungsmittel
Frauen
Männer
Essen
1,16 Liter
1,34 Liter
Alkoholische Getränke
0,37 Liter
1,04 Liter
Getränke
0,25 Liter
0,46 Liter
Kaffee/Tee
0,39 Liter
0,45 Liter
Gesamt
2,17 Liter
3,29 Liter


Die gleiche Menge Wasser, die der Mensch täglich aufnimmt, gibt er auch wieder ab. Bei einer täglichen Zufuhr von 2,5 Liter Wasser werden 1,5 Liter über den Urin, 0,1 Liter mit dem Stuhl und 0,9 Liter mit der Atmung und über das Schwitzen abgeschieden. Beim Schwitzen können bis zu 1,5 Liter Wasser pro Stunde verloren werden. In tropischen Ländern benötigen die Menschen deshalb bis zu zehnmal mehr Wasser als in Deutschland.

Durch Flüssigkeitsverluste beim Dürsten kann die Blutmenge um 25 bis 40%, in Extremfällen bis zu 60% vermindert werden. Das nunmehr dicke und zähflüssige Blut kann vom Herzen nicht mehr schnell genug durch die Adern gepumpt werden. Nur noch ein Viertel der normalen Blutmenge wird pro Minute durch das Herz gepumpt. Dadurch werden erhebliche Mengen an Kohlenstoffdioxid freigesetzt, das mit verstärkter Atmung ausgeatmet werden muss. Bei Flüssigkeitsverlusten zwischen 15 und 20% des Körpergewichts ist der Kreislauf nicht mehr in der Lage, den Herzmuskel ausreichend zu versorgen. Es kommt zum Tod durch Kreislaufversagen. Schon vorher aber wird das gegen Sauerstoffmangel sehr empfindliche Gehirn dauerhaft geschädigt. Von Wassernöten bedroht sind vor allem die wärmeren Länder. Betrachtet man den durchschnittlichen Wasserverbrauch pro Person und Tag stellt sich die Frage, ob nicht noch mehr Wasser gespart werden könnte. In den mittel- und südeuropäischen Ländern herrscht in der Zwischenzeit Wasserarmut.

Durchschnittlicher Wasserverbrauch in Deutschland pro Person und Tag in Deutschland
Durchschnittlicher Wasserverbrauch in Deutschland pro Person und Tag in der Schweiz


Trinkwasser-Vorschriften

Trinkwasser zum Trinken, zum Kochen, zur Zubereitung von Speisen und Getränken und für Reinigungszwecke muss bestimmte Normen erfüllen. Zahlreiche Verordnungen regeln in Europa die Qualität des Trinkwassers. Da sich die deutsche Trinkwasserverordnung auf die europäische Gesetzgebung und Empfehlungen der WHO bezieht, gelten die Grenzwerte mit geringfügigen Abweichungen in den meisten europäischen Ländern, also auch in Österreich und in der Schweiz. Nach der deutschen Trinkwasserverordnung (TrinkwV) muss Trinkwasser unter anderem folgende Grundanforderungen erfüllen:

> Es muss frei von Krankheitserregern, rein und genusstauglich sein.
> Chemische Stoffe dürfen nicht in Konzentrationen enthalten sein, die Gesundheitsschäden verursachen.
> Es gelten chemische Grenzwerte, die für die speziellen Ionen im Anhang des Gesetzes aufgeführt sind.


Tabelle: Beispiele für Grenzwerte
nach Anlage 2 der deutschen Trinkwasserverordnung

Ionen
Grenzwert
in Milligramm pro Liter
Ionen
Grenzwert
in Milligramm pro Liter
Chrom
0,05
Aluminium
0,2
Fluorid
1,5
Ammonium
0,5
Nitrat
50
Chlorid
250
Quecksilber
0,001
Eisen
0,2
Blei
0,01
Mangan 0,05
Cadmium
0,005
Natrium 200
Kupfer
2
Sulfat 240
Nickel
0,02
Nitrit 0,5


Die elektrische Leitfähigkeit darf bei 20 °C nicht höher sein als 2500 Microsiemens pro Zentimeter (µS/cm). Der Wert ist ein Parameter für die Summe aller gelösten Ionen im Wasser. Der pH-Wert sollte zwischen pH=6,5 und pH=9 liegen, der Sauerstoff-Gehalt bei 5 Milligramm pro Liter (mg/l). Der Geschmack muss für einen normalen Verbraucher annehmbar sein. Auch für Färbung, Trübung und Geruch gelten bestimmte Grenzen.

Zu den krankheitsübertragenden Erregern gehören Bakterien wie die Erreger von Typhus, Paratyphus, Cholera, Ruhr oder der Legionellenkrankheit. Escheria Coli (Kolibakterien), Pseudomonas aeruginosa (Eiterbakterien) oder Enterokokken wirken selbst nicht als Krankheitserreger, sie zeigen aber fast immer an, dass andere, gefährlichere Bakterien noch im Trinkwasser vorhanden sind. Die Keimzahl wird in „Kolonien bildende Einheit“ (KBE) angegeben, sie ist die Maßzahl für mikrobiologische Verunreinigungen im Trinkwasser. Pro Kubikzentimeter Wasser dürfen nicht mehr als 100 Keime vorhanden sein.


Trinkwasseraufbereitung

Trinkwasser wird aus Quell-, Grund-, Fluss- oder Seewasser gewonnen. Bei den kleineren Städten und Gemeinden reichen meistens die Trinkwasserreserven aus. Großstädte holen ihr Trinkwasser oft zusätzlich aus Flüssen und Seen, wie der Ballungsraum Stuttgart, der sein Wasser über eine 150 Kilometer lange Rohrleitung aus dem Bodensee bezieht. Grundwasser, das aus größeren Tiefen gefördert wird, ist mehr mit Mineralien und mit eher viel Kohlenstoffdioxid angereichert als Grundwasser aus Schichten dicht unter der Oberfläche. Derartiges Wasser enthält eher wenig Sauerstoff. Es muss verschiedenen Verfahren zur Aufbereitung unterzogen werden.

Gasaustausch
Bei der Luftbegasung im Begasungsbehälter wird das Wasser mit Sauerstoff angereichert, während gleichzeitig Kohlenstoffdioxid entweicht. Dieser Effekt wird dadurch ermöglicht, dass sich Sauerstoff leichter und schneller im Wasser löst als Kohlenstoffdioxid.

Enteisenung und Entmanganung
Durch die Begasung werden lösliche Eisen- und Mangan-Ionen (Fe2+ und Mn2+) zu schwer löslichen Verbindungen, die als braune Flocken ausfällen. Bei der Reaktion von Eisenhydrogencarbonat mit Sauerstoff entsteht schwer lösliches Eisenhydroxid.

4 Fe(HCO3)2  +  O2  + 2 H2O  im Gleichgewicht zu   4 Fe(OH)3  + 8 CO2

Da bei dieser Reaktion noch Kohlenstoffdioxid entsteht, die mit Wasser Kohlensäure bildet, ist die Gleichgewichtsreaktion abhängig vom pH-Wert. Dieser liegt bei der Enteisenung unter optimalen Bedingungen bei einem pH-Wert zwischen pH=5,5 und pH=6,0. Die Entmanganung ist ebenfalls pH-abhängig, allerdings ist hierbei ein höherer pH-Wert notwendig. Durch die Zugabe von Carbonat-Ionen wird der pH-Wert entsprechend erhöht, gleichzeitig findet eine Entsäuerung des Wassers statt, so dass man den vorgeschriebenen pH-Wert von pH=6,5 bis pH=9 im Trinkwasser erhält. Die Abtrennung von Mangan-Ionen erfolgt in einem von der Enteisenung getrennten System.

Filtration
Die schwer löslichen Eisen- und Manganverbindungen werden in Kiesfiltern ausgeschieden. Gleichzeitig hält der Filter auch Trübstoffe zurück. Oft ist die Filteranlage mit einer Aktivkohleschicht kombiniert. Diese adsorbiert Farbstoffe und auch Schadstoffe. Filteranlagen müssen oft mit Wasser gespült und gereinigt werden. Aus diesem Grunde enthält die Wasseraufbereitungsanlage ein Spülsystem.

Denitrifikation
Durch den übermäßigen Einsatz von Düngemitteln steigt der Nitrat-Gehalt im Grundwasser. Zur Entfernung der Nitrat-Ionen gibt es verschiedene Möglichkeiten: Die Umkehrosmose ist das am meisten angewandte Verfahren. Es beruht auf dem Trennprinzip, dass bestimmte, halbdurchlässige Membranen unter Druck für Wasser-Moleküle durchlässig sind, während Nitrat-Ionen zurückgehalten werden. Beim technisch aufwändigen Ionenaustauschverfahren werden die Nitrat-Ionen gegen verfügbare Chlorid-Ionen, die in einem basischen Anionenaustauscher-Harz vorliegen, ausgetauscht.

Desinfektion

Das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Entfernung von Krankheitserregern ist die Chlorierung. Es kann direkt eine Begasung mit Chlorgas stattfinden, oder dem Wasser werden Chlordioxid oder Hypochlorit beigesetzt, die ihrerseits Chlor freisetzen. In der Schweiz wird das Trinkwasser häufig mit dem stark keimtötenden Gas Ozon behandelt. Als physikalische Verfahren würden sich auch das Abkochen oder das Bestrahlen von Wasser in dünner Schicht mit UV-Licht eignen. Das Schema und die Darstellung der technischen Anlagen ist in der Grafik aus didaktischen Gründen vereinfacht:

Fotosynthese


Ergänzende Materialien
Arbeitsblatt Trinkwasseraufbereitung im Wasserwerk

Literaturquellen
Beyer, Herbert: Leitfaden der Trink- und Brauchwasserbiologie, Stuttgart
Bundesamt für Umwelt BAFU Schweiz (diverse Jahreszahlen): Daten zum Wasserverbrauch in der Schweiz, Bern
Deutsche Trinkwasserverordnung 
Fahrenberger/Müller (1978): Luft und Wasser in Gefahr. Ausgewählte Schulversuche zum Thema Umweltschutz, Göttingen 
Katalyse e.V. Hg. (1993): Das Wasserbuch, Köln 
Ministerium für Umwelt und Gesundheit Rheinland Pfalz Hg. (ohne Datum): Trinkwasser Lebensmittel Nr. 1, Mainz
Schwedt, Georg (1996): Taschenatlas der Umweltchemie, Stuttgart/New York 
Schwister, Karl (2010): Taschenbuch der Umwelttechnik, München
Seilnacht, Thomas (1999): Ökodiagramme, Stuttgart 
Noll, Manfred in ZS Unterricht Biologie (1990, Heft 155): Lebensmittel Wasser, Seelze
Umweltbundesamt Deutschland (diverse Jahresangaben): Öffentliche Wasserversorgung, Berlin

Internetlinks 
Trinkwasser in Deutschland bei www.wasser.de 
Trinkwasser in der Schweiz bei www.trinkwasser.ch 
Deutsches Umweltbundesamt Trinkwasser und Gewässerschutz
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