Wasser: Eine gefährdete Ressource

Wasser: Eine gefährdete Ressource

 

Wasser zeichnet sich vor anderen Substanzen durch einige außergewöhnliche Eigenschaften aus, die das Aussehen der belebten Erde prägen und irdisches Leben überhaupt erst ermöglichen. Wasser hat bei 3,98 Grad Celsius seine größte Dichte, also im flüssigen Zustand. Eis, gefrorenes Wasser, hat eine geringere Dichte; man spricht von einer Dichteanomalie. Dies erklärt, warum Eisberge schwimmen, warum sich Eisflächen an der Wasseroberfläche bilden und warum sich in zugefrorenen Gewässern am Boden immer noch flüssiges Wasser befinden kann, in dem Wassertiere überleben können. Die Ursache dafür sind vor allem zwei Eigenschaften des Wassermoleküls: Es ist polar und es kann sich mit benachbarten Wassermolekülen (und vielen anderen Stoffen) durch Wasserstoffbrücken verbinden.

 

 Wasservorräte der Erde

 

Aus dem All erscheint die Erde als blauer Planet — Resultat der wellenlängenabhängigen Lichtbrechung und -absorption in den oberen Schichten der Ozeane, die mit 361 Millionen Quadratkilometern 71 Prozent der Erdoberfläche ausmachen. Die gesamten Wasservorräte der Erde betragen 1,384 Milliarden Kubikkilometer. Davon sind 97,4 Prozent Meerwasser mit einem durchschnittlichen Salzgehalt von 3,4 Prozent, der Rest ist Süßwasser mit einem Salzgehalt von unter 0,2 Prozent. Zum Vergleich: im Wasser des Toten Meers beträgt der Gehalt aller gelösten Salze 350 Gramm pro Liter — das sind 35 Prozent.

 

Für die Wasserversorgung des Menschen spielt das Meerwasser insgesamt gesehen eine untergeordnete Rolle, wenn auch seine Bedeutung steigen wird: Für das Jahr 2000 erwartet man, dass täglich rund 20 Millionen Kubikmeter Meerwasser mit aufwendigen Verfahren entsalzt werden, davon mehr als zwei Drittel im Nahen Osten.

 

Grundwasser macht mit über 96 Prozent den überwiegenden Anteil des nicht in Polkappen oder Gletschern gespeicherten Süßwassers aus. Dementsprechend wichtig ist sein Schutz vor Verunreinigung. In Deutschland erneuert sich das oberhalb von etwa 50 Meter Tiefe liegende Grundwasser in einigen Jahren bis Jahrzehnten, tieferes Grundwasser ist nur in Zeiträumen von Jahrhunderten bis Jahrtausenden am Wasserkreislauf beteiligt. Gerade bei dem für die Wasserversorgung besonders wichtigen oberflächennahen Grundwasser kann man bereits eine Reihe von Verschmutzungen aus Industrie und Landwirtschaft nachweisen.

 

 Wasserversorgung in Deutschland

 

Die Wasserversorgung in Deutschland beruht neben dem Grundwasser vor allem auf den natürlichen Oberflächengewässern — den sechs großen Stromsystemen Rhein, Donau, Elbe, Oder, Weser und Ems und den Seen mit einer Gesamtoberfläche von 1213 Quadratkilometern; außerdem den 549 Talsperren mit einem Stauraum von fast drei Milliarden Kubikmetern. Von dort werden vor allem die Ballungsräume mit Trink- und Brauchwasser über Fernversorgungsleitungen versorgt.

 

Für die öffentliche Wassergewinnung in Deutschland wird überwiegend Grund- und Quellwasser genutzt (72,7 Prozent). Der Anteil des Oberflächenwassers beträgt 22 Prozent, der des Uferfiltrats 5,3 Prozent. Immerhin etwa jeder siebente Liter des geförderten Wassers schlägt in der Bilanz für den Eigenverbrauch der öffentlichen Wasserversorgung oder als Leitungsverlust zu Buche.

 

In Deutschland beträgt die verfügbare Süßwassermenge im langjährigen Durchschnitt 182 Milliarden Kubikmeter Wasser. Tatsächlich in Anspruch genommen werden davon etwa 48 Milliarden Kubikmeter. Die übrige Menge gelangt vorwiegend durch Verdunstung, vor allem über die Abgabe von Wasserdampf durch die Pflanzen, zurück in den Wasserkreislauf. Das vom Menschen genutzte Wasser gelangt zum größten Teil (90 Prozent) durch Abfluss zurück in den allgemeinen Wasserkreislauf, der Rest durch Verdunstung. Den größten Teil, rund 28 Milliarden Kubikmeter, verbrauchen Kraftwerke vorwiegend zu Kühlzwecken. Die Industrie benötigt etwa zehn Milliarden Kubikmeter, die Landwirtschaft setzt rund 1,6 Milliarden Kubikmeter Wasser zur Bewässerung ein.

 

Der Wasserverbrauch in Deutschland war in den letzten Jahren kontinuierlich rückläufig und erreichte mit einem täglichen Pro-Kopf-Verbrauch von rund 128 Litern für Haushalte und Kleingewerbe im Jahr 1997 sein vorläufiges Minimum.

 

 Wasserverschmutzung

 

Wassernutzung ist in der Regel immer mit einer Wasserbelastung oder -verschmutzung verbunden — egal ob es sich um den häuslichen, gewerblichen, industriellen Bereich oder um den Sport- oder Freizeitbereich handelt. Freilich sind die Auswirkungen unterschiedlich; sie hängen von der Art des wassergefährdenden Stoffs, seiner Konzentration und Einwirkungsdauer ab. Begriffe wie Eutrophierung, Ölpest, Fisch- und Robbensterben sind allzu oft in den Schlagzeilen der Medien — sie spiegeln die auffälligsten Auswirkungen der Wassernutzung wider.

 

Über den Zustand der Flüsse in Deutschland kann man sich mithilfe von Gewässergütekarten informieren, welche die »Länderarbeitsgemeinschaft Wasser« seit 1975 alle fünf Jahre veröffentlicht. Sie zeigen die Beschaffenheit der größeren Fließgewässer anhand von Güteklassen, die zunächst von »unbelastet bis sehr gering belastet« (Klasse I) bis »übermäßig verschmutzt« (Klasse IV) reichte. Bei Erstellung der ersten gesamtdeutschen Gewässergütekarte im Jahr 1990 musste für den Elbeeinzugsbereich innerhalb der Klasse IV eine neue Kategorie »ökologisch zerstört« eingeführt werden.

 

Als Reaktion initiierten Deutschland, Tschechien und die Europäische Gemeinschaft 1991 ein staatenübergreifendes Sofortprogramm zur Reduzierung der Schadstofffrachten in der Elbe und ihrem Einzugsgebiet. Bis 1997 entstanden in dessen Rahmen 160 größere kommunale Kläranlagen, davon 36 in der Tschechischen Republik. Dadurch hat sich die Situation zwar deutlich zum Positiven verändert — die Quecksilberbelastung der Elbe verringerte sich um 80 Prozent —, die weitere Verbesserung der Wasserqualität bleibt jedoch als Aufgabe nach wie vor bestehen.

 

 Eutrophierung

 

Werden einem Gewässer mit dem Abwasser ständig Nährstoffe zugeführt, steigert sich zunächst die pflanzliche Produktion, besonders stark wachsen Algen. Sie verringern dabei den Lichteinfall so weit, dass viele Pflanzen absterben. Mit der Zeit nimmt die Menge abgestorbenen pflanzlichen Materials immer mehr zu; besonders stark wirkt sich dabei das vermehrte Absterben der Algen aus. Für den Abbau der abgestorbenen Biomasse sorgen zunächst Sauerstoff verbrauchende Organismen (Saprobien), darunter besonders aerobe Bakterien. Diese vermehren sich dabei so stark, dass sich die Konzentration von gelöstem Sauerstoff im Wasser immer weiter verringert, woraufhin noch mehr Pflanzen und auch Tiere absterben. Dieser Übergang eines nährstoffarmen Gewässers in einen nährstoffreichen Zustand wird als Eutrophierung oder Überdüngung bezeichnet.

 

Schließlich sinkt der Sauerstoffgehalt so stark, dass anaerob lebende Bakterien sich zu vermehren beginnen und schließlich die Prozesse im Gewässer dominieren. Cyanobakterien (Blaualgen) setzen sich im Phytoplankton durch, ihre Massenvermehrung zieht Algenblüten und die Produktion von Biogiften nach sich. Fäulnis und belästigende Gerüche sind weitere Folgen. Im Uferbereich sammeln sich hauptsächlich Fadenalgen. Man sagt, das Gewässer kippt um — nämlich von einer vielfältigen, überwiegend aeroben Besiedlung in eine anaerobe mit nur noch sehr wenigen Arten. Schließlich wird auch der Lebensraum der meisten noch verbliebenen Lebewesen durch Schwefelwasserstoff-, Ammoniak- oder Methanbildung so weit eingeschränkt, dass das Gewässer praktisch abgestorben ist.

 

Die Ursache dieser Erscheinungen ist heute klar. Die zusätzlich ins Gewässer eingebrachten Pflanzennährstoffe, welche die Eutrophierung auslösen, sind überwiegend Phosphate, die in unbelasteten Gewässern nur in geringer Konzentration vorhanden sind. Sie stammen aus Wasch- und Reinigungsmitteln, aus Fäkalien und Düngemitteln, sodass eine Aufbereitung der hiermit belasteten Abwässer dringend geboten ist.

 

 Wassergefährdende Stoffe

 

Stoffe, die den Lebensraum von Wasserpflanzen und -tieren sowie die Versorgung der Menschen mit Trinkwasser gefährden, können auf unterschiedlichem Weg in die natürlichen Wassersysteme gelangen. Mögliche Eintragspfade sind das Abwasser, die Luft, der Boden oder die Verklappung flüssiger Abfälle. Man teilt dabei die Stoffe beziehungsweise die Einträge nach Stoffart und Größe der Belastung in sechs Kategorien ein: leicht abbaubare Stoffe, schwer abbaubare (persistente) Stoffe, Schwermetalle und ihre Verbindungen, Salze, Abwärme (Kraftwerke geben einen großen Teil ihrer Abwärme mit dem erwärmten Kühlwasser an Flüsse ab) und Radioaktivität. In Deutschland treten die ersten fünf der genannten Belastungen auf; eine Beeinträchtigung des Oberflächenwassers durch Radioaktivität lässt sich bisher in Deutschland nicht nachweisen, spielt aber beispielsweise in den Ländern der ehemaligen Sowjetunion an vielen Stellen leider eine große Rolle.

 

Leicht abbaubar sind organische Stoffe, die in intakten Systemen auf natürliche Weise — durch zersetzende Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze — schnell und nahezu vollständig in anorganische Substanzen zerlegt werden können. Dabei handelt es sich um einen biologischen Selbstreinigungsprozess; er läuft ab, solange die Zersetzer ausreichend gute Lebensbedingungen vorfinden. Für aerobe Mikroben bedeutet das vor allem eine genügende Sauerstoffversorgung. Hauptquellen für die Gruppe der leicht abbaubaren Stoffe sind Haushaltsabwässer, aber auch bestimmte Abwässer aus Industrie und Landwirtschaft.

 

Schwer abbaubare Stoffe, zum Beispiel FCKW oder organische Schwermetallverbindungen, sind nicht nur aufgrund des langen Zeitraums, der zu ihrem Abbau benötigt wird, sondern auch durch die von ihnen ausgehenden Kombinationswirkungen besonders kritisch. Viele schwer abbaubare Substanzen können sich über die Nahrungsmittelkette im menschlichen Fettgewebe anreichern, etliche können das Erbgut schädigen und/oder Krebs erzeugend wirken.

 

Schwermetalle stammen hauptsächlich aus der chemischen Industrie, aus Metallhütten und Galvanik- und Beizereibetrieben. Problematisch ist vor allem, dass Verbindungen von beispielsweise Quecksilber, Blei oder Cadmium in mechanisch-biologischen Kläranlagen von den dort wirkenden Mikroorganismen nicht abgebaut werden können. Die Schadwirkungen treten häufig erst verschleppt, nach längerer oder wiederholter Aufnahme auch kleiner Mengen, auf.

 

Ein berühmtes Beispiel aus dem Japan der 1950er-Jahre ist die Minamata-Krankheit, als Quecksilber über die Ableitung von Industrieabwässern in Fischgründe in die Nahrungskette gelangte. Noch heute streiten die Opfer und ihre Angehörigen um angemessene Entschädigung.

 

 Kenngrößen der Wasserverschmutzung

 

Qualität und Verschmutzungsgrad von Abwasser können zunächst einmal mit allgemeinen physikalischen und chemischen Kennwerten beschrieben werden; hierzu gehören der pH-Wert (Säuregehalt), Temperatur, elektrische Leitfähigkeit, Färbung, Trübung, Geruch, das Absorptionsvermögen für sichtbares oder ultraviolettes Licht sowie der Gehalt an Anionen und Kationen. Darüber hinaus hat es sich aber als sinnvoll erwiesen, auch Summenparameter einzuführen, welche die Qualität des Gewässers als Lebensraum beschreiben, und die ohne großen apparativen Aufwand bestimmt werden können. Beispielsweise kann die in einer bestimmten Absetzzeit ablaufende Sedimentation von Feststoffpartikeln zur Bestimmung von Volumenanteil und Massenkonzentration der absetzbaren ungelösten Stoffe benutzt werden. Die Menge der nicht absetzbaren ungelösten Stoffe lässt sich ebenfalls direkt messen, nämlich durch Filtration einer genau bekannten Abwassermenge.

 

Die im Wasser gelösten Verunreinigungen machen bei kommunalen Abwässern etwa zwei Drittel der Gesamtschmutzfracht aus. Summenparameter hierfür werden indirekt bestimmt, etwa indem die bei einer bestimmten chemischen oder biologischen Reaktion im zu untersuchenden Abwasser verbrauchte Sauerstoffmenge gemessen wird. In der Praxis weit verbreitet ist der biochemische Sauerstoffbedarf BSB, ein Maß für den Gehalt an Substanzen, die im Wasser gelöst und aerob von Mikroorganismen abbaubar sind. Die zur Bestimmung des Wertes benötigte Zeit wird als Index angegeben: In der Regel bezieht man den BSB auf eine Messzeit von fünf Tagen und nennt ihn dann BSB₅. Beträgt der BSB₅ mehr als 2 Gramm pro Liter, spricht man von einem »hoch konzentrierten Abwasser«, wie es vor allem bei einigen industriellen Prozessen entstehen kann.

 

Auch die Abwasserbelastung mit biochemisch abbaubaren Substanzen, die ein »Durchschnittseinwohner« im Mittel pro Tag erzeugt, wird als BSB₅-Wert angegeben. Diese Abwasserfracht heißt Einwohnergleichwert (abgekürzt EGW); er gibt zum Beispiel Auskunft über die Kapazität bestehender oder geplanter Kläranlagen.

 

Dr. Klaus-Peter Meinicke

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Abwasserreinigung in kommunalen Kläranlagen

 

Literatur:

 

Fellenberg, Günter: Chemie der Umweltbelastung. Stuttgart 1990.

 Heintz, Andreas / Reinhardt, Guido A.: Chemie und Umwelt. Ein Studienbuch für Chemiker, Physiker, Biologen und Geologen. Braunschweig u. a. ⁴1996.

 Kalusche, Dietmar: Ökologie in Zahlen. Eine Datensammlung in Tabellen mit über 10 000 Einzelwerten. Stuttgart u. a. 1996.

 Marquardt-Mau, Brunhilde u. a.: Umwelt. Lexikon ökologisches Grundwissen. Neuausgabe Reinbek 1993.

 

Entwicklung der öffentlichen Wasserversorgung. 1990-1995, herausgegeben vom Bundesverband der deutschen Gas- und Wasserwirtschaft. Bonn 1996.

 Klee, Otto: Angewandte Hydrobiologie. Trinkwasser - Abwasser - Gewässerschutz. Stuttgart u. a. ²1991.

 Schedler, Karl: Handbuch Umwelt. Technik - Recht. Luftreinhaltung, Abfallwirtschaft, Gewässerschutz, Lärmschutz, Umweltschutzbeauftragte, EG-Umweltrecht. Renningen ³1994.

 

Umweltgutachten 1996, herausgegeben vom Rat von Sachverständigen für Umweltfragen. Stuttgart u. a. 1996.

 

Wasser, herausgegeben vom GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, GmbH. Bearbeitet von Cordula Klemm u. a. Oberschleißheim 1994.

 

Wasserwirtschaft in Deutschland, herausgegeben vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit. Bearbeitet von Udo Bosenius u. a. Bonn 1998.

 

Wege zu einem nachhaltigen Umgang mit Süßwasser, herausgegeben vom Wissenschaftlichen Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen. Berlin u. a. 1998.

 

Zahlen zur Abwasser- und Abfallwirtschaft, herausgegeben von der Abwassertechnischen Vereinigung. Bearbeitet von Bernd Esch. Hennef 1996.