Trinkwasserversorgung in Entwicklungsländern unter dem Aspekt … · 2019-03-25 · Arsen im...

Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft (FG SWW)

Leiter: V.-Prof. Dr.-Ing. J. Felmeden www.uni-kassel.de/fb14/siwawiFolie 1Welt-Wasser-Tag am 22.03.2019

Arsen im Trinkwasser

Trinkwasserversorgung in Entwicklungsländern unter dem Aspekt der

Arsenbelastung

Welt-Wasser-Tag 2019Universität Kassel

Michael Garbowski, [email protected].: 804-7128Raum 3121, Kurt-Wolters-Str. 3

http://www.uni-kassel.de/fb14/siwawi




Die Vereinten Nationen verabschiedeten am 25. September 2015 die Agenda 2030 für

nachhaltige Entwicklung

Aufbauend auf den Millenniums-Entwicklungszielen

17 Ziele und 169 Zielvorgaben für nachhaltige Entwicklung

Ziel 6:

Verfügbarkeit und nachhaltige

Bewirtschaftung von Wasser

und Sanitärversorgung für

alle gewährleisten

Ziel 3:

Ein gesundes Leben für

alle Menschen jeden Alters

gewährleisten und ihr

Wohlergehen fördern

Agenda 2030

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Arsen (As) ist ein natürliches Element

As kommt überall in der Erdkruste vor,

durchschnittlich 1,5 - 2,0 mg As/kg Boden

Sehr hohe As-Konzentrationen treten auf in:

➢ tonreichen Gesteinen (bis 490 mg As/kg)

➢ Kohle (bis 2.000 mg As/kg)

➢ Eisenerze (bis 2.900 mg As/kg)

Aufgrund seines natürlichen Vorkommens ist Arsen in der Umwelt

allgegenwärtig und kann in fast jeder Boden-, Luft- und Wasserprobe

in Spuren nachgewiesen werden.

Erhöhte Arsengehalte kommen vor

in der Luft: zum größten Teil anthropogen (menschengemacht), z.B.

durch die Verbrennung arsenhaltiger Stein- und Braunkohle

im Boden & Wasser: meist natürlichen Ursprungs

Element Arsen

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Elementares Arsen wird durch chemische, physikalische und biologische Vorgänge aus

dem Gestein gelöst und liegt im Wasser überwiegend in oxidierter Form vor:

Bei Sauerstoffüberschuss im Wasser (oxidierende Bedingungen)

➢ Arsenat bzw. Arsen(V) bzw. H3AsO4

● im Wasser vollständig gelöst

● farblos, geruchslos und geschmacksneutral

● stark toxisch

Bei Sauerstoffmangel im Wasser (reduzierende Bedingungen)

➢ Arsenit bzw. Arsen(III) bzw. H3AsO3

● im Wasser vollständig gelöst

● farblos, geruchslos und geschmacksneutral

● stark toxisch

As(III) und As(V) liegen im Wasser in einer Mischung vor. Die Aufnahme findet oral statt:

Trinkwasser

Mit arsenhaltigem Wasser zubereitete Speisen

Arsenhaltige Nahrungsmittel (insbesondere Reis und Reisprodukte)

Arsen im Wasser





Die Reispflanze nimmt Arsen aus dem Boden auf und speichert es im Reiskorn

Die Menge an Arsen hängt von der Reissorte und dem Anbaugebiet ab

70-80 % werden als toxisches anorganisches Arsen(III) bzw. Arsen(V) gespeichert

Mehrere Studien zeigen, dass bei niedrigen Trinkwasserkonzentrationen (< 10 μg As/L) vor

allem der Arsengehalt in der Nahrung für die gesamt aufgenommenen Arsenmenge

verantwortlich ist. Bei höheren Arsenkonzentrationen im Trinkwasser steigt der Arsenanteil aus

dem Trinkwasser und dem zum Kochen verwendeten Wasser an der Gesamtarsenbelastung

immer weiter an

Exkurs: Arsen in Nahrungsmittel (Reisprodukte)

Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit, 2013

34 untersuchte Produkte auf dem deutschen Markt





Arsen ist akut und chronisch toxisch:

Akute letale Dosis (einmalige Aufnahme sehr großer Menge), beim Menschen ab 70 mg As/kg KG

➢ Orale Aufnahme führt zum Erbrechen, Durchfall, inneren Blutungen, Störung des kardiovaskulären

und Nervensystems und anschließend zum Tod

Chronische Wirkungen (mehrmalige/dauerhafte Aufnahme sehr geringer Mengen)

➢ ab 0,008 mg As/kg KG*d erhöhtes Risiko für spontane Aborte und Totgeburten, Verringerung der

kognitiven Fähigkeiten (IQ) bei Kindern

➢ ab 1 mg As /kg KG*d Veränderung der Haut (Pigmentierungsstörungen und Keratosen), vaskuläre

Erkrankungen („Black Foot Disease“), Krebserkrankungen der inneren Organe, Diabetes Mellitus

➢Bei einer chronische Arsenvergiftung treten die Krankheitssymptome

erst nach 5-10 Jahren auf

➢Arsen(III) hat eine 10-fach stärkere gentoxische Wirkung als Arsen(V)

Die tolerable tägliche Dosis für Arsenaufnahme liegt bei 0,00045 mg As/kg KG*d

Toxizität von Arsen(III) und Arsen(V)KG = Körpergewicht

bzw. 0,45 µg As/kg KG*dBewertungsmaßstäbe für Arsen in Böden, Grund- und Trinkwasser (Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, 2007)





Veränderung der Haut (Pigmentierungsstörungen und Keratosen) Vaskuläre Erkrankung „Black Foot Disease“ Krebserkrankungen

Chronische Vergiftungserscheinungen

© Axel Springer, www.welt.de© Anja Bretzler, www.eawag.ch © http://sos-arsenic.net





WHO (2004) legt einen vorläufigen Grenzwert von 10 µg As/L im Trinkwasser fest

Der Grenzwert ist vorläufig, da es noch eine potentielle Gefährdung besteht.

➢ Bei lebenslangem Wasserkonsum mit 10 µg As/L können rechnerisch bei 28 von 10.000 Menschen

Krebserkrankungen auftreten

Dieser Grenzwert gilt EU-weit und auch in Deutschland

In vielen Entwicklungsländern (z.B. Indien, Bangladesch, etc.) gilt ein Grenzwert

von 50 µg As/L

Toxikologisch abgeleitete Grenzwerte

102,59

31,39 30,6723,20

15,606,23 5,21 5,04 4,91 4,13 2,55 2,42 1,47 1,42 1,41 1,05

Anzahl der gegen As im Trinkwasser (> 10 µg As/L)

exponierten Menschen weltweit in Mio.

Nac

h R

aven

scro

ft, 2

00

7





Die Gesamtzahl an arsenhaltiges Trinkwasser angewiesener Menschen wird mit über

200 Mio. geschätzt.

Anzahl betroffener Menschen, weltweit

Amini et al. 2008





Arsen ist eine der größten Umweltprobleme weltweit

Aufgrund der Allgegenwärtigkeit, Wasserlöslichkeit und Mobilität, Giftigkeit im akuten und chronischen

Expositionsbereich, Anzahl der betroffenen Menschen und der Abschätzung globaler Entwicklungen

ist Arsen auf dem ersten Platz der prioritären Stoffe eingeordnet.

Anzahl betroffener Menschen, weltweit

Rank Substanz Gesamtpunkzahlorganisch

/ anorganisch

1 Arsen 1674 A

2 Blei 1531 A

3 Quecksilber 1458 A

4 Vinylchlorid 1358 O

5 Polychlorierte Biphenyle 1345 O

6 Benzol 1329 O

7 Cadmium 1320 A

8 Benzo(a)pyren 1306 O

9Polyzyklische aromatische

Kohlenwasserstoffe1279 O

10 Benzo(b)Fluoranthen 1251 Onach ATSDR’s Substance Priority List, 2017





160.000.000 Einwohner

Über 30.000.000 Menschen sind

an arsenhaltiges Wasser angewiesen

Jährlich sterben 43.000 Menschen

an Arsenvergiftung

Beispiel: Bangladesch

<0,1

0,1-0,2

0,2-0,3

0,3-0,4

0,4-0,5

0,5-0,6

0,6-0,7

0,7-0,8Amini et al., 2008; Winkel et al., 2008





In den 1970er stark wachsende Bevölkerung. Es stand nur Oberflächenwasser zur

Verfügung, daher häufiges Auftreten von wasserbürtiger Krankheiten (Cholera,

Diarrhöe) aufgrund unzureichender Wasserqualität

Entwicklungshilfeprogramm von Unicef und WHO mit der Regierung Bangladeschs

Ausbau von kostengünstigen und wartungsfreien oberflächennahen Brunnen

Bis in die 1990er – über 10.000.000 Brunnen


GOK

GW





Als Folge – verstärkte Freisetzung des Arsens ins Grundwasser

Absenkung des Wasserspiegels → Sauerstoff und Bakterien dringen in die grundwasserführende

Schicht ein

Überführung des elementaren natürlich im Boden gespeicherten Arsens in oxidierte Form

Arsenkonzentrationen im Grundwasser: 0,5 µg/L – 5.000 µg/L


GOK

GWO2

As + 2O2 → AsO43-





Zur Arsenentfernung können biologische, physikalische, chemische Verfahren sowie

die Verfahrenskombinationen eingesetzt werden, z.B.:

Adsorption

➢Wasserfiltration durch ein Filter (z.B. eisenüberzogene Sande oder sonstige Stoffe mit starker

Affinität zu Arsen), Arsen lagert sich an der Oberfläche des Feststoffes

Fällung

➢ Dosierung von Chemikalien (meist Eisensalze). Im Wasser werden Eisenhydroxidflocken erzeugt,

Arsen lagert sich an die Flocken und kann durch einen Absetzvorgang bzw. Filtration aus dem

Wasser entfernt werden

Membranverfahren

➢ Ultrafiltration: kann nur Partikeln zurückhalten (u.a. Bakterien & Viren), jedoch nicht gelöstes Arsen

➢ Nanofiltration & Umkehrosmose: kann alle gelöste und Feststoffe aus dem Wasser entfernen. Sehr

hohe Energie-, Personalkosten.

Trinkwasseraufbereitung zur Arsenentfernung





Eine ausführlich Beschreibung zur Arsenproblematik und Möglichkeiten der Arsenentfernung finden Sie hier:

https://www.eawag.ch/fileadmin/Domain1/Forschung/Menschen/Trinkwasser/Wrq/Handbook/geogenic-contamination-handbook.pdf

Praxisbeispiele der Trinkwasseraufbereitung zur Arsenentfernung

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et al. 2

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Trinkwasseraufbereitung für eine Gemeinde

• Sidko Filter (Eisenbasierte Feststoffe)

• ƞ = 99 %

• Einfach, aber teuer da Filteraustausch

Trinkwasseraufbereitung für eine Gemeinde

• Sandfilter (nur im eisenrechen Grundwasser)

• ƞ = 20-90 %

• Einfach & günstig, unzuverlässig

Trinkwasseraufbereitung in einem Haushalt

• SONO Filter (Metallisches Eisen)

• ƞ = 90 %

• Einfach, relativ teuer, geringe Filtrationsrate

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https://www.eawag.ch/fileadmin/Domain1/Forschung/Menschen/Trinkwasser/Wrq/Handbook/geogenic-contamination-handbook.pdf




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