Kapitel 16-29

Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 16.
16.1 Nennen Sie einige „ungewöhnliche" Eigenschaften des Wassers!
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Temperaturabhängigkeit (dehnt sich beim Gefrieren aus – hat bei 4 °C seine höchste
Dichte)
Hohe Schmelz- und Siedepunkte (im Vergleich zu anderen Wasserstoffverbindungen)
Geringe Wärmeleitfähigkeit (allerdings mit 4,19 J/g die höchste Wärmekapazität)
Höchste Dielektrizitätskonstante ( bewirkt die guten Lösungseigenschaften für polare
Stoffe)
Wasserstoffbrückenbindungen
16.2 Welche Funktionen haben Gewässer?
Die Gewässer spielen die wichtigste Rolle im globalen Wasserkreislauf. Aus Gewässern
verdunsten 0,423 * 106 Km³ Wasser pro Jahr. Dies ist die Hauptmenge,
16.3 Welcher Anteil der Erdoberfläche ist mit Wasser bedeckt?
70%
16.4 Welche Bedeutung hat Wasser für Pflanzen?
Wasser dient en Pflanzen als Transportmedium von gelösten Nährstoffen und ist direkt an der
Photosynthese beteiligt. (n CO2 + n H2O → Cn(H2O)n + n O2)
16.5 Reaktionen von Gasen mit Wasser in offenen und geschlossenen Systemen können als
Modell dienen für welche Vorgänge in der Natur?
Offenes System: Lösen von Gasen in Oberflächengewässern z.B. CO2 oder SO2 im Meer oder
in Seen.
Geschlossenes System: Modell für Gleichgewichtsvorgänge z.B. Wassertröpfchen in der
Atmosphäre, die nur mit einer beschränkten Gasmenge in Kontakt sind. (Nebel)
16.6 Was besagt das Henrysche Gesetz?
Aus dem Gleichungen des Henryschen Gesetzes lässt sich die Konzentration eines
gasförmigen Stoffes in Wasser (oder anderen Medien) im Gleichgewicht berechnen.
16.7 Wieviel Sauerstoff löst sich bei 20°C und Normaldruck (1013 kPa) in Wasser?
[K0 = 1,27 • l0-3 mol/(L*bar)]
16.8 a.) Wieviel SO2 löst sich bei 20°C Wasser (ohne Berücksichtigung der Reaktion mit
Wasser)'? [K0 = 1,88 mol/(L • bar), Gehalt 10 ppb]
b.) Wie groß ist die Löslichkeit von SO2 in Wasser ,wenn die Säure-Base-Reaktion von SO2
Wasser berücksichtigt wird?
a.) ?
b.) ?
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Kapitel 17.
17.1 Beschreiben Sie (qualitativ) den Kreislauf des Wassers.
Wasserkreislauf, auch hydrolytischer Zyklus genannt. Das Wasser aus den Meeren und
anderen freien Wasserfläche (z.B. Seen), aber auch vom Erdboden und von den Pflanzen
verdunstet in die Atmosphäre und wird dort wegtransportiert, hauptsächlich in Form von
Wolken. Zurück zu Erde gelangt es als Niederschlag aus den Wolken, wo es entweder über
die Oberfläche zu Seen oder zum Meer abfließt oder durch den Boden ins Grundwasser
sickert.
17.2 Welches ist das Hauptreservoir für Wasser?
In den Ozeanen (300 mal soviel wie die Gesamtmasse aller Bestandteile der Atmosphäre)
17.3 Wie groß ist ungefähr der tatsächlich verfügbare Teil an Wasser?
Nur ein geringer teil der gesamten Wasservorräte liegt als Grundwasser (0,67 %)vor.
17.4 Welche Quellen für die Trinkwasserversorgung kennen Sie?
Grundwasser (63 %)
See-, Fluß-, Talsperrenwasser (15 %)
Angereichertes Grundwasser (9 %)1
Quellwasser (7 %)
Uferfiltrat (6 %)2
1) Gewinnung: Man lässt Oberflächenwasser künstlich versickern, so dass es vom Boden gefiltert wird
und ins Grundwasser gelangt.
2) Wasser aus Flüssen, das vom Flussbett durch die angrenzenden Bodenschichten in Nähe des Flussufers
ligende Förderbrunnen fließt.
17.5 Nennen Sie Beispiele, in denen das Wasser
a) Transportmittel,
b) chemisches Reagenz ist.
a) - Pflanzen benutzen Wasser als Transportmedium: Über die Wurzeln wird Wasser aus
dem Boden aufgenommen und auch darin gelöste Nährstoffe.
- Ver- und Entsorgung
- Im menschlichen Körper: Lebens- und Reinigungsmittel
b) - Eigendissoziation
- als Lösungsmittel und Reaktionsmedium
- bei der Photosynthese
17.6 Beschreiben Sie den Verwitterungsprozess von Kalk mit einer chemischen Gleichung!
Die chemische Verwitterung beruht hauptsächlich auf der Fähigkeit des Wassers, andere
Stoffe aufzulösen: Mineral + Kohlendioxid = Kation + Anion
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2 HCO3CaCO3 + H2O
→ Ca2+ + HCO3- + OH-
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17.7 Welche mechanischen Einflüße sind für die Verwitterung verantwortlich?
Anorganisches Material zerfällt aufgrund physikalisch – mechanischer Vorgänge:
1) Große Temperaturunterschiede
2) Wasser das in Gesteinspalten gefriert und auskristallisierende Salze können wegen der
Vergrößerung ihrer Volumina zu Frost- bzw. zur Salzsprengung führen.
17.8 Was verstehen Sie unter Verwitterung?
Verwitterung ist die Zerstörung (Auflösung) von Erdoberflächen – naher Gesteine und
Mineralien durch physikalische (mechanische), chemische oder biogene Einflüsse.
17.9 Was versteht man unter einem „Gewässer"?
Ein Gewässer ist ein in der Natur fließendes oder stehendes Wasser auf dem festland oder
Grundwasser. Die oberirdisch fließenden Gewässer lassen sich in künstliche (Kanäle...) und
natürliche (Flüsse, Bäche,....)unterteilen.
17.10 Nennen Sie die wichtigsten Pflanzennährstoffe.
Hauptnährstoffe: H, C, O, (organische Nährstoffe); N, P, S, K, Mg, Ca, (mineralischer N)
Spurennährstoffe: B, Cl, Mn, Fe, Cu, Zn, Mo
17.11 Nennen Sie einige Elemente, die für das Pflanzenwachstum unversichtbar sind.
Sonne, Wasser, Kohlendioxid, Mineralien im Boden (Silicate), Nährstoffe (Ca2+, Mg2+, K+
sowie Nitrat und Phosphat)
17.12 Welches sind die von dem Menschen verursachten Einträge von Stickstoff und
Phosphor in Gewässern?
Landwirtschaft (Düngung und Überdüngung), Viehhaltung, Abwässer durch Wasch- und
Reinigungsmittel
17.l 3 Nennen Sie einige umweltrelevante anorganische Salze, die die Gewässer beeinflussen.
Chloride, Nitrate, Sulfate, Phosphate ( Abfallprodukte aus Industrieprozessen, schädigen viele
Pflanzen und Tiere im Wasser.
17.14 Das versteht man unter Saprobien?
Saprobien sind Organismen, die sich von toter, organischer Substanz ernähren. Sie ziehen
entsprechende Lebensräume an Kadavern und anderen toten Organismen vor. Zu Saprobien
gehören bestimmte Arten aus den Gruppen der Krebse, Würmer, Bakterien und Algen.
17.l 5 Was verstehen Sie unter „Mineralisation"?
Organische Abfallstoffe zersetzen sich im biologischen Selbstreinigungsprozess zu
anorganischen Stoffen (Prozess zur Umwandlung = Mineralisation)
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
17.16 Was versteht man unter dem biologischen Abbauverhalten von Stoffen?
Das biologischen Abbauverhalten von Stoffen ist der Abbau von organischen Substanzen mit
Hilfe von Sauerstoff und der teilweisen vollständigen Umsetzung (Oxidation) zu CO2.
17.17 Beschreiben Sie kurz die unterschiedlichen Zersetzungen von Kohlenstoff-, Stickstoff-,
Schwefel-, und Phosphorhaltigen Stoffen unter aeroben sowie anaeroben Bedingungen.
•
•
Aerobe Bedingungen (Oxidation)
C → CO2
N → NO3S → SO42Anaerobe Bedingungen (Reduktion)
C → CH4
N → NH3, Amine
S → H2S
17.l8 Inwiefern beeinflusst die Temperatur die Eutrophierung?
Eutrophierung wird durch die Überdüngung von Oberflächengewässern und der dadurch
bedingten Störung des biologischen Gleichgewichts hervorgerufen. Durch dieses Überangebot
an Nährstoffen kommt es zu einem massenhaften Wachstum von Algen. Dieses
Algenwachstum provoziert das weniger Sonnenlicht in die Gewässer eintreten kann. Weniger
Sonnenlicht bedeutet aber auch eine Abschwächung der Photosyntheseaktivitäten. Somit wird
weniger Sauerstoff produziert. Abgestorbene Algen werden unter Verbrauch von Sauerstoff
abgebaut. Der Verzehr des im Gewässer vorhanden Sauerstoff lässt die anderen
Sauerstoffverbraucher absterben (Fische etc.)
17.19 Was versteht man im Zusammenhang mit Gewässern unter „Schadstoffen"? Geben Sie
einige Beispiele.
Schadstoffe sind Stoffe, die dazu geeignet sind, Gewässer zu verunreinigen oder sonst in ihrer
Eigenschaft nachteilig zu verändern. Diese können beispielweise sein: Mineralölhaltige
Rückstände, Schwermetalle etc.)
17.20 Was bedeutet EC50?
(Engl. Effective Concentration). Ist diejenige Konzentration, bei der 50 % der Versuchstiere
innerhalb eines bestimmten Zeitraums einen festgelegten Effekt zeigen; z.B. sichtbare
Veränderungen des Aussehens oder der Schwimmverhaltens und fehlende oder verminderte
Futteraufnahme.
17.21 Wozu verwendet man Fischtests? Nennen Sie einige typische Testfische.
Um die Qualität von Wasser zu untersuchen (dabei wird die akute toxische Wirkung von
Stoffen auf eine bestimmte Fishart unter definierte Bedingungen und Expositionszeit
gemessen.
Testfische: Forellen, Ellritzen und Golddorfen (die „DIN-Fische“ der Abwasserexperten)
17.22 Nennen Sie einige Messwerte, mit deren Hilfe Gewässergüteklassen beschrieben
werden.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Sauerstoffsättigungsindex, Sauerstoffgehalt, BSB-Wert (biochemischer Sauerstoffbedarf)
Saprobienindex
17.23 Welche Elemente in Nährstoffen sind Hauptverantwortliche für die Eutrophierung von
Gewässern?
Stickstoff und Phosphor (im Überangebot)
17.24 Was versteht man unter CSB?
Das ist der chemische Sauerstoffbedarf. Es handelt sich dabei um diejenige Menge an
gelösten Sauerstoff, die zur Oxidation der im Wasser enthaltenen, hauptsächlich organischen
Stoffe benötigt wird.
17.25 Was ist der BSB5?
Das ist die Menge an gelöstem Sauerstoff, die Bakterien und andere Kleinstlebewesen
während fünf Tagen verbrauchen, um in einer Wasserprobe (bei 20°C im Dunkeln) die
biochemisch oxidierbaren Inhaltsstoffe wie Fette, Kohlenhydrate oder Tenside abzubauen
oder vollständig zu CO2 zu oxidieren.
17.26 Was ist der TOC?
(Engl. Total organic carbon) gesamter organisch gebundener Kohlenstoff
17.27 Wie werden CSB und BSB bestimmt?
CSB: mit chemischen Oxidationsmittel (Kaliumdichromat)
BSB: mittels Bakterien
17.28 Wie unterscheiden sich CSB und BSB? Begründen Sie dies.
Die Abbauprodukte sind bei der Bestimmung des BSB-Wertes (außer CO2 und H2O)
ebenfalls ein zusätzliche Zuwachs an Biomasse, deshalb liegt der BSB-Wert stets unter dem
CSB-Wert
17.29 Was versteht man unter AOX? Wie wird dieser Wert bestimmt?
AOX sind die an Aktivkohle absorbierbare, organisch gebundene Halogene, der AOX – Wert
ist ein Maß für die Summe aller organischen Halogenverbindungen im Wasser. Bestimmt
wird dieser Wert durch Ansäuern des Abwassers mit Salpetersäure, die zu bestimmende
Verbindung wird an Aktivkohle adsorbiert und anschließend im Sauerstoffstrom bei ca.
1000°C verbrannt, die entstehende Halogenwasserstoffsäure wird mikrocoulometrisch
bestimmt.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 18.
18.1 Was wissen Sie über die Bedeutung des Wassers für das Leben auf der Erde?
Wasser ist lebensnotwendig für Menschen, Tiere, Pflanzen und alle auf der Erde lebenden
Organismen, es dient als Lebens- und Reinigungsmittel. Die Industrie nutzt es als Kühlmittel,
Rohstoff oder als Lösungs- und Reaktionsmedium. Es dient ebenfalls – neben der Versorgung
- der Entsorgung. Wasser ist einer der wichtigsten Wärmeregulatoren in der Atmosphäre.
18.2 Nennen Sie einige typische Wasserverunreinigungen?
Wasser kommt in der Natur nie „rein“ vor, es enthält immer gelöste Gase oder Metallkationen
(Na+, Ca2+, Mg2+, Fe2+/3+). Jeder Stoff, der die normale Verwendung von Wasser verhindert ist
in diesem Sinne eine Verunreinigung.(So gesehen sind auch Rückstände von Wasch und
Reinigungsmitteln – Tenside – und Lösungsmittelrückstände direkte Verunreinigungen.
18.3 Was versteht man unter Wasch- und Reinigungsmitteln?
Definition (aus dem Wasch- und Reinigungsmittelgesetz WRMG): „ Erzeugnisse, die zur
Reinigung bestimmt sind oder bestimmungsgemäß die Reinigung unterstützen und
erfahrungsgemäß nach Gebrauch in Gewässer gelangen können“ Darunter fallen alle
waschaktiven Substanzen (Tenside und deren Gerüststoffe)
18.4 Welche wichtigen Stoffe sind Bestandteile von Universalwaschmitteln?
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•
Gerüststoffe – Zeolithe (30...40 %)
Waschaktive Substanzen (10...15 %)
Bleichmittel (20...30 %)
Schaumhemmende Stoffe (1...3 %)
Enzyme (bis 1 %)
Korrosionshemmer (2...7 %)
Optische Aufheller (0,3 %)
Duftstoffe, Farbstoffe (bis 0,3 %)
Stellmittel – Na2SO4 (2...20 %)
18.5 Was versteht man unter Tensiden? Welche Klassen unterscheidet man?
Früher: Gemisch aus wasserlöslichen Natriumsalzen von gesättigten und ungesättigten
höheren Fettsäuren mit flüssiger, salbenartiger oder fester Konsistenz
Heute: synthetische Tenside, die der Veränderung der Oberflächenspannung des Wassers und
somit Beseitigung von Schmutz an Fasern dienen. Diese Tenside besitzen im Molekül einen
hydrophoben und einen hydrophilen Teil, sie können anionisch, kationisch, amphoter oder
nichtionisch aufgebaut sein. Diese Stoffe müssen nach der Tensidverordnung zu mindestens
80 % leicht abbaubar sein
18.6 Nennen Sie einige Ersatzstoffe für Waschmittelphosphate.
Zeolithe: wasserunlösliche Na-Al-Silikate, die als Molekularsieb + Ionenaustauscher wirken
und dadurch die Härtebildner des Wassers binden
Nitriloacetat: Trägt zur Komplexbildung und damit zur Enthärtung des Wassers bei,
einhergehend ist eine Erhöhung der Waschwirkung
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
18.7 Was sagt die Tensidverordnung über den Primärabbau von Tensiden aus Waschmitteln?
?
18.8 Geben Sie die allgemeine Strukturformel für polychlorierte Dibenzodioxine und
Dibenzofurane an.
O
Cl
Cl
O
Cl
Cl
polychlorierte Dibenzodioxine (PCDD)
O
polychlorierte Dibenzofurane (PCDF)
Beide Stoffe sind „Supergifte“ und besitzen eine chronische Humatoxizität
18.9 Wie schreiben Sie die Struktur des „Seveso-Dioxins".
Cl
O
Cl
O
Cl
Cl
2,3,7,8-Tetrachlordibenzo[1,4]dioxin (2,3,7,8 – TCD, „Seveso-Dioxin“
18.10 Was sind PCB? Wo werden Sie eingesetzt? (Struktur)
Polychlorierte Biphenyle: Sie gehören zu der Gruppe der chlorierten Kohlenwasserstoffe.
- Die Stabilität nimmt mit wachsender Anzahl der Chloratome zu.
- Ab vier anwesenden Chloratomen ist das PCB nicht mehr brennbar.
-
Cl
Cl
PCB sind thermisch stabil, mäßig viskos und haben hohe Siedepunkte
Verwendung finden sie als Kühlmittel, Hydraulikflüssigkeit und Imprägniermittel für
Holz und Papier
Wegen der guten Isolatorfähigkeit finden sie auch Verwendung in Kondensatoren und
Hochspannungstransformatoren
In der Kunststoffindustrie werden sie verwendet als Weichmacher oder um Farben und
Lacke feuersicher zu machen
18.11 Was sind PAK? Nennen Sie zwei Beispiele. Wobei entstehen Sie?
PAK = Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Naphtalin
Anthracen
Diese PAKe kommen in Erdöl, Kohle und in daraus gewonnenen Produkten wie Mineralöle,
Bitumen, Teer oder Ruß vor.
PAKe entstehen:
- bei der unvollständigen Verbrennung aller organischen Stoffe
- als Abgase von PKWs (vor allem Dieselmotoren)
- als Abgasen von Hausbrand und Großfeuerungsanlagen
- als Pyrolyseprodukte im Tabakrauch
- beim Grillen und Räuchern
18.12 Geben Sie einige Angaben zu den umweltbelastenden Wirkungen von Ölen im Meer
oder im Boden an.
Öle gelten als (schwerabbaubare) Gewässerschädigende Stoffe.
Ein Liter Öl kann eine Million Liter Wasser verunreinigen, Ölteppiche auf Gewässern sind
eine Gefahr für darunter lebende Organismen, da der Sauerstoffaustausch behindert wird. In
den Boden gelangtes Öl kann (ggf. noch nach vielen Jahren) in das Grundwasser gelangen
und sich dort weiträumig ausbreiten.
18.13 Welche Sachverhalte regelt die Atlöl-Verordnung?
Die Altöl-Verordnung regelt die Entsorgung, die Wiederverwertung und den Verbleib von
Altölen, die weniger als 20 mg PCB/kg enthalten.
18.14 Welche rechtlichen Bedingungen gelten für PCB und Altöl?
PCB – haltige Altöle dürfen nicht zusammen mit anderen Altölen gehalten, eingesammelt,
befördert und der Entsorgung zugeführt werden. Grenzwert hierfür sind 20 mg PCB/kg.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 19.
19.1 Wie hoch ist der tägliche Wasserbedarf eines Menschen?
Der Wasserbedarf eines erwachsenen Menschen liegt bei 35g Wasser/ kg Körpergewicht. Bei
einem 70 kg schweren Menschen ergibt dies einen Wasserbedarf von 2,5 L/d
19.2 Welche Grundforderungen werden an einwandfreies Trinkwasser gestellt?
Es muß:
- frei sein von Krankheitserregern
- es darf keine gesundheitsschädigenden Eigenschaften besitzen
- es muss keimarm, appetitlich, farblos, kühl, geschmack- und geruchlos einwandfrei
sein.
- Es darf nur einen geringen Gehalt an gelösten Stoffen besitzen.
19.3 Was ist die TVO?
TVO : Trinkwasserverordnung
19.4 Was versieht man unter einer organoleptischen Prüfung?
?
19.5 Was wissen Sie über die Herkunft des Wassers, das für die öffentliche Trinkwasserversorgung verwendet wird?
Das wasser stammt aus Grundwässern, See-, Fluss-, Talsperrenwasser; aus angereicherten
Grundwässern, Quellwässern oder Uferfiltrat
19.6 Was ist Uferfiltrat?
Das ist Wasser aus Flüssen, das vom Flussbett aus durch die angrenzenden Bodenschichten in
nahe des Flussufers liegende Förderbrunnen fließt.
19.7 Was versteht man unter den „selbstreinigenden Kräften" des Wassers?
Das ist die Fähigkeit des Wassers mit Hilfe von Bakterien, sowie pflanzlichen und tierischen
Organismen organische Stoffe abzubauen und zu mineralisieren.
19.8 Kühlwasser nennt man oft „thermisch verschmutzt" - warum?
Durch Einleiten der Kühlwässer wird die normale Temperatur der Gewässer erhöht, was die
Sauerstoffaufnahme der Flüsse und Gewässer behindert und somit für aller
sauerstoffverbrauchenden Organismen im Wasser nachteilig ist.
19.9 Was versteht man unter der Gesamthärte des Wassers? Was unter Carbonathärte, was
unter Nichtcarbonathärte?
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
-
Gesamthärte des Wassers (GH): Damit ist die Konzentration der Mg2+, Ca2+, Sr2+ und
Ba2+ Ionen gemeint. In der Praxis beschränkt man sich allerdings auf die
Konzentration von Mg2+ (70...85 %), Ca2+ (30...15 %)
Carbonathärte (CH): ist derjenige Teil der Gesamthärte, der durch Kochen entfernt
werden kann. Definiert ist dieser als c(HCO3-) – wird auch temporäre Härte genannt.
Nichtcarbonathärte (NCH): ist die durch Chlorid- und Sulfat-Ionen bedingte Härte.
(Calcium- oder Magnesium-Salze werden durch kochen von diesen Ionen nicht
ausgefällt) die Nichtcarbonathärte ist definiert als c(Mg2+) + c(Ca2+ ) - c(HCO3-). Sie
wird auch permanente Härte genannt.
19.10 In welchen gesetzlichen Regelungen sind die Härtebereiche für Wasser festgehalten?
Im Gesetz über die Wasch- und Reinigungsmittel (WRMG)
19.11 Was ist Kesselstein?
Begriff kommt aus der Industrie, bei hoher Temperatur und hohem Druck zersetzen sich
Hydrogencarbonate zu unlöslichen Carbonaten und bilden denn so genannten „Kesselstein“.
Der direkte Einfluss der Wasserhärte ist hier bedeutsam.
2 HCO3- → CO32- + CO2 ↑ + H2O mit Ca2+ + CO32- → CaCO3↓
19.12 Inwiefern beeinträchtigt die Wasserhärte die Waschkraft von Waschmitteln?
Waschaktive Substanzen werden in hartem Wasser teilweise unwirksam, Seife schlägt sich als
Kalkseife (als schmieriger, unlöslicher Niederschlag von Erdalkaliseifen nieder und lässt
Textilien Grau werden. Drer losgelöste Schmutz lagert sich erneut auf den textilien ab.
19.13 Nennen Sie Methoden zur Enthärtung von Wasser.
-
-
Ionenaustauschverfahren: Über einen Natrium-Austauscher wird Calcium aus dem
Wasser entfernt.
Verwendung von hydrolysestabilen Polyphosphaten mit Kettenstruktur. Die
Härteverursachenden Kationen werden in flockig, amorpher Form ausgeschieden und
können z.B. abfiltriert werden
Vollentsalzung (Demineralisation)
Durch Ionenaustauscher (stark saure h-Ionenaustauscher und stark basische OHIonenaustauscher in Kombination)
Umkehrosmose mit nachgeschaltetem Ionenaustausch
Verfahren mit Calciumhydroxid und Soda
Thermische Verfahren zur Meerwasserentsalzung: Destillation, Menbranverfahren
oder Umkehrosmose
19.14 Calciumhydroxid oder Soda wurden früher zur Wasserenthärtung verwendet.
Begründen Sie dies.
Auf diese Weise kann die Härte bis auf etwa 0,18 mmol/L reduziert werden . (bei T > 80°C).
Durch Zugab von Calciumhydroxid und Natriumcarbonat (Soda) fallen die Härte
verursachenden Kationen als Calciumcarbonat und Magnesiumhydroxid aus.
19.15 Was versteht man unter Abwasser? Was sind kommunale, was industrielle Abwasser?
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Abwasser ist jedes, durch häuslichen, gewerblichen, industriellen, landwirtschaftlichen oder
sonstigen Gebrauch in seinen natürlichen Eigenschaften verändertes und in die
Abwasserkanalisation gelangtes Wasser. Mann unterscheidet je nach Entstehung des
Abwassers zwischen industriellem (direkt eingeleiteten) und kommunalem (indirekt durch die
Kanalisation) eingeleitetem Abwasser
19.16 Was bedeutet „Direkteinleitung" und „Indirekteinleitung"?
Direkteinleitung: Abwässer, die über eine eigene Kanalisation, ggf. nach Reinigung direkt in
Gewässer eingeleitet werden.
Indirekteinleitung: Abwasser, das über die öffentliche Kanalisation erst in kommunal
Kläranlagen, dort gereinigt und dann in Gewässer eingeleitet wird.
19.17 Was ist Verklappung?
Eine Art der „Abfallbeseitigung auf See“. Damit ist die Einbringung fester und flüssiger
Abfallstoffe durch Spezialschiffe ins Meer gemeint. Feste und flüssige Abfallstoffe werden
auf See durch öffnen entsprechender Klappen oder Ventile in die See eingeleitet.
19.18 Welche Art von Abfallentsorgung regelt das Hohe-See-Einbringungsgesetz?
Dieses, aus dem Oslo- und London-Abkommen entstandene Gesetz regelt das Einleiten von
Dünnsäure in die Nordsee.
19.19 Was ist Dünnsäure? Bei welchen Prozessen entsteht sie?
Dünnsäure ist eine stark verdünnte Säure (meist 290 %ige H2SO4 mit gelöstem Eisensulfat),
die bei chemisch-technischen Prozessen (Titandioxid-Gewinnung) als Abfallprodukt entsteht.
19.20 Beschreiben Sie die mechanische, biologische und chemische Stufe einer Abwasserreinigungsanlage.
-
-
Mechanische Stufe: Sie dient zu Entfernung aller mechanisch entfernbaren Stoffe aus
dem Abwasser (Gegenstände - Feststoffe, Sande etc.) Aus der Sedimentation erwächst
der Primärschlamm
Biologische Stufe: Abbau organischer Verschmutzung durch Mikroorganismen im
Belebtschlammbecken. Die Bakterien bauen organische Substanzen imZuge ihres
Stoffwechsels ab, der benötigte Sauerstoff wird künstlich eingeleitet und im Idealfall
zu CO2 abgebaut. Diese Reinigungsstufe kann bis zu 90 % der
Gesamtreinigungsleistung betragen.
Chemische Stufe: Methode wie Flockung und anschließende Fällung oder oxidative
Entfernung noch verbleibender organischer Verunreinigungen.
19.21 Was versteht man unter Chlorung von Trinkwasser?
Ist die Zugabe von elementarem Chlor zur Entkeimung des Wassers. Durch
Disproportionierung von Cl2 bildet sich im Wasser Hypochlorit (in starkes Oxidationsmittel):
Cl2 + H2O → Cl- + OCl- + 2 H+
Eine Alternative hierzu ist die Ozonierung. Sie beeinträchtigt nicht den Geschmack des
Wassers und inaktiviert auch Viren.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
19.22 Wie erklären Sie Geruchsbildung bei Abwässern?
Bei langer Verweilzeit von Abwässern in Kanälen kann durch Sulfat - reduzierende Bakterien
(anaerober Abbau) der Abbau organischer Substanzen zu Schwefelwasserstoff und Sulfid
führen (reduziert werden). Dieses stellt eine große Geruchbelästigung dar und ist gleichfalls
toxisch.
19.23 Nennen Sie einige Möglichkeiten zur Entkeimung von Wasser.
-
Durch Chlorung oder durch Zugabe von Chloramin (H2NCl)
Durch Zugabe von Chlordioxid (Kann unangenehme Geruchs- und Geschmackstoffe
wie Phenole in neutrale Stoffe umwandeln)
Durch Ozonisierung. Sie beeinträchtigt nicht den Geschmack des Wassers und
inaktiviert auch Viren.
19.24 Was ist Fluoridierung von Wasser?
Die Zugabe von Fluoriden zur Zahngesunderhaltung (Die Schweiz praktiziert dies seit Jahren)
19.25 Welche Phänomene führen zu einer Zunahme oder Abnahme von Nitrat im Boden?
Stoffe aus dem Boden können ausgewaschen werden und somit ins Grund- und
Oberflächenwasser gelangen, überhöhte Nitratwerte werden gefunden bei:
- zu hoher Düngung oder bei Düngung zum falschen Zeitpunkt
- Massentierhaltung (Niederlande)
- Intensive Sonderkulturen und beim Gemüseanbau
- Böden mit schwachem oder fehlendem Pflanzenbestand
- Bei leichten, durchlässigen Böden.
Eine Abnahme ist zu verzeichnen bei der
- Aufnahme durch Pflanzen (Lupinen)
- Immobilisierung und Auswaschung
- Denitrifizierung (durch nitratabbauende Bakterien)
19.26 Was versteht man unter „Nitrifizierung"?
Ammoniumverbindungen werden zu Nitrit und Nitrat oxidiert (durch nitrifizierende
Bakterien), diese verbindungen können dann durch Pflanzen aufgenommen werden.
NH4+ + 2 O2 → NO3- + H2O + 2 H+
19.27 Was ist Blausucht (Zyanose)?
Damit ist eine Krankheit benannt, die entsteht durch Genuss von nitrathaltigem Wasser. Im
Darm wird Nitrat zu Nitrit umgewandelt, der im Blut den roten Blutfarbstoff Hämoglobin
oxidiert und dadurch die Sauerstoffaufnahme stört. Hierdurch entsteht im Extremfall eine
bläuliche Färbung des Blutes, bei Säuglingen kann sie zum Tod führen.
19.28 Nennen Sie einige Methoden, um Phosphate aus Wasser und Abwasser zu entfernen.
Phosphate werden im Abwasser mittels Aluminiumsulfat, Eisensalzen oder Kalk gefällt.
- Fällung mit Eisen(III)-Ionen
- Fällung mit Kalkmilch bei Anwesenheit von Eisenionen (Bildung von Eisenhydroxid)
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
19.29 Was ist Klärschlamm?
Klärschlamm entsteht bei der biologischen Behandlung von Abwässern in
Abwasserbehandlungsanlagen. (~ 5 % Trockensubstanz)
19.30 Welche Möglichkeiten kennen Sie, Klärschlamm zu behandeln?
-
Reduzierung des Wassergehaltes durch konditionierung (Zugabe von kalk) oder
Entwässerung mittels Presse.
Lagerung auf Deponien oder zur Bodenaufwertung in der Landwirtschaft
Durch anaeroben Abbau in Faultürmen und Gewinnung Von methanhaltigem Faulgas.
19.31 Welche Sachverhalte regelt die Klärschlammverordnung?
?
19.32 Was ist „Klärgas"?
methanhaltiges Faulgas aus der Umwandlung von Schlämmen in Faultürmen. 1 m³ Klärgas
entspricht energetisch 1 L Heizöl.
19.33 Wie lassen sich Schwermetalle wie Pb, Cd, Cr, Fe, Cu, Ni oder Hg aus Abwässern
entfernen?
Durch die Verschleppung in die biologische Klärstufe, was zur Folge hat, das die
entstehenden Klärschlämme Schwermetall belastet sind oder nachher in der chemischen
Klärstufe durch Aufällen mittels Chemikalien.
19.34 Wie funktioniert die Umkehrosmose?
Die Umkehrosmose ist ein Membranverfahren und dient der Abwasserreinigung, kann
allerdings auch zur Meerwasserentsalzung eingesetzt werden.
19.35 Wie würden Sie Cyanid-haltige Abwässer reinigen?
-
Oxidation / Reduktion
Neutralisation
Fällung und Flockung
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 20.
20.1 Nennen Sie einige Gesetze, die unter den Begriff „Wassergesetze“ zusammengefasst
werden können.
Wasserhaushaltsgesetz (WHG)
Wasch- und Reinigungsmittelgesetz (WRMG)
Hohe-See-Einbringungsgesetz
20.2 Was ist ein Einwohnergleichwert (EGW)? Wozu wurde er eingeführt?
Der Einwohnergleichwert beschreibt die Schädlichkeit von ungereinigtem Abwasser, das ein
Einwohner pro Tag durchschnittlich verursacht (vgl. BSB5-Wert). Der Einwohnergleichwert
wurde eingeführt um die Schmutzmenge von gewerblichem oder industriellem mit dem
häuslichen Schmutzwasser vergleichen zu können.
20.3 Was ist eine Schadeinheit?
Eine Scadeinheit ordnet Schadstoffmengen zu, sie ist wichtig bei der Abwasserabgabe)
20.4 Worin besteht der Unterschied zwischen „Stand der Technik“ und „Regeln der
Technik“?
Stand der Technik: Entwicklungsstand fortschrittlicher Verfahren, die den besten zur zeit
realisierbaren Umweltschutz garantieren, er ist in allgemeiner Form festgelegt.
Regeln der Technik: Diese sind in Gesetzen nicht explizit definiert, dienen allerdings als
„Erkenntnisquelle“
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 21.
21.1 Was ist die Lithosphäre? Was ist die Pedosphäre?
Lithosphäre: ist die ca. 100 km dicke Gesteinshülle der erde; sie umfasst die feste Erdkruste
und den oberen Teil des Erdmantels.
Pedosphäre: ist der obere Teil der Lithosphäre, darunter versteht man die äußerste, meist
lockere Schicht der Erdoberfläche einschließlich der darin enthaltenen Rohstoffe und des
Grundwassers, in der sich das Leben abspielt. Sie ist zwischen einigen Dezimetern und
Metern dick. (→ Pedologie = Bodenkunde)
21.2 Was verstehen Sie unter „Boden"? Welches sind seine Hauptbestandteile?
Böden sind Umwandlungsprodukte aus mineralischen und organischen Substanzen, abhängig
von der Pflanzendecke, in ihr lebende Kleintiere und Mikroorganismen. Der Boden enthält
verschieden Bestandteile:
- anorganische (mineralische) Bestandteile
- abgestorbenes und teilweise zersetztes organisches Material
- Bodenorganismen
- Bodenluft und –wasser, in dem anorganischen Stoffe zum Teil gelöst sind.
Ein typischer Grünlandboden enthält 25 % Luft, 25 % Wasser, 45 % mineralische
Bestandteile und 5 % organische Substanzen.
21.3 Der Boden hat die Funktion eines Pflanzenstandorts, Speichers und Filters. Erläutern Sie
dies.
Der Boden ist Pflanzenstandort, also Basis der Vegetation. Er speichert außerdem
lebenswichtige organische und anorganische Nährstoffe – vor allem Kationen wie Ca2+, Mg2+
und K+ sowie Nitrat und Phosphat – und versorgt damit Pflanzen und Bodenlebewesen.
Außerdem hat der Boden eine wichtige Funktion als Filter von Regenwasser, er entzieht dem
Wasser gelöste Stoffe und bindet sie an seine festen Bestandteile. Organische Stoffe
(Schadstoffe) werden somit gegebenenfalls zurückgehalten und biologisch abgebaut.
21.4 Welche Faktoren beeinflussen das Entstehen von Boden?
Das Zusammenwirken von Klima, Wasser und anderen Stoffen, Bodenorganismen und
Pflanzen beeinflussen die Entstehung von Böden.
21.5 Im Boden befindet sich der Vorrat an Nährstoffen für Pflanzen. Um welche Nährstoffe
handelt es sich? Was beeinflusst diesen Nährstoffvorrat?
Die Nährstoffe unterscheiden sich in Hauptnährstoffe und Spurennährstoffe:
- Hauptnährstoffe: C, H, N (organische Nährstoffe), N, P, K, S, Mg, Ca (anorganische
Nährstoffe)
- Spurennährstoffe: B, Cl, Mn, Fe, Cu, Zn und Mo (anorganische Nährstoffe)
Während Ca, S und Fe ausreichend vorhanden sind, fehlen gerade in landwirtschaftlich
intensiv genutzten Böden meist S, K und P. Für die Pflanzen ist nur ein Bruchteil (0,1...5 %)
des Nährstoffangebots im Boden verfügbar. (→ Düngung)
21.6 Erläutern Sie die Begriffe physikalische, chemische und biogene Verwitterung.
-1-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
-
physikalisch (mechanische) Verwitterung: Anorganisches Material zerfällt aufgrund
physikalisch-mechanischer Vorgänge, wie großem Temperaturunterschid,
Gefriersprengung etc.
chemische Verwitterung: diese beruht auf der Fähigkeit des Wassers, andere Stoffe
aufzulösen, kann auch durch atmosphärische Gase erfolgen (NOX, SO2 bei
Baudenkmäler) – Ehe im warmen Klima
erfolgt durch Pflanzen, Mikroorganismen und Tiere, beruht aber meist auch auf
physikalisch-mechanischen Verwitterungsprozessen ( Wurzelsprengung, ätzende
Stoffwechselprodukte etc.)
21.7 Was ist Erosion? (Deutscher Begriff?)
Ist die irreversible Bodenabtragung vor allem durch fließendes Wasser und durch Wind. Doie
Erosion kann soweit gehen, das die fruchtbaren Bodenschichten komplett entfernt werden,
was eine großflächige und dauerhafte Entwaldung zur Folge hat.
21.8 Was wissen Sie über den Phosphorkreislauf? Was ist seine Besonderheit?
Das besondere am Phosphorkreislauf ist, das er im gesamten Kreislaufprozess nie als
gasförmige Verbindung auftritt und keine gasförmige Verbindung in die Atmosphäre tritt.
Phosphat-Ionen aus Düngung und
Verwitterung (von z.B.
Sedimentgestein) werden meist
schnell im Boden in Phosphate
umgewandelt, nur ein geringer Teil
kann direkt von Pflanzen
aufgenommen werden. Durch
Absterben organsicher Substanzen
gelangt Phosphor wieder zurück in
den Boden.
21.9 Was ist das Haupteinsatzgebiet von Phosphaten?
Phosphate werden zu 80 % in Dünger und zu 15 % in Waschmitteln eingesetzt.
-2-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 22.
22.1 Welche Stoffklassen sind für den Boden besonders bedenklich?
•
•
Weitverbreitete Stoffe:
Schwermetalle (Arsen, Blei, Zink, Nickel, Kupfer)
PCB, PCT, PCN, PAK
Salpetersäure / Nitrate – Schwefelsäure / Sulfate
Lokal verbreitete Stoffe
Schwermetalle (Cr, Th, Co, U,
Flusssäure / Fluoride, Cyanide, Öle
22.2 Schadstoffe können über die Luft, über das Wasser und durch Anreicherung in den
Boden gelangen bzw. entstehen. Erläutern Sie dies.
Ein Großteil der Schadstoffe kommen direkt aus der Luft (trockene Deposition) oder werden
zusammen mit Niederschlägen (nasse, feuchte Deposition) in die Böden gewaschen. Sie
können aber auch durch Überschwemmung und Bewässerung mit verunreinigten
Oberflächenwässern oder kommunalen Abwässern in den Boden gelangen. Ist die Zufuhr
eines Stoffes in den Boden größer als seine Austragung über Auswaschung, Abbau oder
Ernteentzug, kommt es zu einer Anreicherung.
22.3 Was wissen Sie über das Problem „Nitrat im Boden"?
Nitrat im Boden kann für Mikroorganismen, Pflanzen und auch für den Menschen gefährlich
sein.
22.4 Inwiefern beeinflusst Säure im Regen die Eigenschaften des Bodens?
Durch „sauren Regen“ kann es zur Bodenversauerung kommen, welche dann zu Waldschäden
führen. Somit können die Pflanzen weniger Nährstoffe aufnehmen und es kommt somit zur
Wachstumsminderung. Saure Gase wie NOX und SO2 lösen sich im Regen und führen zu
Schwefel- oder Salpetersäure.
22.5 Was versteht man im Boden unter dem Carbonat-, Austauscher-, AI- und FePufferbereich?
•
Carbonat-Pufferbereich (pH 4-8) Bei der Einwirkung von Säuren auf den Boden
reagiert Carbonat (z.B. aus Kalk): 2 HCO3- → CO32- + CO2 ↑ + H2O mit Ca2+ + CO32→ CaCO3↓
In kalkhaltigen Böden bedeutet Säureeintrag beschleunigtes Auflösen von Kalk (Ca(HCO3)2
ist leichter löslich als CaCO3)
• Austauscher-Pufferbereich (pH 4) Beim weiteren Eintrag von Säuren übernehmen die
Tonmineralien die Pufferung: Protonen können Nährstoffkationen wie K+, Ca2+ oder
Mg2+ von Tonmineralien ablösen, was zu verstärktem auswaschen führt.
• Bei weiterer Zugabe von Protonen übernehmen ab pH < 4,2 polymere positiv geladene
Hydroxokomplexe des Aluminiums, z.B [Al6(OH)15]3+ die Pufferung.
[Al6(OH)15]3+ + H+ → 6 [Al(H2O)6]3+
• Bei pH-Werten (ca. 2) können Eisenhydroxide im Boden als Puffer fungieren:
FeOOH + 3 H+ + 4 H2O → [Fe(H2O)6]3+
-1-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
22.6 Welches ist das wichtigste Tonmineral unserer Böden? Wie ist es aufgebaut?
Tonminerale sind schichtförmig aufgebaute, reaktive, quellfähige Alumosilicate mit
Wassermolekülen in ihrer Struktur, sie leisten einen wichtigen Beitrag zur puffernden
Wirkung des Bodens.
Der wichtigste Vertreter ist Montmorillonit (Al2(Si4O10)(OH)2), der in der Natur weit
verbreitet ist. Montmorillonit kann zwischen seinen Schichten Wasser einlagern. Durch
Gitterfehler (liefern negative Ladungen) können Kationen wie Ca2+, Mg2+ und K+ eingelagert
werden und somit im Boden festgehalten werden. (→ bestimmt die Bodenfruhtbarkeit)
22.7 Was verstehen Sie unter Düngung? Nennen Sie die durch Düngung zuzuführenden
Haupt- und Spurennährstoffe.
Düngung ist die künstliche Zuführ von Nährstoffen in den Boden um den Nährstoffentzug
durch Ernten auszugleichen, um also die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhalten und zu
erhöhen.
22.8 Was sind Biozide? Was sind Pestizide?
Schädlingsbekämpfungsmittel: Eine Gruppe von Stoffen, mit denen pflanzliche und tierische
Organismen bekämpft werden, die dem Menschen, seinen Nutztieren und Kulturpflanzen
Schaden zuführen können.
22.9 Welche Hauptgruppen von Schädlingsbekämpfungsmitteln unterscheidet man?
Die Schädlingsbekämpfungsmitteln werden nach den Schadorganismen unterteilt:
Akarizide (Milben)
Algizide (Algen)
Bakterizide (Bakterien)
Fungizide (Pilze)
Herbizide (Unkräuter, Ungräser)
Insektizide (Insekten)
Molluskizide (Schnecken)
Rodentizide (Nagetiere)
Virizide (Viren)
22.10 Welche Bedeutung hat die Persistenz im Zusammenhang mit chlorierten Kohlenwasserstoffen?
Die Gesamtmenge der deutlich persistenten chlorierten Kohlenwasserstoffe übersteigt
diejenige der anderen Wirkstoffgruppen. (2-5 Jahre)
22.11 Was versteht man unter „biologischer Halbwertszeit"?
Diejenige Zeit, in der Stoffe in lebenden Systemen bis zur Hälfte abgebaut sind.
22.12 Nennen Sie einige erwünschte und unerwünschte Eigenschaften von Pestiziden.
-
Erwünschte Eigenschaften: Schutz vor Schadorganismen, unerwünschtem
Pflanzenwuchs, Sicherung der Ernteerträge
-2-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
-
Unerwünschte Eigenschaften: Können zu Wasserbelastung führen, da sie leicht
in den Boden gelangen können. Des weiteren ist eine Toxizität gegen den
Mensche möglich (akut, subakut und chronisch). Die Wirkstoffe reichern sich
meist im menschlichen Gewebe an.
22.13 Was ist DDT? Was wissen Sie über seine Geschichte und seine Bedeutung?
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
DDT= 1,1,1 Trichlor-2,2-bis(4-chlorphenyl)-ethan
• Erstes synthetisch hergestelltes Insektizid
• Wirksames Kontakt- und Fraßgift für Insekten aller Art
• Billig, chemisch stabil und gut haftend
• Es ist das best bekannteste, am besten untersuchte und weit verbreitetste Pestizid.
• Es schädigt im Körper die Nervenendungen und das Zentralenervensystem und führt
schließlich zum Tod. Nach wiederholter Anwendung tritt Immunität auf
• Große Persistenz
• ubiquitär
22.14 Was ist HCB?
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
Hexachlorbenzol (ubiquitär)
-3-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 23.
23.1 Kommentieren Sie die Aussage „Schwermetalle kommen im Wasser, im Boden und in
der Luft vor".
Schwermetalle besitzen eine Dichte, die über 5 g/cm³ angesiedelt ist (Pb, Co, Pt, u.a.) Erdöl
und Kohle sind in unterschiedlichem Maße schwermetallbelastet. Durch
Verbrennungsprozesse gelangen diese schließlich in die Luft und gebunden an Aerosole oder
Niederschläge in Boden und Trinkwasser.
23.2 Wie gelangen Schwermetalle in die Luft?
Durch Verbrennungsprozesse
23.3 Was versteht man unter Schwermetallen?
Schwermetalle besitzen eine Dichte > 5 g/cm³.
23.4 Metalle können giftig und essentiell sein. Erläutern Sie dies und geben Sie Beispiele.
Giftigkeit kommt auf die Dosis an. Es gibt durchaus Metalle, die wir in Spuren essentiell
benötigen, wenn allerdings eine zu hohe Dosis gegeben wird sehr schädlich ist. Essentielle
Metalle sind z.B. Fe, Sn, Cr, V, Co, Zn, Cu sind zuwenig davon im Körper kommt es zu
Mangelerscheinungen.
23.5 Zeigen Sie anhand eines Diagramms die Dosis-Wirkungs-Beziehung. Kennzeichnen Sie
die Punkte für die Mangelschwelle und die Toxizitätsschwelle.
23.6 Nennen Sie Beispiele für die Akkumulation von Schwermetallen.
Akkumulation: Anreicherung von Stoffen
- Gewässer (schwerlöslicher Niederschlag von Cd, Pb lagern sich auf dem Meeresboden
ab)
- Boden (Bindung der Schwermetalle an Tonteilchen oder Huminstoffe)
- Adsorptiv gebunden an die Oberfläche
- Der menschliche Organismus nimmt Schwermetalle auf, kann sie aber nicht
ausscheiden, somit kommt es zu einer Anreicherung von Hg, Pb und Cd.
-1-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
23.7 Welche Rolle spielen Aerosole beim Transport von Schwermetallen?
Aerosole nehmen die Schwermetallstäube auf, die in die Luft emittiert werden.
23.8 Warum sind die Schwermetallgehalte in Böden Süddeutschlands durchschnittlich höher
als in Böden Norddeutschlands?
Im Süden sind die Böden schwerer, das heißt dort sind mehr Tonmineralien im Boden, diese
absorbieren die Schwermetalle besser (puffernde Wirkung bei hohem pH-Wert)
23.9 In Bezug auf die Beweglichkeit von Schwermetallionen beim Übergang vom Boden in
Pflanzen ist ein Transferfaktor definiert. Erläutern Sie dies und klassifizieren Sie die
verschiedenen Schwermetalle nach ihrer Beweglichkeit.
Transferfaktor F = Metallkonzentration in der Pflanze / Metallkonzentration im Boden. Dieser
faktor kann von Metall zu Metall verschieden sein; je leichter das Metall-Ion vom Boden auf
die Pflanze übertragbar ist, desto größer ist F. F ist normalerweise zwischen 0,1...10 wobei Cd
eines der leicht beweglichen und Pb, Hg zu den schwer beweglichen Ionen gehören.
23.10 Was wissen Sie über die Anreicherung von Schwermetallen?
Im Boden werden Schwermetalle an Tonteilchen und Huminstoffe so fest gebunden, das sie
kaum ausgewaschen werde, deshalb sind Schwermetalle im Boden oder den Sedimenten oft
stark angereichert.
23.11 Charakterisieren Sie Quecksilber aus umweltchemischer Sicht.
3400 t Quecksilber werden jährlich produziert. Die weltweite Emission beträgt 40000...50000
t. 1/3 der weltweiten Hg-Emission wird durch den Menschen verursacht. Quecksilberdämpfe
und –salze sind sehr giftig. Quecksilber lagert sich im Körper von Menschen und Nutztieren
an (im besonderen Fischen).
23.12 In welchen Bereichen wird Quecksilber verbraucht?
Quecksilber findet Verwendung bei der Beize von Saatgut, bei Katalysatoren
(Chloralkalielektrolyse), oder als Antpeelingfarben.
23.13 In Form welcher chemischen Verbindungen liegt Quecksilber in der Atmosphäre, in der
Hydrosphäre und Sediment vor? Was wissen Sie über die Giftigkeit von
Quecksilberdämpfen?
Quecksilber behindert die Enzymtätigkeit. Es unterbindet Reaktionen, die die Enzyme im
Körper katalysieren. Schwefelgruppen in den Zellmembranen werden angegriffen bzw.
unterbunden. Quecksilber ist nach der GefStoffV als „sehr giftig“ anzusehen.
Atmosphäre: Hg-Dampf
Hydrosphäre: Hg2+
Sediment: CH3Hg+, (CH3)3Hg oder andere Hg-Salze
23.14 Was ist die Minamata- Krankheit?
-2-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
Ist eine Krankheit, die 1956 das erste mal auf der japanischen Insel Kyushu aufgetretene
Krankheit. Hierbei handelt es sich um eine Erkrankung des Nervensystems aufgrund einer
Vergiftung mit CH3HgCl. Diese Chemikalie wurde durch Abwässer einer japanischen Firma
an der Minamata-Bucht eingeleitet, aus der der Fisch für die umliegenden Ortschaften
gefangen wurde. Die Konzentration von Quecksilber im Fisch nahm teilweise 30 mg/kg Fisch
an. Indikation hierfür waren Seh-, Gleichgewichts- und Gedächtnisstörungen. Dieser
Zwischenfall forderte 100 Todesopfer und mehrere hundert Erkrankte.
23.15 In welcher Größenordnung liegen die Biokonzentrationsfaktoren für Quecksilber?
Boden: 2-3
Wasser: um ein vielfaches höher
Größte Konzentration von Quecksilber in See- und Süßwasserfischen und in
Schweinenierchen.
23.16 Was wissen Sie über die Wirkung von Blei und Bleiverbindungen?
Blei ist der Hauptschadstoff der Atmosphäre. Blei wird in den Knochen gespeichert und
verdrängt Calcium, es blockiert freie Thiolgruppen von Enzymen, Blutkrankheiten sind das
Ergebnis, daneben Müdigkeit, Blässe der haut und Muskelschwäche. Bleivergiftungen beim
Menschen äußern sich meist im „Bleisaum“ was Ablagerungen von PbS am Zahnfleisch sind.
23.17 Nennen Sie einige wichtige Eigenschaften von Blei, die zu seiner häufigen
Verwendung beigetragen haben.
Hohe Dichte und niedrige Schmelztemperatur, sehr weich und kann deswegen mit einfachen
und billigen Techniken verarbeitet werden. Blei bildet eine Oxidschicht als Korrosionsschutz.
Es bildet mit anderen Metallen leicht Legierungen. Es kann ebenfalls leicht aus seinen Erzen
gewonnen werden.
23.18 Nennen Sie wichtige Anwendungsgebiete für Blei und Bleiverbindungen.
Lötzinn, Kabelummantelungen, Verwendung als Mennige, Antiklopfmittel, Batterien,
chemische Industrie, Rohre, Bleche
23.19 Wie kann Blei ins Trinkwasser gelangen?
Wenn Wasser durch Bleirohre geleitet wird: 2 Pb + O2 + 2 H2O → 2 Pb(OH)2
23.20 In welchem Zusammenhang stehen Bleibelastungen und Automobilverkehr?
Blei wird in Antiklopfmitteln verwendet (Bleitetraethyl – 90 % des Bleis in der Atmosphäre
stammen aus dem automobilverkehr)
23.21 Welche Wirkungen haben Bleitetraethyl oder Bleitetramethyl in Benzin?
Sie sollen die Oktanzahl erhöhen, damit es nicht zum Klopfen des Motors kommt (irreguläre
Verbrennung)
23.22 Welche Stoffe werden als Antiklopfmittel in Automobil-Treibstoffen eingesetzt?
-3-
Fragen und Antworten - Umweltchemie
- Bleitetraethyl Pb(C2H5)4
- t-Butylmethylether
Pb(C2H5)4 → Pb 4 C2H4 (bei Temperaturen über 100 °C)
23.23 In welchen Bereichen werden Cadmium und Cadmiumverbindungen eingesetzt? )
Zur Herstellung von Trockenbatterien (Ni-Cd), korrosionsbeständige Eisenschutzüberzüge
durch Galvanisierung, Legierungsbestandteil, PVC-Stabilisatoren, hochtemperaturbeständige
Farbpigmente.
23.24 Was ist die Itai-Itai-Krankheit?
Cd-Salze waren aus Abraumhalden von Zinkhütten in den Fluss geraten, an dem Menschen
lebten. Daraufhin war eine Erkrankung des Knochensystems feststellbar, das vornehmlich bei
Frauen starke Deformierungen aufwies.
23.25 Welches ist das wichtigste Zielorgan bei einer chronischen Cadmiumvergiftung?
Die Leber und die Niere
23.26 Was wissen Sie über die Toxizität von Chrom(III)- und Chrom(VI)-Verbindungen?
Cr(VI): toxisch: starkes Oxidationsmittel, mit ätzender Wirkung auf Haut und Schleimhäute,
Salze schädigen die Leber und die Nieren.
Cr(III): unschädlich
23.27 Wie gelangen Kupferverbindungen in den Boden?
Klärschlämme, mittels Aerosolen, die durch den regen aus der Luft gewaschen werden.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 24.
24.1 Was sind Altlasten?
Altlasten sind – nach dem Bundes-Bodengesetz- stillgelegte Abfallbeseitigungsanlagen, sowie
sonstige Grundstücke auf denen Abfälle behandelt, gelagert oder abgelagert werden.
(Altablagerung). Diese unterscheiden sich noch in:
- Grundstücke stillgelegter Anlagen und Grundstücke auf denen mit
umweltgefährlichen Stoffen umgegangen wurde (Altstandort)
- Kontaminierte Standorte oder Gelände die Schadstoffe in den Boden eingetragen
haben, so dass sich der Boden schädlich verändert hat und somit eine Gefahr für die
Allgemeinheit davon ausgeht.
24.2 Was versteht man unter Rüstungsaltlasten?
Spezielle Altlasten militärischer Herkunft. Diese lassen sich finden in Gebieten, die vorher als
Munitionslager, Fabriken, Produktionsstätten konventioneller oder chemischer Kampfstoffe –
Bomben, Granaten, Minen oder Sprengstoffe- des weiteren Treibstofflager und/oder
Großtanklager des Militärs.
24.3 In welcher Weise können Altablagerungen den Menschen beeinflussen?
Direkt: Inhalativ, dermal, ingestikutiv
Indirekt: Pflanzen → Nahrung → Mensch oder Pflanzen → Tier → Mensch oder vom
Grundwasser ins Trinkwasser zum Menschen
24.4 Wie viele Altlasten verdächtige Flächen gibt es zur Zeit in der Bundesrepublik Deutschland (Größenordnung)? Bei wie vielen besteht sofortiger Sanierungsbedarf?
304093 Flächen; ein sofortiger Sanierungsbedarf ist geboten.
24.5 Was versteht man unter „Sicherung von Altlasten"?
Man unterscheidet zwei Arten der Sicherung:
Passive Sicherung: Eine langfristige Ausbreitung der Schadstoffe soll vermindert oder
Verhindert werden. Das Gefahrenpotential wird vermindert allerdings nicht beseitigt.
Aktive Sicherung: Sanierung der entsprechenden Flächen.
24.6 Nennen Sie einige Methoden zur Sanierung von Altlasten
a) in situ
b) on site
a) Hierbei handelt es sich um ein Vor-Ort-Verfahren, das belastete Boden an Ort und
Stelle ohne Auskoffern oder Bewegung von Bodenmassen saniert (physikalischmechanisch oder mikrobiologisch)
b) Erst wird ausgekoffert (ex-situ) und dann vor Ort gereinigt oder saniert. Dieses
geschieht durch Bodenaustausch, Extraktion, Wäsche oder thermischer Behandlung
24.7 Was versteht man unter einer In-situ-Behandlung von Böden?
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Hierbei handelt es sich um ein Vor-Ort-Verfahren, das belastete Boden an Ort und Stelle
ohne Auskoffern oder Bewegung von Bodenmassen saniert. Hierbei wird der Schadstoff
im Boden immobilisiert.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 26.
26.1 Welche Methoden zur Beseitigung von Abfällen gibt es?
Es gibt zwei Methoden:
- Abfallbeseitigung (Verbringung auf eine Deponie, biologische, chemische oder
physikalische Methoden zur Beseitigung, Verbrennung an Land)
- Abfallverwertung (Verwertung oder Rückgewinnung, Regenerierung u.ä.)
26.2 Was sind kommunale, was gewerbliche, was Sonderabfälle?
Kommunaler Abfall: Privater Hausmüll und ähnliches fallen unter den kommunalen Abfall.
Des weiteren sind auch Fraktionen kleinerer Betriebe (Gaststätten, Handwerksbetriebe etc.)
noch als kommunaler Abfall zu bezeichnen. Darüber hinaus fallen unter diesen Begriff auch
noch Sperrmüll, Markt-, Park- und Gartenabfälle.
Gewerblicher Abfall: sind meist produktionsspezifische Abfälle (Bauabfälle, Asche,
Schlacken, Öl- und Kunststoffabfälle)
Sonderabfälle: überwachungsbedürftige Abfälle die gefährlich und/oder gesundheitsschädlich
und luft-, boden- und/oder Wasserschädlich sind.
26.3 Wie groß ist die mittlere jährliche Abfallmenge in der Bundesrepublik Deutschland?
Ca. 485 kg pro Einwohner
26.4 Nennen sie einige Wertstoffe im Hausmüll.
Weißbleche, Verbundstoffe, Glas, Kunststoffe
26.5 Was versteht man unter Sonderabfall? In welchen Gesetzen ist dieser Begriff verankert?
Sonderabfälle sind besonders überwachungsbedürftige Abfälle, die nicht gemeinsam mit dem
Hausmüll entsorgt werden dürfen. (AbfVerbG)
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 27.
27.1 Geben Sie einige Anmerkungen zum Unterschied zwischen geordneten und ungeordneten Deponien.
Geordnet: kontrollierte und geordnete Abfälle auf Dauer lagern (Hausmüll, Bauschutt)
Ungeordnet: Wilde Deponien (Müllablagerung behördlich nicht gestattet) dort ist kein Schutz
des Bodens und des Grundwassers vorgenommen worden.
27.2 Was wissen Sie über die verschiedenen Abbauphasen beim Abbau von Hausmüll? Wie
verändert sich in dieser Zeit die Deponiegaszusammensetzung?
In den ersten 5...15 Tagen findet die aerobe Zersetzung statt. (Abbauprodukte CH4, CO2)
Danach folgt die mehrere Monate dauernde anaerobe Zersetzung (saure Gärung) Daraus
resultiert eine H2 und CO2-Emission (H2-Emission hat dort ihr Maximum). Im Anschluss
daran folgt die anaerobe instabile Methangärung (auch alkalische Gärung genannt) die sich
nach einigen Jahren stabilisiert (1,5 bis 2 Jahre). Danach beginnt die stabile Methangärung,
die die Biomasse zu (hauptsächlich) Methan und Kohlendioxid abbaut
27.3 Aus was besteht im wesentlichen Deponiegas (mindestens zwei Hauptbestandteile)?
Methangas (CH4) 55...60%
Kohlendioxid (CO2) 40...45 %
27.4 Was wissen Sie über Verbrennung und Pyrolyse von Schadstoffen?
Verbrennung: Stoffumwandlung bei höheren Temperaturen (mind. 850 °C) und Anwesenheit
von Sauerstoff
Pyrolyse: Zufuhr von Wärme, jedoch in sauerstoffreduzierter Atmosphäre bei Temperaturen
von 250 °C....1100 °C. Hierbei bilden sich brennbare Gase und Öle, die weiter genutzt
werden können. (Pyrolyse = Entgasung)
27.5 Nennen Sie die Hauptziele der thermischen Behandlung von Abfällen.
Hauptziel ist die thermische Verwertung (Wärme, Strom, Dampf) aus der
Verbrennungsreaktion nach TA Siedlungsabfälle oder 17. BimSchV.
27.6 Halogenorganische Abfälle wurden als „Problemabfälle der Abfallwirtschaft" bezeichnet. Kommentieren Sie diese Aussage.
Hierbei sind Sonderabfälle gemeint, die in den Haushalten anfallen und ein Problem bei der
weiteren Entsorgung darstellen, meist werden sie über den Hausmüll entsorgt, in den sie
allerdings nicht hineingehören, da sie einer anderen schadstoffklasse angehören.
27.7 Was versteht man unter „Kompostierung"?
Kompostierung ist die Entsorgungsart, die vornehmlich aus nährstoffreicher Biomasse besteht
und mittels Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen zersetzt wird. Meist beinhalten
Kompostabfälle Pflanzenteile und verrottbares Material.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 28.
28.1 Was versteht man unter Recycling?
Recycling bedeutet: Im oder in den Kreislauf zurückführen. Aufbereitung und
Verwendung/Verwertung beschreiben das Gleiche. Sie stehen für erneutes Nutzen von
Materialien oder gebrauchten Produkten in den Produktions- oder Nutzungsprozessen, also
das Rückgewinnen von Rohstoffen aus Abfällen.
28.2 In welchen Bereichen der Industrie wird Recycling seit längerem mit Erfolg praktiziert?
Eisen- und Stahlgewinnung; Papier-, Pappe-, Glasabfälle, Aluminiumindustrie. Grüner
Punkt
28.3 Gehen Sie Argumente für und gegen Recycling.
Pro: Die benötigten Energiemengen und die Belastung der Umwelt ist geringer, als die
Summe der Belastung bei der Herstellung komplett neuer, gleicher Produkte aus
Primärrohstoffen und Deponierung oder Verbrennung der Abfälle.
Contra: Minderung der Produktqualität (gerade bei Kunststoffen), belastet die Umwelt
(Wasser, Luft) u.a.
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Fragen und Antworten - Umweltchemie
Kapitel 29.
29.1 Im Abfallgesetz gibt es die Begriffe „besonders Überwachungsbedürftige Abfälle",
„Abfälle im Sinne des § 2 Abs. 2 AbfG" und „gefährliche Abfälle". Erläutern Sie diese
Begriffe.
Besonders Überwachungsbedürftige Abfälle und gefährliche Abfälle sind ein und das selbe.
Der eine Begriff kommt aus dem europäischen Recht und der ander ist im nationalen Recht
die Beschreibung für Abfälle:
„...aus gewerblichen oder sonstigen wirtschaftlichen Unternehmen oder öffentlichen
Einrichtungen, die nach Art, Beschaffenheit oder Menge in besonderem Maße gesundheits-,
luft- oder wassergefährdend , explosibel oder brennbar sind oder Erreger übertragbarer
Krankheiten enthalten oder hervorbringen können...“
29.2 Was wissen Sie über den Aufbau und die Hauptziele der TA-Abfall?
In der Ta bfall steht das Verwerten über dem Ziel der Beseitigung. Des weiteren ist die
umweltschonende Entsorgung von Abfällen gefordert.
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