Lade Inhalt...

Uran im Trinkwasser. Ursachen, Wirkungen und Aufbereitungsmethoden

Facharbeit (Schule) 2017 21 Seiten

Chemie - Biochemie

Leseprobe

1 Projektinhalt
1.1 Einführung
1.2 Aufgabenstellung
1.3 Wissenschaftlicher und technischer Stand

2 Ausarbeitung
2.1 Allgemeines über Uran
2.2 Uran in Trink- und Grundwasser
2.3 Uraneintrag durch Düngung
2.3.1 Uraneintrag über Niederschlagswasser-Boden-Grundwasser
2.3.2 Uraneintrag durch Altlasten
2.4 Deutschlandweites Urankonzentrationskataster
2.5 Bayernweites Urankonzentrationskataster
2.6 Wirkungen auf den menschlichen Organismus
2.7 Auswirkung auf die Umwelt
2.8 Aufbereitungsmethoden von Uran im Rohwasser
2.8.1 Adsorption
2.8.2 Ionenaustauscher
2.8.3 Flockung- und Filtration
2.8.4 Membranfiltration
2.8.5 Kompositmaterial
2.9 Technische Umsetzung der Aufbereitungsmethoden
2.9.1 Adsorption
2.9.2 Ionenaustauscher
2.9.3 Flockung und Filtration
2.9.4 Membranfiltration

3 Auswertung des Projekts
3.1 Vergleich der Aufbereitungsmethoden
3.2 Vergleich von Urangehalten in Lebensmitteln
3.3 Fazit
3.4 Fazit aus den Katastern

4 Tabellenverzeichnis

5 Abbildungsverzeichnis

6 Literaturverzeichnis

1 Projektinhalt

1.1 Einführung

In der heutigen Zeit wird über sämtliche schädliche Umwelteinwirkung auf den menschlichen Organismus gesprochen, die Auswirkungen von Uran im Trinkwasser werden dabei aber oft außer Acht gelassen oder gänzlich verschwiegen. Mit diesem Projekt sollen daher Antworten auf Fragen wie „Woher kommt das Uran eigentlich?“, „Was für Auswirkungen auf die Umwelt und den Menschen hat dieses Schwermetall?“ und „Welche Möglichkeiten gibt es zur Reduzierung von Uran im Trinkwasser?“ gefunden werden. Deutschlandweite Untersuchungen von Trink- und Rohwässern durch das Bundesamt für Strahlenschutz sowie Leitungswasseruntersuchungen durch die Verbraucherschutzorganisation foodwatch zeigten, dass in Deutschland die Grenzwertkonzentration von 10 µg/L[[1] ] Uran in einzelnen zur Trinkwassergewinnung genutzten Rohwasser- und abgegebenen Trinkwasserproben überschritten worden ist.

1.2 Aufgabenstellung

Es wird eine differenzierte analytische Untersuchung zur Problemstellung „Uran im Trinkwasser“ erstellt. Die möglichen Ursachen für den Eintrag von Uran ins Trinkwasser werden dargestellt. Erläutert werden die Wirkungen auf den menschlichen Organismus und die Umwelt. Des Weiteren werden verschiedene Aufbereitungsmöglichkeiten dargestellt und verglichen.

1.3 Wissenschaftlicher und technischer Stand

Zur Trinkwasseraufbereitung von uranhaltigen Wässern liegen nur vergleichsweise wenige Erfahrungen und Untersuchungen vor. Der größte Teil der hierzu vorliegenden Untersuchungen wurde in den 1980iger Jahren durchgeführt. Insbesondere in den USA wurde in Folge des Zwischenfalls im Atomkraftwerk Harrisburg und des Reaktorunfalls in Tschernobyl entsprechende Forschungsvorhaben aufgelegt.[[2] ]

Zur Abwasserbehandlung bei Abbau von uranhaltigem Erz für die Atomindustrie werden heutzutage Ionenaustauscher eingesetzt.

2 Ausarbeitung

2.1 Allgemeines über Uran

Uran ist ein in den Gesteinen der Erdkruste natürlich vorkommendes Schwermetall mit einer mittleren Konzentration von 2-4 g/t. Überdurchschnittliche Konzentrationen finden sich z.B. in Graniten (4 g/t) aber auch in Ton- und Sandsteinen (bis 4,2 g/t).

Natürliches Uran ist radioaktiv und setzt sich aus den drei Isotopen U238, U235 und U234 zusammen. Beim radioaktiven Zerfall dieser drei Isotope wird Alpha-Strahlung freigesetzt, zusätzlich entsteht auch in geringem Umfang Gamma-Strahlung. U238 und U235 bilden jeweils das Anfangsglied einer radioaktiven Zerfallskette, so dass bei Anwesenheit von Uran auch die ebenfalls radioaktiven Tochternuklide (z.B. Ra226, Rn222, Pb210) vorkommen können[[3] ]. Diese Radionuklide werden im vorliegenden Projekt jedoch nicht betrachtet.

Bis vor wenigen Jahren wurde Radiotoxizität von Uran höher ein als seine chemische Toxizität eingestuft. Weitergehende Untersuchungen von Uran ergaben jedoch, dass die chemische Toxizität vordringlich zu betrachten ist.[[4] ]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Uranerz aus dem Bayerischen Wald[5]

In der Natur tritt Uran überwiegend in der +4- oder +6-wertige Form auf. In wässrigen Systemen ist auf Grund seiner besseren Löslichkeit nur noch Uran in der Oxidationsstufe VI von Bedeutung. Dieses bildet wegen seiner hohen Affinität zu Sauerstoff das Uranyl-Ion (), welches mit unterschiedlichen Liganden Komplexe bildet[[6] ]. Die vorherrschende Spezies ist das Uranyl-Carbonato-Komplex ().) im Nachfolgendem Text wird, verständnishalber nur noch von „Uran“ gesprochen. Unter diesen Bedingungen kann Uran bis zu einigen hundert μg/l im Wasser enthalten sein.

Durch Reduktion von der 6-wertigen zur 4-wertigen Stufe kann Uran aus wässrigen Lösungen wieder entzogen werden (z.B. durch Organismen, kohlige Substanzen (=kohlige Substanzen enthalten einen hohen Anteil an Kohlenstoff (bis zu 3%), der in Form von Graphit, Karbonaten und organischen Verbindungen, darunter Aminosäuren, vorliegen.) [ [7] ], Bitumina und Kohlen). Auch die Adsorption von Uran aus wässriger Lösung ist von großer Bedeutung (Tone, Bentonite (=ist ein Gestein, das eine Mischung aus verschiedenen Tonmineralien ist)[8]) ebenso wie Möglichkeit der Nutzung von Fällungsprozessen (z.B. durch Phosphate). Dieses so der wässrigen Lösung entzogene Uran besitzt jedoch die Eigenschaft, durch Änderung seiner Wertigkeit schnell wieder in Lösung zu gehen zu können.[[9] ]

2.2 Uran in Trink- und Grundwasser

Der Eintrag von Uran in das Grundwasser kann folgende Ursachen haben, welche im Weiteren erörtert werden:

- Uraneintrag durch Düngung
- Uraneintrag über Niederschlagswasser-Boden-Grundwasser
- Uraneintrag durch Altlasten (Uranabbau, Uranverarbeitende Industrie)

2.3 Uraneintrag durch Düngung

Rohphosphat enthält, in Abhängigkeit seiner Entstehung, Uran. Fast 90% des Rohphosphates wird für die Düngemittelherstellung verwendet. Die enthaltene Urankonzentration ist abhängig von der Lagerstätte, der Verarbeitung und der Aufschlussmethode.

Auch organische Dünger können Uran enthalten, wie z.B. Klärschlamm, Mist oder Gülle. Eine Abschätzung möglicher Uraneinträge aus verschiedenen Düngemitteln (ausgehend von

einer Düngung von 22 kg Phosphor/ha*a) ist anhand Tabelle 1 möglich.[[10] ]

Tabelle 1: Uraneinträge über Phosphor-Düngung mit verschiedenen Mehrnährstoffdüngern sowie Rindergülle und Klärschlamm[[11] ]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.3.1 Uraneintrag über Niederschlagswasser-Boden-Grundwasser

Durch jahrelange und witterungsbedingte Auswaschung aus Festgesteinsböden, wie sauren Magmatiten (=Gestein das durch Abkühlung einer Gesteinsschmelze/Magma entstanden ist) [ [12] ], Metamorphiten (=Gestein jeglicher Art das durch Änderung des Umgebungsdrucks bzw. der Umgebungstemperatur entstanden ist) [ [13] ], Tongesteinen sowie Kalk- und Mergelgestein (=Gestein das entsteht, wenn das feine Material (Ton, Schluff) abgelagert und gleichzeitig Kalk ausgefällt oder ebenfalls abgelagert wird.) [ [14] ], wurde Uran ins Grundwasser eingetragen und gelangte so durch Förderung aus dem Grundwasser zur Trinkwasserherstellung in den Wasserkreislauf.[[15] ]

2.3.2 Uraneintrag durch Altlasten

Der aktive Uranerzbergbau in Deutschland wurde 1990 eingestellt. Die von dem zwischen 1962 und 1990 betriebenen Uranbergbau betroffenen Gebiete werden seither saniert. Der Abbau der Uranlagerstätten konzentrierte sich auf ein kleines Gebiet in Sachsen und Thüringen. Durch die Sanierung wurden im Zeitraum zwischen 1999 und 2008 dadurch jährlich zwischen 2,2 und 4,5[[16] ] Tonnen Uran in die Oberflächenwässer eingetragen. In Bayern finden sich zwar auch Erzlagerstätten für Uran diese wurden jedoch nicht als abbauwürdig erachtet.

2.4 Deutschlandweites Urankonzentrationskataster

In Abbildung 1 ist die regionale Verteilung der Urankonzentrationen im Trinkwasser auf Basis von mehr als 4000 Einzelmessungen in Deutschland dargestellt. Die Messungen (Messstelle: Wasserhahn), wurden durch das Umweltbundesamt in den Jahren 2003 – 2008 durchgeführt. Man kann erkennen, dass sich erhöhte Werte hauptsächlich in den Mittelgebirgen finden. Der Großteil des Trinkwassers in Deutschland ist gar nicht bis niedrig belastet mit Uran.

Abbildung 2: Regionale Verteilung von Urankonzentrationen im Trinkwasser[[17] ]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.5 Bayernweites Urankonzentrationskataster

In Abbildung 2 sind die Uranwerte als Messpunkte dargestellt, wobei die Messwerte in übersichtliche Größenklassen zusammengefasst wurden. Es zeichnen sich markante Bereiche ab, in denen Uran im Grund- und Trinkwasser mit erhöhten Konzentrationen auftritt. Diese Bereiche sind farbig unterlegt hervorgehoben. Gut zu sehen ist hier, dass die Bereiche in der Fränkischen Alp, im Bayerischen Wald und im Fichtelgebirge ganze Bereiche mit erhöhten Urankonzentrationen sind.

[...]


[1] Bundesministeriums der Justiz und für Verbraucherschutz. (2001). Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung - TrinkwV 2001). Berlin.

[2] Bundesinstitut für Risikobewertung. (2007). Gemeinsame Stellungnahme Nr. 020/2007.

[3] Dr. Becker, C.,et al (2016). Untersuchungsprogramm zum vorkommen natürlicher Radionuklide im Grundwasser am Beispiel Bayern. Augsburg: Bayerisches Landesamt für Umwelt.

[4] Umweltbundesamt. (2013). Kurzbegründung des gesundheitlichen Grenzwertes der Trinkwasserverordnung. Dessau-Roßlau

[5] Kernenergie. (2017). Abgerufen am März 2017 von https://www.kernenergie.ch/upload/cms/user/Uranerz-big1.jpg

[6] Uran Projekt. (2009). Uranentfernung in der Trinkwasseraufbereitung. (im Folgenden Uran Projekt 2009)

[7] Okrusch, M., & Matthes, S. (2010). Mineralogie – Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. (8., vollständig überarbeitete, erweiterte und aktualisierte Auflage. Ausg.). Berlin-Heidelberg New York: Springer (im Folgenden Okrusch 2010)

[8] ebd Okrusch 2010

[9] Friedmann, L.,et al.(2007). Untersuchungen zum Vorkommen von Uran im Grund- und Trinkwasser in Bayern. Augsburg: Bayerisches Landesamt für Umwelt (im Folgenden: Friedmann 2007)

[10] Dienemann, C., & Utermann, J. (37/2012). Uran in Boden und Wasser. Dessau-Roßlau: Bundesumweltamt. (im Folgenden Dienemann 37/2007)

[11] ebd. Dienemann 37/2007

[12] Okrusch 2010

[13] Okrusch 2010

[14] Okrusch 2010

[15] Friedmann 2007

[16] Dienemann 37/2007

[17] Dienemann 37/2007

Details

Seiten
21
Jahr
2017
ISBN (eBook)
9783668599956
ISBN (Buch)
9783668599963
Dateigröße
1.1 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v384599
Note
1
Schlagworte
uran trinkwasser ursachen wirkungen aufbereitungsmethoden

Autor

Teilen

Zurück

Titel: Uran im Trinkwasser. Ursachen, Wirkungen und Aufbereitungsmethoden