Wasserchemie

Wasserchemie

Gliederung:

I. pH-Wert

II. Wasserhärte

III. Kohlendioxid/Carbonatsystem          

IV. Elektrische Leitfähigkeit

V. Stickstoffverbindungen

VI. Sauerstoff-Gehalt

VII. Phosphat

VIII. Eisen/Spurenelemente

IX. Schwermetalle/Metalle

X. Organische Wasserbestandteile

XI. Keimbelastungen

 

I. pH-Wert

Definition:Gibt die Konzentration der H+-Ionen (power der H+-Ionen) in Wasser an.

Einteilung:

Schematisch betrachtet kann sich das Wassermolekül H2O in ein Wasserstoffion H+ und ein Hydroxylion OH– aufspalten. In reinem Wasser passiert das in sehr geringem Umfang. Die Angabe des pH-Wertes ist dimensionslos.

0….1….2….3….4….5….6……..   7    ……..8….9….10…..11….12….13….14

sauer               neutral                    basisch

Neutraler pH-Wert:=7 Hier liegt eine gleiche Konzentration an H+-Ionen und OH-Ionen vor (jeweils 10-7 mol/l H+-Ionen und 10-7 mol/l OH–Ionen).

Saurer pH-Wert: 0-7 Je saurer ein Wasser ist, desto höher der Gehalt an H+-Ionen.

Basischer pH-Wert: 7-14 Je basischer ein Wasser ist, desto höher der Gehalt an OH-Ionen.

 

II. Wasserhärte

Definition:  Wasser  enthält  mehr oder  weniger große  Mengen an Calcium- und  Magnesiumsalzen. Hauptsächlich sind dies Carbonate und  Sulfate.  Daneben kommen  auch  noch andere  Salze vor,  die allerdings  bei  der  Wasserhärte  von untergeordneter  Bedeutung sind. Je  höher der  Gehalt eines Wassers  an Magnesiumcarbonaten und  -sulfaten  bzw. Calciumcarbonaten-  und -sulfaten  ist, desto härter ist das  Wasser, je geringer die Gehalte sind, desto weicher ist das Wasser.

Einteilung:

Man unterscheidet die  Carbonathärte (temporäre Härte), die durch die Konzentration  an Carbonationen  (CO32- ) bestimmt wird.  Die  permanente  Härte wird  durch  die Konzentration  an Sulfationen (SO42-)  bzw. und anderer Salzionen. Carbonathärte und permanente Härte bilden die Gesamthärte  (dGH: deutsche  Gesamthärte). Die Angabe der Gesamthärte erfolgt in Grad dGH.

Härtestufen dGH:

0-40 dGH: sehr weich

4-80dGH: weich

8-120dGH: mittelhart

12-180dGH: ziemlich hart

18-300dGH: hart

über 300dGH: sehr hart

 

III. Kohlendioxid/Carbonatsystem

Definition:   Kohlendioxid  (CO 2 )  liegt im  Wasser  gelöst  in unterschiedlicher Form vor. Und zwar in Abhängigkeit vom pH-Wert.

Einteilung:

pH   unter  6:   Kohlendioxid   und  Kohlensäure   (H 2  CO  3 ).

pH 7-8: Kohlendioxid geht in Hydrogencarbonat (HCO3- ) über.

pH  über 10:  Nur noch  Carbonate (CO 32- ) liegen  vor. Gelöstes Kohlendioxid ist nicht mehr vorhanden. Diese  pH-abhängigen  Übergänge  sind in  der  einen  wie in  der anderen  Richtung möglich.  Durch  Erhitzen von  Wasser  wird Kohlendioxid   ausgetrieben  und   somit  dem  Wasser   auch  die     Carbonathärte   entzogen  (siehe   Wasserhärte).   Die  Zuführung von Kohlendioxid wirkt aber auch pH-Wert erniedrigend.

Aspekte für die Aquaristik:

  • Das System Kohlendioxid/Carbonat ist elementar für die

Pufferung des Wassers, d.h., die Sicherung einer

pH-Wert-Stabilität in einem Wasser.

  • Kohlendioxid wird durch Atmungsvorgänge von Fischen,

Kleinlebewesen, Bakterien, aber auch von Pflanzen und Algen

freigesetzt und wirkt entsprechend auf das Wassermilieu ein.

  • Kohlendioxid ist ein wichtiger Baustein für die

Wasserpflanzen zu Wachstum.

 

IV.  Elektrische Leitfähigkeit

Definition:  Ist ein Maß für  Menge an geladenen Teilchen (Ionen)  in einem Wasser. Diese wird durch die Konzentrationen an gelösten Salzen bestimmt.

Einteilung:  Die Leitfähigkeit wird durch die  Wassertemperatur beeinflußt. Eine  Erhöhung der Wassertemperatur um  1 Grad Celsius  erhöht  die Leitfähigkeit um etwa 2 %.  Daher wird die Leitfähigkeit i.A. auf eine feste Temperatur bezogen (die meisten Messgeräte machen das automatisch).  Die Angabe erfolgt  in µS/cm (Mikrosiemens   pro  cm)   bzw.   mS/cm  (Millisiemens   pro  cm).

Unter 5 µS/cm: voll entsalztes Wasser.

100-1.000 µS/cm: Leitungswasser

um 50.000 µS/cm: Seewasser

Aspekte für die Aquaristik:

Der Salzgehalt eines Wassers wirkt entsprechend auf Fische und Pflanzen. Die Organismen (und deren einzelnen Gewebezellen) bilden ein geschlossenes System, in das Wasser und auch Ionen in gewissen Umfängen ein- und austreten können. Zu hohe Salzgehalte verursachen bei einem Süßwasserfisch einen Austritt von Wasser, der Fisch verdurstet quasi. Umgekehrt verhält es sich natürlich bei Seewasserfischen. Die Organismen sind auf ihre natürliche Umwelt angepaßt, wobei jedes Individuum in gewissem Umfang Abweichungen von den natürlichen Verhältnissen verträgt.

V. Stickstoffverbindungen Ammonium/Ammoniak, Nitrit, Nitrat

Ammonium/Ammoniak

Definition: Hierbei handelt es sich um die Stickstoffverbindungen

NH4+ (Ammonium) und NH3 (Ammoniak).

Herkunft/Zusammenhänge: Diese Stickstoffverbindungen entstehen im Allgemeinen aus  dem bakteriellen Abbau von  abgestorbenen Pflanzen-und Tierbestandteilen, aber auch durch Fischausscheidungen  und  Fischfutter.  Bei  pH-Werten unter  7,2 liegt Ammonium vor. Je  basischer der pH-Wert ist, bildet sich um so mehr Ammoniak. Die Angabe erfolgt in mg/l.

In Freigewässern  schwanken die Ammonium-Gehalte  von 0,1-3 mg/l.

Die Gehalte  sollten allerdings möglichst nicht  höher liegen, da sich  bei  höheren  pH-Werten  Ammoniak bildet.  Dies  ist  stark fischgiftig (Schwellenwert für Elritzen  z.B. 0,6 mg/l). In einem intakten  aquatischen System  mit  ausreichendem Sauerstoffgehalt wird Ammonium  aber relativ  schnell umgewandelt (Nitrifikation).

Aspekte für die Aquaristik:

  • Ammonium ist für Wasserpflanzen eine elementareStickstoffquelle zum Wachstum.

 

Nitrit/Nitrat

Definition: Hierbei handelt es sich um die Stickstoffverbindungen

NO2 (Nitrit) und N03 (Nitrat).

erkunft/Zusammenhänge:  Ammonium  wird durch  bakteriellen Abbau durch zwei  Bakteriengruppen im Zuge der  Nitrifikation zu Nitrit bzw. Nitrat abgebaut.

  • Nitritation: Ammonium zum Nitrit, erfolgt durch Nitrosomonas-Bakterien.
  • Nitratation: Nitrit zum Nitrat, erfolgt durch Nitrobacter-Bakterien.

Der  Zwischenschritt der  Nitritbildung ist in  intakten Systemen nur  von  kurzer Dauer. Beide Bakteriengruppen leben engräumig nebeneinander, und  Nitrit wird zu Nitrat  umgewandelt (Angabe in mg/l).

Kommt es zu einer Nitrit-Anhäufung, ist die Nitrifikation gestört (Giftstoffe, Sauerstoffmangel). Nitrit ist stark fischgiftig:

  • Bis 0,2 mg/l: unbedenklich.
  • Ab 0,5 mg/l: bedenklich
  • Ab 2,0 mg/l: für Fische tödlich

Nitrat ist prinzipiell nicht giftig. Es wirkt i.A. als gelöstes Salz, vor allem auf Pflanzen:

  •  Unter 10-20 mg/l: unbedenklich
  •  20-30 mg/l: noch erträglich
  • 30-50 mg/l: erste negative Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum möglich
  • Über 50 mg/l: ungünstig für Pflanzen (auch für Fische)

Aspekte für die Aquaristik:

  • Nitrat kann von Pflanzen zur Deckung ihres Stickstoffbedarfs genutzt werden.
  • Durch die Nitrifikation wird Sauerstoff verbraucht (ingesamt  für 1 mg Ammonium-Stickstoff werden 4,6 mg Sauerstoff verbraucht). Daher sollte das Aquarienwasser prinzipiell über einen ausreichenden Sauerstoffgehalt verfügen.
  • Nitrat häuft sich meist im Aquarienwasser an und muß daher entfernt werden. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten:Einsatz schnellwüchsiger Wasserpflanzen und regelmäßiges Herausschneiden und Einkürzen der Pflanzen. Wasserwechsel (wahrscheinlich  der am  häufigsten praktizierte     Weg)
  • Denitrifikation:  Bakterielle Entfernung des Nitrats  zu Stickstoffgas. Voraussetzung sind  strenge Sauerstoffabwesenheit und die  Gegenwart organischer Bestandteile. Kleinräumig kann es im Aquarium  im Kiesbereich zu solchen Prozessen kommen, auch in guten Filtersystem (z.B.  Rieselfiltern) ist es  möglich.  Häufig ist dieser Prozeß aber  im aquaristischen Bereich von untergeordneter Bedeutung.

Algen:  Stickstoffverbindungen sind  neben  dem Licht  häufig die Ursache für  unerwünschte Algenbildungen im  Aquarium. Algen sind     allgegenwärtig und  kommen bei für sie  günstigen Bedingungen zum auffälligen Wachstum.  Im Aquarium findet man bei hohen Nitratwerten meist Grünalgen (fädig oder als  grüner Belag) bzw. Blaualgen/Cyanobakterien  (als dunkelgrüner,  schmieriger Belag). Auch deswegen sollte der  Nitratgehalt im Aquarium deutlich unter 50 mg/l liegen.

Kurzfristige Hilfsmittel:

  • Verdunkelung
  •  mechanische Beseitigung
  • physikalisch/chemische   Mittel    (Kupfersulfat,   Zeolith)

 

VI.  Sauerstoff-Gehalt

Definition:  Die Konzentration an gelöstem  Sauerstoff im Wasser.

Einteilung:  Sauerstoff ist  die elementare Grundlage  für Fische und  Pflanzen.  Fische  brauchen permanent eine ausreichende Versorgung. Auch Pflanzen benötigen Sauerstoff, in der Nachtphase, wenn sie keine Photosynthese betreiben können (Prozess zum  Aufbau von  Pflanzengewebe  unter Nutzung  von Lichtenergie, Verbrauch von Kohlendioxid und Freisetzung von Sauerstoff). Daher hat man im Aquarium tagsüber meist keinen Sauerstoffmangel, unter ungünstigen Bedingungen  kann dieser allerdings nachts auftreten.

Die Angabe erfolgt in mg/l oder % Sättigung.

Die Sauerstofflöslichkeit ist temperaturabhängig,  je wärmer das Wasser,  desto geringer  ist der Sauerstoffgehalt  im Wasser:

  • Über 6 mg/l: günstig
  • Unter 5 mg/l: ungünstig
  • Unter 3-4 mg/l: meist tödlich für Fische

Aspekte für die Aquaristik:

  • Für die Sicherung einer ausreichenden Sauerstoffversorgung des Aquariums ist eine gute Filtertechnik zu empfehlen. Durch Zufuhr von Sauerstoff mittels einer Membranpumpe lässt sich ebenfalls viel bewirken. Je feiner die Blasen und je stärker die Wasserturbulenz und -umwälzung desto besser ist der Sauerstoffeintrag ins Wasser.
  • Unter Sauerstoffmangel kann es im Bodengrund zur Bildung von Schwefelwasserstoff (H2S) kommen, was sich durch fauligen Geruch und Schwarzfärbung im Untergrund bemerkbar macht (ungünstig für das Wassermilieu und Pflanzenwachstum)

 

VII. Phosphat

Definition: Phosphat PO4 3- ist die bedeutsame Verbindung, in der Phosphor gelöst im Wasser vorkommt.

Herkunft/Zusammenhänge:   Im  Allgemeinen  entstammt Phosphor  im Aquarium dem Abbau von  Pflanzen- und Tiergewebe,  aber auch aus dem Fischfutter (Angabe in mg/l).

Gehalte findet man meist zwischen 0,1 und 1 mg/l. Es kann aber zu Anreicherungen bis  zu 10  mg/l kommen. Phosphat  ist wichtig für das Pflanzenwachstum, hier sind Gehalte bis zu maximal 1 mg/l als sinnvoll zu betrachten. Toxische Auswirkungen sind nicht bekannt.

Höhere Gehalte fördern das Algenwachstum.

Aspekte für die Aquaristik:

  • Phosphat ist die wichtigste Phosphorquelle für Pflanzen für den Aufbau von Pflanzengewebe.
  • Zu hohe Gehalte (über 1 mg/l) wirken algenfördernd. Es gelten die gleichen Aspekte wie beim Nitrat.

 

VIII. Eisen/Spurenelemente

Definition: Eisen (Fe) kommt im Wasser meist in Spuren vor. Es liegt in sauerstofffreiem Wasser oder in saurem Milieu unter pH 3 als Eisen (II) (Fe2+) vor. Über pH 3 oder bei Sauerstoffgegenwart fällt es sehr schnell als Eisen (III) (Fe3+) aus.

Spurenelemente sind Wasserinhaltsstoffe, die häufig in geringeren Konzentrationen im Wasser vorkommen bzw. i. A. nicht giftig, aber für die Organismen zur Gewebebildung oder für biologische Prozesse außerordentliche Bedeutung haben (z.B. Mangan, Kalium, Jod, Natrium)

Aspekte für die Aquaristik:

Eisen ist ein wichtiger Aufbaustoff für die Pflanzen, zu Aufbau des Blattgrüns (Chlorophyll). Hierbei ist es allerdings nur als Eisen (II) für die Pflanzen verfügbar. Eisenmangel führt bei Pflanzen zum Bekannten Ausbleichen der Blätter (Eisenchlorose), verursacht durch den Abbau des Blattgrüns. Abhilfe schafft man durch regelmäßige Wasserwechsel und ggbfs. Zufuhr von Eisendünger. Im Dünger ist Eisen (II) gebunden meist als Eisencitrat enthalten. Diese Verbindung hat im Wasser eine ausreichende Beständigkeit und kann durch die Pflanzen entsprechend verwertet werden. Spurenelemente werden meist durch Wasserwechsel oder eine abwechselungsreiche Fütterung ausreichend dem Aquarium zugeführt.

 

IX.Schwermetalle/Metalle

Definition/Hintergründe: Schwermetalle bzw. Metalle treten häufig als  Spurenelemente  auf, können in  höheren Konzentrationen im Wasser  auch   giftig  wirken. Hier  die  für   die  Aquaristik wichtigsten Stoffe:

Kupfer: Kupfer kann durch Korrosionserscheinungen in Wasserleitungen  ins  Wasser   gelangen.  Auch  der  Einsatz  von Algenbekämpfungsmitteln  (Kupfersulfat)  als Quelle ist hier zu nennen. Kupfer ist ein starkes Fischgift (ab etwa 0,1 mg/l häufig tödlich auf Fische wirkend)

Blei: Blei  kann   wie  das  Kupfer   aus  alten  bleihaltigen Wasserleitungen  gelöst  werden (meist  in  Altbauten). Blei ist stark fischgiftig.

Quecksilber: Als potentielle Hauptquelle in der Aquaristik kommen hier  alte  Thermometer  in   Betracht.  Der  Grenzwert  für  den      Trinkwasserbereich  beträgt  0,001 mg/l,  und  kann  so auch  als Fingerzeig  für  die Giftigkeit  auf Fische gewertet  werden.

Aluminium: Vorsicht ist im aquaristischen Bereich mit dem Einsatz und  Hantieren  von aluminiumhaltigen  Geräten  (alte Löffel  zur      Medikamentenansetzung, alte Kescher) geboten. Aluminium ist stark fischgiftig  (bereits  Gehalte bis  0,1  mg/l) und  vor allem  im      sauren Milieu leicht wasserlöslich.

 

X.  Organische Wasserbestandteile

Definition/Hintergründe:  Organische  Bestandteile  und  Stoffe setzen  sich  im  Allgemeinen  aus einem  Kohlenstoffgrundgerüst, ergänzt  durch  Sauerstoff, Wasserstoff,  Stickstoff und  anderen Verbindungen   zusammen.  Gegenüber   anorganischen  Verbindungen (Salze, Schwermetalle) sind sie  meist schlecht oder gar nicht im Wasser  löslich,  können  dafür   aber  gut  in  pflanzlich  oder tierische  Gewebe  eindringen (fettlöslich).  Hier die  wichtigen Stoffe:

Pestizide:  Meist zur Schädlingbekämpfung eingesetzte Giftstoffe, die  über das  Leitungswasser ins  Aquarium gelangen  können. Sie  haben hier  natürlich auch fatale Auswirkungen.  Meist handelt es sich  um  chlorierte  Kohlenwasserstoffe.  Im  Trinkwasserbereich beträgt der  Grenzwert für Einzelstoffe 0,0001  mg/l, für mehrere Stoffe  zusammen  0,0005  mg/l.  Diese Stoffe  können  durch  den Einsatz von Aktivkohle entfernt werden.

Huminstoffe/Huminsäuren:  Entstammen i.A.  dem  Abbau organischer Gewebe  und sind  ein wichtiger  Wasserbestandteil (kennzeichnend für Schwarzwassersysteme).  Sie sind nicht  giftig, sondern haben große Bedeutung für  die Stabilität des Wassermilieus (Pufferung,      Ionenaustauschpotential) und  können toxische Stoffe „maskieren“. In  der Aquaristik  werden Huminsäuren auch  zur pH-Wertabsenkung eingesetzt.  Zudem wirken  sie positiv  auf die  Schleimhäute der Fische.

Phenole:  Belastungen  sind, wenn auch selten, über Leitungswasserzufuhr  aufgetreten. Phenole  sind  Nervengifte und schädigen bei  Fischen vor allem Kiemen,  Haut und innere Organe.

 

XI.  Keimbelastungen

Definition: Wasser kann im Allgemeinen bestimmte Konzentrationen an Bakterien und Mikroorganismen enthalten. Gehalte in natürlichen See- oder Flußsystemen sind häufig sehr keimarm. Im begrenzten System eines Aquariums liegen entsprechende Keimgehalte wesentlich höher, was individuell sich für Fische als Streßfaktor auswirken kann. Die Senkung der Keimzahl läßt sich im Aquarium durch Wasserwechsel und „gelegentliche“ Filterreinigung erreichen.

Eckhard Fischer, Aquarienverein Hildesheim

Stäbchentest für einzelne Untersuchungsparameter (hier von Aquarium Münster)

Elektrodengeräte für die Messung des pH-Wertes

Elektrodengeräte für die Messung des pH-Wertes mit Kalibrierlösungen pH 4 und pH7

Thermometer zur Erfasstung der Wassertemperatur

Analysenkoffer für Chemische Untersuchungsparameter (hier von JBL)

Analysenkoffer für Analysenkoffer für Chemische Untersuchungsparameter – Detailansicht Reagenzien (hier von JBL)

Analysenkoffer für Chemische Untersuchungsparameter – Detailansicht Reagenzien (hier von JBL)

Chemischer Untersuchungsparameter – Phosphat (hier von JBL)

Analysenkoffer für Chemische Untersuchungsparameter – Auswertung (hier von JBL)