Blei (Pb) und Wasser

Blei ist in Meerwasser in sehr geringem Maße enthalten (2-30 ppt). In Flusswasser liegt die Durchschnittskonzentration bei 0,3-30 ppb. Phytoplankton enthält circa 5-10 ppm Blei, bezogen auf die Trockenmasse, Süßwasserfische 0,5-1000 ppb und Austern 500 ppb.
 

Wie und in welchen Verbindungen reagiert Blei mit Wasser?

Unter normalen Bedingungen reagiert Blei nicht mit Wasser. An feuchter Luft läuft es allerdings an. An der Oberfläche des Metalls bildet sich eine dünne Schicht Bleioxid (PbO). Ist sowohl Luftsauerstoff, als auch Wasser vorhanden so kann metallisches Blei hiermit langsam zu Bleihydroxid reagieren:

2Pb(s)+ O₂(g) + 2H₂O(l) -> 2 Pb(OH)₂(s)
 

Wasserlöslichkeit von Blei und/oder seinen Verbindungen

Elementares Blei ist bei 20^oC und 1 bar in Wasser unlöslich. Es kann aber als PbCO₃ oder Pb(CO₃)₂^2- in gelöster Form auftreten. Ein bekanntes Beispiel für eine Bleiverbindung, die gut wasserlöslich ist, ist Bleizucker (Blei(II)-acetat), der seinen Namen aufgrund seines süßen Geschmacks erhielt.
Oft tritt Blei in Verbindung mit Schwefel, als Sulfid (S^2-), und Phosphor, als Phosphat (PO₄^3-) auf. Auf diese Weise gebunden ist Blei extrem unlöslich und bleibt immobil in der Umwelt.
In weichem, leicht saurem Wasser sind Bleiverbindungen im Allgemeinen besser löslich.

Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann

Wie kann Blei ins Wasser gelangen?

Früher wurden oft Wasserleitungen aus Blei verwendet. In Altbauten sind diese noch immer zu finden. Ein Teil des Bleis kann hierbei aus den Leitungen herausgelöst werden. Da Blei jedoch leicht in Form von Carbonat gebunden werden kann, wird bei härterem Wasser weniger Blei gelöst. An der Innenwand der Bleirohre bildet sich dann eine Schicht aus schwerlöslichem basischen Bleicarbonat. Diese bildet eine Schutzschicht für das darrunterliegende Blei. Bei den Römern füllte man an Festtagen die Wasserleitungen mit Wein, welcher diese Schicht löste und Bleizucker bildete. Das bereits erwähnte Blei(II)-acetat, welches gut in Wasser löslich ist, wurde trotz seiner Giftigkeit bis zum 19. Jahrhundert genutzt um Wein und andere Lebensmittel zu süßen.
Schon der Architekt Vitruvius (20 v. Chr.) erwähnte Wasserverunreinigung mit Blei beim Abbau von Bleierzen und warnte vor möglichen Gesundheitsfolgen. In Rom kam Blei als Nebenprodukt bei der Silberförderung frei.
Bleiweiß, basisches Bleicarbonat (2PbCO₃^.Pb(OH)₂), ist ein weißes Pigment. Es ist allerdings hochgiftig und wird deswegen kaum noch benutzt. Der Verkauf in Tuben ist in der EU inzwischen verboten.
Organisches Blei wird zur Herstellung von verschiedenen Erdölprodukten genutzt und anorganisches Blei zum Beispiel zur Produktion von Batterien und Farben. Ein großer Teil des in der Industrie verwendeten Bleis ist nötig zur Herstellung von Computer- und Fernsehbildschirmen. Auch als Antiklopfmittel in Brennstoffen kann Blei in Form von Tetra-Ethylblei Verwendung finden. Diese organische Bleiverbindung wird schnell in eine anorganische Form umgesetzt und kann anschließend ins Wasser, eventuell auch ins Trinkwasser gelangen. Die Freisetzung von Blei auf diesem Weg geht glücklicherweise immer weiter zurück.
In der Architektur wird Blei genutzt beim Bau von Dächern und Blei-Glas-Fenstern.
Im Allgemeinen stammt das meiste Blei, das in gelöster oder suspendierter Form schließlich ins Abwasser gelangt, aus Straßenabschwemmungen, Abwasserrohren und dem Erdboden.
 

Welche Umweltprobleme können durch Wasserverunreinigung mit Blei entstehen?

Blei und Bleiverbindungen gelten als giftig und umweltgefährdend. Ökotoxikologisch sehr wichtig sind vor allem Blei(II)salze und Organobleiverbindungen. Bleisalze fallen in die Wassergefährdungsklasse 2 (WGK2) und sind somit wassergefährdend. Dies gilt auch für Bleiverbindungen wie Bleiacetat, Bleioxid, Bleinitrat und Bleicarbonat.
Blei hemmt die Chlorophyllsynthese von Pflanzen, die jedoch noch einen relativ hohen Bleigehalt im Boden, nämlich bis zu 500 ppm, tolerieren. Bei höheren Konzentrationen wird das Pflanzenwachstum dennoch beeinflusst. Blei kann so in die Nahrungskette gelangen und ist deswegen in u.a. Pflanzenschutzmitteln verboten.
Es reichert sich in Lebewesen genau wie in Sedimenten und Klärschlämmen an. Das meiste Blei in Kläranlagen stammt wahrscheinlich aus Abschwemmungen von Straßen und Dächern.
Blei besteht aus vier natürlichen stabilen Isotopen. Es gibt außerdem 26 instabile Isotope.
 

Welche Gesundheitseffekte kann Blei im Wasser verursachen?

Der Bleianteil im menschlichen Körper liegt bei etwa 120 mg. Der Darm eines Erwachsenen absorbiert etwa 10-20 % des aufgenommenen Bleis. Folgen hoher Bleiaufnahme können Koliken, eine graue Hautfarbe und Lähmungen sein. Allgemein gesagt sind die Symptome einer Bleivergiftung vor allem neurologischer und reproduktionstoxischer Art. Während organisches Blei verantwortlich gemacht wird für Nekrose von Neuronen, ist anorganisches Blei der Auslöser für axonale Degeneration und Demyelinisation. Beide Arten von Bleiverbindungen können zerebrale Ödeme und Kongestion verursachen. Organische Bleiverbindungen gelten als gefährlicher, da sie schneller vom Körper aufgenommen werden. Organische Bleiderivate können krebserregend sein.
Frauen reagieren empfindlicher auf Blei als Männer. Es verursacht Menstruationsstörungen, Unfruchtbarkeit, spontane Fehlgeburten und erhöht das Risiko auf perinatalen Tod. Interessant ist, dass der Fötus deutlich empfindlicher auf Blei reagiert als die Mutter und diese daher vor den Auswirkungen von Blei zu schützen scheint. Früher wurde Blei als Antikonzeptivum, z.B. als Spermizid, und Abortivum verwendet.
Kinder nehmen im Verhältnis zu ihrem Körpergewicht mehr Blei auf und absorbieren auch mehr davon (circa 40%). Sie sind auch empfindlicher für die giftigen Effekte von Blei, die sich in einem niedrigeren IQ und Verhaltens- und Konzentrationsstörungen äußern.
Blei reichert sich im Knochengewebe an. Eine chronische Bleivergiftung wird auch Plumbismus genannt. Die schlimmste Form von Bleivergiftung ist die akute Enzephalophatie.
Die giftige Wirkung von Blei resultiert aus Reaktionen von Blei-Ionen mit freien Sulfhydryl-Gruppen von Proteinen, wie z.B. Enzymen. Diese werden inaktiviert. Außerdem kann es zu Wechselwirkungen mit anderen Metall-Ionen kommen.
 

Welche Wasserreinigungstechnologien können genutzt werden um Blei zu entfernen?

Zur Entfernung von Blei sind Koagulation, Sandfiltration und Ionenaustauscher sehr gute Möglichkeiten. Auch Aktivkohle kann verwendet werden und eventuell umgekehrte Osmose.

Die Trinkwassernormen von WHO, EU und Deutschland geben alle eine maximale Bleikonzentration von 0,01 mg/L vor. In der EU und in Deutschland werden bis 2013 nog 0,025 mg/L hantiert.

Trinkwassernormen im Vergleich

Quellenangaben

Zum Periodensystem der Elemente

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