Anionen und Kationen im Wasser: Bedeutung und Einfluss

Anionen sind negativ geladene Ionen. Sie können aus verschiedenen Quellen stammen, einschließlich natürlicher Mineralien, Industrieabfällen, landwirtschaftlichen Düngemitteln und Abwasser. Zu den Anionen zählen beispielsweise Nitrat (NO₃^-), Nitrit (NO₂^-), Sulfat (SO₄^2-), Chlorid (Cl^-) und Carbonat (HCO₃^-, CO₃^2-).  

Kationen sind positiv geladene Ionen. Zu den wichtigsten gehören Ammonium (NH₄⁺), Calcium (Ca²⁺), Magnesium (Mg²⁺), Natrium (Na⁺) und Kalium (K⁺). Diese Kationen können aus Gesteinen, Boden, landwirtschaftlichen Düngemitteln und anderen menschlichen Aktivitäten stammen. Die Konzentration von Kationen im Wasser beeinflusst die Wasserhärte sowie die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Lebewesen, die im Wasser vorkommen.  

Die Analyse von Anionen und Kationen im Wasser ist entscheidend, um die Wasserqualität zu bewerten, potenzielle Verschmutzungen zu identifizieren und sicherzustellen, dass das Wasser für verschiedene Zwecke sicher genutzt werden kann. LADR Biofocus bietet einen umfassenden Überblick über Anionen und Kationen im Wasser.

Es gibt eine Vielzahl von Anionen und Kationen, die im Wasser vorkommen können. Die häufigsten sind:  

Nitrat (NO₃^-)/Nitrit (NO₂^-):

Nitrate sind Salze der Salpetersäure (HNO₃) und für Pflanzen ein wichtiger Nährstoff.  Pflanzen nehmen Nitrat aus dem Boden auf, wandeln es zunächst in Nitrit und dann in Ammonium um und nutzen den enthaltenen Stickstoff zum Aufbau lebenswichtiger organischer Verbindungen wie Aminosäuren und Proteine. 

Nitrit kann für Menschen, insbesondere für Säuglinge, gefährlich sein. Es kann das Hämoglobin in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) so verändern, dass diese keinen Sauerstoff mehr transportieren können. Dadurch bekommt der Körper zu wenig Sauerstoff. Säuglinge sind besonders betroffen, weil ihr Körper diese Veränderung noch nicht gut umkehren kann. Erwachsene haben dagegen einen Schutzmechanismus, der in der Regel gut funktioniert. 

Der Nitratgehalt im Wasser hängt also direkt mit dem Nitritgehalt zusammen. Die Europäische Union hat daher in ihrer EU-Grundwasserrichtlinie 2006/118/EG und EU-Trinkwasserrichtlinie einen Grenzwert von 50 Milligramm Nitrat pro Liter festgelegt. Diesen Wert hat auch Deutschland in seiner Trinkwasserverordnung übernommen. Der Grenzwert für Nitrit im Wasser liegt bei 0,50 Milligramm pro Liter.  

Weitere Informationen zum Nitrat im Grund- und Trinkwasser finden Sie auf der Webseite des Umweltbundesamtes: FAQs zu Nitrat im Grund- und Trinkwasser | Umweltbundesamt  

Ammonium (NH₄⁺)

Ammonium ist ein natürlicher Bestandteil des Stickstoffkreislaufes im Boden. So werden beim Zersetzen von toten Lebewesen oder Exkremten durch Mikroorganismen größere Mengen von Ammonium freigesetzt. Unter Sauerstoffverbrauch kann Ammonium zu Nitrat umgewandelt werden. Darüber hinaus kann Ammonium auch ökologische Auswirkungen haben. Hohe Ammoniumkonzentrationen im Wasser können das Wachstum von Algen fördern und zu Algenblüten führen. Diese Algenblüten können zu einer Verringerung des gelösten Sauerstoffs im Wasser führen, was sich negativ auf die aquatische Fauna auswirken kann.

Der Grenzwert für Ammonium liegt bei 0,50 Milligramm pro Liter. 

Sulfat (SO₄^2-)

Sulfat kommt in der Natur in Mineralien vor. Es besteht aus einem Schwefel- und vier Sauerstoffatomen. Dabei handelt es sich um Salze der Schwefelsäure. Es kann auf natürliche Weise durch den Kontakt des Wassers mit Gesteinen und Boden entstehen oder durch menschliche Aktivitäten wie Bergbau, industrielle Prozesse und landwirtschaftliche Praktiken in das Wasser gelangen.

Ein hoher Sulfatgehalt kann unangenehmen Geschmack und Geruch des Wassers verursachen. Darüber hinaus kann ein übermäßiger Verzehr von sulfathaltigem Wasser abführende Wirkungen haben und bei empfindlichen Personen Magen-Darm-Beschwerden auslösen.   

Der Grenzwert für Sulfat im Trinkwasser liegt laut Trinkwasserverordnung bei 250 Milligramm pro Liter. 

Um sicherzustellen, dass das Trinkwasser den geltenden Vorschriften entspricht und sicher für den menschlichen Verzehr ist, müssen die Wasserquellen regelmäßig auf ihren Sulfatgehalt getestet werden. Wasseraufbereitungsanlagen verwenden verschiedene Methoden, um den Sulfatgehalt zu überwachen und gegebenenfalls zu reduzieren, um sicherzustellen, dass das bereitgestellte Trinkwasser den Qualitätsstandards entspricht und für die öffentliche Gesundheit unbedenklich ist. LADR Biofocus berät Sie gerne. 

Chlorid (Cl^-)

Chlorid, das natürlicherweise in vielen Gewässern vorkommt, entsteht durch die Auflösung von Salzen, insbesondere von Natriumchlorid (NaCl), auch als Kochsalz bekannt, in Wasser. Während Chlorid normalerweise in geringen Mengen im Trinkwasser vorhanden ist und für den menschlichen Körper nicht schädlich ist, können erhöhte Konzentrationen auf potenzielle Probleme hinweisen.  
  

• Geschmack: Ein hoher Chloridgehalt kann dazu führen, dass das Wasser einen salzigen Geschmack und Geruch aufweist. Obwohl dies nicht gesundheitsschädlich ist, kann es die Trinkwasserqualität subjektiv beeinträchtigen und dazu führen, dass Menschen das Wasser weniger gerne trinken.  
• Gesundheitsrisiken: Obwohl Chlorid in normalen Konzentrationen für die meisten Menschen unbedenklich ist, können erhöhte Mengen für bestimmte Bevölkerungsgruppen problematisch sein. Personen mit Bluthochdruck oder Nierenerkrankungen müssen ihre Chloridaufnahme möglicherweise überwachen, da eine hohe Salzaufnahme den Blutdruck erhöhen kann. Zudem kann ein hoher Chloridgehalt im Trinkwasser bei Menschen mit bestimmten Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Nierenerkrankungen weitere Komplikationen verursachen.  
• Korrosion: Ein erhöhter Chloridgehalt im Wasser kann auch Korrosion in den Rohrleitungen verursachen. Dies kann zu einem erhöhten Gehalt an Schwermetallen wie Blei oder Kupfer im Trinkwasser führen, was wiederum gesundheitliche Risiken birgt.  

Außerdem sind Chloride ein Indikator für Versalzung im Boden und/oder Grundwasser. Die Trinkwasserverordnung legt einen Grenzwert für Chloride im Wasser bei 250 Milligramm pro Liter fest.  

Carbonat (CO₃^2-)

Carbonate sind Salze der Kohlensäure. Das bekannteste und häufigste Salz ist Calciumcarbonat (CaCO_₃), das in verschiedenen Formen in der Natur vorkommt, einschließlich Kalkstein, Kreide und Marmor.  

Carbonat ist ein wichtiger Bestandteil der Wasserchemie und spielt eine entscheidende Rolle in verschiedenen Umwelt- und industriellen Prozessen. So trägt Carbonat zur Regulierung des pH-Wertes bei. In wässrigen Umgebungen bildet sich eine Schutzschicht aus Carbonat auf der Metalloberfläche, die vor weiterer Korrosion schützt.  

Die wichtigsten Carbonatverbindungen sind Calcium- und Magnesiumcarbonat (MgCO₃). Sie sind in allen natürlichen Gewässern vorhanden. Im Trinkwasser ist allerdings die Konzentration von Calcium höher als von Magnesium. Beide Carbonatverbindungen werden auch als “Härtebilder” bezeichnet. Je mehr Calcium und Magnesium das Wasser enthält, desto härter ist es.

Die Wasserhärte wird in Europa in Millimol je Liter (mmol/l) definiert. Vielen dürfte aber auch noch die Einheit “Grad deutscher Härte” (°dH) bekannt sein.  

Quelle: L_2017180DE.01001601.xml (europa.eu)

In der Trinkwasserverordnung gibt es keine Grenz- oder Richtwerte für Carbonat oder die Härte des Wassers. Allerdings können Calcium- und Magnesiumcarbonat störende Kalkablagerungen verursachen. In Deutschland sind die Versorgungsunternehmen zudem verpflichtet den Verbraucherinnen und Verbraucher den Härtebereich jährlich mitzuteilen.  

Calcium (Ca²⁺)

Calcium ist ein Element, das häufig im Wasser vorkommt und für viele lebenswichtige Funktionen im menschlichen Körper wichtig ist. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Knochengesundheit, der Blutgerinnung, der Muskelkontraktion und der Signalübertragung zwischen Zellen.

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt für Erwachsene eine Calcium-Zufuhr von 1000 Milligramm pro Tag. Calcium gelangt auf natürliche Weise ins Wasser, beispielsweise durch Erosion von Gesteinen und Mineralien, insbesondere von Kalkstein. Zudem sind Calciumverbindungen wasserlöslich.  

Das Vorhandensein von Calcium im Trinkwasser kann positive Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Eine ausreichende Aufnahme von Calcium ist wichtig, um zum Beispiel Osteoporose zu verhindern. Darüber hinaus hat Calcium im Wasser auch Auswirkungen auf die Wasserqualität und den Geschmack.

Wasser mit einem höheren Calciumgehalt kann als "hartes Wasser" bezeichnet werden (siehe Carbonat). In der Trinkwasserverordnung gibt es keine Grenz- oder Richtwerte für Calcium oder die Härte des Wassers. 

Magnesium (Mg²⁺)

Magnesium ist ein sogenanntes Erdalkalimetall und ein Bestanteil von Mineralien. Auch im Meerwasser ist Magnesium gebunden. Magnesium ist ein wichtiger Mineralstoff für den menschlichen Körper. Es ist an über 300 biochemischen Reaktionen beteiligt und spielt eine wichtige Rolle für die Energiegewinnung, die Muskel- und Nervenfunktion und die Blutgerinnung. Anzeichen eines Mangels können Übelkeit, Erbrechen, Müdigkeit und allgemeine Schwäche sein.

Magnesium gelangt in der Regel auf natürliche Weise ins Wasser, wie durch Auswaschung der Gesteine.  

Magnesium trägt wie Calcium zur Gesamthärte des Wassers bei. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt einen Mindestgehalt von 12 Milligramm pro Liter Magnesium im Trinkwasser. In Deutschland gibt es keinen gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert für Magnesium im Trinkwasser. Beim Trinkwasser kommt es auf die Quelle und den Härtegrad an, härteres Wasser weist höhere Konzentrationen auf als weiches.  
 

Natrium (Na⁺)

Natrium ist ebenfalls ein Metall, das sehr reaktionsfreudig ist. Eine der bekanntesten Verbindungen ist Natriumchlorid, vielen besser bekannt als Kochsalz. Es kommt natürlicherweise im Wasser vor und ist ein wichtiger Bestandteil des menschlichen Körpers. Natrium gelangt auf natürlichem Weg in unser Trinkwasser, daher variiert der Natriumgehalt im Trinkwasser regional zwischen 18 und 80 Milligramm pro Liter. Das liegt an den geologischen Gegebenheiten.  

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt eine tägliche Natriumzufuhr von maximal 1500 Milligramm pro Tag für Erwachsene. Ein übermäßiger Verzehr von Natrium kann negative Auswirkungen auf den Blutdruck, das Herz-Kreislauf-System und die Nieren haben. Daher wird für Menschen mit Bluthochdruck, Nierenerkrankungen oder Herzinsuffizienz empfohlen, natriumarmes Wasser (weniger als 20 Milligramm pro Liter) zu trinken. Laut Trinkwasserverordnung liegt der Grenzwert bei 200 Milligramm Natrium pro Liter.

Auf vielen Mineralwasserflaschen steht daher der Zusatz “natriumarm” oder “für eine natriumarme Ernährung geeignet”. Dort liegt der Natriumwert unter 20 Milligramm pro Liter.  

Kalium (K⁺)

Kalium ist ein wichtiges Mineral u.a. für die Nerven- und Muskelfunktion des Körpers und kann helfen den Blutdruck zu regulieren. Im Trinkwasser kommt Kalium auf natürliche Weise vor und kann einen Beitrag zur Deckung des täglichen Bedarfs leisten. In Deutschland liegt der durchschnittliche Kaliumgehalt zwischen 2 und 12 Milligramm pro Liter. Durch Verwitterungsprozesse von kaliumhaltigen Gesteinen gelangt das Mineral in unser Grundwasser, aber auch die landwirtschaftliche Nutzung lässt Kalium ins Grundwasser gelangen.  

In Deutschland gibt es keinen Grenzwert für Kalium im Trinkwasser. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt einen maximalen Kaliumgehalt von 30 Milligramm pro Liter im Trinkwasser.