Phosphor im Trinkwasser

Phosphor ist ein sehr reaktionsfreudiges chemisches Element der fünften Hauptgruppe. Es kommt es in der Natur nicht in reiner Form vor, sondern immer als Phosphorverbindung. Typische Phosphorverbindungen sind Apatite, insbesondere Fluorapatit, Phosphorit, Wavellit, Vivianit oder der Türkis.

In Mineralien stecken Salze des Phosphors und in Organismen kommt es in Form von Estern vor. Der Phosphorkreislauf bezieht sich auf die ständige Umwandlung und Zersetzung von Phosphor in Phosphate und wieder zurück. Phosphor ist für den menschlichen Organismus ein essenzieller Nährstoff, der für die Knochen und Zähne wichtig ist. Zudem spielt er eine große Rolle bei der Zellkommunikation und ist Bestandteil der DNS. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt 700 mg Phosphor pro Tag für einen Erwachsenen.

Vorkommen/Häufigkeit und Grenzwerte

Der Anteil von Phosphor an der Erdkruste beträgt nur 0,12 Prozent. Angesichts der Tatsache, dass Phosphor für die Industrie ein wichtiger Rohstoff ist, ist das sehr wenig. Phosphorknappheit macht sich bereits heute bemerkbar. Denn Phosphor ist einer der nicht ersetzbaren Rohstoffe.

Elementaren Phosphor gibt es in vier verschiedenen Modifikationen, die von der Anordnung der Atome abhängen:

• Weißer oder gelber Phosphor lässt sich aus Apatit herstellen, dessen Phosphoranteil besonders hoch ist.
  
  Weißer Phosphor leuchtet im Dunkeln. Daher kommt auch der Begriff phosphoreszierend. Dabei kommt es zu einem Oxidationsprozess, in dem sich P₂O₃ an der Luft in P₂O₅ umwandelt. Bei diesem Prozess entsteht Energie, die in Form von Licht und Wärme freigesetzt wird.

Info: Weißer Phosphor entzündet sich bei einer Temperatur von 50 °C. Deshalb ist es wichtig, weißen Phosphor unter Luftabschluss zu lagern. Brennt weißer Phosphor, lässt er sich kaum löschen. Auf menschlicher Haut entstehen sehr schwere Verbrennungen. Verheerende Beispiele dafür sind die Verletzungen nach dem Einsatz von Phosphorbrandbomben. Roter Phosphor entzündet sich erst bei mehr als 300 °C.

• Roter Phosphor entsteht aus weißem Phosphor durch längeres Erhitzen auf Temperaturen von mehr als 250 °C. Wird der rote Phosphor weiter erhitzt, entsteht
• Violetter Phosphor
• Schwarzer Phosphor entsteht ebenfalls aus weißem Phosphor, und zwar unter Einsatz von hohem Druck.

Phosphor findet Verwendung in Düngemitteln, in der Pyrotechnik und in der Lebensmittelindustrie, wo er Nährstoff und Konservierungsstoff ist.

In der deutschen Trinkwasserverordnung war Phosphor von 1990 bis 2001 mit einem Grenzwert aufgeführt. Das Wasser durfte nicht mehr als 6,7 mg/l Phosphor enthalten. Danach gab es keinen Grenzwert mehr, auch in der neuen Trinkwasserverordnung von 2023 taucht es nicht wieder auf.

Woher kommt der Schadstoff? Wie gelangt er ins Trinkwasser?

Zum einen ist Phosphor natürlich in Gesteinen vorhanden, von wo aus es durch Einsickerung seinen Weg ins Grundwasser findet. Wie hoch der natürliche Phosphorgehalt des Grundwassers ist, hängt vom umliegenden Gestein ab. Zum anderen gelangt Phosphor über die Bodendüngung und die Kanalisation ins Grundwasser und auch in Oberflächengewässer, von wo aus es seinen Weg ins Trinkwasser findet.

Besonders hoch ist die Bedeutung der Landwirtschaft für die Phosphormenge im Wasser. Weltweit zählt sie zu den größten Verbrauchern. Aber auch die Ausscheidungen von Menschen und Nutztieren enthalten erhebliche Mengen an Phosphor. Darüber gelangt das Element in die Abwässer und dadurch wieder in den Wasserkreislauf.

Manchmal werden auch die Leitungen ganz gezielt mit Phosphor behandelt, was der Gefahr von Ablagerungen und Korrosion entgegenwirkt. Zudem sind Moorböden und humusreiche Böden ebenfalls reich an Phosphor. Die Bodenerosionen führen dazu, dass das Element ins Grundwasser gelangt.

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Wie lässt er sich reduzieren?

Da es für Phosphor keinen Grenzwert gibt, kann das in einigen Regionen ein Problem darstellen, wenn der Phosphorgehalt des Bodens und der umgebenden Gesteine hoch ist. Wenn Sie den Verdacht haben, dass der Phosphorgehalt Ihres Trinkwassers zu hoch ist, können Sie einen entsprechenden Test durchführen lassen. Bestätigt sich der Verdacht, gibt es spezielle Filter, die Phosphor aus dem Wasser entfernen. Nicht alle im Wasser gelösten Phosphorverbindungen lassen sich ohne Weiteres aus dem Wasser entfernen. Sie benötigen einen Ionenaustauscher mit speziellen Phosphatabsorbern wie Zeolith oder granuliertes Eisen(III)-hydroxid.

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Wie schädlich ist Phosphor für den Mensch und die Umwelt?

Nur Phosphor im Trinkwasser allein ist nicht ausreichend, um eine schädliche Wirkung zu entfalten. Allerdings nehmen Menschen mit der Nahrung sehr viel Phosphor auf, weil es ein beliebter Zusatzstoff ist. Es steckt in Fleisch-, Wurst- und Backwaren, in Cola-Getränken, Pudding und Babybrei. Es macht den besonderen Schmelz im Schmelzkäse und ist zudem Weichmacher und Konservierungsstoff.

Für gesunde Menschen ist es kein Problem, das überschüssige Phosphor wieder auszuscheiden. Wer unter einer eingeschränkten Nierenfunktion leidet, zählt genauso zur Risikogruppe wie Säuglinge und Kleinkinder. Auch Kinder und Jugendliche, die viel Fast Food essen oder sich von stark phosphorhaltigen Lebensmitteln ernähren, zählen zur Risikogruppe.

Wer über längere Zeit zu viel Phosphor aufnimmt, kann Probleme mit der Knochenfestigkeit bekommen, denn Phosphor hemmt die Wirkung von Vitamin D und es entzieht den Knochen Kalzium. Zu viel Phosphor wirkt sich auch auf den Blutkreislauf aus, wodurch das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall steigt. Weitere gesundheitliche Folgen ist die schnellere Alterung von Muskeln und Hautgewebe.

Weißer Phosphor wirkt ab einer Menge von 50 mg tödlich, wobei der Tod erst nach einigen Tagen eintritt. Das erschwert die Ermittlung der Todesursache erheblich.

Info: Weißer Phosphor war lange Zeit als Gift beliebt. Erst durch den Chemiker Eilhard Mitscherlich hat sich das im 19. Jahrhundert geändert. Mit seiner neuen Methode war plötzlich Phosphor im Magen nachweisbar.

Phosphor ist in der Natur ein essenzieller Nährstoff für Tiere und Pflanzen. Grundsätzlich sind Phosphor und seine Verbindungen ungiftig. Die Organismen brauchen es, um die sogenannten Phospholipide aufzubauen, die für den Aufbau der Zellmembranen, Nukleinsäuren und vielen weiteren Verbindungen notwendig sind.

Pflanzen enthalten etwa drei Prozent Phosphor, bezogen auf die Trockenmasse. Ein Phosphormangel macht sich in Wachstumshemmungen und ungewöhnlich dunkelgrün bis blauviolett gefärbten Blättern bemerkbar.

Ist der Boden mit Phosphor gesättigt, gelangt das Mineral in tiefere Bodenschichten und ins Grundwasser. In Gewässern kann es zu schwerwiegenden Umweltproblemen kommen. Algen blühen auf und wenn die großen Mengen Algen absterben, verbraucht dieser Prozess sehr viel Sauerstoff. Das hat zur Folge, dass viele Wasserorganismen absterben. Das verstärkte Wachstum der Algen trübt die Deckschicht und es kann nicht mehr so viel Licht in das Wasser eindringen. Das schränkt die Photosynthese ein und Zooplankton vermehrt sich stark.

Ist der Phosphoreintrag in den biologischen Kreislauf nur kurzfristig erhöht, hat das keine Langzeitfolgen. Kritisch wird es erst, wenn kontinuierlich zu viel Phosphor vorhanden ist. Dann sinkt der Sauerstoffgehalt in den Schichten in Bodennähe gegen null ab. Dort vermehren sich Bakterien, die keinen Sauerstoff benötigen. Ihre Stoffwechselprodukte sind toxisch, beispielsweise Ammoniak.

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