Rückstände aus der Trinkwasseraufbereitung

• Natürliche Radionuklide im Rohwasser
• Rückstandsarten bei der Wasseraufbereitung
• Beseitigung oder Verwertung
• Rechtlicher Rahmen
• Expositionspfade und Expositionsszenarien
• Literatur

Natürliche Radionuklide im Rohwasser

Radionuklide der natürlichen Zerfallsreihen von Uran-238, Uran-235 und Thorium-232 sind in allen Gesteinen in Spuren anzutreffen. Wenn Rohwasser mit diesen Gesteinen in Kontakt kommt, lösen sich Radionuklide zu einem kleinen Teil aus dem Gestein heraus und gelangen in das Grundwasser.

Die Aktivitätskonzentration hängt entscheidend von der Gesteinsart und deren chemischer Zusammensetzung ab. Die Studie Strahlenexposition durch natürliche Radionuklide im Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland des Bundesamtes für Strahlenschutz (BfS) bestätigte dies. Die Tabelle zeigt einen Auszug der Ergebnisse:

Medianwerte (Med) und Maximalwerte (Max) der Aktivitätskonzentrationen häufig vorkommender natürlicher Radionuklide im Rohwasser in Millibecquerel pro Liter, abhängig von der Gesteinsart der wasserführenden Grundwasserschicht (Strahlenexposition durch natürliche Radionuklide im Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland)

Gesteinsart	U-238		Ra-226		Pb-210		Po-210		Ra-228
	Med	Max	Med	Max	Med	Max	Med	Max	Med	Max
Basalt	<0,74	5,7	1,0	2,8	1,9	20	0,99	5,6	<0,81	5,4
Gneis	<0,74	15	2,2	7,0	7,8	29	1,8	8,3	4,3	7,8
Granit	1,2	53	12	98	9,5	70	2,0	19	11	29
Kalkstein	6,0	210	5,9	160	3,2	23	1,3	18	5,4	110
Sand	3,6	120	7,1	36	2,1	18	1,3	19	6,7	46
Schiefer	1,1	97	2,6	27	2,1	19	1,8	9,4	3,7	26
Sandstein	17	590	12	380	3,6	31	2,9	630	9,3	210
sonstiges Gestein	2,5	620	8,0	300	4,1	270	2,0	410	7,5	130

Die Aktivitätskonzentration der Radionuklide im Rohwasser ist zudem abhängig von

• dem Redox-Potential,
• dem pH-Wert im Rohwasser und
• der Löslichkeit der Radionuklide.

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Rückstandsarten bei der Wasseraufbereitung

Um die Vorgaben der Trinkwasserverordnung einzuhalten, müssen Rohwässer gegebenenfalls zu Trinkwasserqualität aufbereitet werden. Zur Entfernung von Störstoffen wendet man je nach chemischer Zusammensetzung des Wassers unterschiedliche Verfahren zur Wasseraufbereitung an. Die dabei anfallenden Rückstände sind nach einer Definition^[1] des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) hauptsächlich

• eisenhaltige Schlämme,
• kalkhaltige Schlämme,
• Flockungsschlämme,
• Aktivkohle und
• Siebgut.

Weitere Rückstände können beim Austausch von Filtermaterial (zum Beispiel Filtersand/Filterkies) oder speziellen Absorberharzen sowie beim Anlagenrückbau (zum Beispiel Rohre mit Ablagerungen) anfallen.

Bisher wurden bei der Trinkwasseraufbereitung Radionuklide normalerweise nicht gezielt entfernt. Trotzdem können sich diese in einem Teil der Rückstände über das natürliche Niveau von Böden und Gesteinen hinaus anreichern. Im Oberflächenwasser ist die Konzentration natürlicher Radionuklide geringer als im Grundwasser; deshalb sind vor allem bei der Aufbereitung von Grundwasser Rückstände mit erhöhten Radionuklidgehalten zu erwarten.

Medianwerte (Med) und Maximalwerte (Max) der Aktivitätskonzentrationen häufig vorkommender natürlicher Radionuklide im Oberflächenwasser und im Grundwasser in Millibecquerel pro Liter (Strahlenexposition durch natürliche Radionuklide im Trinkwasser in der Bundesrepublik Deutschland)

Wasserart	U-238		Ra-226		Pb-210		Po-210		Ra-228
	Med	Max	Med	Max	Med	Max	Med	Max	Med	Max
Grundwasser	5,4	620	8,4	380	2,7	82	1,6	630	7,8	210
Oberflächen-Wasser	1,3	39	4,3	32	2,2	29	1,6	19	4,2	42

Bisher sind bei Rückständen aus der Aufbereitung von Grundwasser zu Trinkwasser erhöhte Radionuklidgehalte in

• Eisenschlämmen und Kalkschlämmen aus der Entsäuerung sowie
• in Austauschharzen, Aktivkohle und Filterkiesen aus der Enteisenung/Entmanganung

bekannt. Bei Thermalwasserquellen wurde zudem von radionuklidhaltigen Inkrustationen berichtet.

In den vor allem bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser anfallenden Flockungsschlämmen und im Siebgut sind keine erhöhten Radionuklidgehalte zu erwarten.

Der DVGW hat mit dem Arbeitsblatt W256^[2] Hinweise und Hintergrundinformationen zu Vorkommen, Verwertung und Entsorgung von radionuklidhaltigen Rückständen in der Wasserversorgung veröffentlicht.

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Beseitigung oder Verwertung

Nach dem Kreislaufwirtschaftsgesetz ist die Verwertung gegenüber einer Beseitigung vorzuziehen. Allerdings entfällt bei einer Gefahr für Mensch und Umwelt der Vorrang zur Verwertung. Von den oben aufgeführten Rückständen können

• Eisenschlämme,
• Kalkschlämme aus der Entsäuerung und
• Filterkiese

grundsätzlich wiederverwertet werden. Der DVGW empfiehlt in seinem Merkblatt W221-3^[1] für diese Rückstände verschiedene Verwertungsmöglichkeiten:

• Eisenschlämme werden in der Umwelttechnik verwendet, um den Gehalt an Schwefelwasserstoff und Phosphat zu senken. Außerdem kommen sie in der Ziegelindustrie und in der Zementindustrie sowie bei der Herstellung von Pflanzgranulat als Sekundärrohstoff zum Einsatz. In der Vergangenheit wurden etwa 35 Prozent der Eisenschlämme deponiert; aus abfallrechtlichen Gründen wird dieser Anteil in Zukunft voraussichtlich sinken.
• Kalkschlämme aus der Entsäuerung werden zur Verbesserung ("Melioration") des pH-Wertes im Boden in der Land- und Forstwirtschaft ausgebracht. Die Verwertung dieser Rückstände - etwa bei der Herstellung von Kalk und Zement oder zur Herstellung künstlicher Bodensubstrate – ist denkbar.
• Da Filterkiese aus der Enteisenung und Entmanganung über mehrere Jahre bis Jahrzehnte im Wasserwerk im Einsatz bleiben, fallen diese nur selten als Rückstand bei den Wasserversorgern an. Deshalb haben sich für diese Rückstände keine festen Entsorgungswege durchgesetzt. Von Einzelfällen ist bekannt, dass die Kiese zur Inbetriebnahme neuer Filteranlage in anderen Wasserwerken oder im Straßenbau eingesetzt werden. Zudem könnten sie im Landschafts- und Wegebau verwertet werden. Informationen zur Menge der verwerteten oder deponierten Rückstände sind nicht veröffentlicht und liegen auch dem DVGW nicht vor.

Für Ablagerungen ist bisher keine Verwertungsoption bekannt, während Aktivkohle und Absorberharze aufgrund des hohen Kohlenstoffanteils grundsätzlich thermisch verwertbar sind.

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Rechtlicher Rahmen

Anfang 2014 veröffentlichte die Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM) europäische Grundnormen zum Strahlenschutz. Darin werden Rückstände aus Grundwasserfilteranlagen als ein relevanter Industriezweig eingestuft. Die EURATOM-Mitgliedsländer sind verpflichtet, diese Regelungen in nationales Recht umzusetzen.

Strahlenschutzgesetz und Strahlenschutzverordnung

In Deutschland erfolgte dies im Jahr 2017 mit dem Strahlenschutzgesetz. Ergänzend hierzu wurde die Strahlenschutzverordnung im Jahr 2018 überarbeitet. Beide gesetzlichen Regelungen sind seit dem 31.12.2018 in Kraft.

In der Anlage 1 zum Strahlenschutzgesetz werden Filterkiese, Filtersande und Kornaktivkohle erstmals in der Liste der zu berücksichtigenden Rückstände mit aufgeführt und unterliegen somit den Regelungen des Strahlenschutzgesetzes.

Weitere Vorgaben

Sofern Rückstände aus Wasserwerken in Bauprodukten wiederverwertet werden, sind zudem die Vorgaben der europäischen Empfehlung zur natürlichen Radioaktivität in Baumaterialien einzuhalten, nach der von handelsüblichen Baustoffen keine erhöhte Strahlenexposition für die Bevölkerung ausgehen sollte. Im Strahlenschutzgesetz sind auch Regelungen für Bauprodukte niedergelegt, die ebenfalls zum 31.12.2018 in Kraft traten.

Weiterhin ist zu prüfen, ob die geplante Verwertung oder Beseitigung abfallrechtlich zulässig sind. Insbesondere bei einer Verwertung im Landschaftsbau oder im Straßenbau sind die Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) zum Auslaugverhalten von mineralischen Reststoffen zu berücksichtigen.

Für den Transport von Materialien muss das Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) eingehalten werden.

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Expositionspfade und Expositionsszenarien

Je nach Menge, Radionuklidgehalt im Rückstand und Entsorgungsvariante können Beschäftigte - in Wasserwerken oder bei Entsorgungs- beziehungsweise Verwertungsfirmen - beim Umgang mit Rückständen aus Wasserwerken einer erhöhten Strahlenexposition ausgesetzt sein. Ob tatsächlich eine erheblich erhöhte Strahlenexposition (mehr als einem Millisievert pro Jahr zusätzlich zur natürlichen Umweltradioaktivität) für Beschäftigte zu befürchten ist, lässt sich anhand einer Dosisabschätzung ermitteln. Bei einer Dosisabschätzung sollten die Situationen

• Aufenthalt der Beschäftigten in Räumen, in denen Rückstände lagern,
• Umgang mit den Rückständen bei Lagerung, Verwertung, Transport oder Beseitigung und
• Wartung beziehungsweise Reinigung von Betriebsanlagen

betrachtet werden. Aus Sicht des Strahlenschutzes sind dabei die Expositionspfade

• äußere Gammastrahlung,
• Inhalation von Staub und
• Inhalation von Radon und Radonzerfallsprodukten

zu berücksichtigen.

Weiterhin können bei einer Deponierung oder einer Verwertung im Straßenbau und vor allem im Landschaftsbau Radionuklide aus den Rückständen mit dem Sickerwasser freigesetzt und ins Grundwasser eingetragen werden. Für die Allgemeinbevölkerung ergibt sich bei einer Nutzung dieses Grundwassers unter Umständen ein zusätzlicher Expositionspfad. Die Verwendung beeinträchtigten Grundwassers aus einem Privatbrunnen zu Trinkwasserzwecken oder zur Beregnung ist daher bei einer Dosisabschätzung zwingend zu berücksichtigen.

Abschätzung der Strahlenexposition für Beschäftige in Wasserwerken, bei Entsorgungsbetrieben und bei Verwertern

In verschiedenen Studien wurde für den Umgang mit Eisen-, Mangan- und Kalkschlämmen die Strahlenexposition für Beschäftige in Wasserwerken, bei Entsorgungsbetrieben und bei Verwertern abgeschätzt ("Ermittlung von Arbeitsfeldern mit erhöhter Exposition durch natürliche Radionuklide und überwachungsbedürftige Rückstände – Rückstände aus der Trinkwasseraufbereitung, Teil I und Teil II"). Im Ergebnis ist selbst unter ungünstigen Annahmen eine Überschreitung des Dosisrichtwerts für die Bevölkerung von einem Millisievert pro Jahr nicht zu befürchten. Aus den bisher veröffentlichten Aktivitätsgehalten zu Aktivkohle und Inkrustation aus Wasserwerken ist ebenfalls keine erhöhte Strahlenexposition für die Bevölkerung abzuleiten.

Bei der Entsorgung oder Verwertung von Filterkiesen aus der Manganentferung/Eisenentfernung sowie von hochbeladenen Austauschharzen, die bei der gezielten Entfernung von Uran entstehen, kann eine Überschreitung des Dosisrichtwertes nach bisherigem Kenntnisstand unter ungünstigen Umständen nicht gänzlich ausgeschlossen werden. In diesen Fällen wird eine Einzelfallbetrachtung empfohlen. Sollte nach dieser Prüfung der Dosisrichtwert tatsächlich überschritten sein, ist in diesen Fällen zu klären, welche Maßnahmen zur Dosisminderung mit vertretbarem Aufwand eingeführt werden können. Hierzu zählen beispielsweise das Tragen persönlicher Schutzausrüstung oder die Suche nach alternativen Entsorgungswegen.

Berechnungsvorschriften

Das BfS erstellt aktuell Berechnungsvorschriften, mit denen sich die effektive Dosis für Beschäftigte und Personen der Bevölkerung aufgrund einer Exposition durch NORM-Stoffe abschätzen lässt (Berechnungsgrundlagen NORM). Bis zur Fertigstellung dieser Berechnungsvorschrift bietet das BfS Empfehlungen für eine vereinfachte Abschätzung der Strahlenexposition für Beschäftigte und Personen der Bevölkerung an.

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Literatur

[1] DVGW (2000): Rückstände und Nebenprodukte aus Wasseraufbereitungsanlagen; Teil 3: Vermeidung, Verwertung und Beseitigung. DVGW-Arbeitsblatt W221-3

[2] DVGW (2020): Radionuklidhaltige Rückstände aus der Aufbereitung von Grundwasser – Bewertung und Entsorgung. DVGW-Arbeitsblatt W256