Lithium (Li) und Wasser

Lithium in Wasser: Vorkommen, Chemie, Gesundheit und Wasseraufbereitung

Lithium kommt in manchen Grund- und Oberflächenwässern natürlich vor, meist als gelöste Lithiumionen (Li⁺). Die Konzentrationen variieren je nach örtlicher Geologie und Wasserchemie. Wenn metallisches Lithium mit Wasser reagiert, ist dies eine andere Situation als bei Lithiumionen, die bereits im Wasser einer Wasserversorgung vorhanden sind.

Kleine Stücke Lithiummetall reagieren an der Wasseroberfläche in einem Laborbecher; eine behandschuhte Hand hält eine Pinzette. — Illustration der Reaktion von Lithiummetall mit Wasser; gelöste Lithiumionen im natürlichen Wasser sind eine andere Form.

Wie kommt Lithium in Wasser vor?

Durch die Verwitterung lithiumhaltiger Minerale kann Lithium ins Grundwasser gelangen. Es kommt auch in manchen salzhaltigen Wässern und Solen vor. Die Konzentrationen unterscheiden sich zwischen Grundwasserleitern und können durch die Gesteinsart, den Kontakt zwischen Wasser und Gestein, Verdunstung und die Vermischung mit salzhaltigem Wasser beeinflusst werden. Auch Bergbau sowie die Verarbeitung und Entsorgung lithiumhaltiger Produkte können je nach örtlichen Bedingungen zur Freisetzung beitragen.

In natürlichen Wässern liegt Lithium im Allgemeinen als gelöstes Li⁺-Ion und nicht als metallisches Lithium vor. Sein Transport und seine Wechselwirkungen mit Mineralen hängen von der Wasserchemie ab, einschließlich des Salzgehalts und des Vorhandenseins anderer Ionen.

Wie reagiert metallisches Lithium mit Wasser?

Elementares metallisches Lithium reagiert mit flüssigem Wasser unter Bildung von Lithiumhydroxid und Wasserstoffgas:

2 Li(s) + 2 H₂O(l) → 2 LiOH(aq) + H₂(g)

Diese Gleichung beschreibt metallisches Lithium, nicht gelöstes Li⁺ in Grundwasser, Flüssen oder Trinkwasser. Metallisches Lithium ist nicht die Form, in der Lithium normalerweise in natürlichen Wässern vorkommt.

Verhalten in der Umwelt

Lithium kommt in vielen Gesteinen und natürlichen Wässern vor, doch die Konzentrationen variieren je nach Standort erheblich. Gelöstes Lithium kann mit Grund- und Oberflächenwasser transportiert werden; ein Teil davon kann je nach örtlicher Geochemie mit Tonmineralen oder Sedimenten wechselwirken. Die Auswirkungen auf Wasserorganismen und Pflanzen hängen von der Konzentration, der Exposition und der Wasserchemie ab.

Das Vorhandensein von Lithium im Wasser belegt für sich genommen keinen gesundheitlichen oder ökologischen Nutzen. Die wissenschaftliche Erkenntnislage zu den Auswirkungen niedriger Konzentrationen in der Umwelt entwickelt sich noch weiter.

Gesundheit und Trinkwasserüberwachung

Lithiumverbindungen werden manchen Menschen mit bipolarer Störung als Arzneimittel verschrieben. Bei der medizinischen Behandlung werden Dosen eingesetzt, die mit der üblichen Exposition über die Umwelt nicht vergleichbar sind; die Behandlung erfordert eine klinische Überwachung. Zu den unerwünschten Wirkungen können Beeinträchtigungen der Nieren- und Schilddrüsenfunktion gehören. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse zu möglichen gesundheitlichen Auswirkungen der wesentlich niedrigeren Konzentrationen, die in manchen Trinkwasserquellen vorkommen, sind begrenzt und entwickeln sich weiter. Auswirkungen, die während einer medizinischen Behandlung beobachtet wurden, sollten nicht dazu herangezogen werden, die Auswirkungen einer geringen Exposition über Wasser vorherzusagen.

Die US-Umweltschutzbehörde EPA hat für Lithium weder einen bundesweit geltenden Trinkwasserstandard noch einen gesundheitlichen Empfehlungswert festgelegt. Die EPA verwendet für Screening und Prioritätensetzung einen rechtlich nicht verbindlichen gesundheitlichen Referenzwert (Health Reference Level, HRL) von 10 µg/L. Sie weist darauf hin, dass dieser Wert keine abschließende Festlegung einer zum Schutz einer Bevölkerung erforderlichen Konzentration darstellt. Die im Rahmen der EPA-Regelung zur Überwachung nicht regulierter Schadstoffe (Unregulated Contaminant Monitoring Rule) verwendete Mindestmeldeschwelle von 9 µg/L ist eine Meldeschwelle für Laborergebnisse und kein gesundheitlicher Grenzwert. Diese Werte dienen unterschiedlichen Zwecken und sollten nicht als Grenzen zwischen sicherem und unsicherem Wasser interpretiert werden. Anforderungen und Empfehlungen können je nach Rechtsraum unterschiedlich sein.

Welche Aufbereitungstechnologien können den Lithiumgehalt senken?

Abkochen, Erhitzen und Desinfektion entfernen kein Lithium. Die Aufbereitungsleistung hängt vom Rohwasser, von konkurrierenden Ionen, der Anlagenauslegung und den Betriebsbedingungen ab.

Umkehrosmose: Eine EPA-Übersichtsarbeit zu Studien im Pilot- und großtechnischen Maßstab berichtete über eine hohe Lithiumentfernung durch Umkehrosmose in den ausgewerteten Studien. Die tatsächliche Leistung variiert je nach Membran, Wasserchemie und Betriebsbedingungen; die Übersichtsarbeit garantiert kein bestimmtes Ergebnis für jede Wasserquelle.
Ionenaustausch und Kalkenthärtung: Diese Verfahren zeigten in den ausgewerteten Studien eine schwankende und uneinheitliche Lithiumentfernung. Gehen Sie ohne entsprechende Tests nicht von einer bestimmten Verringerung aus.
Konventionelle Filtration und gängige Aufbereitungsmedien: Es sollte nicht davon ausgegangen werden, dass diese gelöstes Lithium wirksam entfernen. Überprüfen Sie jedes vorgeschlagene Verfahren im Hinblick auf das jeweilige Wasser und das Aufbereitungsziel.

Bei der Membranaufbereitung entsteht außerdem ein Konzentratstrom, der einen sachgerechten Umgang erfordert. Lenntech bietet allgemeine Informationen zu Umkehrosmose und Ionenaustausch.

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