Arten von Fluoridzusätzen

Kommunale Wassersysteme in den Vereinigten Staaten verwenden einen von drei Zusatzstoffen zur Fluoridierung des Wassers. Die Entscheidung, welcher Zusatzstoff verwendet wird, hängt von den Produktkosten, den Anforderungen an die Produkthandhabung, der Platzverfügbarkeit und der Ausrüstung ab.

Die drei Zusatzstoffe sind:

• Fluorkieselsäure: Eine Lösung auf Wasserbasis, die von den meisten Wassersystemen in den USA verwendet wird. Fluorkieselsäure wird auch als Fluorwasserstoffsilikat, FSA oder HFS bezeichnet.
• Natriumfluorsilikat: ein trockener Zusatzstoff, der vor der Zugabe zum Wasser in einer Lösung aufgelöst wird.
• Natriumfluorid: ein trockener Zusatzstoff, der typischerweise in kleinen Wassersystemen verwendet und vor der Zugabe zum Wasser in einer Lösung aufgelöst wird.

Quellen für Fluoridzusätze

Die meisten in den USA verwendeten Fluoridzusätze werden aus Phosphoritgestein hergestellt. Phosphorit wird hauptsächlich zur Herstellung von Phosphatdünger verwendet. Phosphorit enthält Calciumphosphat, gemischt mit Kalkstein (Calciumcarbonat) und Apatit – einem Mineral mit hohem Phosphat- und Fluoridgehalt. Es wird mit Schwefelsäure unter Rückfluss erhitzt, um eine Phosphorsäure-Gips-Aufschlämmung (Calciumsulfat-CaSO4) herzustellen.

Beim Erhitzen werden Fluorwasserstoff (HF) und Siliziumtetrafluorid (SiF4) freigesetzt, die von Vakuumverdampfern aufgefangen werden. Diese Gase werden dann zu einer wasserbasierten Lösung mit etwa 23 % FSA kondensiert.

Etwa 95 % des zur Fluoridierung des Wassers verwendeten FSA stammen aus diesem Prozess. Die restlichen 5 % des FSA entstehen bei der Herstellung von Fluorwasserstoff oder durch die Verwendung von Fluorwasserstoff zum Ätzen von Silikaten und Gläsern bei der Herstellung von Solarmodulen und Elektronik.

Seit Anfang der 1950er Jahre ist FSA der wichtigste Zusatzstoff zur Fluoridierung von Wasser in den USA. Die günstigen Kosten und die hohe Reinheit von FSA machen es zu einem beliebten Zusatzstoff. Natriumfluorsilikat und Natriumfluorid sind trockene Zusatzstoffe, die aus FSA stammen.

FSA kann teilweise entweder durch Speisesalz (Natriumchlorid) oder Natronlauge neutralisiert werden, um Natriumfluorsilikat zu erhalten. Wenn genug Natronlauge hinzugefügt wird, um das Fluorsilikat vollständig zu neutralisieren, entsteht Natriumfluorid. Etwa 90 % des in den Vereinigten Staaten verwendeten Natriumfluorids stammt aus FSA. Natriumfluorid wird auch durch Mischen von Natronlauge mit Fluorwasserstoff hergestellt.

Regelungsumfang für Zusatzstoffe

Die US-amerikanische Umweltschutzbehörde (EPA) ist gemäß dem Safe Drinking Water Act für die Sicherheit des Trinkwassers in der Gemeinde verantwortlich. Auf der Grundlage wissenschaftlicher Untersuchungen zu möglichen gesundheitsschädlichen Auswirkungen von verunreinigtem Wasser legt die EPA für verschiedene Organismen oder Substanzen eine zulässige maximale Schadstoffkonzentration (Maximum Contaminant Level, MCL) fest.

Obwohl die EPA die Konzentration von „direkten Zusatzstoffen“, also Zusatzstoffen, die dem Wasser im Laufe der Aufbereitung zugesetzt werden, nicht ausdrücklich reguliert, legt sie fest, dass die Zugabe von Chemikalien im Rahmen des Aufbereitungsprozesses die MCL-Konzentration für regulierte Substanzen nicht überschreiten darf. Dieser MCL-Grenzwert umfasst die natürlich im Quellwasser vorkommenden Konzentrationen sowie den Beitrag von direkten Zusatzstoffen. 1979 unterzeichnete die EPA eine Absichtserklärung mit der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA), um die Zuständigkeitsbereiche bei der Kontrolle von Zusatzstoffen in Trinkwasser festzulegen und zu klären. Die FDA ist für die Regulierung von Lebensmittelzusätzen zuständig, wozu auch Flaschenwasser gehört, und die EPA ist für die Regulierung von direkten Zusatzstoffen in der öffentlichen Trinkwasserversorgung zuständig.

Aufgrund der Entscheidung, das Zusatzstoffprogramm an den privaten Sektor zu übertragen, verhängte die EPA 1980 ein Moratorium für die Herausgabe neuer Gutachten zu Zusatzstoffen. 1985 vergab die EPA eine Kooperationsvereinbarung an eine Gruppe gemeinnütziger, nichtstaatlicher Organisationen unter der Leitung der National Sanitation Foundation (NSF) (heute NSF International), um ein neues Zusatzstoffprogramm zu entwickeln. Drei Jahre später gab die EPA bekannt, dass der neue Standard 60 der National Sanitation Foundation/American National Standards Institute (NSF/ANSI) in Kraft sei.

Informationen zu den Qualitätssicherungspraktiken staatlicher Behörden in verschiedenen Ländern bei der Trinkwasseraufbereitung finden Sie in der Übersicht nationaler und internationaler Richtlinien und Empfehlungen zur Bewertung und Zulassung von Chemikalien, die in der Trinkwasseraufbereitung verwendet werden [PDF – 476 KB] . Dieses Dokument behandelt die Standards und Verfahren der American Water Works Association (AWWA) und von NSF/ANSI, die für die Trinkwasserfluoridierung in den Vereinigten Staaten gelten.

EPA-Regulierungskriterien für Fluoridzusätze

Alle von Wasseraufbereitungsanlagen verwendeten Zusatzstoffe, einschließlich Fluoridzusätze, müssen strenge Qualitätsstandards erfüllen, die die Sicherheit der Öffentlichkeit gewährleisten. Diese Zusatzstoffe unterliegen einem strengen System von Standards, Tests und Zertifikaten durch AWWA und NSF International. Beide Organisationen sind gemeinnützige, nichtstaatliche Organisationen.

Fluoridierte kommunale Wassersysteme stellen den Fluoridgehalt auf etwa 0.7 Milligramm pro Liter (mg/L) ein. Da Fluorid in einigen seltenen Fällen von Natur aus in viel höheren Konzentrationen im Wasser vorhanden ist, hat die EPA einen maximalen Schadstoffwert (MCL) für Fluorid von 4.0 mg/L (parts per million) festgelegt.

Die EPA hat keinen MCL für Silikate, die zweithäufigste Substanz in FSA, festgelegt, da keine gesundheitlichen Bedenken bekannt sind. Der NSF/ANSI-Standard 60 hat jedoch einen maximal zulässigen Wert von 16 mg/l für Natriumsilikate als Korrosionsschutzmittel. Dies dient hauptsächlich der Kontrolle der Trübung – ein Maß für die Wasserklarheit oder wie stark das im Wasser suspendierte Material das durch das Wasser hindurchtretende Licht verringert.

Studien haben gezeigt, dass Silicofluoride bei den Konzentrationen, die bei der Zugabe zum Trinkwasser verwendet werden, nahezu vollständig gelöst und ionisch dissoziiert werden. Dies ist auf das Gleichgewicht zurückzuführen, das sich bei dem für die Wasserfluoridierung verwendeten pH-Wert, der Temperatur und der Fluoridkonzentration einstellt. Eine Studie berichtete, dass selbst bei pH-Werten bis hinunter zu 3.5 keine Zwischenprodukte oder andere Produkte beobachtet wurden. (Finney WF, Wilson E, Callender A, Morris MD, Beck LW. Reexamination of hexafluorosilicate hydrolysis by fluoride NMR and pH measurement . Environ Sci Technol 2006;40:8:2572).

Die Studien, in denen die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen von Natriumfluoridzusätzen im Trinkwasser untersucht wurden, sollten auch auf FSA anwendbar sein, da sie hinsichtlich der ionischen Dissoziation zu denselben Ergebnissen kommen.

AWWA-Standards

Die AWWA legt die Mindestanforderungen für Design, Installation, Leistung und Herstellung von Fluoridprodukten fest, die zur Anpassung des Wassergehalts verwendet werden. Die AWWA-Standards für Fluoridzusätze sind ANSI/AWWA B701 (Natriumfluorid), ANSI/AWWA B702 (Natriumfluorsilikat) und ANSI/AWWA B703 (FSA). Die Standards der AWWA werden von ihrem Fluoride Standards Committee unter Aufsicht des Standards Council, mit Zustimmung des AWWA-Vorstands und mit Zustimmung von ANSI erstellt. Die AWWA-Standards werden mindestens alle 5 Jahre überprüft und aktualisiert. Die AWWA-Standards legen Anforderungen an die Produktqualitätsprüfung und -überprüfung fest.

NSF/ANSI-Standards für Trinkwasserzusätze

Der NSF/ANSI-Standard 60 begrenzt den Schadstoffeintrag von Chemikalien oder Produkten in Trinkwasseranwendungen. Standard 60 sorgt für Produktreinheit und -sicherheit, um zu verhindern, dass schädliche Schadstoffe aus Chemikalien und Wasseraufbereitungszusätzen hinzugefügt werden. Er umfasst eine detaillierte Prüfung der Produktion der Zusatzprodukte, Validierungstests der Qualität und eine Prüfung aller Standorte für die logistische Abwicklung. Es gibt auch spezielle Kriterien für importierte Produkte aus anderen Ländern, und in Verbindung mit NSF/ANSI-Standard 223 besteht Konformität bei den Qualitätskontrollen, unabhängig davon, wo die Zertifizierung erfolgt oder welche Stelle die Zertifizierung durchführt.

In 47 US-Bundesstaaten gelten Gesetze oder Verordnungen, die die Einhaltung des Standards 60 für Produkte vorschreiben. Die NSF/ANSI-Standards 60 und 61 (ein verwandter Standard für Produkte, die mit Wasser in Berührung kommen) wurden von einem Konsortium verschiedener Verbände entwickelt, darunter NSF, AWWA, ANSI, die Association of State Drinking Water Administrators und die Conference of State Health and Environmental Managers. Die Standards 60 und 61 werden von der EPA als Anforderungen zur Kontrolle potenziell schädlicher Auswirkungen von Produkten anerkannt, die dem Wasser zur Aufbereitung zugesetzt werden. Diese Standards haben das frühere EPA-Programm zur Beratung über Zusatzstoffe ersetzt. Weitere Informationen zum Standard 60 finden Sie auf der Website der NSF.

Unabhängige Organisationen, darunter NSF International und Underwriters Laboratories, überprüfen, ob Fluoridzusätze den NSF/ANSI-Standards entsprechen. Diese Organisationen testen Fluoridzusätze auf regulierte Metallverbindungen und andere Substanzen, die einen EPA-MCL aufweisen. Damit ein Fluoridzusatzprodukt die Zertifizierungsstandards erfüllt, müssen regulierte Metallverbindungen, die im Wasseraufbereitungsprozess hinzugefügt werden, eine Konzentration von weniger als 10 % des MCL aufweisen.

Eine umfassende Bewertung des ANSI/NSF-Standards 60 für über 50 Additive wurde 2004 veröffentlicht. Diese von Fachkollegen begutachtete Bewertung kam zu dem Schluss, dass das Verfahren die formulierten Ziele zur Vermeidung von Problemen mit Spurenverunreinigungen in US-amerikanischen Wasseraufbereitungszusätzen erfolgreich erfüllt. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Artikel: Brown, Cornwell, MacPhee. Spurenverunreinigungen in Chemikalien zur Wasseraufbereitung . (Journal of the American Water Works Association 2004;96:12:111–125).

Gemessene Verunreinigungsgrade

Fluoridzusätze werden auf mögliche Verunreinigungen wie Arsen, Blei und Radionuklide analysiert. Die Einhaltung der NSF/ANSI-Norm 60 muss ebenfalls zertifiziert werden. Die NSF stellt ein detailliertes Datenblatt zur dokumentierten Qualität von Fluoridzusätzen, einschließlich der Verunreinigungen, zur Verfügung (PDF – 142 KB ). Dieses Datenblatt basiert auf Analysen einzelner Produktproben aus den Jahren 2000 bis 2011.

Verbraucher könnten Bedenken wegen Arsen im Trinkwasser äußern und dass Fluoridzusätze etwas Arsen enthalten könnten. Die von der EPA zulässige Menge für Arsen im Trinkwasser beträgt 10 Teile pro Milliarde. NSF-Qualitätstests haben ergeben, dass die meisten Proben von Fluoridzusätzen keine nachweisbaren Arsenwerte aufweisen. Bei den Proben, die eine gewisse Menge Arsen enthalten, ist der Arsengehalt, den ein durchschnittlicher Verbraucher über ein ganzes Jahr hinweg in Trinkwasser mit einer Konzentration von 1.2 mg/l Fluorid erleben würde, äußerst gering – nur etwa 1.2 % der von der EPA zulässigen Menge.

Bei den von NSF International zertifizierten Fluoridprodukten wurde festgestellt, dass andere Verunreinigungen sogar noch niedriger waren als die Arsenwerte. Nur 1–3 % der Fluoridprodukte enthielten nachweisbare Metallwerte. Die durchschnittliche Belastung eines typischen Verbrauchers läge bei weniger als 0.1 % der von der EPA zulässigen Werte.

FDA-Regulierungskriterien für Fluorid

Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) regelt nicht die Verwendung von Zusatzstoffen für öffentliches Trinkwasser (z. B. Leitungswasser), da ihre Regulierung die Sicherheit und Wirksamkeit von Lebensmitteln, Medikamenten oder Kosmetikprodukten betrifft. Da die FDA jedoch die Autorität über Flaschenwasser als Verbrauchergetränk hat (Federal Register, Band 44, Nr. 141, 20. Juli 1979), regelt sie die absichtliche Zugabe von Fluorid zu Flaschenwasser und verlangt eine Kennzeichnung, die den verwendeten Zusatzstoff identifiziert. Abfüller verwenden normalerweise NSF/ANSI Standard 60-zertifizierte Fluoridprodukte.

Im Jahr 2006 gab die FDA bekannt, dass abgefülltes Wasser mit einem Fluoridgehalt von über 0.6 und bis zu 1.0 mg/l mit folgendem Hinweis gekennzeichnet werden darf: „Der Konsum von fluoridiertem Wasser kann das Risiko von Karies verringern.“ Weitere Informationen zu den FDA-Anforderungen finden Sie im Informationsblatt der CDC „ Abgefülltes Wasser und Fluorid“ .

Die FDA reguliert auch Fluorid in rezeptfreien Arzneimitteln wie Zahnpasta und Mundwasser sowie in verschreibungspflichtigen Produkten wie Fluoridtabletten für Kinder sowie Gelen und Schäumen in Profiqualität. Die FDA hat keine Kriterien für zulässige Verunreinigungen in Natriumfluorid- oder Fluorsilikatprodukten.

Fluoridprodukte in US-Pharmakopöe-Qualität (USP)

Einige haben vorgeschlagen, dass zur Fluoridierung des Wassers Fluoridzusätze pharmazeutischer Qualität verwendet werden sollten. Die für die Formulierung verschreibungspflichtiger Medikamente verwendeten pharmazeutischen Bewertungsstandards sind für Fluoridzusätze zur Wasserfluoridierung nicht geeignet. Wenn diese Standards angewendet würden, könnten sie tatsächlich die von AWWA und NSF/ANSI zugelassene Menge an Verunreinigungen im Trinkwasser überschreiten.

Das US Pharmacopeia-National Formulary (USP-NF) veröffentlicht Monographien zu Tests und Annahmekriterien für Substanzen und Inhaltsstoffe von Arzneimittelherstellern. Die Monographie USP 29 NF–24 zu Natriumfluorid sieht keine unabhängige Überwachung oder Qualitätssicherungstests vor. Die USP enthält keine Annahmekriterien für Fluorkieselsäure oder Natriumfluorsilikat. Daher ist der Hersteller für die Qualitätssicherung und Berichterstattung verantwortlich. Die USP bietet keine spezifischen Schutzniveaus für einzelne Schadstoffe, sondern legt ein relatives maximales Belastungsniveau für eine Gruppe verwandter Schadstoffe fest. Einige potenzielle Verunreinigungen unterliegen keinen Beschränkungen durch die USP, darunter Arsen, einige von der US-Umweltschutzbehörde EPA regulierte Schwermetalle und Radionuklide. Angesichts der Menge an Chemikalien, die bei der Fluoridierung von Wasser verwendet werden, könnte ein pharmazeutisches Natriumfluorid zur Fluoridierung möglicherweise viel höhere Mengen an Arsen, Radionukliden und regulierten Schwermetallen enthalten als ein nach NSF/ANSI Standard 60 zertifiziertes Produkt. Die USP bietet keine spezifischen Schutzniveaus für einzelne Schadstoffe, sondern versucht, ein relatives maximales Belastungsniveau für eine Gruppe verwandter Schadstoffe festzulegen. Die USP enthält keine Akzeptanzkriterien für Fluorkieselsäure oder Natriumfluorsilikat.

Darüber hinaus wird Natriumfluorid der AWWA-Qualität gegenüber Natriumfluorid der USP-Qualität für den Einsatz in Wasseraufbereitungsanlagen bevorzugt, da bei dem körnigen AWWA-Produkt die Gefahr einer Belastung der Wasserwerkbetreiber mit Fluoridstaub geringer ist als bei dem eher pulverförmigen Natriumfluorid der USP-Qualität.

Fluoridzusätze unterscheiden sich nicht von natürlichem Fluorid

Einige Verbraucher haben in Frage gestellt, ob Fluorid aus natürlichen Grundwasserquellen, wie etwa Calciumfluorid, besser ist als „künstlich“ zugesetzte Fluoride, wie etwa FSA oder Natriumfluorid. Zwei aktuelle wissenschaftliche Studien, die unten aufgeführt sind, zeigen, dass in natürlich vorkommendem Fluorid oder in Fluorid-Trinkwasserzusätzen dasselbe Fluoridion vorhanden ist und dass bei pH-Werten von nur 3.5 keine Zwischenprodukte oder andere Produkte beobachtet wurden. Darüber hinaus unterscheidet sich der Fluoridstoffwechsel nicht, je nachdem, welche chemische Verbindung verwendet wird oder ob das Fluorid natürlich vorhanden ist oder dem Wasser zugesetzt wird.

• Finney WF, Wilson E, Callender A, Morris MD, Beck LW. Neuuntersuchung der Hexafluorosilikathydrolyse mittels Fluorid-NMR und pH-Messung. Umweltwissenschaft und Technologiel 2006; 40:8:2572.
• GM Whitford, FC Sampaio, CS Pinto, AG Maria, VES Cardoso, MAR Buzalaf. Pharmakokinetik von aufgenommenem Fluorid: Fehlende Wirkung der chemischen Verbindung., Archives of Oral Biology, 53 (2008) 1037–1041.

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Online veröffentlicht am 26. Februar 2015 unter http://www.cdc.gov/fluoridation/factsheets/engineering/wfadditives.htm