Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Ziel des Verbundvorhabens bestand darin, die offenen Fragen bei In-line-Anlagen in Bezug auf die Reinheit und Desinfektionswirksamkeit der erzeugten Agenzien, zur Kontinuit\u00e4t der Desinfektionsmittelbildung sowie zu den unerw\u00fcnschten, m\u00f6glicherweise toxischen Nebenprodukten auf der Basis wissenschaftlicher Untersuchungen und evaluierter Analysenverfahren zu kl\u00e4ren. Die Bearbeitung des Projektes wurde von der HS Anhalt und dem TZW als Koordinator \u00fcbernommen. Im Unterauftrag des TZW fungierten die Zweigstellen des Umweltbundesamtes (UBA) in Berlin-Marienfelde und Bad Elster.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Arbeitsplan der HS Anhalt konzentrierte sich auf die Ermittlung optimaler Operationsbedingungen verschiedener Elektrodenmaterialien im Laborma\u00dfstab unter Variation der Elektrolysebedingungen und der Wasserzusammensetzung. Hierzu wurde ein Experimentalstand f\u00fcr Kreislauf- und kontinuierliche Versuche eingesetzt. Des Weiteren wurde eine neue Analysenmethode f\u00fcr Perbromat als m\u00f6gliches Reaktionsnebenprodukt mittels Ionenchromatographie erarbeitet.
\nDie Arbeiten des TZW beinhalteten die Erfassung und Reinheit der gebildeten Wirkstoffe f\u00fcr die Desinfektion. Daneben wurden die Begleitprodukte der Elektrolyse Chlorit, Chlorat, Perchlorat und Bromat sowie die Bildung der Trihalogenmethane (THM) unter variierenden Betriebsbedingungen und verschiedener Wasserzusammensetzung im kleintechnischen Ma\u00dfstab erfasst. Hief\u00fcr kamen moderne spurenanalytische und nach DIN genormte Verfahren zum Einsatz, die mit der HS Anhalt abgeglichen wurden.
\nAm Teststand des UBA Marienfelde wurden Untersuchungen zur Desinfektionswirksamkeit der erzeugten Wirkstoffe unter Einsatz ausgew\u00e4hlter Bakterien, Viren und Sporen sowie Langzeittests \u00fcber 30 Tage durchgef\u00fchrt. Neben den Einzeluntersuchungen zur Bildung unerw\u00fcnschter Nebenprodukte wurden die Abl\u00e4ufe der Elektrolyseanlagen auch toxikologisch am UBA Bad Elster untersucht.
\nIm Ergebnis der Untersuchungen wurde von den Projektpartnern ein Entwurf f\u00fcr eine Pr\u00fcfvorschrift erarbeitet, der als Grundlage f\u00fcr eine Pr\u00fcfung zur Zulassung der Anlagen dienen kann und nur Anlagen mit Mischoxidelektroden ber\u00fccksichtigt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Wirkstoffbildung:
\nF\u00fcr die Elektrolyseanlagen mit Mischoxidelektroden (MO-Elektroden) konnte mit Hilfe eines selektiven Verfahrens auf Basis der UV-VIS-Spektroskopie die Bildung von reinem Chlor nachgewiesen werden.
\nDie Chlorkonzentration wird von der Stromdichte, dem Durchfluss und der Chloridkonzentration im Wasser bestimmt. Je h\u00f6her die Stromdichte und die Chloridkonzentration sind, desto mehr Chlor wird gebildet. Hingegen bewirkt eine Durchflusserh\u00f6hung eine Verringerung der Chlorkonzentration.
\nIn den Untersuchungen zeigte sich, dass bei einem Gro\u00dfteil der Elektroden eine signifikante Chlorbildung erst ab Stromdichten zwischen 50 und 100 A\/m\u00b2 einsetzt.
\nDie in das Projekt eingebundene Anlage mit bordotierten Diamantelektroden (BDD-Elektroden) erzeugte OH-Radikale. Daneben wurde die Bildung eines oder mehrerer Oxidationsmittel mit dem DPD-Verfahren nachgewiesen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass freies Chlor entsteht. Eine Verifizierung des Ergebnisses durch die UV-VIS-Methode war in diesem Fall nicht m\u00f6glich.
\nNebenproduktbildung
\nInfolge der Elektrolyse werden bei beiden Elektrodentypen Chlorat und Bromat gebildet. Dabei steigt die Chloratkonzentration innerhalb der Betriebszeit bei beiden Elektrodentypen an. Sie lag bei den Anlagen mit MO-Elektroden unabh\u00e4ngig von den Elektrolysebedingungen innerhalb der 60min\u00fctigen Versuche jeweils unter dem Trinkwasserrichtwert von 200 \u00b5g\/l. Durch angepasste Reinigungsintervalle sollte die Chloratbildung beherrschbar sein. Die Bromatbildung lag unter dem Trinkwassergrenzwert (10 \u00b5g\/l). Perchlorat wird an MO-Elektroden nicht gebildet.
\nAn BDD-Elektroden werden vergleichsweise deutlich h\u00f6here Konzentrationen an Chlorat gebildet. Zudem entsteht Perchlorat, dessen Konzentration analog zu Chlorat w\u00e4hrend der Betriebszeit ansteigt. Die Konzentrationen dieser Ionen lagen \u00fcber den f\u00fcr Trinkwasser geltenden bzw. zu erwartenden Richtwerten f\u00fcr Chlorat (200 \u00b5g\/l) und Perchlorat (5 \u00b5g\/l). F\u00fcr Bromat lagen die Werte unterhalb des Grenzwerts f\u00fcr Trinkwasser (10 \u00b5g\/l).
\nDie Komponenten Chlorit und Perbromat wurden bei keiner Anlage nachgewiesen. Die Bildung von Nitrit an der Katode wurde in allen Versuchen nicht nachgewiesen. Die THM-Bildung ist unabh\u00e4ngig vom Elektrodenmaterial mit der der herk\u00f6mmlichen Desinfektion mit Hypochloritl\u00f6sung vergleichbar.
\nDesinfektionswirksamkeit
\nUnter den Versuchsbedingungen konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der In-line-Elektrolyse f\u00fcr die Desinfektion von Trinkwasser ausreichend wirksam sein kann. Die Wirksamkeit ist vergleichbar mit der einer Hypochloritl\u00f6sung. Nur Anlagen mit S\u00e4uresp\u00fclung zur Regeneration der Elektroden konnten 30 Tage betrieben werden. Die Desinfektion wurde w\u00e4hrend der Regeneration unterbrochen. Weiterer Forschungsbedarf besteht u. a. zur Wirkstoffbildung unter Verwendung von salzarmem Wasser, zur Abgabe von Stoffen aus dem Elektrodenmaterial sowie zur Optimierung der Umpolung der Elektroden.
\nToxikologische Bewertung
\nDie Toxizit\u00e4tstests zum Nachweis von Gentoxizit\u00e4t ergaben f\u00fcr keine der Proben der verschiedenen An-lagen eine Einstufung als gentoxisch. In Einzelproben aller Testreihen waren intrazellul\u00e4r verst\u00e4rkt freie Radikale nachzuweisen, die als gentoxische Vorl\u00e4ufermechanismen in Betracht zu ziehen sind. Diese Effekte konnten hinsichtlich der ausl\u00f6senden Parameter im Rahmen des Projektes nicht abgekl\u00e4rt werden.
\nPr\u00fcfvorschrift
\nF\u00fcr den Fall, dass das Verfahren in die Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gem\u00e4\u00df \u00a711 der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001) als zul\u00e4ssiges Desinfektionsverfahren aufgenommen wird, wurde ein Entwurf f\u00fcr eine Pr\u00fcfvorschrift f\u00fcr die Anlagen mit MO-Elektroden erarbeitet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00dcber die Zielstellung des Projektes wurde die \u00d6ffentlichkeit z.B. durch den Eintrag in die internetbasierte Forschungsdatenbank des DVGW, des Landes Sachsen-Anhalt und ein Poster auf der Jahrestagung der Internationalen Gesellschaft f\u00fcr Elektrochemie 2010 in Beijing sowie in m\u00fcndlicher Form innerhalb der Working Party of Electrochemical Engineering der EFCE informiert. Des Weiteren wurden ausgew\u00e4hlte Ergebnisse im Rahmen des Trinkwasserkolloquiums des TZW 2012 und auf einem Poster zur Tagung der Wasserchemischen Gesellschaft in Neu-Ulm 2012 pr\u00e4sentiert. Die Ergebnisse des Projektes wurden regelm\u00e4\u00dfig in Gremien des DVGW diskutiert.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Einsatz der Anlagen mit MO-Elektroden f\u00fcr die Trinkwasserdesinfektion ist nach den Ergebnissen vorstellbar. Im Durchflussverfahren werden die Anforderungen der TrinkwV 2001 im Hinblick auf die Reinheit der gebildeten Desinfektionsmittel und der Nebenproduktbildung zwar erf\u00fcllt, aber es besteht bez\u00fcglich der Langzeitstabilit\u00e4t der Anlagen und der kontinuierlichen Wirkstoffbildung noch Entwicklungsbedarf. Im Gegensatz dazu sind BDD-Elektroden aufgrund der Chlorat- und Perchoratbildung zur Trinkwasserdesinfektion derzeitig nicht einsetzbar.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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