Untersuchung zur Entstehung von Desinfektionsnebenprodukten bei der Aufbereitung von Trinkwasser an Bord schwimmender Marineeinheiten unter Anwendungsbedingungen

Abstract

Der weltweite Einsatz schwimmender Einheiten der Marine zieht in zunehmenden Maße die Notwendigkeit zur Desinfektion des Trinkwassers nach sich. Ursachen hierfür sind neben Ausbildung von Biofilmen unter klimatisch ungünstigen Bedingungen im Operationsgebiet die Übernahme von Trinkwässern unklarer Qualität in Auslandshäfen. <br /> Routinemäßig werden derzeit die Schiffe und Boote der Marine im Fall einer mikrobiologischen Kontamination mit Calciumhypochlorit desinfiziert. Aus den chemisch-physikalischen Untersuchungen nach Desinfektion mit Calciumhypochlorit war bereits bekannt, dass organische Desinfektionsnebenprodukte in Form von Trihalogenmethanen in nennenswerten Konzentrationen entstehen. Darüber hinaus ist das Verfahren im Routinebetrieb wegen zahlreicher Fehlermöglichkeiten nicht anwenderfreundlich und führt oft zu unzureichenden Desinfektionsergebnissen.<br /> Das ebenfalls im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften zugelassene Verfahren mit Chlordioxid kam bislang bei der Marine unter Einsatzbedingungen noch nicht zur Anwendung. Im Gegensatz zur Desinfektion mit Calciumhypochlorit besitzt dieses Verfahren kein Bildungspotenzial für Trihalogenmethane. Typische Desinfektionsnebenprodukte sind die Anionen Chlorit und Chlorat, welche in oxidativen Prozessen gebildet werden. <br /> Untersuchungen über die Bedingungen zur Bildung dieser Anionen unter Anwendungsbedingungen liegen bisher nicht vor. Daher sollte das Entstehungspotenzial der anorganischen Desinfektionsnebenprodukte Chlorit und Chlorat nach Einsatz von Chlordioxid ermittelt und die Bedingungen ihrer Entstehung im Trinkwasser an Bord untersucht werden. Dabei war zu prüfen, ob ein Zusammenhang zwischen der Qualität des aufzubereitenden Wassers und der Bildung von Chlorit und Chlorat bei Einsatz von Chlordioxid besteht. Hierzu wurde zunächst Methodenentwicklung und -validierung auf dem Ionenchromatographen betrieben, um dann die zeitabhängige Entstehung von Chlorit und Chlorat aus Chlordioxid in Modellwasser ohne Matrixeinflüsse in einem Laborversuch bei verschiedenen anwendungsbezogenen pH-Werten zu ermitteln. Anschließend wurde die zeitabhängige Entstehung der Desinfektionsnebenprodukte in realen Trinkwasserproben mit allen Matrixeinflüssen untersucht. Die Entstehung der Desinfektionsnebenprodukte Chlorit und Chlorat unter Anwendungsbedingungen an Bord schwimmender Einheiten der Marine ist nicht abhängig vom pH-Wert des zu desinfizierenden Wassers. Es ergaben sich jedoch Hinweise auf einen nennenswerten Einfluss von Korrosionsvorgängen im Bordleitungsnetz auf die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten. Unter den geprüften realen Anwendungsbedingungen ist das Desinfektionsverfahren mit Chlordioxid, welches aus Chlorit und Peroxodisulfat hergestellt wird, wegen seiner einfachen Handhabung und des geringen Bildungspotenzials für Nebenprodukte zur Anwendung an Bord prinzipiell geeignet.

<strong>Study on the Formation of Disinfection By-Products during Drinking Water Treatment Aboard German Naval Units Afloat under Conditions of Application</strong><br /> The growing need for disinfection of drinking water aboard German Naval units is the consequence of the world wide missions of German Navy. Besides the formation of biofilms under inappropriate climatic conditions in the area of naval operations, another cause is found in the availability of drinking water of unknown quality in foreign harbours. The currently used standard procedure of disinfection aboard in case of microbiological contamination is the use of calcium hypochlorite. The findings of the chemical examinations showed a significantly increasing amount of haloforms as disinfection by-products. Furthermore the procedure is not comfortable because of numerous possibilities for mistakes in the use of this agent in the disinfection routine.<br /> Hitherto, the legally approved method of disinfection of drinking water by using chlorine dioxide has not been used in the German Navy under conditions of naval applications. Unlike disinfection with calcium hypochlorite, this method lacks the potential for building haloforms. The typical disinfection by-products are the anions chlorite and chlorate which are generated in oxidative processes. Until now no examinations were published considering the conditions of formation of these anions under conditions of application. Therefore, these conditions of formation in drinking water facilities aboard German Navy units afloat were to be examined. In addition, another aim of the investigations was the elucidation of the influence of the ecochemical quality of the drinking water on the formation of chlorite and chlorate after application of chlorine dioxide. <br /> At first, an analytical method was developed and validated using ion chromatography. The time-dependent formation of disinfection by-products from chlorine dioxide in model water was measured in laboratory tests with different pH-values according to real conditions aboard. Subsequently, the formation of chlorite and chlorate in drinking water with all environmental impacts was analyzed. Results implicate that the formation of the disinfection by-products does not depend on the pH-value under conditions of application. Hints were found confirming the thesis that corrosion processes in drinking water installations are the cause for increased levels of disinfection by-products. <br /> Disinfection with chlorine dioxide built from chlorite and peroxodisulphate is applicable aboard German Navy Units afloat because minor amounts of disinfection by-products are formed and because of its ease of operation.