Untersuchung zur Entstehung von
Desinfektionsnebenprodukten bei der Aufbereitung von
Trinkwasser an Bord schwimmender Marineeinheiten unter
Anwendungsbedingungen
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.
Routinemäßig werden derzeit die Schiffe und Boote der Marine im Fall einer
mikrobiologischen Kontamination mit Calciumhypochlorit desinfiziert. Aus den chemischphysikalischen 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.
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.
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.
Abstract
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.
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.
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.
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.
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