Gutachten zur Leistung des LaVie-Verfahrens bei der Dechlorierung von Trinkwasser

Wasser, das als Trinkwasser bezeichnet wird, muss eine Reihe von Merkmalen aufweisen, damit es ohne Risiko für den direkten menschlichen Konsum bestimmt werden kann. Die Werte für die verschiedenen Kriterien können von Land zu Land unterschiedlich sein, doch lassen sie sich in drei Hauptkategorien einteilen:

• physikalisch-chemische Parameter (pH, TOC, Temperatur, Leitfähigkeit, Nitrate, Ammonium, Chloride, Sulfate, ...)
• Giftstoffe
• mikrobiologische Parameter (Krankheitserreger wie fäkale Coliforme).

Für Frankreich findet man diese Kriterien im Arrêté du 11 janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine mentionnées aux articles R. 1321-2, R. 1321-3, R. 1321-7 et R. 1321-38 du code de la santé publique.

Um die Qualität des Wassers zu gewährleisten, wird das entnommene Wasser je nach Herkunft (Oberflächenwasser, Grundwasser, Entsalzung, Regenwasser, Wiederverwendung) behandelt, bevor es verteilt werden kann, wobei sichergestellt wird, dass es bis zu den Verwendungsstellen für den menschlichen Verzehr geeignet bleibt.

Die erforderlichen physikalisch-chemischen Parameter werden nicht durch die Einführung von physikalisch-chemischen Behandlungs- und Trennverfahren erreicht. Für die Desinfektion werden fortgeschrittene Oxidationsverfahren wie Ozonierung, Chlorierung und UV-Licht-Behandlung eingesetzt. Bei allen Verfahren wird vor der Verteilung häufig eine Chlorierung vorgenommen, um die bakteriologische Qualität des Wassers bis zur Verwendungsstelle zu gewährleisten.
Chlorierungsverfahren werden sehr häufig zur Desinfektion von Trinkwasser eingesetzt (Health Canada, 2009)*. Chlor hat eine starke Oxidationskraft, die eine schnelle Abtötung oder Inaktivierung (Kontaktzeit von 30 Minuten) von Mikroorganismen im Wasser ermöglicht. Es wird in der Regel in zwei Hauptformen verwendet: fest (Tablette) oder flüssig (Bleiche oder Natriumhypochlorit), je nach Verwendungszweck (kollektiv oder individuell). Daher ist es wichtig, dass eine ausreichende Menge an Chlor hinzugefügt werden kann, um einerseits die Desinfektion des Wassers zu gewährleisten und andererseits eine langanhaltende Wirkung auf die Verteilungszeit zu haben.

Desinfektionsverfahren durch Chlorierung haben viele echte Vorteile, da sie wirksam, schnell, kostengünstig, mehrstufig und relativ einfach zu implementieren sind. Dennoch haben sie eine Reihe von Nachteilen, die es zu berücksichtigen gilt, da sie Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können. Eine Überdosierung von Chlor kann zu Reaktionen des Chlors mit anderen Verbindungen im Wasser führen, insbesondere mit organischen Stoffen (OM), um Produkte zu bilden, die als "Chlorierungsnebenprodukte" (CSP) bezeichnet werden und von denen einige als schädlich für die menschliche Gesundheit angesehen werden. Zahlreiche Studien (Mouly et al., 2008†) konnten die Bedingungen für das Einsetzen solcher Reaktionen, die zur Bildung von SDCs führen, aufzeigen. So konnten fast 600 PKS identifiziert werden, unter denen sich Hauptfamilien wie Trihalogenmethane (THM) und Haloessigsäuren (HAA) finden lassen, die zusammen zwischen 20 und 30 % der Gesamtmasse der PKS ausmachen. Außerdem können zu hohe Dosen an Restchlor dem Trinkwasser einen unangenehmen Geschmack verleihen.

Daher ist es wichtig, die Produktion dieser PKS in den Aufbereitungsketten, aber auch in den Verteilungskreisläufen begrenzen und kontrollieren zu können. Dies geschieht im Wesentlichen durch eine angemessene Chlordosierung, um organische Stoffe zu oxidieren und die Konzentrationen an Restchlor am Ende der Behandlung zu begrenzen. Dies ist ein sensibler Punkt für die Chlorierungsverfahren und nicht immer leicht in den Aufbereitungssystemen umzusetzen, insbesondere wenn die Ressource zeitlich schwankende Eigenschaften und MO-Gehalte aufweist. Unter diesem Gesichtspunkt empfiehlt die WHO eine Konzentration von 0,2 bis 0,5 mg/l freies Chlor im verteilten aufbereiteten Wasser.

Seit einigen Jahren werden Desinfektionsverfahren mit UV-Licht entwickelt und vermarktet. Sie basieren auf dem Prinzip, dass UV-Strahlen eine starke bakterizide Wirkung haben.

Ultraviolette Strahlung (UV-Strahlung) ist eine elektromagnetische Strahlung, deren Emissionswellenlänge kürzer als die des sichtbaren Lichts und länger als die der Röntgenstrahlen ist. Sie machen fast 5 % der von der Sonne ausgestrahlten elektromagnetischen Energie aus und können von Lampen, den sogenannten UV-Lampen, erzeugt werden. Bei den UV-Strahlen werden klassischerweise drei Kategorien nach ihrer Wellenlänge unterschieden: UVA (400- 315 nm), UVB (315-280 nm) und UVC (280-100 nm). Es ist anzumerken, dass aufgrund der Absorption von UV-Strahlen durch die Ozonschicht in der Atmosphäre fast das gesamte (95%) UV-Licht, das von der Sonne auf die Erde trifft, zur Kategorie UVA gehört.

UV-Strahlen haben eine verändernde Wirkung auf die DNA von Bakterien, wodurch diese je nach Einwirkungszeit abgetötet oder gehemmt werden können und so ihre Vermehrung verhindert wird. Schließlich ist es wichtig zu beachten, dass UV-Strahlen auch eine zerstörerische Wirkung auf bestimmte chemische Verbindungen, sogenannte lichtempfindliche Verbindungen, im Wasser oder in der Atmosphäre haben. Sie können also am photochemischen Abbau bestimmter chemischer Schadstoffe im Wasser beteiligt sein, und das sogar in geringen Konzentrationen.

Desinfektionsverfahren mit UV-Lampen sind relativ einfach zu konzipieren, da sie darin bestehen, in einem kleinen Reaktor die UV-Lampe mit dem zu behandelnden Wasser in die sogenannte Bestrahlungskammer zu bringen. Diese Verfahren werden sowohl im industriellen und kollektiven Maßstab als auch im individuellen Maßstab entwickelt, was vor allem auf ihre einfache Handhabung zurückzuführen ist. Die Literatur und die industriellen Entwicklungen dieser Verfahren sind zahlreich und umfangreich (Oppenheimer et al., 1997)‡ , aber sie beruhen fast ausschließlich auf der Verwendung von UV-Strahlern der Kategorie UVC.

Was die Verwendung von UVA-Lampen (Strahlungskategorie des LAVIE® -Verfahrens der Firma SOLABLE) betrifft, so gibt es meines Wissens derzeit keine industrielle Entwicklung dieser Art von Wasseraufbereitungslampen, doch haben Arbeiten die bakterizide Wirksamkeit von UVA-Lampen nachgewiesen (Hamamoto et al., 2007)§.

Abschließend lässt sich zu den Desinfektionsverfahren mit UV-Lampen sagen, dass sie eine Reihe von Vorteilen bieten. Sie sind sowohl im industriellen als auch im individuellen Maßstab einfach anzuwenden. Sie erfordern keine chemischen Reagenzien oder besondere Trägermaterialien und verändern in diesem Sinne nicht die physikalisch-chemischen Eigenschaften des zu behandelnden Wassers. Auch wenn die Anfangsinvestitionen für diese Art von Verfahren im Vergleich zu anderen Verfahren wie der Chlorierung höher erscheinen mögen, sind die Betriebskosten aufgrund der langen Lebensdauer der verwendeten Lampen sehr gering und machen das Verfahren in dieser Hinsicht wettbewerbsfähig. Dennoch gibt es einige Nachteile bei der Anwendung dieser Verfahren. Die bakterizide Wirkung von UV-Lampen ist im Gegensatz zur Chlorierung nicht langlebig, daher muss ihr Einsatz so nah wie möglich am Ort des Verbrauchs und der Nutzung erfolgen. Die Verwendung dieser Art von Verfahren erfordert außerdem, dass das Wasser vorher ausreichend klar ist, um die Übertragung der UV-Strahlung in das Wasser nicht einzuschränken. Schließlich ist es schwierig, die Wirksamkeit der Behandlung unmittelbar durch die Messung von Restmengen zu beurteilen, wie es bei der Verwendung von Chlor der Fall ist, und die Wirksamkeit der Behandlung dieser Verfahren zu optimieren, wenn es sich um eine Ressource handelt, die durch zeitliche Schwankungen ihrer Qualität (insbesondere der bakteriologischen Qualität) gekennzeichnet ist.