DE3103126C2 - Verfahren zur Aufbereitung von Badewasser - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Aufbereitungsmaßnahmen von Trinkwasser, Badewasser, Klärwasser od.dgl. beschrieben, bei welchem als einer der den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parameter organische Substanzen unmittelbar und verzögerungsfrei partiell gemessen und ausgehend hiervon Steuersignale zur Steuerung von Aufbereitungseinrichtungen abgeleitet werden. Hierdurch werden gezielt die hygienisch bedenklichen Substanzen ausreichend genau erfaßt. Die Aufbereitungsmaßnahmen sind gezielt und ohne Zeitverlust steuerbar, insbesondere wird eine Überchlorung vermieden. Fig. 1 zeigt ein vollständiges Schaltschema der Vorrichtung zur Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der in ein Badewasser eingetragenen organischen Verschmutzungen und zum Steuern von dessen Aufbereitung.

Noch vor 1972 war es ühlich, d·.? Aufbereitungsanlage in einem öffentlichen Bad nur in den Tagesstunden oder sogar nur während der Badezeit h Betrieb zu halten. Diese Verfahrensweise ist bei den gestiegenen Anforderungen an die Gute des Badewassers und an die technische Konzeption der Anlage nicht mehr möglich, da die badefreien Stunden für die Aufbereitung der durch die Badenden eingetragenen Schmutzstoffe erforderlich sind. Die Menge der eingetragenen Schmutzstoffe beträgt im Mittel etwa 4 g pro Badegast, worunter sich etwa 0,8 Trübstoffe und 3,2 g gelöste organische Substanzen befinden. Die gelösten organischen Substanzen sind teilweise ausflockbar.

Nach den derzeit bekannten Verfahren zur Steuerung der Aufbereitung von Badewasser werden verschiedene hygienische Hiifsparameter, wie die Menge an freiem und/oder gebundenem Chlor und an oxidierbaren Substanzen, das Redoxpotential und/oder der pH-Wert, gemessen.

Anhand der ermittelten Werte werden die Aufbereitungsmaßnahmen gesteuert So werden durch die Badegäste oder aus det Umgebung eingetragene Mikroorganismen durch ein dem Badewasser zugesetztes oxidierendes Desinfektionsmittel abgetötet. Des weiteren wird eine vollständige Entfernung von echt oder kolloidal gelösten organischen Verunreinigungen (z. B. Stäuben) angestrebt. Hierzu werden in Kombination Flokkungs-, Filterungs-, Oxidations- und/oder Adsorptionsmaßnahmen angewendet Das Verteilen des Desinfektionsmittels zur Einstellung und Bewahrung einer ausreichenden Desinfektionsmittelkapazität an allen Stellen des Beckens, insbesondere an dessen Wasseroberfläche, und das Abführen nicht abgetöteter Mikroorganismen und der weiteren Verunreinigungen in die Aufbereitungsanlage wird durch die Beckendurchströmung bewirkt. Diese Strömung geht auf die Zufuhr von Reinwasser in das Becken und die Abnahme von Rohwasser von dem Becken zurück. Hierbei treten Vermischungs- und Transportvorgänge auf.

Das verbrauchte Badewasser (das Wasser im Schwimmbecken) wird im Kreislauf geführt In einer nachgeschalteten Filteranlage werden nach Zugabe von Flockungsmitteln ausflockbare Substanzen entfernt Ein geeignetes Flockungsmittel ist z. B. Aluminiumsulfat. Von den echt gelösten sowie kolloidalen Stoffen, die nicht ausflockbar sind und im Filter nicht zurückgehalten werden, wird ein Teil durch oxidierend wirkende Desinfektionsmittel oxidiert Dies kann durch Ozonung, aber auch durch Verwendung von Chlorgas, Chlor-Chlordioxid und Natriumhypochlorit geschehen. Im Falle einer Ozonisierung ist restliches Ozon vor Einleiten des Reinwassers in das Schwimmbecken durch geeignete Maßnahmen zu vernichten. Die Anreicherung der Oxidationsprodukte und der im Filter nicht zurückgehaltenen Stoffe wird durch den Austausch von Badewasser des Beckens mit Füllwasser (das zur Erst- und Nachfüllung benutzte Wasser) in Grenzen gehalten. Das FüHwasser soll Trinkwassereigenschaiten aufweisen.

Im Verlaufe der Aufbereitung des Badewassers kann es erforderlich sein, einen veränderten pH-Wert auf den pH-Soll-Wert einzustellen, was mittels Natronlauge, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumhydrogensulfat Salijäure, Schwefelsäure und Kohlendioxid geschehen kann. Es kann des weiteren zweckmäßig sein, innerhalb geeigneter Zeitabstände Mittel zur Algenbekämpfung, wie z. B. Kupfersulfat, in den Aufbereitungszyklus einzuführen.

Vorstehend wurde bereits auf die Bedeutung der Ausscheidung von Mikroorganismen eingegangen. Von besonderer Bedeutung ist daher die Bewertung des Badewassers im Hinblick auf seine mikrobiologische Beschaffenheit Um die erforderliche Beschaffenheit gewährleisten zu können, sind bei sonst einwandfreier physikalischer und chemischer Badewasserbeschaffenheit etwa 03 bis 0,6 mg/1 an freiem v.irksamen Chlor am Beckenablauf als notwendig anzusehen. Um eine ausreichende Desinfektion und jegliches Infektionsrisiko zu vermeiden, ist stets ein gewisser Chlorüberschuß einzuhalten. Nach der DE-PS 24 20 327 wird dabei so vorgegangen, daß ein Teil des vom Becken abgezogenen Badewassers abgezweigt und unter Zugabe eines Indikators in einer Meßzelle entsprechend gemessen wird, wobei die Messung mittels einer durchsichtigen Meßzelle durch Ermittlung der jeweiligen Lichtdurchlässigkeit derselben, einschließlich des in ihr befindlichen Wassers erfolgt. Die notwendige Zugabe an Desinfektionsmitteln erfolgt durch Vergleich von Soll- und Ist-Werten, über die die erforderliche Regenerierung des Badewassers eingeleitet wird. Der Sollwert liegt dabei regelmäßig so hoch, daß nahezu jegliches Risiko ausgeschlossen ist. Dieser Sollwert wird allerdings häufig den tatsächlichen Erfordernissen nicht gerecht und führt zu einer kostspieligen Überchlorierung, die darüberhinaus aufgrund der schleimhautreizenden Wirkung von Chlor von den Badenden als sehr störend empfunden wird.

Die Messung oxidierbarer Substanzen liefert des weiteren nur indirekte Aussagen bzw. grobe Anhaltspunkte über die tatsächliche Menge der hygenisch bedenklichen organischen Substanzen im Badewasser. Die oxidierbaren Substanzen werden nach derzeit üblichen Verfahren analytisch durch den Verbrauch von Kaliumpermanganat ermittelt. Nicht erfaßt werden z. B. solche hygenisch bedenklichen Substanzen, die bereits im Badewasser zuvor in eine durch Kaliumpermanganat nicht

oxidierbare Form übergeführt wurden. Der besondere Nachteil der Bestimmung oxidierbarer organischer Substanzen über die Kaliumpermanganat-Methode liegt darin, daß die gewünschten Meßwerte erst eine relativ lange Zeit nach Einleitung der Messung vorliegen, nämlich frühestens nach 25 min, und dann erst die erforderlichen Steuerungsmaßnahmen eingeleitet werden können. Zur Behebung dieses Nachteils der Kaliumpermanganat-Mtthode wurde gelegentlich vorgeschlagen, nach der Flockung Trübungsmessungen durchzuführen. Hierdurch sollten gewisse Aussagen über den Gehalt an ausflockbaren und abfiltrierbaren organischen Substanzen im Rohwasser bzw. nach der Filterung im Reinwasser gemacht werden. Diese Trübungsmessungen lassen sich relativ schnell und kontinuierlich durchführen, erfassen jedoch nicht molekular oder auch kolloidal gelöste Substanzen, die auch nach der Filterung im Reinwasser verblieben sind und häufig zu einem erheblichen Anteil gefährlicher Keimträger für schädliche Mikroorganismen sind. Das bedeutet, daß ein physikalisch einwandfreies, insbesondere optisch klares »Reinwasser« möglicherweise den zu stellenden mikrobiologischen Anforderungen nicht genügt Um den sich daraus ergebenden Risiken zu begegnen, wird auch hier häufig eine überhöhte Chlorierung vorgenommen.

Die Messung des Redoxpotentials liefert schließlich lediglich eine Aussage über die Differenz zwischen dem resultierenden Potential aller reduzierenden und aller oxidierenden Stoffe im Badewasser. Das Redoxpotential des Rohwassers und des Reinwassers gibt im Ergebnis nur Anhaltspunkte über die Reinheit des Wassers, wenn es dem Redoxpotential des Füllwassers gegenübergestellt wird.

Die obenbeschriebenen Verfahren gestatten im Ergebnis nicht eine schnelle und weitgehend präzise Erfassung organischer Verbindungen bzw. hygienisch bedenklicher organischer Substanzen. Dieses komplexe Problem wird auch nicht durch die Angaben der nachfolgend erörterten Literaturstellen behoben: aus der Zeitschrift CWF-Wasser/Abwasser 121 (1980), H. 6, S. 277—282 geht ein Verfahren hervor, bei dem als der den Reinheitsgrad des Wassers repräsentierende Parameter die Trübung des Wassers in Abhängigkeit einer Flokkungsmittelzugabe qualitativ gemessen und aus den Meßdaten Steuersignale zur Steuerung der Flockungsmiitelzugahe abgeieitet werden. Hygienisch bedenkliche organische Substanzen, die nicht ausflockbar sind, werden nicht erfaßt Die Literaturstelle Chem.-Ing.-Tech. 49 (1977) Nr. 10, S. 823-824 stellt insbesondere auf die sumr.mrische Erfassung gelöster organischer Inhaltsstoffe in verschiedenen Wässern, wie Oberflächengewässer, Kiäranlagenabläufe, Kläranlagenzuläufe und Deponie-Sickerwässer, anhand von UV-Extinktionsmessungen bei 254 nm ab. Summarisch erfaßt werden Verbindungen, die nur Mehrfachbindungen mit Kohlenstoffatomen enthalten, Verbindungen mit CO- und CS-Doppelbindungen, Verbindungen, die N-Mehrfachbindungen enthalten, ein- und mehrkernige Aromaten, aromatische Verbindungen, die nicht-benzoide Ringsysteme aufweisen, ein- und mehrkernige Heterozyklen, Derivate gesättigter organischer Verbindungen und einige anorganische Substanzen. Hierunter fallen demzufolge auch verschiedene Verbindungsgruppen, die im Rahmen der Aufbereitung von Badewasser unbedenklich sind Der Anteil der hygienisch bedenklichen organischen Substanzen läßt sich nicht ausreichend genau erfassen. AJ'-ein eine genaue Erfassung dieses Anteils könnte eine entsprechende Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen ermöglichen. Aus der Zeitschrift »Wasser, Luft und Betrieb«, 22 (1978), Nr. 9, S. 430—438 gehen verschiedene Analyseverfahren zur Wassergüteüberwachung hervor, so photometrische Verfahren, wie Extinktions- und Streulichtverfahren. Es wird allerdings nicht detailliert ausgeführt, wie diese Verfahren anzuwenden sind, um ausreichend genau hygienisch bedenkliche organische Substanzen in Badewasser zu erfassen und anhand der ermittelten Werte eine schnelle und präzise Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen vorzunehmen. Die Literaturstelle Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. AufL, Bd. 5, S. 275- 276 weist es als bekannt aus, als Lichtquellen für elektro-magnetische Strahlung Laserstrahlen heranzuziehea

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß es die unmittelbare und verzögerungsfreie Bestimmung organischer Verbindungen, insbesondere hygienisch bedenklicher organischer Substanzen, ermöglicht, wobei die ermittelten Parameter als Indikav?r für die schädlichen Substanzen im Badewasser angesehen werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß man als organische Verbindungen die Aminosäuren Phenylalanin, Thyrosin und/oder Tryptophan mittels UV-Spektroskopie im Bereich von 250 bis 290 nm und/ oder einzelne hygienisch bedenkliche organische Substanzen oder Gruppen von solchen mittels Streulichtmessung im Bereich von 400 bis 650 nm selektiv erfaßt

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine selektive Erfassung stickstoffhaltiger organischer Verbindungen die einen bestimmten Anteil der gesamten im Wasser enthaltenen stickstoffhaltigen organischen Verbindungen ausmachen. Dabei hat es sich jedoch überraschenderweise durch Messungen ergeben, daß dieser Anteil direkt proportional zum Gesamtgehalt an stickstoffhaltigen organischen Verbindungen, an organischen Substanzen und an organisch gebundenem Kohlenstoff, in Form gelöster wie auch ungelöster Verbindungen, stehen.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß sie — in Abkehr von den bisherigen Verfahren zur Bestimmung des hygienischen Reinheitsgrades von Badewassern — wesentlich auf eine direkte Messung organischer Substanzen abstellt und hierdurch — gegenüber der Messung des Redoxpotentials, des Kaliumpermanganat-Verbrauches und/ oder des Chlorgehaltes — eine genaue Bestimmung von

5Q unter hygienischem Gesichtspunkt bedenklichen Substanzen ermöglicht Aufgrund der ermittelten Meßwert lassen sich darauf die Aufbereitungsmaßnahmen gezielter steuern. Da die organischen Substanzen verzöger jngii'rei gemessen werden und — wie es Untersuchungen ergeben haben — die erfindungsgemäß gemessenen organischen Substanzen bereits einen ausreichend genauen Rückschluß auf den hygienischen Reinheitsgrad des Wassers ermöglichen, treten die nachteiligen Zeitverzögerungen de<" Steuermaßnahmen nicht mehr ein.

Werden zusätzlich noch oxidierende Substanzen, vorzugsweise freies und/oder gebundenes Chlor, das Redoxpotential, vorzugsweise vor und nach der Aufbereitung, und/oder der pH-Wert, gemessen, dann ergeben sich weitere Aufschlüsse über die im Wasser vorhandenen Substanzen uni gegebenenfalls dort ablaufenden Reaktionen. Der Wasserbehälter, beispielsweise das Schwimmbecken, wird hierbei als Reaktor betrachtet. Da die organischer. Substanzen im Wasser in der Regel

als reduzierende Substanzen bzw. oxidierbare Substanzen angesehen werden können, läßt sich durch eine Messung der organischen Substanzen, der oxidierenden Substanzen und des Redoxpotentials eine vergleichsweise genaue Energiebilanz aufstellen. Die Ableitung von Steuersignalen aus den ermittelten Meßwerten im Wege eines Vergleiches von Soll- und Istwerten ermöglicht eine in hohem Maße gezielte und auch bei Spitzenbelastungen des Wassers beherrschbare Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden insbesondere die biologisch bedenklichen (das Wachsen von Mikroorganismen fördernde) Verbindungen sehr schnell und genau erfaßt Insbesondere lassen sich mittels dieser Verfahren die stickstoffhaltigen organischen is Substanzen Harnsäure, Harnstoff, Aminosäuren und Peptide erfassen. Auch läßt sich eine Aussage über die gesamte Urinmenge machen. UV-spektroskopisch läßt sich Phenylalanin bei einer Wellenlänge von 257,4 nm Thyrosin bei 274,6 nm und Tryptophan bei 279,8 nm erfassen.

Die Erfassung der obengenannten Substanzen kann in größeren Zeitabständen erfolgen, um auf diese Weise empirisch die Belastung des Badewassers, insbesondere im Schwimmbecken, durch organische Verschmutzungen festzustellen und in das Badewasser die erforderlichen Mengen an Desinfektionsmittel einzuleiten. Bei starken Schwankungen der Belastung des Badewassers empfiehlt sich eine kontinuierliche Erfassung der den hygienischen Reinheitsgrad des Wassers repräsentierenden Parameter und eine kontinuierliche Steuerung.

Mittels Einstrahlung von Laserstrahlen einer Wellenlänge von 250 bis 650 nm lassen sich einzelne hygienisch bedenkliche Substanzen oder Gruppen davon selektiv erfassen. Besonders vorteilhaft ist die Wellenlänge von 632,8 nm. Vorteile werden insbesondere dann erzielt, wenn die Intensität der gesireuien Laser-Strahlen innerhalb eines Streuwinkels von 15 bis 45°, insbesondere bei 31° liegt Das bedeutet, daß der Winkel zwischen dem Einfalls-Laserstrahl und dem die Intensität des Streustrahls messenden Element, vorzugsweise ein Photomultiplier, veränderbar ist

Eine gezielte Steuerung der Maßnahmen zur Aufbereitung des Badewassers wird dadurch ermöglicht, daß die organischen Substanzen des ungefilterten Rohwassers, des gefilterten Rohwassers und/oder des aufbereiteten Wassers gemessen werden. Hierdurch wird eine Aussage über die Leistungsfähigkeit der Steuervorrichtung, insbesondere deren Flockungsmittelsteuerung und Filterfähigkeit, gemacht

Überraschenderweise werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hygienisch unbedenkliche organische Substanzen nicht erfaßt, sondern lediglich gewisse stickstoffhaltige organische Verbindungen, die als Indikator für die schädlichen Substanzen angesehen werden können. Aufgrund dieser Messung kann eine sehr genaue, schnelle und gezielte Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen, insbesondere der Flockung und/oder der Zugabe von Desinfektionsmitteln, d. h. insbesondere Chlorung und/oder Ozonung, durchgeführt werden. Durch vorstehende Maßnahmen läßt sich nicht nur die hygienisch relevante Beschaffenheit des Wassers eines Schwimmbeckens in wenigen Sekunden erfassen, sondern darüberhinaus auch mit einem minimalen Aufwand an Aufbereitungscheniika!ieri gezielt steuern. Dies bedeutet den Vorteil nicht unerheblich gesenkter Kosten sowie einer geringeren Belästigung der Badenden durch chemische Zusatzstoffe, insbesondere Chlor.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figur noch näher erläutert

Die Figur gibt die Ergebnisse wieder, die mittels eines Laser-Streustrahl-Photometers gewonnen wurden, in welchem der Streustrahlwinkel mit 31" festgelegt und als Laser ein linear polarisierter He-Ne-Laser eingesetzt wurde. Die Intensität des gestreuten Lichtes wurde mit einem PhotomuUiplier gemessen. Als Badewasser bzw. Meßwasser wurde Duschwasser mit einer Temperatur von 28" C verwendet Die gestrichelten Kurven in der Figur zeigen die mit dem Laser-Streustrahl-Photometer erhaltenen Werte, die durchgezogenen Linien dagegen die mittels einer Messung des Verbrauchs an Kaliumpermanganat erhaltenen Werte.

Aus den durch die Messung des Kaliumpermanganat-Verbrauches des unfiltrierten und filtrierten Rohwassers erhaltenen Kurven a und b ergibt sich, daß auch solche Meßanteile in den Kaliumpermanganat-Verbrauch eingehen, die von ohne Fiockungsmittei/.ugabe abfiltrierbaren Substanzen stammen. Demnach stellt das bisher häufig angewandte Verfahren zur Steuerung der Flockungsmittelzugabe durch Messung des Kaliumpermanganat-Verbrauches kein besonders zweckmäßiges Verfahren zur Steuerung der Aufbereitungsmaßnahmen von Badewasser dar.

Demgegenüber zeigen die mittels des Laser-Streustrahl-Photometers erhaltenen Meßkurven c und d für unfiltritTtes und filtriertes Rohwasser, daß bei den angegebenen Versuchsbedingungen offensichtlich auch solche Substanzen nicht erfaßt werden, die ohnehin bereits ohne Flockungsmiitelzugabe abflitrierbar sind; denn die Kurven c und d stimmen annähernd miteinander überein, während die Kurven a und b deutlich unterschiedliche Werte zumindest dann zeigen, wenn mehr als 25 ml Wasser vermessen werden.

Die Kurven e und f geben jeweils Meßwerte für fil-

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ifici ic;> UHu gSCiüC~tO3 (JOnig'i; C,!" A'irKUP.gSZC,. ii\} Meßwasser wieder. Beide Kurven machen Aussagen über die Wirkung der Aufbereitungsmaßnahmen, in diesem Fall der Chlorzugabe. Die Differenz zwischen den Kurven c und d einerseits und der Kurve f andererseits zeigt deutlich die Selektivität des Ansprechverhaltens bei der Erfassung von der Aufbereitung unterworfenen und auch nicht unterworfenen organischen Substanzen. Die Aufbereitungsmaßnahme war in diesem Fall eine Chlorung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erfassen der in ein Badewasser eingetragenen organischen Verschmutzungen und zum Steuern von dessen Aufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß man als organische Verbindungen die Aminosäuren Phenylalanin, Thyrosin und/oder Tryptophan mittels UV-Spektroskopie im Bereich von 250 bis 290 nm und/oder einzelne hygienisch bedenkliche oganische Substanzen oder Gruppen von solchen mittels Streulichtmessung im Bereich von 400 bis 650 nm selektiv erfaßt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man bei der Streulichtmessung Laser-Strahlen einstrahlt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Laser-Strahlen der Wellenlänge von 632,8 nm einstrahlt

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die intensität der gesireuten Laser-Strahlen innerhalb eines Streuwinkels von 15 bis 45°, insbesondere von 31° mißt