Bildung bromhaltiger Desinfektionsnebenprodukte nach Chlorung von Bodenseewasser in Abhängigkeit von Aufbereitungsschritten und der Bromidkonzentration

Abstract

In mikrogesiebtem Rohwasser und aufbereitetem Trinkwasser aus dem Bodensee wurde die Bildung halogenorganischer Desinfektionsnebenprodukte (DNP) (Trihalogenmethane (THM), halogenierte Essigsauren (HES), halogenierte Acetonitrile (HAN), halogenierte Ketone (HKE) und Trichlornitromethan (TCNM)) nach einer Chlordesinfektion (0.5 mg/L) unter besonderer Berucksichtigung des Einflusses von Bromid auf die DNP-Zusammensetzung untersucht und eine Brommassenbilanz aufgestellt. Die Aufbereitung von Bodenseewasser mit Ozon verringerte die Bildung der DNP um 35% und der adsorbierbaren organisch gebundenen Halogene (AOX) um 45%. Die Abnahme der DNP-Summe beruht im wesentlichen auf der Verringerung der Chloroform-, Dichloressigsaure- und Trichloressigsaurebildung. Obwohl das Wasser des Bodensees einen Bromidgehalt von nur 6.2 μg/L hat, lagen nach der Chlorung von aufbereitetem Wasser 32% der THM, 16% der HES und 30% der HAN in Form ihrer bromhaltigen Verbindungen vor. Bei einer Chlorung des Wassers wurde durch zudotiertes Bromid (bis zu 1 mg/L) die DNP-Zusammensetzung zugunsten der bromierten Verbindungen verschoben, wobei die Verschiebung im wesentlichen vom Stoffmengenverhaltnis des Bromids zum Hypochlorit abhing. Ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Veranderungen in der DNP-Zusammensetzung mit steigendem Br/HOCl-Stoffmengenverhaltnis zeigte eine gute Ubereinstimmung mit den gemessenen Werten fur mikrogesiebtes Rohwasser und fur aufbereitetes Trinkwasser aus dem Bodensee. Nach der Chlorung von mikrogesiebtem Rohwasser reagierten 27% des Bromids zu den nachgewiesenen DNP, 39% wurden nicht umgesetzt und 34% des Bromids befanden sich in unbekannten Verbindungen. Wird aufbereitetes Wasser gechlort, so wurden nur noch 16% des Bromids in unbekannte Verbindungen eingebaut, wahrend 34% in den bekannten DNP wiedergefunden und 50% nicht umgesetzt wurden. Auch bei Bromidzugaben (bis zu 25 μg/L) zu ozontem und aufbereitetem Wasser hat das nach der Chlorung umgesetzte Bromid zu 60 bis 72% zu den nachgewiesenen niedermolekularen halogenorganischen DNP reagiert. Formation of Brominated Disinfection By-products after Chlorination of Water from Lake Constance Depending on Treatment Steps and Bromide Concentration The formation of halogenated disinfection by-products (DNP) (trihalomethanes (THM), haloacetic acids (HES), haloacetonitriles (HAN), haloketones (HKE) and chloropicrin (TCNM)) was studied after chlorination (0.5 mg/L) of raw water and drinking water from Lake Constance. The objectives of this study were to investigate the effect of bromide ion on the distribution of DNP-species resulting from chlorination and to draw up a bromide mass-balance. The treatment of water from Lake Constance with ozone decreased the formation of DNP about 35% and of total organic halogens (AOX) about 45%. This decline in DNP-formation is mainly due to the formation of chloroform, dichloro- and trichloroacetic acid. Though there is only a small amount of bromide (6.2 μg/L) in water from Lake Constance, about 32% of THM, 16% of HES, and 30% of HAN contained bromine after chlorination of treated water. The addition of bromide ion (up to 1 mg/L) shifted the DNP-composition to more brominated species. The distribution of the DNP-species depends on the initial molar bromide-to-chlorine ratio. A mathematic model showed the same pattern of DNP-species depending on the initial molar bromide-to-chlorine ratio that was observed experimentally in microstrained raw water and drinking water from Lake Constance. After chlorination of microstrained raw water, 27% of the bromide were incorporated in known DNP, 34% in unknown substances, and about 39% of bromide were not converted to organic bromine. After chlorination of treated water, only 16% of the bromide were incorporated in unknown substances, whereas 34% were found in known DNP. About 50% were found as bromide again. After addition of bromide (up to 25 μg/L) to ozonated and treated water from Lake Constance, between 60 and 72% of the bromide that had reacted after chlorination were found in analyzed low-molecular DNP.