Zeolithe und Ionenaustauscher zur selektiven Entfernung von Desinfektionsnebenprodukten bei der Beckenwasseraufbereitung von Frei- und Hallenbädern

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 388.22.11

Schlüsselwörter (Deutsch)

Freibäder, Hallenbäder, Wasseraufbereitung, Desinfektion, Desinfektionsnebenprodukte, Chloramine, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Chlorate, Bromate, Zeolithe, Ionenaustauscher

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Zur Desinfektion von Badewasser wird in öffentlichen Bädern vorwiegend Chlor in Form von hypochloriger Säure eingesetzt. Dieses optimal wirkende Desinfektionsmittel hat aber auch Nachteile. Im Badewasser entstehen als Desinfektionsnebenprodukte Chloramine (bei Anwesenheit von Harnstoff), leichtflüchtige halogenierte Kohlen-wasserstoffe, und bei der Verwendung von Javelwasser können zusätzlich Chlorate und Bromate ins Wasser gelangen. Damit die zulässigen Toleranzwerte nicht überschritten werden, muss dem Badewasser mehr Frischwasser zugegeben werden, was den Wasserverbrauch und damit die Kosten erhöht.
Auf dem Markt werden heute verschiedene Anlagen zur Reduktion der Wasserbelastung durch Desinfektionsnebenprodukte und Harnstoff angeboten, die jedoch gewichtige Nachteile haben: Systeme mit Aktivkohle neigen zu Verkeimungen, und UV-Anlagen erzielen keine Wirkung beim Harnstoff. Neue Verfahren, welche diese Nachteile beseitigen, haben grosses Marktpotential in neuen und bestehenden Badewasseraufbereitungsanlagen, insbesondere auch aufgrund der verschärften Qualitätsanforderungen der neuen SIA Norm 385/9.
Mit den Fortschritten und den bisherigen Forschungsresultaten im Bereich der Zeolithe zeichnet sich ein neuer Ansatz zur Entfernung von Desinfektionsnebenprodukten in Beckenwasser ab. In einer Machbarkeitsstudie soll deshalb untersucht werden, wie effizient Chloramine und halogenierte Kohlenwasserstoffe mit Zeolithen einerseits und Chlorate und Bromate mit Ionenaustauschern andererseits aus dem Badewasser entfernt werden können.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1 Daten zur Konzentration von freiem Chlor, Chloraminen sowie Chlorat und Bromat in Frei- und Hallenbädern

2 Daten zur Adsorptionskapazität von Zeolithen für Harnstoff, Chloramine und Trihalogenmethane im Vergleich zu Aktivkohle und aktiviertem Filtermaterial AFM aus Laborversuchen mit und ohne UV-Wasserbehandlung

3 Daten zur Effizienz der Ionenaustauscher bei der Entfernung von Chloraten und Bromaten

4 Angaben zur Regenerierbarkeit der Zeolithe

Projektziele (Deutsch)

Im vorliegenden Projekt soll die grundsätzliche Eignung von Zeolithen und Ionenaustauschern zur selektiven Entfernung von Desinfektionsnebenprodukten bei der Beckenwasseraufbereitung in Frei- und Hallenbädern untersucht werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Das Ziel dieser Machbarkeitsstudie war die Erprobung verschiedener Zeolithe als Filtermaterialien zur Aufbereitung von Schwimmbadwasser. Zeolithe sind, da sie in ihren Kristallstrukturen klar definierte Porenöffnungen aufweisen, eine interessante Alternative zu herkömmlichen Adsorptionsmitteln.

 

Es sollte eine Verbesserung der Wasserqualität unter Beibehaltung der hygienischen Randbedingungen durch die Reduktion der Konzentration von Chloraminen und Harnstoff erzielt werden. Bei allen Desinfektionsverfahren auf Chlorbasis entstehen nämlich gesundheitsschädliche Chlor-Stickstoff-Verbindungen und leicht flüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe.

 

Es wurden Laborversuche mit Harnstoff, Chloroform (ein Trihalogenmethan, THM)  und Chloraminen (gebundenes Chlor) durchgeführt. Unterschiedliche Zeolith- und Aktivkohletypen wurden mittels Schüttelversuchen, Säulenfiltration sowie Filtration mit Glasfritte getestet und verglichen.

 

Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass Chloramine und Chloroform am besten mit einer speziellen Aktivkohle entfernt werden können. Hingegen zeigt ein spezieller Zeolith  die besten Ergebnisse bei der Adsorption von Harnstoff. Hier wurden nach einer Schütteldauer von 5 Minuten und einer Standardkonzentration von 1.39 ± 0.2 ppm bereits 46 – 62 % des Harnstoffes adsorbiert. Bei den Schüttelversuchen mit Aktivkohle konnten Chloroform und Chloramine nach einer Schütteldauer von 5 – 10 Minuten nicht mehr nachgewiesen werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Wirkung der Zeolithe war geringer, als von ihrer Struktur her erwartet worden war. Auffallend ist die hervorragende Reduktionswirkung der speziellen Aktivkohle auf Chloramine und Chloroform (ein Trihalogenmethan).

Aus den durchgeführten Untersuchungen können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:

 

1.     Die Reduktion der Chloramine erfolgt am geeignetsten mit der speziellen Aktivkohle.

2.     Harnstoff kann am ehesten mit Zeolith-Kugeln verringert werden.

3.     Chloroform lässt sich hervorragend mit der gleichen Aktivkohle reduzieren, die bei der Reduktion von Chloraminen verwendet wird.

 

Aktivkohle wird in der Beckenwasseraufbereitung schon angewendet und adsorbiert  die untersuchten, unerwünschten Desinfektionsmittel sehr gut. Harnstoff adsorbiert schlecht an Aktivkohle, hier können die speziellen Zeolith-Kügelchen  Abhilfe schaffen.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Zur Abklärung der Praxistauglichkeit sind die Wirkungen der Kohle und des Zeoliths in einem Hallenbad zu untersuchen. Das am nächsten gelegene Hallenbad ist das Hallenbad Geiselweid in Winterthur. Es wurde seit März 2012 saniert und öffnet wieder am 1. Dezember 2012.

 

Wie weit die beiden Industriepartner an dieser Weiterführung des Projekts interessiert sind, muss noch abgeklärt werden. 

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Im Vorfeld der des Projekts:

Spielmann T., Betriebskostenvergleich der in Schweizer Freibädern eingesetzten Filtersysteme, Bäderrevue 6-2011.