Leonhard A. Hütter Wasser und Wasseruntersuchung

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1 Leonhard A. Hütter Wasser und Wasseruntersuchung Methodik, Theorie und Praxis chemischer, chemisch-physikalischer, biologischer und bakteriologischer Untersuchungsverfahren 4., erweiterte und aktualisierte Auflage "/ 7 Otto Salle Verlag Frankfurt am Main Verlag Sauerländer Aarau Frankfurt am Main Salzburg

2 Inhaltsübersicht 1 Wasser und Wasseranalytik 1.1 Begründung und Anforderungen didaktische und experimentelle Aufbereitung Anforderungen an den Laboranten bzw. Praktikanten Protokollführung Anforderungen an das Laboratorium - Geräteausstattung und praktische Hinweise 4 1. Allgemeiner Laborbedarf 2. Geräte aus Glas 3. Geräte aus Kunststoff 4. Reagenzien und Chemikalien 5. Reinstwasser und keimfreies Wasser 6. Waagen 7. Temperaturmeßgeräte 8. Kältethermostat 9. Dispergiergeräte (Homogenisatoren) 10. Kolbenbüretten; Dispenser 11. Mehrzweck-Laborschreiber 12. Ionscan-System zur Metallspurenanalyse 13. Leitfähigkeitsmeßgeräte (Konduktometer) 14. ph-und mv-meßgeräte; lonenmeter; Elektroden; Pufferlösungen 15. Sauerstoff-und BSB-Meßgeräte 16. CSB-Meßplatz 17. Filterphotometer. 18. Spektralphotometer 19. Flammenphotometer 20. Trockenschränke und Heißluft- Sterilisatoren; Autoklaven 21. Geräte und Hilfsmittel für die Bakteriologie 22. Literatur und Information; Handbibliothek 23. Datenverarbeitung Systeme und Reagenziensätze zur Wasseruntersuchung Übersicht über die erhältlichen Testsysteme Das Küvettentest- und Photometer-System von LANGE Das Testsatz- und Photometer-System von MERCK Einsatz spezieller Apparate und Methoden 21 I. Probenahmegeräte 2. Probenvorbereitung und Spurenanreicherung; Aufschlußsysteme 3. Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und ICP-OES 4. Ionenchromatographie (IC) 5. Gesamter/gelöster organisch gebundener Kohlenstoff (TOC/DOC; TC) 6. Spektrophotometrische Methoden 7. Chromatographische Methoden 8. Elektrochemische Methoden 9. Röntgenfiuoreszenzanalyse (RFA) 10. Neutronenaktivierungsanalyse II. Enzymatische Methoden 12. Testverfahren mit Wasserorganismen 13. Informationen zur aktuellen Marktsituation.1.6 Gliederung der Untersuchungen Auswahl der Untersuchungsobjekte; Arbeitsplanung Auswahl der Einzelbestimmungen für eine bestimmte Wasserprobe Wahl des Untersuchungsverfahrens für die Einzelbestimmungen Reihung der Einzelbestimmungen im Rahmen einer Gesamtuntersuchung; Probenkonservierung Wasser ist nicht gleich Wasser Charakterisierung verschiedener Wasserarten; Gewässerschutz Niederschlagswasser Grundwasser. < 1. Grundwasserneubildung 2. Bodeninfiltration und Grundwasserbewegung (Grundwasserdynamik). 3. Uferfiltration und Grundwasseranreicherung. 4. Mikrobiologische Aktivität des Grundwassers 5. Hygienische und chemische Beschaffenheit 6. Grundwassertypen 7. Grundwasserabsenkung und deren Auswirkungen

3 1.2.3 Quell-und Brunnenwasser; Grundwassererschließung und Grundwasserschutz; Wasserversorgung Quellwasser Brunnenalterung Wasserdargebot- Wasserversorgung Schutzzonen Grund Wassergefährdung - Grund wasserschutz Mineral- und Heilwässer Oberflächenwasser Oberflächenwasser Fließgewässer Seen und Stauseen Baggerseen Anforderungen Gewässerversauerung Probenahme Abwasser; Gewässerschutzprobleme Gewässerschutz und Gesetzgebung Investitionen und Maßnahmen Der Rhein Die Donau Meerwasser Wasser als Lebensraum - Hydrobiologie Das Süßwasser als Umwelt der Organismen Biologisches Gleichgewicht; Primärproduktion; Die Selbstreinigung von Gewässern und dessen Störung Biologische Vorgänge und Stoffkreislauf im See Biologische Vorgänge in Fließgewässern; Trophie und Saprobie; Gewässerbeurteilung nach dem Saprobiensystem Bedeutung und,grenzen der biologischen Wasseranalyse Inhaltsstoffe natürlicher Wässer - deren mögliche Herkunft und Bedeutung Gesamtgehalt an gelösten und ungelösten Stoffen - Trockenrückstand; Elektrische Leitfähigkeit Oxoniumionen-Konzentration, c(h 3 O + ); ph-wert und Redox-Spannung Alkalimetalle: Na +, K +, (Li +, Rb + ) Erdalkalimetalle: Ca 2 +, (Sr 2+, Ba 2 + ); Mg Härte eines Wassers, c(ca 2+ + Mg 2+ ) Kohlenstoffdioxid (Kohlensäure), CO 2 (H 2 CO 3 ), Hydrogencarbonat (HCO 3 ) und Carbonat (CO 3 ~); Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Sauerstoff (O 2 ) 94 l'4.8 Halogenide: Cl", (F~, Br", I") Sulfat (SOJ") 95 y Stickstoffverbindungen: Ammonium (Ammoniak), NH4 (NH 3 ), ^ Nitrit (NO 2 ) und Nitrat (NO 3 ) Phosphat (PO^") und Borat (BO^) sf Kieselsäure (H 2 SiO 3 ) und Silicat (SiOi") Schwermetalle: Eisen (Fe 2 + /Fe 3 + ), Mangan (Mn 2+ ), Blei (Pb 2 + ), Kupfer (Cu 2 + ), Zink (Zn 2 + ) Spurenelemente Organische Stoffe - Chemische Oxidierbarkeit (CSB; TOC, DOC); Bedeutung von Summen- und Gruppenparametern; Leitsubstanzen Oxidierbarkeit mit Kaliumpermanganat, (KMnO 4 -Verbrauch) 104 VI

4 2. Oxidierbarkeit mit Kaliumdichromat, (K 2 Cr 2 O 7 -Verbrauch), Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) Gesamter (gelöster) organisch gebundener Kohlenstoff, TOC (DOC) Organische Stoffe - Biochemische Oxidierbarkeit; Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB) Organische Stoffe - Huminstoffe (HUS) Radioaktivität Mögliche Schadwirkungen des Wassers und deren Beseitigung Toxische Stoffe im allgemeinen (Toxikologie) Toxische anorganische Stoffe Beryllium (Be 2 + ); Aluminium (Al 3 + ) 2. Blei (Pb 2+ ) 3. Cadmium (Cd 4. Chrom (Cr 3 +, Cr 6+ (CrOD); Nickel (Ni 2 + ) Quecksilber (Hg 2 + ) Arsen, As(III), As(V) ' Selen, Se(IV), Se(VI) Cyanid (CN~) Schwefelwasserstoff (H 2 S) Asbest Toxische organische Stoffe Pestizide - Pflanzen behandlungs-und Schädlingsbekämpfungsmittel Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK; PAH) Halogenorganische Verbindungen (HOV)....' Phenole Kohlenwasserstoffe (KW); Mineralöl und Mineralölprodukte Tenside (Grenzflächenaktive Stoffe) Mikrobiozide Synthetische organische Komplexbildner Biologische Testverfahren - Toxizitätsprüfung mit Wasserorganismen Mikroorganismen; Viren Algen Eisen- und Manganbakterien Krankheits- (Seuchen-) Erreger Werkstoffe - Korrosion und Korrosionsschutz Säurekorrosion Sauerstoffkorrosion Beton und Betonangriff Anaerobe bakterielle Korrosion Elektrische Streuströme Störende oder schädigende Einflüsse hinsichtlich bestimmter Verbrauchergruppen Aufbereitung des Wassers zu Trinkwasser Vorreinigung: Entfernung ungelöster und kolloider Verunreinigungen Filtration Belüftung Enteisenung << Entmanganung Entsäuerung Schutzschichtbildung Zentrale Enthärtung 146 yc 9. Entfernung von Nitrat (Denitrifikation) Entfernung von Geruchs- und Geschmacksstoffen bzw. von organischen Spurenverunreinigungen 148 VII

5 11. Ozonbehandlung (O 3 ) Entkeimung Desinfektion (Entkeimung) des Trinkwassers Chlor (Cl 2 ) Chlordioxid (C1O 2 ) Ozon (O 3 ) und Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) UV-Bestrahlung Anodische Oxidation Wiederverkeimung Reinstwasser und keimfreies Wasser für analytische und bakteriologische Zwecke Mono- und bidestilliertes Wasser Vollentsalzung durch Ionenaustausch und Umkehr-Osmose Zweibett-Anlagen Mischbett-Anlagen Umkehr-Osmose Nachbehandlungs-Systeme Keimfreies und pyrogenfreies Wasser ' Trinkwasser - Beschaffenheit, Anforderungen und Beurteilung; Grenzwerte Charakterisierung, Anforderungen und Beschaffenheit Begriff «Trinkwasser»; Leitwerte, Grenzwerte, Richtzahlen Toxikologische und hygienische Gesichtspunkte; Minimierungsgebot Mikrobiologische Beschaffenheit Escherichia coli und coliforme Keime Weitergehende Untersuchungen Koloniezahl Verhältnis mikrobiologischer zu chemischen Parametern Hinweise für Untersuchung und Beurteilung Mineral- und Heilwässer; Tafelwässer Entstehung und Gewinnung Charakterisierung und Beschaffenheit Mineralwässer Heilwässer Untersuchung Fischereigewässer - Anforderungen, Untersuchung und Beurteilung Wasser für Hallenbäder, Freibeckenbäder und Badeseen - Anforderungen und Beurteilung Hallenbäder und Freibeckenbäder , Badeseen 206 / 1.11 Regenwasser und Schnee (Niederschlagswasser) Inhaltsstöffe..' Untersuchungshinweise Abwasser - Beschaffenheit, Reinigung, Untersuchung und Beurteilung Abwasserarten und deren Beschaffenheit Häusliche Abwässer Gewerbliche und industrielle Abwässer Niederschlagswasser Fremdwasser Kommunales (städtisches) Abwasser 213 VIII

6 Einleitebedingungen Direkteinleiter- Indirekteinleiter Einleitebedingungen Abwasserabgabengesetz (AbwAG) Die Reinigung kommunaler Abwässer Das Kanalisationssystem Verfahren zur Abwasserreinigung Die mechanische Reinigung (1. Stufe) Die biologische Reinigung (2. Stufe) Weitergehende Reinigung; Phosphor- und Stickstoffelimination Anaerobe Abwasserreinigung Schlammbehandlung; Klärschlamm Untersuchung und Beurteilung Probenahme Summenparameter und Summenparameter-Verhältnisse Schwermetalle Toxizitätsprüfung (Bioteste mit aquatischen Testorganismen) Fäulnisfähigkeit : Trinkwasserverunreinigung durch Abwasser 242 I.1.13 Darstellung und Interpretation der Untersuchungsergebnisse Gliederung einer Wasseranalyse Berechnung und Angabe der Analysenergebnisse; statistische Verfahren Ionendarstellung Konzentrationsangaben Analysentabellen und Analysenformulare Angabe der Ergebnisse; statistische Verfahren Indirekte Berechnungen Analytische Qualitätssicherung (AQS) Summenbestimmungen und Summenbildungen; Ausgleich der Ionenbilanz Die Problematik des Begriffes «Wasserhärte» Verschmutzungsindikatoren Der.Befund Experimentelle Methoden der Wasseruntersuchung Probenahme und Sinnenprüfung Probenahme und Probenkonservierung Probenahme am Zapfhahn bzw. an Handpumpen Probenahme aus Oberflächengewässern Probenahme von Grundwasser Probenahme von Abwasser Probenahme durch spezielle Pumpen Probenkonservierung 257 \/ Prüfung auf Geruch und Geschmack Prüfung auf Färbung und Trübung 2.2 Physikalische'urid physikalisch-chemische Untersuchungen Bestimmung der Temperatur ^ Bestimmung der Dichte Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit Bestimmung der Oxoniumionen-Konzentration, c(h 3 O + ); ph-wert Bestimmung der Redox-Spannung Bestimmung der Calciumcarbonatsättigung Bestimmung der Absorption im sichtbaren (?. = 436 nm) und im UV-Bereich (/ = 254 nm) 287 IX

7 2.3 Chemische und biochemische Summenbestimmungen Bestimmung des Gesamttrockenrückstandes, des Filtrattrockenrückstandes und des Glührückstandes Summenbestimmung durch Kationenaustausch Bestimmung der Gesamthärte ( d GH) Bestimmung der Säure- und Basekapazität (K s und K B ); (w-wert und p-wert) : Bestimmung des gesamten anorganisch gebundenen Kohlenstoffs (TIC;.TCO 2 bzw. ß c -Wert) Bestimmung des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC) Bestimmung der Oxidierbarkeit mit Kaliumpermanganat (KMnO 4 ) (KMnO 4 -Verbrauch; Permanganat-Index) Bestimmung der Oxidierbarkeit mit Kaliumdichromat (K 2 Cr 2 O 7 ); Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB) Bestimmung der Sauerstoffzehrung in n Tagen Bestimmung von Kationen Bestimmung von Lithium (Li + ), Natrium (Na + ) und Kalium (K + ) Bestimmung von Calcium (Ca 2 + ) und Magnesium (Mg 2+ ) sowie deren Summe (Gesamthärte; GH) Bestimmung von Eisen (Fe 2 + ; Fe 3 + ) Bestimmung von Mangan (Mn 2 + ) Bestimmung von Kupfer (Cu 2+ ) Bestimmung von Zink (Zn 2 + ) Bestimmung von Blei (Pb 2+ ) Bestimmung von Chrom, Cr(VI); (Chromat) Bestimmung von Nickel (Ni 2 + ) Bestimmung von Quecksilber (Hg) Bestimmung von Aluminium (Al 3 + ) Bestimmung von 7 Metallen (Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Tl, Zn) ' mittels Polarographie^und Voltammetrie Bestimmung von Schwermetallen (Bi, Cd, Cu, In, Pb, Tl, Zn, Hg) mittels Ionenscan-Analyse (Potentiometrische Stripping-Analyse) Bestimmung von Schwermetallen (Ag, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Tl, Zn) durch Atomabsorptions-Spektrometrie (AAS) Bestimmung der 33 Elemente Ag, Al, As, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, S, Sb, Se, Si, Sn, Sr, Ti, V, W, Zn und Zr durch Atomemissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) Halbquantitative Bestimmung von Arsen, As(III), As(V) Bestimmung von Anionen Berechnung des gelösten Kohlenstoffdioxids (der freien Kohlensäure), des 'Hydrogencarbonat- und Carbonat-Ions (CO 2 bzw. H 2 CO 3 ; HCO3, CO 3 ~); Bestimmung der Carbonathärte ( d KH) Bestimmung von Chlorid (Cl~) Bestimmung von Fluorid (F~) Bestimmung von Cyanid (CN~),^r Bestimmung von Hydrogensulfid (HS") Bestimmung von Sulfat (SO ~) Bestimmung von Phosphat (als POj") und Silicat bzw. Kieselsäure (als SiO 2 ) Bestimmung von Borat (BO 3,") Bestimmung von Fluorid, Chlorid, Nitrit, Orthophosphat, Bromid, Nitrat und Sulfat mittels lonenchromatographie Bestimmung von Anionen in Abwasser mittels lonenchromatographie 378 X

8 N2.6 Bestimmung von Stickstoffverbindungen Bestimmung von Ammonium (NHj) bzw. Ammoniak (NH 3 ) Bestimmung von Nitrit (NO 2 ) ' Bestimmung von Nitrat (NO 3 ) Bestimmung von Harnstoff (H 2 NCONH 2 ) in Badewässern Bestimmung gelöster Gase Bestimmung von Sauerstoff (O 2 ) Bestimmung von Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) Bestimmung von freiem Chlor und Gesamtchlor (Cl 2 ) Bakteriologische Wasseruntersuchung Zweck und Bedeutung der bakteriologischen Wasseruntersuchung Sterilisation der Geräte und Nährmedien; Arbeitshinweise Entnahme, Transport und Aufbewahrung von Wasserproben für die bakteriologische Untersuchung Bestimmung der volumenbezogenen Zahl bestimmter vermehrungsfähiger Keime (Koloniezahl) Gußplatten-Verfahren auf Gelatine-Agar Nährboden Membranfilter-Verfahren Schnellkontrolle mit Total-Count-Tester Nachweis und Bestimmung der Koloniezahl von Escherichia coli und coliformen Bakterien Nachweis durch Anreicherung in Lactose-Pepton-Nährlösung und Bestimmung des Coli-Titers Differenzierung auf Selektivnährböden nach Flüssigkeitsanreicherung bzw. Membranfiltration Überprüfung spezieller biochemischer Stoffwechselmerkmale («Bunte Reihe») und bakterieller Enzymprofile Membranfilter-Verfahren Schnellnachweis von Escherichia coli mit Fluorocult-Nährmedien Nachweis von Fäkalstreptokokken Nachweis sulfitreduzierender sporenbildender Anaerobier (Clostridien) Nachweis von Pseudomonas aeruginosa 431 ' ' 4 " / Literatur und Information Literatur Standardwerke Lehrbücher und Monographien Schriftenreihen und Periodika Literaturzitate Firmenschriften und Sonderdrucke 462 XI

9 4.2 Wasserrecht. Gesetze und Verordnungen Bundesrepublik Deutschland Deutsche Demokratische Republik Österreich Schweiz Europäische Gemeinschaften Normen Deutsche Normen (DIN) Österreichische Normen (ÖNORM) Schweizer Normen (SN) International Organization of Standardization (ISO) Zeitschriften und Periodika Wasserfach und Grenzgebiete Bundesrepublik Deutschland Deutsche Demokratische Republik Österreich Schweiz Spezielle Hinweise und Informationen Bundesrepublik Deutschland Deutsche Demokratische Republik Österreich Schweiz Internationaler Gewässerschutz Bezugsquellen- und Firmenverzeichnis 490 Verzeichnis gebräuchlicher Kurzbezeichnungen 494 Sachwortverzeichnis / XII