Leonhard A. Hütter Wasser und Wasseruntersuchung

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1 1,.- -! 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. WmammM' Leonhard A. Hütter Wasser und Wasseruntersuchung Methodik, Theorie und Praxis chemischer, chemisch-physikalischer, biologischer und bakteriologischer Untersuchungsverfahren 6., erweiterte und aktualisierte Auflage Otto Salle Verlag Frankfurt am Main Verlag Sauerländer Aarau Frankfurt am Main Salzburg

2 Inhaltsübersicht 1 Wasser und Wasseranalytik Begründung und Anforderungen - didaktische und experimentelle Voraussetzungen 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. Laborschreiber 12. Mehrparameter-Meßgeräte 13. Leitfähigkeitsmeßgeräte (Konduktometer) 14. ph- und mv-meßgeräte; Ionenmeter; 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 Probenahmegeräte 2. Probenvorbereitung und Spurenanreicherung; Aufschlußsysteme 3. Atomabsorptionsspektrometrie (AAS) und ICP-OES 4. ICP-Massenspektrometrie (ICP-MS) 5. Spektrophotometrische Methoden 6. Elektrochemische Methoden 7. TOC/DOC-Bestimmung 8. AOX/EOX/POX-Bestimmung 9. Chromatographische Methoden 10. Ionenchromatographie (IC) 11. Fließanalyse 12. Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) 13. Neutronenaktivierungsanalyse 14. Enzymatische und biochemische Verfahren 15. Testverfahren mit Wasserorganismen 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 Grundwasserneubildung Bodeninfiltration und Grundwasserbewegung (Grundwasserdynamik) Uferfiltration und Grundwasseranreicherung Mikrobiologische Aktivität des Grundwassers Hygienische und chemische Beschaffenheit., Grundwassertypen Grundwasserabsenkung und deren Auswirkungen 46

3 1.2.3 Quell-und Brunnenwasser; Grundwassererschließung und Grundwasserschutz; Wasserversorgung Quellwasser Brunnenalterung Wasserdargebot - Wasserversorgung Schutzzonen Grundwassergefährdung- Grundwasserschutz 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 (COf); Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht Sauerstoff (O 2 ) Halogenide: Cl", (F", Br, I") Sulfat (SOJ-), Stickstoffverbindungen: Ammonium (Ammoniak), NHJ (NH 3 ), Nitrit (NOä) und Nitrat (NOj) Phosphat (PO ") und Borat (BOf) Kieselsäure (H 2 SiO 3 ) und Silicat (SiO ) : 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) Oxidierbarkeit mit Kaliumdichromat, (K 2 Cr 2 O 7 -Verbrauch), Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) 106 VI

4 3. 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+ ) Blei (Pb 2+ ) Cadmium (Cd 2+ ) Chrom (Cr 3+, Cr 6+ (CrO 2.")); 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 v Pestizide - Pflanzenbehandlungs-und Schädlingsbekämpfungsmittel Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK; PAH) Halogenorganische Verbindungen (HOV) Phenole Kohlenwasserstoffe (KW); Mineralöl und Mineralölprodukte Tenside (Grenzflächenaktive Stoffe) Mikrobiozide : Synthetische organische Romplexbildner Biologische Testverfahren - Toxizitätsprüfung mit Wasserorganismen Mikroorganismen; Viren : ' Algen Eisen- und Manganbakterien.. : Krankheits- (Seuchen-) Erreger Werkstoffe - Korrosion und Korrosionsschutz Säurekorrosion : Sauerstoffkorrosion Beton und Betonangriff Mikrobiell induzierte Korrosion Elektrische Streuströme Elektrochemischer Korrosionsschutz 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 Entfernung von Nitrat (Denitrifikation) Entfernung von Geruchs- und Geschmacksstoffen bzw. von organischen Spurenverunreinigungen Ozonbehandlung (O 3 ) Entkeimung 148 VII

5 1.5.9 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 von mikrobiologischen 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 Badegewässer Regenwasser und Schnee (Niederschlagswasser) Inhaltsstoffe Untersuchungshinweise Abwasser - Beschaffenheit, Reinigung, Untersuchung und Beurteilung Abwasserarten und deren Beschaffenheit Häusliche Abwässer Gewerbliche und industrielle Abwässer Niederschlagswasser Fremdwasser Kommunales (städtisches) Abwasser Einleitebedingungen Direkteinleiter - Indirekteinleiter Einleitebedingungen Abwasserabgabengesetz (AbwAG) 218 VIII

6 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 Ersatz des CSB durch den TOC? Schwermetalle Toxizitätsprüfung; Testverfahren mit Wasserorganismen Fäulnisfähigkeit Trinkwasserverunreinigung durch Abwasser Darstellung und Interpretation der Untersuchungsergebnisse Gliederung einer Wasseranalyse Berechnung und Angabe der Analysenergebnisse; statistische Verfahren Ionendarstellung Konzentrationsangaben Analysentabellen und Analysenformulare Genauigkeitsanforderungen; statistische Verfahren Indirekte Berechnungen Graphische Auswertungen Analytische Qualitätssicherung (AQS) Summenbestimmungen und Summenbildungen; Aufstellen der Ionenbilanz; Plausibilitätstest : " 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 Probenkonservierung Probenahmeprogramme; Probenahmetechnik Prüfung auf Geruch und Geschmack Prüfung auf Färbung und Trübung Physikalische und 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 Calcitsättigung Bestimmung der Absorption im sichtbaren (X = 436 nm) (Färbung) und im UV-Bereich (A = 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 t ); (m-wert und p-wert) Bestimmung des gesamten anorganisch gebundenen Kohlenstoffs (TIC; 27CO 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 ); 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 u.a. Elementen (Ag, As, Bi, Cd, Co, Cu, Fe, Hg, In, Mn, Ni, Pb, Se, Sb, Sn, Tl, U, Zn) mit Potentiometrischer Stripping-Analyse (PSA) Bestimmung von Schwermetallen (Ag, Bi, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Tl, Zn) durch Atomabsorptions-Spektrometrie (AAS) Bestimmung der 33 Elemente Ag, AI, 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) Bestimmung von Arsen, As(III), As(V) Bestimmung von Cadmium (Cd 2+ ) Bestimmung von Anionen Berechnung des gelösten Kohlenstoffdioxids (der freien Kohlensäure), des Hydrogencarbonat- und Carbonat-Ions (CO 2 bzw. H 2 CO 3 ; HCOj, COf); Bestimmung der Carbonathärte ( d KH) Bestimmung von Chlorid (Cl") Bestimmung von Fluorid (F~) Bestimmung von Cyanid (CN~) Bestimmung von Hydrogensulfid (HS") Bestimmung von Sulfat (SO 2.") Bestimmung von Phosphat (als PO ") und Silicat bzw. Kieselsäure (als SiO 2 ) Bestimmung von Borat (BOf) Bestimmung von Fluorid, Chlorid, Nitrit, Orthophosphat, Bromid, Nitrat und Sulfat mittels Ionenchromatographie Bestimmung von Anionen in Abwasser mittels Ionenchromatographie X

8 2.6 Bestimmung von Stickstoffverbindungen ; Bestimmung von Ammonium (NHJ) bzw. Ammoniak (NH 3 ) Bestimmung von Nitrit (NO 2 ) Bestimmung von Nitrat (NOj) Bestimmung von Harnstoff (H 2 NCONH 2 ) in Badewässern Bestimmung des gesamten gebundenen Stickstoffs TN b Bestimmung von organischen Halogenverbindungen Bestimmung der adsorbierbaren organisch gebundenen Halogene (AOX) Bestimmung der extrahierbaren organisch gebundenen Halogene (EOX) Bestimmung der ausblasbaren organisch gebundenen Halogene (POX) 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 Schnellnachweis von Enterobacteriaceae mit ELISA-Test Nachweis von Fäkalstreptokokken Nachweis sulfitreduzierender sporenbildender Anaerobier (Clostridien) Nachweis von Pseudomonas aeruginosa : XI

9 4 Literatur und Information Literatur Standardwerke Lehrbücher und Monographien Schriftenreihen und Periodika Literaturzitate Firmenschriften und Sonderdrucke Wasserrecht. Gesetze und Verordnungen Bundesrepublik Deutschland Österreich Schweiz Europäische Gemeinschaften (EG); Europäische Union (EU) Normen im Wasserwesen Deutsche Normen (DIN) Österreichische Normen (ÖNORM) Schweizer Normen (SN) International Organization of Standardization (ISO) Europäisches Komitee für Normung (CEN) Zeitschriften und Periodika Wasserfach und Grenzgebiete Bundesrepublik Deutschland Österreich Schweiz Spezielle Hinweise und Informationen Bundesrepublik Deutschland Österreich Schweiz Internationaler Gewässerschutz Bezugsquellen- und Firmenverzeichnis 494 Verzeichnis gebräuchlicher Kurzbezeichnungen 498 Sachwortverzeichnis O.A.M.D.G. XII