KWZ Seminar 26. Januar 2017 Patrick Allenbach (LEHVOSS Schneider AG)

Transkript

1 CHLORAT UND BROMAT IM BADEWASSER AKTUELLER STAND KWZ Seminar 26. Januar 2017 Patrick Allenbach (LEHVOSS Schneider AG)

2 Seit Jahrzehnten beschäftigen wir uns mit der Aufbereitung, Behandlung und Filtration von festen, flüssigen und gasförmigen Medien und beraten unsere Kunden bei der Entwicklung und Umsetzung wirtschaftlicher Lösungen. Dabei legen wir auf die anwendungstechnische Unterstützung sowie die rasche und nachhaltige Verfügbarkeit der gewünschten Produkte grössten Wert. Wir beschaffen das richtige Produkt in der optimalen Qualität zur vereinbarten Zeit am gewünschten Ort. Dabei stellen wir das Verhältnis von Preis und Leistung in den Vordergrund. LEHVOSS SCHNEIDER AG KOMPETENZ INKLUSIVE 2

3 Einleitung/Übersicht 1. Einleitung - Chlorat und Bromat im Badewasser INHALT 2. Chlorat - Wo entsteht Chlorat - Faktoren welche die Chloratbildung beeinflussen 3. Bromat - Wo entsteht Bromat - Faktoren welche die Bromatbildung beeinflussen 4. Möglichkeiten der Reduktion oder Elimination - Beim Produzenten - Beim Händler - Beim Endverbraucher 5. Chloratreduktion durch Ionenaustauscher - SAZ Burgdorf - Konradhof Winterthur - Fazit 3

4 Chlorat und Bromat Chlorat und Bromat: Zwei unerwünschte Produkte mit unterschiedlicher Herkunft. ALLGEMEIN Sowohl Chlorat wie Bromat sind im Schwimmbadwasser unerwünscht und sollten möglichst gering gehalten werden. Die SIA 385/9 gibt entsprechende Grenzwerte vor: Chlorat: Bromat: 10 mg/l 0.2 mg/l Die Herkunft und Entstehung der beiden Produkte sind aber grundsätzlich verschieden. 4

5 Chlorat im Badewasser Chlorat im Badewasser Gesundheitlich ist Chlorat problematisch, da es Gewebeschäden durch Sauerstoff-Unterversorgung sowie Nierenversagen verursachen kann. CHLORAT Mit Inkrafttreten der neuen SIA-Norm 385/9 gilt für Chlorat im Beckenwasser ein Toleranzwert von 10 mg/l. In Deutschland liegt der Toleranzwert (Summenparameter für Chlorit und Chlorat) in der DIN-Norm bei 30 mg/l. Chlorat lässt sich mit der üblichen Aufbereitungstechnik nicht entfernen und es besteht die Gefahr einer Anreicherung im Badwasser. Chlorat entsteht laufend in chlorhaltigen Lösungen: Deshalb auch bei allen Verfahren Javel (hauptsächlich) Elektrolyse (ältere Verfahren) Stapelbehälter (unabhängig vom Ausgangsprodukt) 5 Die Entstehung des Chlorats ist ein permanent ablaufender Prozess, welcher nur bedingt beeinflusst werden kann Lagerort Lagermenge Lagerzeit Produkte

6 Chlorat im Badewasser Chlorat entsteht laufend: CHLORAT Lagergebinde: Je nach Menge werden die Chlorlösungen beim Hersteller, beim Händler und beim Verbraucher in verschiedenen Gebinden gelagert. Grosstanks, Kleintanks, Polyfässer In jedem Fall sollte darauf geachtet werden, dass die Gebinde regelmässig gereinigt werden um eine Aufkonzentration durch altes Chlorlösung zu verhindern. Lagermenge: Es sollte nur so viel gelagert werden, dass man die Menge in 3-4 Wochen verwenden kann. Bei Herstellern und Grosshändlern ist die Lagermenge verhältnismässig gross, da der Umschlag dem entsprechend gross ist, fällt diese aber nicht ins Gewicht. Lagertemperatur: Das Lager sollte möglichst kühl und die Gebinde vor UV Strahlung geschützt werden. Sowohl Temperatur wie UV Strahlung beeinflussen die Entstehung von Chloraten. 6

7 Chlorat im Badewasser Chlorat entsteht laufend: CHLORAT Lagerzeit: Diese muss möglichst kurz gehalten werden. Bei Herstellern und Händlern liegt das Javel meist nur einige Tage. Der Endverbraucher hat oft schwierige Bedingungen: - Kleine Bestellmengen -> hoher Preis - Grössere Bestellmengen -> mehr Wirkstoffverlust und mehr Chlorate - Lagerraum oft zu warm Produkte: Verschiedene Produkte und Möglichkeiten stehen zur Verfügung - Calciumhypochlorit (ohne Stapelbehälter) - Salzelektrolysen (neue Generation) - Javel verdünnt auf ca. 9% (Abbau und Chloratbildung verlangsamt) - Chlorgas - Chlorat-Reduktion mittels Ionenaustascher-Anlage (bindet Chlorat und Bromat) 7

8 Chlorat im Badewasser Chlorat im Badewasser Chlorat ist ein anorganisches Desinfektionsmittel-Nebenprodukt, welches vor allem bei der Lagerung von Natrium- Hypochlorit-Lösung (Javel) entstehen kann. Die Bildung von Chlorat wird durch hohe Temperaturen und Lagerzeiten begünstigt. Gleichzeitig nimmt die die Konzentration an freiem Chlor während der Lagerung ab. CHLORAT Quelle: Merkblatt für die Gesundheitsämter AB Archiv des Badewesens 03/2012 8

9 Bromat im Badewasser Bromat im Badewasser Bromat entsteht in einer mehrstufigen Oxidationsreaktion durch Ozonung oder durch Chlorung aus Bromid. Bromid wird über das Füllwasser eingetragen: Sole (natürlich oder künstlich) Trinkwasser Meerwasser BROMAT Bromat entsteht bei der elektrolytischen Herstellung von Hypochlorit-Lösung unter Verwendung Bromidhaltiger Salze Das anorganische Desinfektionsnebenprodukt Bromat ist ein nicht-gentoxisches Karzinogen mit relativ niedrigem Potenzial, das die Niere schädigt. Bromat wurde in die DIN als chemischer Qualitätsparameter für Beckenwasser neu aufgenommen und mit 2 mg/l begrenzt. Quelle: Deutsches Umweltbundesamt, Wasserqualität der Schwimm- und Badebecken,

10 Bromat im Badewasser Bromat bildet sich bei der Elektrolyse von NaCl, also bei der Herstellung von Chlorlösung. Desinfekionsverfahren. Das Bromid / Ozon-Verfahren wird nur noch vereinzelt eingesetzt Javel ist ein effizientes und günstiges Desinfektionsmittel, welches sehr häufig eingesetzt wird. Die Anwendung von Calciumhpochlorit oder Chlorgas führen zu keiner messbaren Bromatverunreinigung im Beckenwasser. BROMAT Javel kann herstellungsbedingt mit Bromat in Konzentrationen von mehr als 1 g/l verunreinigt sein und stellt somit eine wesentliche Quelle für die Bromatkontamination im Beckenwasser dar. Eine Minimierung der Bromatkontamination im Schwimmbeckenwasser bei der Anwendung von Javel könnte durch Reinheitsanforderungen bei der Herstellung erreicht werden. Diese Anforderungen würden die Produktion von Javel enorm verteuern. Mengenanteil für den Schwimmbadbedarf ist zu klein, dass sich eine Umstellung für Produzenten rechnet. Hersteller wiederum sind Abhängig vom verwendeten Salz. Der Bromidgehalt im Salz variiert enorm, so dass keine gleichmässige Produktion möglich ist. 13

11 Möglichkeiten der Produzenten Die Produzent von Javel sind an einer Verbesserung kaum interessiert, weil im Verhältnis zu der Produktion, wenig Javel in die Schwimmbadwasseraufbereitung fliesst. Chlorat: Saubere Lagerbehälter Saubere Transportbehälter Kurze Lagerzeiten Temperierte Lager Der Umschlag bei den Produzenten ist so hoch, dass vor Ort kaum Chlorat entstehen kann. MÖGLICHKEITEN Bromat: Einsatz von möglichst bromid-armem Salz. Nicht umsetzbar, da beim Fördern die Werte permanent schwanken 16

12 Möglichkeiten der Händler Chlorat: Saubere Lagerbehälter Saubere Transportbehälter Saubere Liefergebinde Kurze Lagerzeiten Temperierte Lager Der Umschlag vor Allem während den Sommermonaten ist sehr hoch vor Ort wird kaum Chlorat entstehen kann. In Lagerbehältern oder Mehrweggebinden kann sich Chlorat aufkonzentrieren wenn diese nicht regelmässig restentleert und gereinigt werden. MÖGLICHKEITEN Bromat: Der Händler hat keine Möglichkeit am Gehalt etwas zu ändern. Es wurden Berechnungen angestellt, das Javel mittels Ionenaustaucher vor der Auslieferung von Chlorat und Bromat zu befreien. In den vorhandenen Konzentrationen ist dies aber weder technisch noch wirtschaftlich umsetzbar. 17

13 Möglichkeiten der Verbraucher Chlorat: Lagermenge so anpassen, dass die Lagerzeit von Javel möglichst kurz ist Kühl lagern Stapelbehälter regelmässig reinigen Restbestände entsorgen, im Frühling nicht ins Becken geben Umstellen der Anlage auf Calciumhypochlorit Granulat / Tabletten oder moderne Elektrolyse Reduktion von Chlorat mittels Ionenaustaucher Anlage MÖGLICHKEITEN Man ist darauf angewiesen, dass die Lieferanten möglichst frisches Javel liefern. Bromat: Mittels Ionenaustauscher-Anlage sollten sich auch die Bromat-Werte reduzieren. Umstellen der Anlage auf Alternativen 18

14 Chloratreduktion durch Ionenaustauscher Chloratreduktion durch Ionenaustauscher Chlorat lässt sich BISHER mit der üblichen Aufbereitungstechnik nicht entfernen und es besteht die Gefahr einer Anreicherung im Badwasser. Eine Möglichkeit zur Elimination von Chlorat ergibt sich auf Grund der anionischen Eigenschaften des Moleküls durch den Einsatz von Ionenaustauschern. NEUES VERFAHREN Zwei Anlagen sind im Einsatz: 1. Anlage SAZ, Burgdorf: Javeldesinfektion Ionenaustauschereinsatz seit Anlage Konradhof, Winterthur Salzelektrolyse Imeth Ionenaustauschereinsatz seit Anfangs

15 Ionenaustauscher Resinex Chlorat 1. Ionenaustauscher (IEX) Ionenaustauscher sind natürliche oder künstlich hergestellte organische oder anorganische Stoffe, die aus einer Elektrolytlösung Ionen aufnehmen und dafür eine äquivalente Stoffmenge anderer Ionen gleicher elektrischer Ladung abgeben können. Je nach Vorzeichen der austauschbaren Ionen unterscheidet man Kationenaustauscher oder Anionenaustauscher. 2. Anionenaustauscher Resinex Chlorat Resinex Chlorat ist ein hochreiner, gewaschener, starkbasischer, makroporöser Anionenaustauscher auf Basis eines Polystyrol-Divinylbenzol-Copolymers. Resinex Chlorat wird gebrauchsfertig ausgeliefert und zeichnet sich durch eine erhöhte nutzbare Kapazität sowie eine hohe Selektivität aus, wodurch ein ökonomischer Betrieb ermöglicht wird. Resinex Chlorat erfüllt die Anforderungen der Europabestimmung AP 97 (1) und ist für den Einsatz im Trinkwasser zugelassen. NEUES VERFAHREN 20

16 Betriebsversuche Eckdaten Schwimmbad SAZ: Badtyp: Therapiebad Verfahrenskombination: Flockung-Mehrschichtfilter-Chlor Beckeninhalt: 90 m 3 Beckenfläche: 90 m 2 Umwälzleistung 40 m 3 /h Desinfektionsmittel Javel Neutralisationsmittel Salzsäure Chemielagerung: Tanklager à 1000 Liter (Salzsäure 18% und Javel 14%) Chloratausgangswert: 35.9 mg/l SAZ BURGDORF 21

17 Schema Aufbereitung Badwasser SAZ BURGDORF 22

18 Betriebsversuche Eckdaten Ionenaustauscher-Anlage Einfilter-Wasserenthärtungsanlge Typ Ionaustauscher: Resinex Chlorat Inhalt Ionenaustauscherharz: 150 Liter Durchfluss: max 5.6 m 3 /h Durchfluss in unserem Versuch (Bypass) 2.0 m 3 /h (=5% von Gesamtumwälzung) Regenerationsmittel: Kochsalzlösung (NaCl) Regenerationsmenge: 160 Liter (38%) Regenarationsart: Gegenstrom Anzahl Regenerationen pro Woche 2 SAZ BURGDORF 23

19 Bilder Anlage nach Einbau SAZ BURGDORF 24

20 Auswertungen Chloratgehalt in mg/l Nach IEX Becken SAZ BURGDORF Probennummer Wechsel IEX Einsatz Natronlauge

21 Betriebsversuche Eckdaten Schwimmbad Konradhof: Badtyp: Therapiebad Verfahrenskombination: Flockung-Mehrschichtfilter-Chlor Beckeninhalt: 50 m 3 Desinfektionsmittel Salz - Elektrolyse Neutralisationsmittel Schwefelsäure 38% Chemielagerung: Stapelbehälter für Chlorlösung, 50 kg Polygebinde Schwefelsäure Chloratausgangswert: 35.2 mg/l KONRADHOF 26

22 Betriebsversuche Eckdaten Ionenaustauscher-Anlage Einfilter-Wasserenthärtungsanlge Typ Ionenaustauscher: SR 7 Inhalt Ionenaustauscherharz: 50 Liter Durchfluss: max 5.6 m 3 /h Durchfluss in unserem Versuch (Bypass) 1.4 m 3 /h (=5% von Gesamtumwälzung) Regenerationsmittel: Kochsalzlösung (NaCl) Regenarationsart: Gegenstrom Anzahl Regenerationen: alle 3 Tage Salzbedarf: 25 kg / Woche KONRADHOF 27

23 Bilder Anlage nach Einbau KONRADHOF WINTERTHUR 28

24 Auswertungen Chlorat-Gehalt in mg/l Nach IEX Becken KONRADHOF WINTERTHUR Probennummer 29

25 Fazit Fazit: Grundsätzlich funktioniert die Chloratentfernung mittels Ionenaustaucher. In beiden Fällen wurden die Anlagen im laufenden Betrieb und bereits erhöhter Belastung in Betrieb genommen. ZUM SCHLUSS In beiden Fällen wurde der Chloratwert reduziert. Der SR 7 lässt sich mit Salzlösung regenerieren. Durch die enorme Anfangsbelastung sind die Harze relativ schnell erschöpft. Es ist anzunehmen, dass die Werte tief gehalten, die Lebensdauer der Harze verlängert und der Bedarf an Salz reduziert werden können, wenn man die Anlage nach der Revision des Bads in Betrieb nimmt. Die Anlage kann auch nur bei Bedarf eingesetzt werden. Im Freibad kann die Anlage ausserhalb der Saison still gelegt werden. So wird die Lebensdauer des Harzes verlängert und der Regenerationsmittel-Bedarf reduziert. Eine Wirtschaftlichkeits-Überprüfung muss in jedem Fall angeschaut werden. 30

26 Auf Widersehen Herzlicheren Dank für Ihre Aufmerksamkeit 31