Langenauer Wasserforum 2017 1 Keynote 1 Eine Herausforderung für den Wasserversorger: effiziente Überwachung von Spurenstoffen in Roh- und Trinkwasser Notwendigkeit neuer Überwachungskonzepte und Überlegungen zur künftigen Datenkommunikation Dr. Burkhard Westphal (Westfälische Wasser- und Umweltanalytik GmbH) Spurenstoffanalytik von Wasser und Abwasser Monitoring und Screening Dr. Uwe Dünnbier (Berliner Wasserbetriebe) Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 Dr. Rudi Winzenbacher, Dr. Wolfgang Schulz, Tobias Bader, Thomas Lucke ()
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 2 Wasserwerk Langenau Wasserabgabe ca. 70 Mio. m³/a Arzneimittel (z. B. Metoprolol) Industriechemikalien (z. B. Melamin) Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel Aufbereitung u. a. von Donauwasser (2.200 L/s) PSM (z. B. Glyphosat) Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 3 Weitergehende Charakterisierung Arzneimittel (z. B. Metoprolol) Industriechemikalien (z. B. Melamin) PSM (z. B. Glyphosat) Donau Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
m/z 900 700 500 300 100 Rohwasser Weitergehende Charakterisierung Non-Target-Screening (NTS) 4 9 14 RT 19 Arzneimittel (z. B. Metoprolol) Industriechemikalien (z. B. Melamin) PSM (z. B. Glyphosat) Donau Eine Herausforderung für den Wasserversorger:... Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid m/z 900 700 500 300 100 4 9 14 RT 19 Metroprolol Reinwasser Orthophosphat 4 Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
Elimination Teilelimination Konstanz Zunahme Neubildung Eine Herausforderung für den Wasserversorger:... Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 5 LC-HRMS-Analytik Prozessbeschreibung * 1,0 0,0 0,2 0,5 2,0 5,0 Inf E T K Z N relative Intensitätsänderung [ fold change (fc) ] * nach Bader / Lucke [Lit.] T. Bader et al.: A LC-HRMS data processing strategy for the assessment of water treatment processes. Analytical Chemistry, submitted N Signale I-5 I+5 I+5 I-5
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 6 Weitergehende Charakterisierung von Aufbereitungsprozessen NTS-Bewertung Donauwasseraufbereitung als Gesamtprozess Donau Priorisierung für Identifikationsbestrebungen (1/2015) (Gesamtprozess) Messmodus: ESI+ NTS-WORKFLOW: LW 2.0 Berichtsuntergrenze: 300 cps P Metoprolol Gabapentin HMMM Melamin Irbesartan DAED z. B. Metformin, Melamin z. B. Oxamidsäure bekannt wasserwerksgängig: Metformin, RKM, Benzotriazol, Süßstoffe, Melamin, Oxamidsäure
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 7 Weitergehende Charakterisierung von Aufbereitungsprozessen (Ozonung) NTS-Bewertung Donauwasseraufbereitung im Detail detektierte organische Stoffe: (1/2015) Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel ~ 430 Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 8 Weitergehende Charakterisierung von Aufbereitungsprozessen (Mehrschichtfiltration) NTS-Bewertung Donauwasseraufbereitung im Detail detektierte organische Stoffe: (1/2015) Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel ~ 430 ~ 50 % vollst./teilw. eliminiert ~ 30 neue Stoffe ~ 350 Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 9 Weitergehende Charakterisierung von Aufbereitungsprozessen NTS-Bewertung Donauwasseraufbereitung im Detail (Aktivkohlefiltration) detektierte organische Stoffe: (1/2015) Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel ~ 430 ~ 50 % vollst./teilw. eliminiert ~ 30 neue Stoffe ~ 20 % vollst./teilw. eliminiert ~ 10 neue Stoffe ~ 10 % vollst./teilw. eliminiert ~ 5 neue Stoffe ~ 350 Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand ~ 300 Aktivkohle ~ 300 UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch Flockungssedimentation Ozonung Mehrschichtfiltration Aktivkohlefiltration Flusswasser Trinkwasser (Donauwasseraufbereitung Wasserwerk Langenau)
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 10 (Flockungssedimentation) Ausblick (1): NTS-Bewertung einer Aktivkohle-Verwertung Melamin Flockungshilfsmittel Kalkmilch Überschussschlamm Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 11 (Flockungs- sedimentation) Ausblick (1): NTS-Bewertung einer Aktivkohle-Verwertung Melamin Kalkmilch Überschussschlamm Flockungshilfsmittel Mühle GAK aus Grundwasseraufbereitung Donau Kontaktschlamm Ozon Hydroanthrazit Quarzsand beladene Kornaktivkohle (GAK) Aktivkohle UV- Chlordioxid Orthophosphat Amstetten Grundwasser (Donauried, Burgberg) Osterbuch
RITOP 12 18. Okt. 2017 <09:26:54> Trübung Ausblick (2): Prozessleitsystem mit Non-Target-Screening 4.0
New RITOP Anlagenübersicht WWL Übersicht WWL Flockungssedimentation 1 (FS 1) 13 08. Nov. 2021 <09:26:54> Labor Labor Trübung MWT1104 13,7 FNU Trübung MWT1124 0,7 FNU SAK-254 MWA0051 6,3 1/m Organische Stoffe - MWO NT-Monitoring: aus NT-Details - SAK-254 MWA0052 3,8 1/m Organische Stoffe - MWO Zulauf FE FM EC2 FHM FH Ablauf USY0001 PAK PAK Aquatune ASA0001 A B C D G w ij E F S_LFS1_Q
New RITOP Anlagenübersicht WWL Flockungssedimentation 1 (FS 1) Labor Trübung MWT1104 13,7 FNU SAK-254 MWA0051 6,3 1/m Organische Stoffe 408 - Zulauf MWO WWL Übersicht NT-Monitoring: ein aus LIMS: - NTS-Datenabfrage/-verarbeitung Aufbau Datenverbindung...... FE FM NT-Details FHM FH Substanz L fc c SQ Wirkg. p C5H4O3 C9H15NO3 3 4,2 14,1 - nein Melamin C5H4O3 13 1,2 4,2 1,420 - nein C6H10N2O2 DAED 53 1 9,3 0,9 2,5-0,115 nein C6H10N2O2 DAED 1,2,4-Benzol- 31 2 0,9 2,5 1,3 0,115 - nein DAED Glyphosat tricarbonsäure 1 2,5 0,8 0,115 0,180 nein gentox. Glyphosat C9H15NO3 Melamin 31 0,8 14,1 1,2 0,180-1,420 gentox. nein C9H15NO3 1,2,4-Benzoltricarbonsäure C6H10N2O2 23 1,3 0,9 - nein tricarbonsäure Terbutylazin Glyphosat 1 1,1 0,8 0,141 0,180 neurot. gentox. q 5 3,5 - nein Terbutylazin 1 1,1 0,141 neurot. Terbutylazin 32 1 14,1 1,3 1,1-0,141 nein neurot. Labor 1,2,4-Benzol- q 14 08. Nov. 2021 <09:26:54> Trübung MWT1124 0,7 FNU SAK-254 MWA0052 3,8 1/m Organische Stoffe <07.11.2021 16:30> <07.11.2021 16:30> EC2 WBA + QSAR - 455 Ablauf MWO USY0001 PAK PAK Aquatune ASA0001 A B C D G w ij E F S_LFS1_Q
15 09. Nov. 2021 <12:33:25>
New RITOP Anlagenübersicht WWL Übersicht WWL Flockungssedimentation 1 (FS 1) Labor Trübung MWT1104 8,7 FNU Substanz L fc c SQ Wirkg. p DAED 1 2,1 0,095 nein C5H4O3 3 1,6 - nein 1,2,4-Benzol- 2 1,1 - nein tricarbonsäure C6H10N2O2 3 0,8 - q Labor 0,6 FNU 16 09. Nov. 2021 <12:33:25> Trübung MWT1124 SAK-254 MWA0051 5,2 1/m Organische Stoffe 273 <09.11.2021 10:30> MWO NT-Monitoring: ein NT-Details SAK-254 MWA0052 3,1 1/m Organische Stoffe 161 <09.11.2021 10:30> MWO Zulauf FE FM EC2 FHM FH WBA + QSAR Ablauf USY0001 PAK PAK Aquatune ASA0001 A B C D G w ij E F S_LFS1_Q
New RITOP Anlagenübersicht WWL Übersicht WWL Flockungssedimentation 1 (FS 1) Substanz L fc c SQ Wirkg. p DAED 1 2,1 0,095 nein C5H4O3 3 1,6 - nein 1,2,4-Benzoltricarbonsäure 2 1,1 - nein C6H10N2O2 3 0,8 - q 17 09. Nov. 2021 <12:33:25> Labor Labor Trübung MWT1104 8,7 FNU Faszinierend! Trübung MWT1124 0,6 FNU SAK-254 MWA0051 5,2 1/m Organische Stoffe 273 <09.11.2021 10:30> MWO NT-Monitoring: ein NT-Details SAK-254 MWA0052 3,1 1/m Organische Stoffe 161 <09.11.2021 10:30> MWO Zulauf FE FM EC2 FHM FH WBA + QSAR Ablauf USY0001 PAK PAK Wer (solche) Visionen hat, der soll zum Arzt gehen! Aquatune A B C D G w ij E F ASA0001 S_LFS1_Q
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 To do Aufwand der Non-Target-Analytik muss minimiert werden aktuelle Kosten: ca. 500 /Analyse (v. a. Personal, Geräteabschreibung) 70 Mio. m³/a; wöchentlich 2 Analysen, 3 Messstellen 0,22 Ct./m³ [ vgl. organische Spurenstoffanalytik nach TrinkwV: 0,01 Ct./m³ ] 18 1. Weiterentwicklung intelligenter Datenverarbeitungsalgorithmen (vollautomatische, valide Peakerkennung + Filterung + Datenauswertung) 2. Erarbeitung besserer / schnellerer Identifizierungsstrategien (bis Level 2) TRINK-IDENT 3. Weitere Empfindlichkeitssteigerung für begleitende Target-Bestimmung Standardisierung Analytik + Datenauswertung (Open-Source-Software ) + LIMS-Ablage/Reporting DIN NTS-WORKFLOW X.X Entwicklung schneller Erstbewertungsstrategien [ aus: P. van Baar: Entwicklung u. Anwendung v. UHPLC-MS Verfahren f. org. Spurenstoffe z. Bewertung d. Sicherheit d. Rohwasserressourcen d. Wasserwerke der Stadt Berlin ] für eine effiziente Prozesskontrolle mit NTS 4.0
Prozesskontrolle mit Non-Target-Screening 4.0 19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! bei Fragen: winzenbacher.r@lw-online.de