Trinkwasser und auch das Abwasser aus der Wasserversorgung unterliegt Anforderungen an die Wasserreinheit, was eine strenge Qualitätsüberwachung im gesamten Wasserkreislauf (Bild 1) erfordert, von der Quellwasseranalyse in Wasserwerken bis hin zur Abwasseranalyse in Kläranlagen. Die Einhaltung von Trinkwasserrichtlinien wird in der Regel von zwei Stellen sichergestellt: beim Trinkwasserversorger, der zur Bereitstellung von sauberem Trinkwasser verpflichtet ist, und bei den amtlichen Überwachungsstellen, die die Wasserqualität regelmäßig unabhängig überprüfen. Die Überwachung erfolgt systematisch gemäß den befolgten Richtlinien und kann Audits, Analysen und Inspektionen des gesamten Trink- und Abwassersystems umfassen [1]. Kommunale Trinkwasserversorger müssen darüberhinaus mindestens einmal jährlich umfassende Informationen zur Trinkwasserqualität bereitstellen. Sowohl für die Qualitätskontrolle im Wasserversorgungsbetrieb und als auch für Prüflabore ist die Spektralphotometrie eine einfache Analysemethode, die schnelle Rückschlüsse auf die Wasserqualität zulässt.

Kontrollen von Grund- und Brunnenwasser

Bevor Wasser in den vom Menschen geschaffenen Wasserkreisläufen verwendet wird, beginnt seine Reise im Boden. Daher enthält jedes Naturgewässer eine Reihe von anorganischen und organischen Stoffen – einige erwünscht, andere unerwünscht –, die überwacht werden müssen. So ist es wichtig, Wasserquellen z. B. auf anorganische Bestandteile aus Gestein und Sedimenten wie z. B. Sulfat oder Mangan, zu untersuchen, um ihre Eignung für die Trinkwassernutzung zu bestimmen. Einige Hersteller reichern Trinkwasser auch mit Mineralien an, um gesundheitsförderliche Eigenschaften oder den Geschmack zu verbessern. Zu hohe Konzentrationen einiger Mineralien können jedoch auch zu gesundheitlichen Problemen führen. Die Tabelle gibt einen groben Überblick über die gängigsten Testparameter für Grund- und Quellwasser.

Neben natürlich vorkommenden Bestandteilen können sich umweltgefährdende Stoffe in stehenden und fließenden Gewässern durch trockene und nasse Deposition anreichern. Zu den Kontaminationsquellen (in Klammern: möglicher Stoffeintrag) gehören Landwirtschaft (z. B. Nitrat), Bergbau- oder Industriestandorte (z. B. Erdöl) und menschliche Siedlungen (z. B. Arsen oder Fluorid). Zahlreiche auf dem Markt erhältliche Wasseranalysesätze ermöglichen eine einfache und schnelle Analyse eines breiten Spektrums solcher Substanzen. Ein Beispiel sind die UV/VIS-Spektralphotometer EasyPlus (Easy UV und Easy VIS) von Mettler-Toledo (s. Bild 2). Sie unterstützen mehr als 150 "Spectroquant®"-Wassertestmethoden mit integrierten geführten Arbeitsabläufen: Durch Scannen des mit dem Testsatz gelieferten 2D-Barcodes wird automatisch die entsprechende Testmethode ausgewählt (Spectroquant® ist eine Marke von Merck). Die Messung startet automatisch, wenn der Deckel geschlossen wird. Das Resultat wird nach wenigen Sekunden angezeigt.

Bei der spektralphotometrischen Messung wird die Absorption von Molekülen/Ionen bei einer bestimmten Wellenlänge genutzt, im sichtbaren (Vis) oder ultravioletten (UV)-Bereich, basierend auf verschiedenen Testmethoden. Auf Basis einer Kalibrierkurve mit Lösungen bekannter Gehalte des jeweiligen Zielanalyten wird die Konzentration dieses Stoffes in der gemessenen Probe bestimmt.

Über den Bildschirm wird der Benutzer/die Benutzerin des EasyPlus-Spektralphotometers durch die Arbeitsabläufe geführt. Bild: Mettler-Toledo © Mettler-Toledo

Ein automatisiertes UV/VIS-System mit automatischer Übertragung der Resultate und Datenbankspeicherung kann dazu beitragen, den Probenarbeitsablauf zu optimieren und die Verarbeitungszeit bei hohen Testzahlen zu verkürzen. So macht die Kombination eines "UV/VIS-Excellence"-Spektralphotometers mit einem "InMotion™"-Autosampler die automatische Verarbeitung von bis zu 303 Proben in Serie möglich. In Kombination mit der Laborsoftware "LabX™" werden alle Daten gespeichert und können dem Probenort eindeutig zugeordnet werden. Die Multiparameteranalyse für pH- und Titrationsmessungen kann ebenfalls in den automatisierten Arbeitsablauf integriert werden, um so ein möglichst vollständiges Bild der Probe zu erhalten.

Abwasser: das Ende und der Anfang

Kläranlagen stellen sowohl das Ende des Trinkwasserkreislauf als auch den Anfang der Aufbereitung zur Wiederverwendung dar. Um eine Aussage über die Eigenschaften oder den Verschmutzungsgrad von Kläranlagen treffen zu können, werden die Farbe und der spektrale Absorptionskoeffizient (Spectral Absorption Coefficient, SAC) von Wasserproben bestimmt. SAC ist ein Summenparameter für die Verunreinigung von Wasser durch organische Substanzen. Die photometrische SAC-Bestimmung bei 436 nm (Quecksilberlinie) ermöglicht die Messung von Eisenverbindungen und Huminstoffen. Der SAC bei 254 nm liefert orientierende Indikationen auf gelöste organische Bestandteile [1]. Typische Abwasserparameter sind Ammonium, Nitrat, Nitrit, Stickstoff- und Phosphorgesamtmenge sowie die Summenparameter Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB), Gesamtgehalt an organischem Kohlenstoff (TOC) und biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB). Auch hier ist eine schnelle Analyse mithilfe eines Spektralphotometers möglich. So können CIE- und DIN-konforme Farbmessungen durchgeführt und auch APHA (American Public Health Association)/Hazen (Pt-Co-) und Saybolt-Farbzahlen sowie der Gelbfärbungsindex bestimmt werden. Diese Messungen liefern wichtige Informationen für und über Aufbereitungsprozesse.

Zusammenfassung

Die Überwachung des Trinkwasserkreislaufs erfolgt weltweit auf Grundlage der GDWQ (Guidelines for drinking-water quality). Nach diesen Leitlinien werden mögliche Gesundheitsrisiken bewertet und klare Überwachungspläne für Trinkwasser und Abwässer unabhängig von der Quelle festgelegt. Während große Probenserien in Prüflaboren automatisch verarbeitet und dokumentiert werden, müssen die gleichen Messungen an vor Ort genommenen Proben durchführbar sein. Auch hier können UV/Vis-Spektralphotometer zum Einsatz kommen. Mit gebrauchsfertigen Wassertestsätzen können Messparameter einfach analysiert und mit verfügbaren Kalibrierkurven dokumentiert werden.

Literatur

[1] Guidelines for drinking-water quality:fourth edition incorporating the first addendum. Geneva: World Health Organization; 2017.

[2] Practical guide to groundwater sampling; Swiss Agency for the Environment, Forests and Landscape (SAEFL) in cooperation with the Swiss Society for Hydrogeology (SGH).

AUTORIN
Anika Adams
Produktmanagerin SPG UV/VIS
Mettler-Toledo GmbH, Gießen
Tel. 0641-507-0
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www.mt.com