Abwasseranalytik

Monitoring von toxisch belasteten Wässern in Vietnams Industriezonen

Dr. Dr.-Ing. Wolfgang Genthe*)

Flusslandschaft Mekong bei Can Tho. (Bild: IEEM, AKIZ-Projekt, gesponsert durch BMBF)

Das anhaltende kräftige Wirtschaftswachstum in Vietnam lässt die Nachfrage nach geeigneten Standorten für Industrieparks steigen. Aktuell sind mehr als 200 Industriezonen (IZ) registriert, deren Mehrzahl über keine nachhaltige Wasserentsorgung verfügt. Die Folge sind stark kontaminierte und toxische Wässer. Im Rahmen des "Leuchtturmprojekts" AKIZ wird u.a. eine verlässliche Abwasseranalyse auf toxische Verunreinigungen installiert.

Im Rahmen des deutsch-vietnamesischen Verbundprojekts wird in Ergänzung zum Bau eines Zentralklärwerks ein integriertes Abwasserkonzept für Industriezonen (AKIZ), am Beispiel der IZ Tra Noc in der im Mekong-Delta gelegenen Stadt Can Tho, erarbeitet. Die Entwicklung und Inbetriebnahme eines Containerlabors zur Überwachung diverser Abwasserparameter stellt eines der Ziele dar. Bis 2014 soll das in Teilprojekte gegliederte Verbundprojekt abgeschlossen sein.

Das Institut für Umwelttechnik und Management an der Universität Witten/Herdecke GmbH (IEEM), das Vietnam Institute of Industrial Chemnistry (VIIC) und die LAR Process Anaysers AG sind Partner des 5. Teilprojektes, das die Entwicklung eines Monitoring-Konzepts zur Aufgabe hat. Mit Hilfe von in Containern installierten Pilotanlagen werden Hightech-Lösungen für u.a. die dezentrale Abwasservorbehandlung getestet und an die lokalen Gegebenheiten angepasst. Insbesondere werden im Hinblick auf toxisch belastete Abwässer Datengrundlagen für ein Überwachungsprogramm erarbeitet.

Das Labor und das Monitoringkonzept müssen hierbei an die lokalen Besonderheiten und das tropische Klima angepasst werden. Die Leitung des Labors übernimmt die LAR AG, die u.a. Analysatoren zur Bestimmung der Parameter Toxizität, BSB und CSB zur Verfügung stellt. Die Betreuung der Geräte wird durch Personal des Herstellers und geschultes Personal der Projektpartner übernommen.

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Die Herausforderung

Die prekäre Situation der offenen Ableitung der Abwässer führt zu gravierenden Umweltverschmutzungen. Die Gefahr für Mensch und Natur wächst stetig. Das Hauptaugenmerk der Labore zur Identifikation relevanter Messstellen und Parameter liegt auf toxischen Verunreinigungen und Hemmstoffen, die u.a. den biologischen Reinigungsprozess in Kläranlagen beeinträchtigen. Ebenfalls zählt das Oberflächenwasser-Monitoring zu einer wichtigen Aufgabe, da ein Großteil der Bevölkerung an Flüssen und Seen wohnt. Toxisch belastete Wässer gefährden daher Mensch und Natur im besonderen Maß.

Als Toxizität bezeichnet man die direkte schädliche Wirkung von Substanzen auf Organismen. Schon bei geringen Schadstoff-Konzentrationen kann diese auftreten. Auf dem Markt existieren einige Testverfahren, die jedoch nicht die genauen Schadstoffe ermitteln, sondern an Fischen, Daphnien, Algen oder Leuchtbakterien testen, ob die Wasserprobe toxische Effekte bei diesen Organismen auslöst.

Viele Organismen sind schwer kultivier- und beschaffbar. Daphnien können beispielsweise nur im Labor gezüchtet werden und eignen sich nur in einem bestimmten Alter für Tests. Auch sind viele der genannten Organismen nicht sensibel genug oder nur gegenüber ganz bestimmten Giftstoffen empfindlich. Bei eintretender Toxizität wird häufig das gesamte Messsystem beeinträchtigt. Die Testorganismen müssen komplett ersetzt werden. Aufgrund von Schwächen in der Schnelligkeit, der Reproduzierbarkeit sowie der Verfügbarkeit für Einzelmessungen entsprechen die gängigen Verfahren nicht den Anforderungen des Projektes. Sie eignen sich nur eingeschränkt zur dezentralen und kontinuierlichen Online-Überwachung.

Zur effizienten, ökonomischen und ökologischen Überwachung fordern die Projektverantwortlichen Analysesysteme, die durch geringe Betriebskosten und umweltfreundliche Verfahren gekennzeichnet sind. Aufgrund der meist dezentralen Installationen im tropischen Land müssen die Messgeräte fast autark betrieben werden, d.h. die Betreuungs- und Wartungsaufwände müssen auf ein Minimum beschränkt sein. Zusätzlich muss das Toximeter für Einzel- als auch Online-Messungen zur Verfügung stehen.

Das Frühwarnsystem

Die LAR AG liefert als Projektpartner das Toximeter NitriTox zur Messung von Einzelproben sowie zur kontinuierlichen Überwachung der Toxizität. Das Messsystem ist mit einer permanent im Gerät enthaltenen, hochempfindlichen Bakterienzucht ausgestattet. Die Bakterien produzieren selbständig und konstant Biomasse im Fermenter, der von der Messzelle getrennt ist. Dadurch steht für jede Messung - die eine kleine Teilmenge der Masse verwendet - jederzeit genügend Bakterienmasse zur Verfügung. Eine Beeinträchtigung der Bakterien im Fermenter durch toxische Substanzen ist ausgeschlossen. Dieses Messverfahren ist durch eine hohe Reproduzierbarkeit gekennzeichnet. Die Messzelle wird nach jeder Messung mit einer Reinigungslösung ausgespült, wodurch Verschleppungseffekte vorangegangener Messvorgänge verhindert werden.

Der NitriTox eignet sich für Einzelmessungen im Labor oder als Online-Toximeter. Über ein Touch Screen kann der Anwender drei individuelle Warnstufen einstellen, wodurch das Messsystem auf die Anforderungen jeder Applikation eingestellt werden kann. Im Abstand von 5 bis 10 Minuten werden Wasserproben auf Toxizität geprüft. Dem Betreiber bleibt so genug Zeit, um bei auftretender Verschmutzung Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Das Messprinzip läuft von selbst

Die eingesetzten Nitrifikanten zehren (verbrauchen) Sauerstoff beim Umwandeln von Ammonium zu Nitrat. Das Online-Toximeter misst diese Sauerstoffzehrung. Giftige Probeninhaltsstoffe bewirken eine Hemmung der Atmung der Bakterien, was den Sauerstoffverbrauch sinken lässt. Daraus werden Rückschlüsse auf die Toxizität der Probe gezogen. In der ersten Phase der Messung wird eine Probe in eine Messzelle befördert und deren Eigenzehrung bestimmt. Mikroorganismen, die in der Probe vorhanden sein können, eine Sauerstoffzehrung verursachen, jedoch unempfindlich gegenüber Schadstoffen sind, werden so bei der Toxizitäts-Messung berücksichtigt. Die eigentliche Toxizitäts-Messung erfolgt nun ausgehend von der Start-Sauerstoffkonzentration. In der zweiten Phase wird eine kleine Menge der Bakterien zudosiert und erneut die Sauerstoffzehrung gemessen. Es wird also nicht nur das Auftreten von Giftstoffen ermittelt, sondern auch, wenn diese wieder in ihrer Konzentration nachlassen.

Ist die Probe nicht toxisch, sinkt die Kurve der Zehrungsrate deutlich. Dagegen zeigt eine flache Kurve einen geringen Sauerstoffverbrauch der Bakterien an, was auf giftige Probeninhaltsstoffe hinweist. Innerhalb weniger Minuten erhält man ein verlässliches Ergebnis.

Fazit

Für die technische und ökonomische Planung des Projekts sind verlässliche Datengrundlagen aus diversen Abwasseranalysen notwendig. Das Messsystem liefert hierfür akkurate und reproduzierbare Ergebnisse, die als Datengrundlage zur Schaffung eines Überwachungsprogrammes genutzt werden. Das betreuungs- und wartungsarme Online-Toximeter eignet sich besonders für die dezentrale Installation im südostasiatischen Tigerstaat. Die Testorganismen können über einen langen Zeitraum autark Toxizität online oder in Form von Einzelmessungen bestimmen. Durch die Verwendung von hochempfindlichen Nitrifikanten als Testorganismen liefert das Toximeter verlässliche Ergebnisse, wie sich giftige Schadstoffe auf die Nitrifikation einer Kläranlage, aber auch auf die Biologie in Flüssen auswirken.

*) Dr. Dr.-Ing. Wolfgang Genthe

LAR Process Analysers AG, Neuköllnische Allee 134, 12057 Berlin
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