Desinfektionsnebenprodukt

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Desinfektionsnebenprodukte (DNP) entstehen durch chemische Reaktionen zwischen organischen und anorganischen Stoffen in Wasser während des Desinfektionsprozesses von Wasser.[1]

Nebenprodukte chlorbasierter Desinfektionsmittel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Desinfektionsmittel wie Chlor und Chloramin sind starke Oxidationsmittel, die in Wasser eingebracht werden um pathogene Mikroben zu zerstören, geschmacks- und geruchsbildende Verbindungen zu oxidieren und einen Desinfektionsmittelrest zu bilden, so dass Wasser den Verbraucher sicher vor mikrobieller Kontamination erreichen kann. Diese Desinfektionsmittel können mit natürlich vorkommenden Fulvin-, Humin-, Aminosäuren und anderen natürlichen organischen Stoffen sowie mit Iodid- und Bromidionen reagieren, um eine Reihe von DNP zu erzeugen, wie beispielsweise Trihalogenmethane (THM), Halogenessigsäuren (HAAs), Bromat, Chlorit und so genannten „entstehende“ DNP wie Halogennitromethane, Halogenacetonitrile, Halogenamide, Halogenfuranone, Iodsäuren wie Iodessigsäure, Iodtrihalogenmethane, Nitrosamine und andere.[1]

Chloramin ist in den USA zu einem populären Desinfektionsmittel geworden, von dem es nachgewiesen wurde, dass es N-Nitrosodimethylamin (NDMA) erzeugt, das ein mögliches Humankarzinogen ist, sowie hoch genotoxische iodierte DNP, wie Iodessigsäure, wenn Iodid in der Wasserquelle vorhanden ist.[1][2]

Restchlor und andere Desinfektionsmittel können auch innerhalb des (Ab-)Wassernetzes weiter reagieren. Sowohl durch weitere Reaktionen mit gelösten natürlichen organischen Stoffen als auch mit in den Rohrleitungen vorhandenen Biofilmen. Neben der starken Beeinflussung durch die Arten von organischen und anorganischen Stoffen im Quellwasser variieren die Arten und Konzentrationen der DNP je nach Art des verwendeten Desinfektionsmittels, der Desinfektionsmitteldosis, der Konzentration an natürlichem organischem Material und Bromid/Iodid die Zeit seit der Dosierung (d. h. Wasseralterung), Temperatur und pH-Wert des Wassers.[3]

In Schwimmbädern, in denen Chlor verwendet wurde, wurden Werte von Trihalogenmethanen gemessen, die im Allgemeinen unter dem derzeitigen EU-Standard für Trinkwasser (100 Mikrogramm pro Liter) liegen.[4] Es wurden Konzentrationen von verschiedenen Trihalogenmethanen (hauptsächlich Chloroform) von bis zu 0,43 ppm gemessen.[5] Darüber hinaus wurde in der Luft über Schwimmbädern Trichloramin nachgewiesen und es wird vermutet, dass dadurch Asthma bei Profischwimmern erhöht ist.[6] Trichloramin wird durch die Reaktion von Harnstoff (aus Urin und Schweiß) mit Chlor gebildet und verleiht dem Hallenbad seinen unverwechselbaren Geruch.

Nebenprodukte nicht chlorbasierter Desinfektionsmittel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Desinfektion und Aufbereitung von Trinkwasser werden mehrere starke Oxidationsmittel eingesetzt, von denen viele auch die Bildung von DNP verursachen. Ozon produziert beispielsweise Ketone, Carbonsäuren und Aldehyde einschließlich Formaldehyd. Bromid in Quellwässern kann durch Chlor (bzw. Hypochlorit) und Ozon über Hypobromit in Bromat umgewandelt werden, ein Karzinogen, das in den USA reguliert wird, sowie andere bromierte DNP.[1]

Da die Vorschriften für etablierte DNP wie THM und HAA verschärft werden, werden Trinkwasseraufbereitungsanlagen auf alternative Desinfektionsmethoden umstellen müssen. Diese Änderung wird die Verteilung der DNP-Klassen ändern.[1]

Auftreten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

DNP sind in den meisten Trinkwasserversorgungen enthalten, die einer Chlorung, Chloraminierung, Ozonierung oder einer Behandlung mit Chlordioxid unterzogen wurden. Es gibt viele hundert DNP in behandeltem Trinkwasser und mindestens 600 wurden identifiziert.[1][7] Das geringe Niveau vieler dieser DNP, zusammen mit den analytischen Kosten für das Testen von Wasserproben bedeutet, dass in der Praxis nur eine Handvoll DNP tatsächlich überwacht wird. In zunehmendem Maße wird festgestellt, dass die Genotoxizitäten und Zytotoxizitäten vieler nicht überwachungspflichtiger DNP (insbesondere iodierter, stickstoffhaltiger DNP) vergleichsweise viel höher sind, als die üblicherweise in der entwickelten Welt überwachten DNP (THM und HAAs).[1][2][8]

Gesundheitsgefahren[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Epidemiologische Studien haben die Zusammenhänge zwischen der Exposition gegenüber DNP im Trinkwasser mit Krebs, nachteiligen Geburtsergebnissen und Geburtsfehlern untersucht. Metaanalysen und gepoolte Analysen dieser Studien haben konsistente Assoziationen für Blasenkrebs[9][10] und für Babys, die „klein bezogen auf das Reifealter“ geboren wurden, gezeigt, nicht jedoch für angeborene Anomalien (Geburtsfehler).[11] Fehlgeburten wurden auch in einigen Studien berichtet.[12][13] Das mutmaßlich verantwortliche Mittel ist jedoch in den epidemiologischen Studien nicht bekannt, weil die Anzahl der DNP in einer Wasserprobe hoch ist und Expositionssurrogate wie Überwachungsdaten eines bestimmten Nebenprodukts (oft insgesamt Trihalogenmethane) anstelle einer detaillierteren Exposition verwendet werden.

Die Weltgesundheitsorganisation hat erklärt, dass das Todesrisiko durch Krankheitserreger mindestens 100 bis 1.000 mal höher sei als das Krebsrisiko durch Desinfektionsnebenprodukte und dass das Krankheitsrisiko durch Krankheitserreger mindestens 10.000 bis 1 Million Mal höher sei als das Krebsrisiko durch Desinfektionsnebenprodukte.[14]

Regulierung und Überwachung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die US-amerikanische Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency) hat Höchstkontaminationswerte (Maximum Contaminant Levels, MCLs) für Bromat, Chlorit, Halogenessigsäuren und Gesamt-Trihalogenmethane (TTHM) festgelegt. In Europa wird durch die Richtlinie (EU) 2020/2184 (Trinkwasserrichtlinie) der Gehalt an TTHM auf 100 Mikrogramm, an Bromat auf 10 Mikrogramm, an Halogenessigsäuren (HAA5) auf 60 Mikrogramm und der Gehalt von Chlorit auf 0,25 mg pro Liter festgelegt.[15] Die Weltgesundheitsorganisation hat Richtlinien für mehrere DNP aufgestellt, darunter Bromate, Bromdichlormethan, Chlorat, Chlorit, Chloressigsäure, Chloroform, Chlorcyan, Dibromacetonitril, Dibromchlormethan, Dichloressigsäure, Dichloracetonitril, NDMA und Trichloressigsäure.[16]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Celia Henry Arnaud: The chemical reactions taking place in your swimming pool. In: Chemical & Engineering News. Band 94, Nr. 31, 2016, S. 28–32 (englisch, acs.org).

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b c d e f g S. Richardson, M. Plewa, E. Wagner, R. Schoeny, D. Demarini: Occurrence, genotoxicity, and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by-products in drinking water: A review and roadmap for research. In: Mutation Research/Reviews in Mutation Research. Band 636, Nr. 1-3, November 2007, S. 178–242, doi:10.1016/j.mrrev.2007.09.001 (englisch).
  2. a b Susan D. Richardson, Francesca Fasano, J. Jackson Ellington, F. Gene Crumley, Katherine M. Buettner: Occurrence and Mammalian Cell Toxicity of Iodinated Disinfection Byproducts in Drinking Water. In: Environmental Science & Technology. Band 42, Nr. 22, 15. November 2008, S. 8330–8338, doi:10.1021/es801169k (englisch).
  3. Meri Koivusalo, Terttu Vartiainen: Drinking Water Chlorination By-Products And Cancer. In: Reviews on Environmental Health. Band 12, Nr. 2, doi:10.1515/REVEH.1997.12.2.81 (englisch).
  4. Mark J. Nieuwenhuijsen, Mireille B. Toledano, Paul Elliott: Uptake of chlorination disinfection by-products; a review and a discussion of its implications for exposure assessment in epidemiological studies. In: Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology. Band 10, Nr. 6, November 2000, S. 586–599, doi:10.1038/sj.jea.7500139 (englisch).
  5. J A Beech, R Diaz, C Ordaz, B Palomeque: Nitrates, chlorates and trihalomethanes in swimming pool water. In: American Journal of Public Health. Band 70, Nr. 1, S. 79–82, doi:10.2105/AJPH.70.1.79 (englisch).
  6. Judy S. LaKind, Susan D. Richardson, Benjamin C. Blount: The Good, the Bad, and the Volatile: Can We Have Both Healthy Pools and Healthy People? In: Environmental Science & Technology. Band 44, Nr. 9, 2010, S. 3205–3210, doi:10.1021/es903241k (englisch).
  7. Jerome O Nriagu: Encyclopedia of environmental health. Elsevier Science, Amsterdam (Netherlands) 2012, ISBN 978-1-78034-468-3 (englisch, credoreference.com [abgerufen am 11. Februar 2019]).
  8. Michael J. Plewa, Mark G. Muellner, Susan D. Richardson, Francesca Fasano, Katherine M. Buettner: Occurrence, Synthesis, and Mammalian Cell Cytotoxicity and Genotoxicity of Haloacetamides: An Emerging Class of Nitrogenous Drinking Water Disinfection Byproducts. In: Environmental Science & Technology. Band 42, Nr. 3, 2008, S. 955–961, doi:10.1021/es071754h (englisch).
  9. C. M. Villanueva, K. P. Cantor, J. O. Grimalt, N. Malats, D. Silverman: Bladder Cancer and Exposure to Water Disinfection By-Products through Ingestion, Bathing, Showering, and Swimming in Pools. In: American Journal of Epidemiology. Band 165, Nr. 2, 27. September 2006, S. 148–156, doi:10.1093/aje/kwj364 (englisch).
  10. N. Costet, C. M. Villanueva, J. J. K. Jaakkola, M. Kogevinas, K. P. Cantor: Water disinfection by-products and bladder cancer: is there a European specificity? A pooled and meta-analysis of European case-control studies. In: Occupational and Environmental Medicine. Band 68, Nr. 5, 1. Mai 2011, S. 379–385, doi:10.1136/oem.2010.062703 (englisch).
  11. Mark J. Nieuwenhuijsen, David Martinez, James Grellier, James Bennett, Nicky Best: Chlorination Disinfection By-Products in Drinking Water and Congenital Anomalies: Review and Meta-Analyses. In: Environmental Health Perspectives. Band 117, Nr. 10, 2009, S. 1486–1493, doi:10.1289/ehp.0900677, PMID 20019896 (englisch).
  12. Kirsten Waller, Shanna H. Swan, Gerald DeLorenze, Barbara Hopkins: Trihalomethanes in Drinking Water and Spontaneous Abortion. In: Epidemiology. Band 9, Nr. 2, 1998, S. 134–140, doi:10.1097/00001648-199803000-00006 (englisch).
  13. David A Savitz, Microbial/Disinfection By-Products Research Council (U.S.), AWWA Research Foundation, United States, Environmental Protection Agency: Drinking water disinfection by-products and pregnancy outcome. Awwa Research Foundation, Denver, CO 2005 (englisch, worldcat.org [abgerufen am 11. Februar 2019]).
  14. D. Bevan: Disinfactants and Disinfection. In: Science. 6. Januar 1893, S. 298–299, doi:10.1126/science.ns-21.539.298-a (englisch).
  15. Richtlinie (EU) 2020/2184 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2020 über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Neufassung), abgerufen am 31. Dezember 2022
  16. World Health Organization Water, Sanitation and Health Team: Guidelines for drinking-water quality. Vol. 1: Recommendations. World Health Organization, Genf 2004, ISBN 978-92-4154638-6 (englisch, who.int [abgerufen am 11. Februar 2019]).