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Um die Bromatbildung zu minimieren wurde in der Praxis in einem ersten Schritt die Ozondosierung verbessert, indem das Gas dem Wasser über Einspritzventile zugegeben wurde. «Dadurch konnte die Bromatbildung gegenüber dem herkömmlichen Peroxone-Prozess zwar weiter reduziert werden», so von Gunten. «Doch weil man nur verhältnismässig wenige Ventile einsetzen kann, ist der Effekt beschränkt.» Schliesslich kamen die Wissenschaftler auf die Idee, das Ozon stattdessen über eine Membran einzuspeisen. «Über die Membranporen lässt sich die Ozonzugabe sehr fein dosieren und es stehen praktisch unendlich viele Einspritzpunkte zur Verfügung», sagt der Chemiker.
Ozon über eine Teflonmembran zugeben
Ob das neue Verfahren auch tatsächlich funktioniert, testeten die Wissenschaftler an einem Prototyp im Labor. Dessen Kernstück bilden Hohlfasern aus einer Teflonmembran. Durch die Fasern fliesst das zu ozonierende Wasser. Umschlossen sind sie von einem Glasreaktor, in den Ozongas geleitet wird. Das Ozon diffundiert über die Membranporen ins Wasser, während dieses von der hydrophoben Teflonoberfläche abgestossen wird und nicht in den Glasreaktor austreten kann (Abb. 1). Als Versuchswasser diente den Forschern Grund-, Fluss- und Seewasser, die vergleichbare pH-Wert aufwiesen, sich aber im Gehalt an organischem Material unterschieden. Die Wasserproben reicherten sie mit 100 Mikrogramm Bromid pro Liter an. Als Vertreterin von Mikroverunreinigungen, die mit Ozon schwer abbaubarer sind, fügten sie zudem pro Liter Wasser rund 80 Mikrogramm Parachlorbenzoesäure (pCBA) bei. Die Wasserproben behandelten sie dann mit unterschiedlichen Ozonkonzentrationen.
«Im Vergleich zum herkömmlichen Peroxone-Prozess zeigt unser Verfahren eine deutlich bessere Leistung – sowohl bei der verminderten Bromatbildung als auch bei der Elimination von Mikroverunreinigungen», sagt von Gunten. So blieb die Bromatkonzentration bei den Versuchen mit Grundwasser selbst bei einer pCBA-Elimination von 95 Prozent unter der Bestimmungsgrenze. Auch beim Fluss- und Seewasser schnitt das Membranverfahren besser ab (Abb. 3). «Wichtig für tiefe Bromatwerte ist, dass die Ozongaskonzentration im Glasreaktor unter einem Gramm pro Kubikmeter gehalten wird», erläutert von Gunten. Übersteige die Ozongaskonzentration zehn Gramm pro Kubikmeter liefere der konventionelle Peroxone-Prozess die besseren Resultate.