Warum das Partikelhandling im Rahmen der neuen Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) von entscheidender Bedeutung sein wird

TOC-Parameter offiziell bestätigt: Warum der Umgang mit Partikeln im Rahmen der neuen Kommunalem Abwasserrichtlinie (KARL) entscheidend sein wird?

Mit der Überarbeitung der europäischen Richtlinie über die Behandlung von kommunalem Abwasser (KARL) im Jahr 2024 wird TOC (Gesamter organischer Kohlenstoff) nun offiziell dem CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) gleichgestellt. Er wird als wichtiger Parameter bei der Einhaltung der Abwasservorschriften anerkannt und verfügt über eigene Grenzwerte.

Im Vergleich zur CSB-Analyse bietet die TOC-Analyse viele Vorteile: Sie ist schneller, einfacher, präziser, reproduzierbarer und nachhaltiger. Die Umsetzung dieser Änderung in nationale und regionale Abwasserverordnungen liegt in der Verantwortung der EU-Mitgliedstaaten und ihrer nachgeordneten Behörden. Einige Länder, wie beispielsweise die Niederlande, haben den Ersatz von CSB durch TOC bereits gesetzlich vorgeschrieben. Es ist naheliegend, dass andere Länder diesem Beispiel folgen werden.

Diese Änderung hat praktische Konsequenzen. Im Hinblick auf kommunales Abwasser bedeutet dies beim TOC-Parameter, dass die gesamte organische Belastung zuverlässig erfasst werden muss, einschließlich des partikelgebundenen Kohlenstoffs.

Was die Normen vorschreiben

Diese Umstellung wird durch die Normen DIN EN 1484 und DIN EN ISO 20236 gestützt, die den normativen Rahmen für die moderne TOC-Analyse in Abwasser bilden. Die DIN EN 1484 ist der grundlegende Standard, welcher den TOC als Summe aus gelöstem (DOC) und partikelgebundenem organischem Kohlenstoff in Wasser und Abwasser definiert und die anzuwendenden Messverfahren beschreibt.

DIN EN ISO 20236 ergänzt diese, indem sie die katalytische Hochtemperaturverbrennung zur simultanen Bestimmung von TOC und TN_b (gesamter gebundener Stickstoff) bzw. DOC,) und DN_b (gelöster gebundener Stickstoff) in Wasserproben aus der Umwelt definiert.

Beide Normen sind eindeutig: Sie verlangen die vollständige Oxidation sowohl der gelösten als auch der partikelgebundenen Fraktion des TOC. Die verwendeten Analysegeräte müssen ihre Eignung zur Analyse von Partikeln bis zu einer Größe von 100 μm nachweisen, was durch den Zellulosetest (DIN EN 1484, Anhang C; DIN EN ISO 20236, Kapitel 8.2) belegt werden muss. Dies hat direkte Auswirkungen auf Labore: Ein gutes Partikelhandling ist nicht optional, es ist vielmehr ein Konformitätskriterium, das beim Wechsel von CSB zu TOC sorgfältig berücksichtigt werden muss.

Fluidik: Hier beginnt der zuverlässige Umgang mit Partikeln

Der entscheidende Faktor für ein gutes Partikelhandling ist die Auslegung des Probenwegs innerhalb des TOC-Systems. Jedes Ventil, jedes Totvolumen und jede Verengung im Bereich der Probenzufuhr stellt eine potenzielle Falle für Partikel dar und birgt somit das Risiko einer Verstopfung oder Sedimentation. Für die Abwasseranalyse folgt das Probenzufuhrsystem daher einigen einfachen, aber wesentlichen Grundsätzen:

• minimale Anzahl an Ventilen und Schläuchen,
• große Innendurchmesser,
• gerade Probendosierstrecken mit minimierten Totvolumina.

Geräte, die auf dünne Schläuche, komplexe Ventilsysteme oder die Probeninjektion aus einer Spritze von unten nach oben angewiesen sind, sind beim Umgang mit partikelhaltigen Proben grundsätzlich im Nachteil.

Injektionstechniken unter realen Abwasserbedingungen

Direktinjektion

Direktinjektionssysteme befördern die Probe mithilfe einer Mikroliterspritze direkt aus dem Probenvial in den Verbrennungsofen. Während viele als „Direktinjizierer“ bezeichnete Geräte nach wie vor auf fluidische Systeme mit Schläuchen und Pumpen setzen, arbeitet der Direktinjizierer multi N/C 2300 vollständig ohne Ventile oder Schläuche.

Das Gerät injiziert die Probe von oben nach unten in den Ofen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass alle Partikel vollständig in das Verbrennungsrohr überführt und vollständig oxidiert werden. Ein effektives Spülregime und große Innendurchmesser verhindert Verstopfungen und Verschleppungen.

Fließinjektion

Ein Fließinjektionssystem kann eine sinnvolle Wahl für Labore sein, die ein breiteres Spektrum an wässrigen Probenmatrices analysieren, darunter partikelhaltiges Abwasser sowie „sauberere“ Proben mit niedrigeren TOC-Werten. Bei Abwasseranwendungen sind große Innendurchmesser der Schläuche, eine robuste Ventiltechnik, die Verwendung einer Injektionsschleife und eine aktive Rückspülfunktion für den Umgang mit Partikeln unerlässlich.

Systeme wie der multi N/C 3300 dosieren die Probe direkt aus einer Injektionsschleife in den Ofen, wobei die Proben nur ein einziges robustes Keramikventil passieren. Sie können an die Leistung von Direktinjektionssystemen heranreichen und bieten gleichzeitig eine höhere Flexibilität für abwechslungsreiche Probenmatrices. Fließinjektionssysteme, bei denen die Probe in einer Spritzenpumpe durch einen Kolben von unten nach dosiert werden, sind jedoch anfällig für Partikelsedimentation. Dies kann zu Memory-Effekten sowie zum Verschleiß des weichen Teflon Kolbens führen. Die Schleifeninjektionstechnik vermeidet diese Probleme und gewährleistet einen zuverlässigen Partikeltransfer vom Vial in den Ofen.

Worin zahlt sich ein korrektes Partikelhandling aus?

Ein zuverlässiges Partikelhandling ermöglicht nicht nur den standardisierten Zellulosetest zu bestehen. Im Routinebetrieb ermöglicht es:

• eine zuverlässige und reproduzierbare Probenüberführung vom Vial in den Ofen ohne Verstopfungen und häufige Störungen
• richtige TOC-Messwerte bei stark partikelbeladenen Proben
• vollständige Verschleppungskontrolle und reduzierten Verschleiß
• vorhersehbare Arbeitsabläufe mit weniger Wiederholmessungen und Wartungsunterbrechungen.

Kurz gesagt: Das Proben- und Partikelhandling des Analysators ist die Grundlage, die den TOC von einem formal gleichwertigen Parameter zu einem kontrollierbaren und vertrauenswürdigen Instrument für die Abwasserüberwachung gemäß der kommunalen Abwasserrichtlinie (KARL) macht. Da der TOC nun offiziell dem CSB gleichgestellt ist, lautet die entscheidende Frage nicht mehr, welcher Parameter zulässig ist, sondern wie organische Verunreinigungen zuverlässig erfasst wird. Das Proben- und Partikelhandling ist eine entscheidende Frage beim Übergang von CSB zu TOC. Es verbindet den regulatorischen Zweck, die analytische Theorie und die Laborpraxis und entscheidet letztendlich darüber, ob die TOC-Analyse im Abwasser robust, vorschriftskonform und nachhaltig ist.

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