Chlor - ein hochreaktives Element

Chlor ist ein chemisches Element aus der Gruppe der Halogene. Es kommt in der Natur in Form des Gases Cl2 vor und ist eines der reaktivsten Elemente der Erde. Es ist stark oxidativ. Chlor und seine Derivate sind die wichtigsten Desinfektionsmittel für die Desinfektion von Schwimmbädern, Wasserleitungen und Wasserspeichern. Galvanikbetriebe setzen Chlor zur Entgiftung von cyanidhaltigen Abfällen ein. Eine regelmäßige Überwachung des Chlorgehalts ist unerlässlich, da zu viel Chlor nicht nur Geruch und Geschmack des Wassers beeinträchtigt, sondern auch gefährlich sein kann.
Man unterscheidet zwischen freiem Chlor und gebundenem Chlor (Chloramine); die Summe aus beiden wird als Gesamtchlor bezeichnet.

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Was ist Chlor?

Freies Chlor

Freies Chlor ist die Summe zweier hochreaktiver und desinfizierender Substanzen, die sich bilden, wenn sich Chlorgas in Wasser löst.

Das Desinfektionsverfahren mit freiem Chlor im Wasser wird als Chlorierung bezeichnet. Es wird üblicherweise bei Wasser mit geringen organischen Verunreinigungen eingesetzt. Sie wird zur Verhinderung von Algenwachstum, zur Kontrolle von Geschmack und Geruch in Lebensmitteln, zur Entfernung von Elementen wie Eisen und Mangan, zum Abbau von Schwefelwasserstoff oder Zyaniden und zur Verbesserung der Gerinnung eingesetzt. Zur Desinfektion wird die Chlorierung in Proben mit geringen Konzentrationen schwer zu behandelnder Mikroorganismen, z. B. Giardien oder Cryptosporidien, eingesetzt.

Gebundenes Chlor (Chloramine)

Chloramine, auch bekannt als gebundenes Chlor, bilden sich, wenn freies Chlor zu ammoniakhaltigem Wasser hinzugefügt wird. Chloramine sind immer noch für Desinfektionszwecke verwendbar, daher kann diese Reaktion bei der Wasseraufbereitung erwünscht sein. Es gibt drei Arten von Chloraminen, je nachdem, wie viel Chlor mit dem Ammoniak-Ion reagiert. Es handelt sich um Monochloramin, Dichloramin und Stickstofftrichlorid.

Die Verwendung von Chloraminen zur Desinfektion wird als Chloraminierung bezeichnet. Da Chloramine ein geringeres Oxidationspotenzial und eine geringere Reaktivität als freies Chlor haben, bilden sie bei der Desinfektion auch weniger Nebenprodukte mit organischem Material. Dies kann von Vorteil sein, da freies Chlor Desinfektionsnebenprodukte wie Trihalomethane bilden kann. Diese Desinfektionsnebenprodukte werden als DBPs bezeichnet und können krebserregend sein. Daher gibt es einen allgemeinen Trend, die Chlorung mit freiem Chlor durch Chloraminierung zu ersetzen. Außerdem ist der Bedarf an Chlor bei der Chloraminierung geringer, da weniger Nebenreaktionen auftreten, was Kosten spart.

Gesamtchlor

Die Summe aller freien und gebundenen Chlorsorten wird als Gesamtchlor bezeichnet. Häufig wird der Gehalt an gebundenem Chlor durch Subtraktion ermittelt, da eine direkte Messung des gebundenen Chlors nicht möglich ist.

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Wie misst man Chlor?

Chlor wird im Allgemeinen mit kolorimetrischen Methoden überwacht. Durch die Zugabe bestimmter Reagenzien und Puffer reagiert das Chlor zu einem farbigen Produkt. Die Intensität dieser Farbe ist proportional zur Chlorkonzentration. Die Farbintensität wird dann visuell, reflektometrisch oder photometrisch mit Kompakt- oder Spektralphotometern bestimmt.

Abb. 1: Konzentrationsreihe unseres NANOCOLOR Chlor/Ozon 2 Rundküvettentestes mit steigender Chlor-Konzentration.

Teststreifen - Eintauchen & Ablesen

Die einfachste und schnellste Art, Chlormessungen durchzuführen, sind Eintauch & Ablesetests. Diese Teststreifen kombinieren schnelle Leistung mit genauen Ergebnissen. Sie beruhen auf einer chemischen Reaktion zwischen Chlor und einem Farbstoff. Es findet eine Redoxreaktion statt und die Testfelder entwickeln eine bestimmte Farbintensität in Abhängigkeit von der Chlorkonzentration in der Probe. Für die Auswertung von freiem oder Gesamtchlor werden unterschiedliche Teststreifen verwendet. MACHEREY-NAGEL bietet verschiedene Teststreifen und Testpapiere hauptsächlich in den Serien QUANTOFIX und DiaQuant an.
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Kolorimetrische Testkits - Einfache DPD-Tests

DPD (N,N-Diethyl-p-phenylendiamin) ist die am häufigsten verwendete Substanz in kolorimetrischen Chlortestkits. Sie reagiert mit freiem Chlor und ergibt einen intensiv rosa gefärbten Farbstoff. Die Intensität des Farbstoffs ist proportional zur Konzentration des freien Chlors. Bei visuellen, kolorimetrischen Tests wird diese rosa gefärbte Probe dann mit einer Farbskala verglichen, um die richtige Konzentration zu bestimmen.
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Photometrische Testkits – Präzisionsanalyse

Photometrische Testkits verwenden die gleiche DPD-Chemie wie kolorimetrische Testkits. Anstelle einer visuellen Bestimmung mit dem Auge wird jedoch ein Photometer verwendet. Es kann die Farbintensität der Lösung genauer erkennen als der Benutzer. Dies erhöht die Präzision und Genauigkeit bei der Chloranalyse. MACHEREY-NAGEL bietet photometrische Chlortestkits in den Produktreihen NANOCOLOR und VISOCOLOR an.
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Wo wird Chlor überwacht?

Trinkwasseraufbereitungsanlagen und –verteilung

Chlor ist eines der am häufigsten verwendeten Desinfektionsmittel in der Trinkwasseraufbereitung. Es hilft auch bei der Ausfällung von Mineralien und anderen Stoffen durch Oxidation vor der Filtration. In vielen Ländern und Regionen weltweit muss das Trinkwasser vor der Verteilung desinfiziert werden. Dies geschieht nach der Filtration durch eine wiederholte Zugabe von Chlor. Der Chlorgehalt muss zusammen mit dem pH-Wert und der Temperatur in vielen Phasen des Prozesses überwacht werden.
Je nach den im Wasser vorhandenen Mikroorganismen wird vor der Verteilung des Trinkwassers an die Kunden ein Restchlorgehalt eingestellt. Internationale Normen regeln sorgfältig den tolerierbaren Chlorgehalt im Trinkwasser. Auch nationale Gesetze können den maximalen Chlorgehalt des Trinkwassers an der Zapfstelle begrenzen. Die nationalen Trinkwasserverordnungen unterscheiden sich stark hinsichtlich der maximal zulässigen Chlorkonzentration. Während die deutsche Trinkwasserverordnung 0,3 mg/L vorschreibt, setzt die US-EPA 4,0 mg/L als Obergrenze fest.
Neben der Desinfektion dient Chlor auch zur Beseitigung von Sulfiden, die einen Geruch nach faulen Eiern verursachen, sowie von Ammoniak und Stickstoffverbindungen, die einen unangenehmen Geruch verursachen können. Chlor beseitigt auch Eisen und Mangan, die einen bitteren Geschmack und eine Färbung des Trinkwassers verursachen können.
Im Gegensatz zu den vielen positiven Auswirkungen der Chlorung kann Chlor auch mit organischen Stoffen im Wasser reagieren und so genannte Desinfektionsnebenprodukte (DBP) bilden, die für die menschliche Gesundheit schädlich sein können. Dies ist ein weiterer Grund, warum der Chlorgehalt bei der Trinkwassergewinnung sorgfältig überwacht werden muss.

Kläranlagen für Abwasser

In vielen Ländern wird die Chlorierung als letzte Stufe der Abwasserbehandlung eingesetzt. In diesem Fall wird das behandelte Wasser vor der Einleitung in den Gewässerzulauf mit Chlor desinfiziert. Der Grund für die Chlorung ist die Verhinderung von durch Wasser übertragenen Krankheiten aufgrund von Krankheitserregern und Mikroorganismen aus der vorherigen Behandlung.
Eine gründliche Entchlorung ist sehr wichtig, um die schädlichen Auswirkungen von Chlorrückständen im Abwasser auf den Vorfluter zu verringern.

Industrielle Kühlsysteme

Industrielle Kühlsysteme, wie z. B. Kühltürme, sind anfällig für Algenwachstum und die Bildung von Biofilmen in den Rohrleitungen. Dieser Biofilm kann die Wassersysteme verstopfen. Chlor wird eingesetzt, um das Biowachstum wirksam zu verhindern. Es muss jedoch genau überwacht werden, da zu niedrige Konzentrationen das Biowachstum nicht verhindern und zu hohe Chlorkonzentrationen Korrosion und Schäden verursachen können.

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