DOC (Dissolved Organic Carbon), zu Deutsch gelöster organischer Kohlenstoff, ist ein bedeutender Parameter in der industriellen Wasser- und Abwasserbehandlung und gibt die Konzentration organischer Kohlenstoffverbindungen an, die im Wasser in gelöster Form vorliegen. Dieser Parameter spielt eine entscheidende Rolle für die Beurteilung der Wasserqualität, da organische Verbindungen verschiedene Behandlungsprozesse beeinflussen und sich negativ auf die Effizienz der Anlagen auswirken können.

Technische Hintergründe und Bedeutung von DOC

DOC ist ein Summenparameter, der sämtliche gelösten organischen Stoffe im Wasser umfasst. Dazu zählen sowohl natürlich vorkommende Verbindungen, wie Huminstoffe und Fulvosäuren, als auch synthetische und anthropogene Verunreinigungen, wie Industriechemikalien, Pestizide und Schadstoffe aus der Abwasserbehandlung. Besonders relevant ist DOC in der Trinkwasseraufbereitung, da organische Verunreinigungen Geschmack und Geruch beeinflussen und bei der Desinfektion mit Chlor zur Bildung von gesundheitsschädlichen Nebenprodukten wie Trihalogenmethanen (THM) führen können.

DOC als Indikator in der Wasserbehandlung

Die Messung von DOC ist entscheidend, um die Effizienz biologischer und chemisch-physikalischer Behandlungsprozesse zu überwachen. Ein hoher DOC-Gehalt im Wasser kann die Bildung von Biofilmen auf Membranoberflächen fördern, was zu Biofouling führt. In biologischen Behandlungsverfahren dient der DOC als Indikator für die Abbaubarkeit organischer Substanzen und ist maßgeblich für die Steuerung von Belebtschlamm- oder Membranbioreaktoren.

Bestimmungsmethoden des DOC

Die Bestimmung des DOC erfolgt durch eine Oxidation der organischen Kohlenstoffverbindungen und anschließende Messung des entstehenden Kohlenstoffdioxids (CO₂). Zu den gängigen Methoden zählen:

• Hochtemperaturverbrennung: Hierbei wird das Wasser bei hohen Temperaturen (650–900 °C) oxidiert. Der freiwerdende Kohlenstoff wird als CO₂ gemessen und gibt den DOC-Gehalt wieder. Diese Methode wird besonders in der Prozesskontrolle und in der Trinkwasseranalyse eingesetzt.
• UV-Persulfat-Oxidation: Durch Bestrahlung mit UV-Licht und die Zugabe von Persulfat-Ionen werden die organischen Verbindungen oxidiert. Diese Methode ist besonders für geringe Konzentrationen und empfindliche Messungen geeignet.

Die Auswahl der Methode hängt von der Art der Wasserprobe, der benötigten Präzision und den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.

Anwendungen und Einfluss des DOC auf industrielle Wasser- und Abwasserbehandlungsprozesse

1. Trinkwasseraufbereitung:

   • Ein hoher DOC-Gehalt im Rohwasser kann die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten begünstigen, die für die menschliche Gesundheit potenziell schädlich sind. In der Trinkwasseraufbereitung wird DOC oft durch aktivierte Kohle oder biologische Filter reduziert, um diese Risiken zu minimieren.

2. Umkehrosmose und Membranfiltration:

   • Gelöste organische Stoffe tragen zur Bildung von Biofilmen auf Membranen bei, was als Biofouling bezeichnet wird. In Umkehrosmoseanlagen kann hoher DOC die Effizienz erheblich beeinträchtigen und die Membranlebensdauer verkürzen. Vorbehandlungen wie Biofiltration oder der Einsatz von Antifouling-Mitteln werden eingesetzt, um das Risiko des Biofoulings zu verringern.

3. Biologische Abwasserbehandlung:

   • In biologischen Verfahren, wie Belebtschlamm- oder Membranbioreaktoren, dient der DOC als Nahrungsquelle für Mikroorganismen. Ein angemessener DOC-Gehalt fördert den mikrobiellen Abbau und verbessert die Leistung der biologischen Reaktoren. In Systemen mit unzureichendem DOC kann eine Zudosierung organischer Stoffe notwendig sein, um die Bakterienpopulation zu stabilisieren und den Abbau organischer Verbindungen zu optimieren.

4. Industrieabwasserbehandlung:

   • Viele Industrieabwässer, insbesondere aus der Lebensmittelverarbeitung, Pharmaindustrie und Chemieproduktion, enthalten hohe DOC-Werte. Diese Verbindungen können toxisch sein oder die Sauerstoffzehrung in den nachfolgenden Gewässern erhöhen. Hier wird der DOC durch Verfahren wie Fällung und Flockung, Biofiltration oder chemische Oxidationsprozesse wie Fenton-Verfahren gezielt reduziert.

5. Kühlwasserbehandlung:

   • Ein erhöhter DOC-Gehalt im Kühlwasser kann das Wachstum von Biofilmen und Mikroorganismen fördern, was zu Fouling in den Kühlkreisläufen führt. In offenen Kühlkreisläufen wird der DOC überwacht, um das Risiko von Fouling und die Effizienz der Kühlung zu optimieren. Hierbei kommen Biozide oder geeignete Oxidationsverfahren zur Anwendung.