Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Adsorption von Spurenstoffen (SOC) an körniger Aktivkohle, mit dem unerwünschten Verhalten der natürlichen organischen Wasserinhaltsstoffe (NOM) bei der Spurenstoffadsorption, mit den Faktoren, die dieses Verhalten maßgeblich beeinflussen und mit Parametern, mit denen die NOM charakterisiert, beurteilt und berechenbar gemacht werden können. Sie basiert auf einer Literaturstudien, die mehrere Lehrbücher und über 150 Fachartikeln in deutscher und englischer Sprache der letzten zwanzig Jahre umfasste. Wesentliches Ziel dieser Arbeit war es, die wissenschaftlichen Erkenntnisse der letzten Jahre auf den Gebieten der Adsorption von SOC und NOM an Aktivkohle und der Analytik natürlicher organischer Wasserinhaltsstoffe zusammenzutragen, zu vergleichen und in zusammengefasster Form darzustellen; dieses Ziel wurde größtenteils erreicht.
Zunächst werden einige allgemeine Grundlagen zusammengestellt. Diese umfassen einen Überblick über die relevanten rechtlichen Bestimmungen, allgemeine Angaben zur Grenzwertproblematik von Schadstoffen, eine grobe Zusammenfassung der derzeit üblichen Verfahren zur Analyse von Wasserinhaltsstoffen sowie detaillierte Ausführungen zu den Eigenschaften der relevanten Wasserinhaltsstoffen und von Aktivkohle.
Bei der Zusammenstellung dieser Grundlagen fiel auf, dass die Verschärfung der Grenzwerte für Schadstoffe in Trinkwasser durch die Neufassung der Trinkwasserverordnung zwar zu einer rasanten Entwicklung immer empfindlicherer und selektiverer Analysemethoden geführt hat, dass es jedoch nach wie vor an einfachen, schnell auswertbaren Verfahren von ausreichender Empfindlichkeit mangelt. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die NOM nicht nur aufgrund ihres Verhaltens bei der Spurenstoffadsorption Probleme bereiten, sondern dass sie auch maßgeblich an der Bildung unerwünschter Desinfektionsnebenprodukte (DNP) beteiligt und für Wiederverkeimung im Verteilernetz verantwortlich sein können.
Des Weiteren werden die physikalisch-chemischen Grundlagen der Adsorption dargestellt. Zunächst werden hier die wichtigsten, im Zusammenhang mit Adsorptionsverfahren verwendeten Begriffe erläutert. Im Anschluss daran werden die Grundlagen der Adsorptionsgleichgewichte von Einzelstoffen und Stoffgemischen bekannter Zusammensetzung dargestellt und anhand von zahlreichen Modellvorstellungen näher erläutert. Ein eigener Abschnitt befasst sich mit den Adsorptionsgleichgewichten von Mehrstoffgemischen unbekannter Zusammensetzung; in diesem Abschnitt werden einige generelle Hinweise zur Behandlung derartiger Wässer gegeben und entsprechende Lösungsansätze vorgestellt. In einem weitern Abschnitt werden die Grundlagen der Adsorptionskinetik mit Hilfe einiger derzeit gebräuchlicher Modellvorstellungen ermittelt. Auf diesen Grundlagen aufbauend werden im darauf folgenden Abschnitt Hinweise zur Berechnung von Filterdurchbruchskurven gegeben und einige entsprechende Modelle kurz vorgestellt.
Der derzeit am häufigsten eingesetzte Parameter zur Charakterisierung der NOM ist der DOC, da die Verfahren zu seiner Bestimmung nach heutigen Erkenntnissen als einzige in der Lage sind, quantitative Aussagen über den Gehalt an organischen Substanzen auch in kleinsten Konzentrationsbereichen zu machen. Ein weiterer Parameter, der vor allem zur kontinuierlichen Überwachung des Wassers im Verlauf der Wasseraufbereitung häufig eingesetzt wird, ist der SAK. Mit diesem können zwar nicht alle organischen Wasserinhaltsstoffe sicher erfasst werden, doch reicht der erfasste Anteil meist aus, um qualitative und quantitative Veränderungen der Wasserbeschaffenheit schnell zu registrieren. Einen „unechten“, aber insbesondere für die Beurteilung der Adsorptionseigenschaften eines Wassers sehr wichtigen Charakterisierungsparameter liefert die Adsorptionsanalyse; er ist deshalb unecht, da er sich nicht alleine auf das Wasser, sondern auch auf die eingesetzten Aktivkohle bezieht, und daher nicht ohne weiteres auf andere Aktivkohlearten übertragen werden kann.
Als Ergebnis liefert die Adsorptionsanalyse eine Verteilung der Konzentrationen von Fraktionen bestimmter, vorher festgelegter Adsorbierbarkeiten bzw. eine Verteilung der Adsorbierbarkeiten von Fraktionen bestimmter, vorher festgelegter Konzentrationen.
Des Weiteren wurde eine Vielzahl von Charakterisierungsparametern vorgestellt, die sich nach Meinung einzelner Autoren für die Charakterisierung der NOM bewährt haben (z.B. Molekülgrößenverteilung) oder die sich für die Charakterisierung eignen. Leider war es ohne entsprechende Laborversuche nicht möglich, die Verwendbarkeit dieser Parameter eingehender zu untersuchen. Es wird daher ein Schwerpunkt späterer Untersuchungen sein müssen, entsprechende Versuche zu konzipieren, zu entwerfen und auszuführen.