Was ist hypochlorige Säure, und warum ist sie wirksamer als Chlor?
Hypochlorige Säure (HOCl) ist die wirksamste Desinfektionsform, die Chlor im Wasser annimmt. Dank ihrer ungeladenen, kleinen Molekülstruktur durchdringt sie die bakterielle Zellwand weit schneller als das Hypochlorit-Ion, weshalb sie bei gleichem Freichlorgehalt eine deutlich höhere biozide Wirksamkeit zeigt – und für den Menschen in Arbeitskonzentration nicht reizend ist.
In der Wasseraufbereitung wird über „Chlor” gesprochen, als wäre es ein einziger Stoff. Tatsächlich hängt seine Wirkung davon ab, welche chemische Form es im Wasser annimmt — und die wirksamste dieser Formen ist hypochlorige Säure.
Was aus Chlor im Wasser wird
Sobald ein chlorbasiertes Desinfektionsmittel ins Wasser gelangt, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen zwei Formen ein: hypochlorige Säure (HOCl) und Hypochlorit-Ion (OCl⁻). Bestimmend für dieses Gleichgewicht ist der pH-Wert.
Die zugehörige Dissoziationskonstante wurde 1948 von Fair und Kollegen gemessen: pKa ≈ 7,5.1 Diese eine Zahl erlaubt es zu berechnen, welcher Anteil eines freien Chlorrests tatsächlich in der wirksamen Form vorliegt.
Der pH-Wert ist keine Einstellung, sondern der entscheidende Faktor
Die folgende Tabelle stellt zwei unabhängige Quellen nebeneinander. Die linken Spalten zeigen den aus Fairs Dissoziationskonstante berechneten HOCl-Anteil; die rechte Spalte den CT-Wert — erforderliche Konzentration × Kontaktzeit —, den die US-Umweltbehörde EPA für eine 3-log-Inaktivierung von Giardia vorschreibt.2
| pH | HOCl-Anteil | OCl⁻-Anteil | Erforderlicher CT (mg·min/L) | ggü. pH 6 |
|---|---|---|---|---|
| 6,0 | 97,2 % | 2,8 % | 79 | 1,00× |
| 6,5 | 91,6 % | 8,4 % | 94 | 1,19× |
| 7,0 | 77,6 % | 22,4 % | 112 | 1,42× |
| 7,5 | 52,3 % | 47,7 % | 134 | 1,70× |
| 8,0 | 25,7 % | 74,3 % | 162 | 2,05× |
| 8,5 | 9,9 % | 90,1 % | 195 | 2,47× |
| 9,0 | 3,4 % | 96,6 % | 234 | 2,96× |
CT-Werte bei 10 °C und 1,0 mg/L freiem Chlor. HOCl-Anteil berechnet aus pKa 7,54.
Die Tabelle sagt Folgendes: Von pH 6 auf pH 9 fällt der Anteil des Chlors in der wirksamen Form von 97 % auf 3 %, während sich die für dieselbe Desinfektion nötige Dosis verdreifacht. Das eine ist eine chemische Messung von 1948, das andere eine Regulierungstabelle von 2003 — und beide sagen dasselbe.
Warum der Unterschied so groß ist
Die Antwort liegt im Molekül. Eine bakterielle Zellwand ist negativ geladen. Das Hypochlorit-Ion ist ebenfalls negativ geladen, wird also von der Zellwand abgestoßen und dringt nur schwer ein. Hypochlorige Säure dagegen ist ungeladen und klein — sie passiert die Wand nahezu widerstandsfrei und oxidiert innere Strukturen sehr schnell.
Freischwebende Bakterien und Biofilm sind nicht dasselbe Problem
Die obigen CT-Werte gelten für im Wasser schwebende Mikroorganismen. Biofilm, der an Rohr, Tank oder Wärmetauscher haftet, ist eine ganz andere Sache.
LeChevallier und Kollegen maßen für oberflächenhaftende Biofilmbakterien eine 150- bis über 3.000-fach höhere Resistenz gegenüber hypochloriger Säure als für freischwebende Zellen.4 Der folgenreichere Befund derselben Arbeit: Limitierend ist der Transport des Desinfektionsmittels in den Biofilm. Deshalb steigert eine höhere Chlordosis nicht die Wirksamkeit — sie steigert nur die Nebenproduktlast.
Das erklärt, warum sich ein Problem in einer Wasserleitung selten durch „mehr Chlor” lösen lässt.
Gleiches freies Chlor, anderes Ergebnis
Daraus folgt Wesentliches: Zwei Lösungen können denselben Messwert für freies Chlor zeigen, und dennoch ist die eine weit wirksamer als die andere — denn maßgeblich ist, wie viel dieses Chlors als hypochlorige Säure vorliegt.
Eine bei neutralem pH erzeugte Lösung hypochloriger Säure kann daher bei niedrigerem Gesamtchlorgehalt dieselbe Desinfektionsleistung erbringen. In Schwimmbädern bedeutet das weniger Chloramine, weniger Geruch und weniger Reizung; im Trinkwasser weniger Trihalomethanbildung.
Das körpereigene Desinfektionsmittel
Hypochlorige Säure ist keine Laborerfindung. Im menschlichen Immunsystem bilden neutrophile Granulozyten genau dieses Molekül, um Krankheitserreger zu zerstören. Übersichtsarbeiten der medizinischen Literatur belegen, dass es in Anwendungskonzentrationen für menschliches Gewebe nicht reizend ist und dabei seine breite Wirksamkeit behält.3
Warum die Erzeugung vor Ort zählt
Hypochlorige Säure ist ein instabiles Molekül; mit der Zeit geht sie in weniger wirksame Formen über. Produkte, die abgefüllt monatelang im Regal stehen, verlieren entsprechend an Wirkung. Die höchste Wirksamkeit liefert die frische Erzeugung — weshalb die Herstellung hypochloriger Säure am Bedarfsort durch elektrochemische Aktivierung der sinnvolle Weg ist.