IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 16/17/2003, Seite 34 ff.
SANITÄRTECHNIK
Moderne Wasseraufbereitung
Teil 3: Eigenwasserversorgung
Wolfgang Jung*
Der Aufbereitung von Wasser kommt heute eine immer größere Bedeutung zu. In großen Wasserversorgungsunternehmen geschieht der Vorgang mithilfe kostenaufwendiger Mess- und Regeltechnik. In den vergleichsweise kleinen Anlagen für Eigenwasserversorger müssen andere Verfahren zum Einsatz kommen, damit die Wasseraufbereitung rentabel ist.
Eine Wasseraufbereitung bei Eigenwasserversorgungsanlagen wird dann notwendig, wenn einzelne oder mehrere Wasserinhaltsstoffe die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung nicht einhalten. Was die Trinkwasserversorgungsunternehmen im großen Maßstab an Wasseraufbereitung installiert haben, wird mit Einschränkungen im Kleinmaßstab für Eigenwasserversorger von Fachfirmen angeboten. Die Einschränkungen beruhen auf der Tatsache, dass die teilweise aufwendigen Verfahrenstechniken, die von den Wasserversorgungsunternehmen durch entsprechende Mess- und Regeltechnik gesteuert werden, bei Anlagen für den Eigenwasserversorger finanziell nicht untergebracht werden können.
| Bild 1: Schema Filtration. |
Entsäuerung ist wichtig: Saures Wasser zerstört metallische Leitungen
Grund- oder Brunnenwässer können durch den Boden, den sie durchwandern, sehr niedrige pH-Werte besitzen (auch niedriger als der Trinkwassergrenzwert von 6,5) und damit sauer reagieren. Verursacht werden diese niedrigen pH-Werte durch einen Überschuss an Kohlensäure. Hygienisch oder gesundheitlich bestehen gegen ein saures Wasser als reines Trinkwasser keine Bedenken. Für eine technische Nutzung muss dieses Wasser jedoch entsäuert werden. Insbesondere das Korrosionsverhalten saurer Wässer ist enorm und zerstört auf Dauer jede metallische Installation.
Eine Entsäuerung kann im Kleinanlagenbereich im Wesentlichen durch zwei Methoden durchgeführt werden: einer Alkalisierung durch Laugen oder Entsäuerung durch Calciumcarbonate. Auch eine Kombination aus beiden Verfahren ist möglich. Bei der Entsäuerung mit Calciumcarbonaten (Kalk) löst die überschüssige Kohlensäure das Calciumcarbonat und bildet lösliches Calciumhydrogencarbonat. Die für den pH-Wert verantwortliche Kohlensäure wird so aus dem Wasser entfernt, wobei gleichzeitig das Wasser aufgehärtet wird.So funktioniert's: Das Rohwasser strömt durch den Rohwassereingang des Steuerventils in die Filterflasche und dann von oben nach unten durch das Filtermaterial. Das entsäuerte Reinwasser fließt durch die untere Verteilerdüse und das Steigrohr über den Reinwasserausgang in das Rohrleitungsnetz zurück. Beim Rückspülen wird das Filterbett von unten nach oben kräftig gespült und das Filterbett dadurch aufgelockert. Während des Filterprozesses zurückgehaltene Verunreinigungen werden über den Kanalausgang am Steuerkopf ausgespült. Die Filteranlage muss spätestens alle sechs Tage rückgespült werden. Der Einsatz einer Entsäuerungsanlage ist auf weiche Wässer mit einem mittleren Kohlensäuregehalt beschränkt.
| Bild 2: Prinzip einer Enteisenung und Entmanganung. |
Enteisenung/Entmanganung: Klares Wasser nicht nur fürs Auge
Eisen- und manganhaltige Grundwässer haben eine unappetitliche braune Farbe. Sie hinterlassen auf sanitären Installationen schwer entfernbare braune Flecken und verfärben die Wäsche. Eisen und Mangan liegen meist im Grundwasser in der zweiwertigen löslichen Form vor.
Bei der Aufbereitung müssen sie zu dreiwertigem Eisen und zu vierwertigem Mangan oxidiert werden, um dann als Eisen-III-hydroxid und als Braunstein (Mangandioxid) über Filter abfiltriert werden zu können. Damit diese Reaktion abläuft, müssen optimale pH-Werte und ausreichende Oxidationsmittel zur Verfügung stehen.
Ein häufig genutztes Verfahren zur Enteisenung und Entmanganung - gerade bei Kleinanlagen - ist die Nutzung der Oxidationskraft von Kaliumpermanganat. Zu beachten ist jedoch der notwendige pH-Wert. Er sollte höher als 7,4 sein, damit diese Reaktion ablaufen kann.
Bei der Entmanganung spielt der Einfluss der in natürlichen Wässern vorkommenden Mikroorganismen eine wesentliche Rolle. Diese besitzen die Eigenschaft, die freiwerdende Energie zwischen dem zweiwertigen und dem vierwertigen Mangan für den eigenen Stoffwechsel zu nutzen. So wird der Oxidationsprozess des Mangans beschleunigt. In geringerem Umfang gilt dies auch für eine Enteisenung.
Damit auch die biologischen Prozesse anlaufen können, ist oft mit einer Anfahrzeit von bis zu sechs Wochen für eine funktionierende Enteisenungs-/Entmanganungsanlagen zu rechnen.
Im Kleinanlagebereich werden üblicherweise zwei Varianten zur Enteisenung und Entmanganung eingesetzt. Bei Eisengehalten unter 3 mg/l und Mangangehalten unter 0,05 mg/l reicht meistens ein Filterbehälter mit katalytischem Filtermaterial aus. Das Filtermaterial besitzt eine oxidative und alkalisierende Wirkung und muss mit Kaliumpermanganat regelmäßig "regeneriert" werden.
Sind die Eisen- oder Mangangehalte höher, reicht die Oxidationskraft des Filtermaterials alleine nicht aus. Dann ist eine vorgeschaltete, kontinuierliche Zugabe von Oxidationsmitteln, zum Beispiel mit Kaliumpermanganatdosierung, notwendig.
| Bild 3: Nitratfilter |
Nitrat-/Sulfatreduzierung: Intensive Landwirtschaft fordert ihren Tribut
Weist die Analyse einen hohen Nitratgehalt aus, muss davon ausgegangen werden, dass die Belastung durch den menschlichen Einfluss in das Grundwasser gelangen konnte. Nitrat ist in Grundwässern von Natur aus selten in hohen Konzentrationen vertreten. Meist sind in Gebieten mit intensiver landwirtschaftlicher Düngung Nitratwerte über 50 mg/l zu finden.
Dagegen findet sich Sulfat als natürlich vorkommender Stoff im Grundwasser, meist als Calciumsulfat, insbesondere bei Grundwässern aus gipsführenden Schichten. Um Sulfat oder Nitrat aus dem Brunnen- bzw. Grundwasser auf den Trinkwassergrenzwert zu reduzieren, ist der Einsatz von Ionenaustauschern üblich. Mit diesem Verfahren werden wie bei der Enthärtung - wo Kationen gegen Natrium ausgetauscht werden - die jeweiligen Anionen, entweder Nitrat oder Sulfat, gegen Chlorid ausgetauscht.
Zur Sulfatentfernung hat sich die Nanofiltration als Alternative zum Ionenaustauscher empfohlen. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in den geringeren korrosionsfördernden Salzgehalten und der chemiefreien Anwendung.
| Bild 4: Typische Umkehrosmoseanlagen in Kompaktbauweise. |
Reduzierung des Gesamtsalzgehalts: Gerade in Küstenregion und der Nähe von Salinen notwendig
Wässer mit einem hohen Salzgehalt überschreiten oft den Trinkwassergrenzwert von 2000 µS/cm. Diese Wässer sind unangenehm salzig im Geschmack, meist bitter. Sie haben noch dazu einen starken Einfluss auf die Korrosion bei metallischen Rohrleitungen. Die Vorkommen in Deutschland sind auf die Küstenregionen und auf Grundwässer in der Nähe von Salinen beschränkt. Zur Aufbereitung dieser Wässer werden heute Membranverfahren eingesetzt, die so genannte Umkehrosmose. Mit diesem Verfahren lassen sich Salzgehalte bis hin zum Meerwasser (3,5% Salzgehalt) zu Trinkwasser aufbereiten.
| Bild 5: Prinzip der Umkehrosmose. |
Beim Osmosevorgang werden wässrige Lösungen unterschiedlicher Konzentration durch eine halbdurchlässige Membrane getrennt. Dem Naturgesetz folgend versuchen sich die Konzentrationen auszugleichen. Dabei stellt sich auf der Seite der höheren Ausgangskonzentration der so genannte "osmotische Druck" ein. Bei der Umkehrosmose wird diesem "osmotischen Druck" ein höherer Druck entgegengesetzt. Die Folge: Der Vorgang läuft in umgekehrter Richtung ab. Der besondere Vorteil der Umkehrosmose-Technik gegenüber anderen Verfahren in der Wasseraufbereitung liegt darin, dass neben der Entfernung von gelösten Salzen auch Bakterien, Keime und Partikel sowie gelöste organische Substanzen verringert werden.
| Bild 6: UV-Entkeimungsanlage. |
Mikrobiologie/Desinfektion: Damit Keime und Krankheitserreger keine Chance haben
Ein wesentlicher Faktor für die Einhaltung der Trinkwasserqualität sind die mikrobiologischen Parameter. Werden die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung überschritten, sind Maßnahmen zur Desinfektion des Brunnen- oder Grundwassers zu treffen. Für die Eigenwasserversorger werden heute im Wesentlichen zwei Desinfektionsverfahren angeboten: die Chlorung des Brunnenwassers mit Natriumhyphochlorit und die Bestrahlung des Wassers mit UV-Licht.
Bei der Chlorung wird das flüssige Natriumhyphochlorit mengengesteuert über einen Kontaktwasserzähler dem verkeimten Wasser zudosiert. Die Zugabe liegt im Regelfall bei 0,5 bis 1,0 mg/l und hat an der Entnahmestelle (Wasserhahn) den Grenzwert von 0,3 mg/l nicht zu überschreiten. Die Chlordosierung ist heute immer noch die sicherste Methode, unerwünschte Keime oder Krankheitserreger abzutöten. Insbesondere die Depotwirkung des freien Chlors lässt unerwünschte Rekontaminationen im Leitungsnetz der Wasserversorgung nicht zu. Die Nachteile der Chlordosierung sind der als unangenehm wahrgenommene Chlorgeruch und die regelmäßige Überwachung der Chlorkonzentration an den Entnahmestellen. Wegen dieser Nachteile ist die Chlorung oft unerwünscht. Hier kann die UV-Desinfektion in den meisten Fällen eine Alternative sein. Bei der UV-Desinfektion beruht die abtötende Wirkung der Keime auf dem Einsatz einer Speziallampe, deren Strahlung - ähnlich der des Sonnenlichts - desinfizierend wirkt. Die Qualität des Trinkwassers wird nicht verändert. Die keimtötende Wirkung wird heute mit Abtötungsraten von mehr als 99,99% angegeben.
Den unbestreitbaren Vorteilen der UV-Desinfektion steht ein wichtiger Nachteil gegenüber: UV-Strahler haben keine Depotwirkung, das heißt, sie wirken keimtötend innerhalb der UV-Anlage; nach der Anlage ist diese Eigenschaft nicht mehr vorhanden. (Fortsetzung folgt)
Internetinformationen: |
* Wolfgang Jung, Mitarbeiter der Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH, Höchstädt/Donau
B i l d e r : Grünbeck Wasseraufbereitungs GmbH, Höchstadt/Donau
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