IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 14/2004, Seite 24 ff.

SANITÄRTECHNIK

 

Schutzfilter in Trinkwasserinstallationen

Dr. Alexander Haug*

Die Wasserversorgungsunternehmen liefern uns ein Trinkwasser, das höchsten Ansprüchen gerecht wird. Es erfüllt die Anforderungen der Europäischen Trinkwasserverordnung in chemischer, biologischer und hygienischer Hinsicht. Die Trinkwasserverordnung legt fest, welche Stoffe in welcher Menge im Wasser enthalten sein dürfen; diese Grenzwerte dürfen nicht überschritten werden. Um die Versorgung der Bevölkerung mit einwandfreiem Trinkwasser zu gewährleisten, betreiben die Wasserwerke einen recht hohen Aufwand. Dabei spielt die Filtration eine zentrale Rolle.

Je nachdem wo die Wasserwerke das Trinkwasser gewinnen, kann der Reinheitsgrad des Rohwassers sehr verschieden sein. So enthält z.B. Flusswasser mehr organische Verunreinigungen als Quellwasser, das bereits durch Kiesschichten im Boden gefiltert wurde. Diese natürliche Filterwirkung machen sich auch die Wasserwerke zunutze, indem Flusswasser nicht unmittelbar aus den Flüssen entnommen wird, sondern aus neben den Flüssen angelegten Brunnen. Aus diesen Brunnen wird das Wasser als so genanntes Uferfiltrat entnommen. Nach dem ersten Reinigungsschritt, der natürlichen Filtration im Boden, wird das Wasser im Wasserwerk in mehreren Stufen aufbereitet. Schwebstoffe werden zurückgehalten, eine Desinfektion dient der Abtötung von Bakterien und anderer Mikroorganismen. Anschließend wird das Wasser durch verschiedene Sand- und Kiesschichten gefiltert.

Schutzfilter in der Hauswasserinstallation

Obwohl das Trinkwasser beim Verlassen des Wasserwerkes kristallklar ist, kann es auf seinem kilometerlangen Weg zum Verbraucher verschiedene Partikel wie Rost und Sand aufnehmen. Diese Teilchen sind häufig von der Rohrwandung im öffentlichen Versorgungsnetz losgelöste Inkrustierungen und Ablagerungen, die vom Trinkwasser mitgeführt werden. Auch bei Montagearbeiten am Rohrnetz lässt sich nicht völlig ausschließen, dass Feststoffpartikel ins Wasser gelangen. Es ist deshalb unvermeidlich, dass mit dem angelieferten Trinkwasser gelegentlich unerwünschte Feststoffpartikel in die Hausinstallation eingespült werden. Die Auswirkungen können gravierend sein.

Funktionsstörungen an Geräten und Armaturen

Geräte und Armaturen in der Hausinstallation werden in ihrer Wirkung immer genauer und präziser. Eingeschwemmte feste Partikel können an Verengungen in Wasserarmaturen oder in Ventilen von Wasch- und Spülmaschinen hängen bleiben und zu erheblichen Funktionsstörungen führen. Ebenso können Brauseköpfe oder Luftsprudler verstopfen.

Korrosion durch Ablagerungen

Ein weiteres Problem sind Korrosionsschäden durch eingeschwemmte Feststoffteilchen. Unter Korrosion versteht man in diesem Zusammenhang die Beschädigung der Rohrwandung in der Hausinstallation durch eingeschwemmte Partikel. Durch Ablagerung der Fremdstoffteilchen in den Rohren wird der Zutritt von frischem, sauerstoffhaltigem Wasser zu den abgedeckten Metallflächen unterbunden. Der örtlich verschiedene Sauerstoffgehalt des Wassers führt zu einem so genannten Lokalelement. Hierbei kommt es durch eine elektrochemische Reaktion zur punktuellen Auflösung des metallenen Werkstoffes bis hin zu Undichtigkeiten und Rohrbruch. Man spricht in diesem Fall auch von Lochfraß. Diese Korrosionsart ist deshalb so gefährlich, weil der Schaden sehr rasch, oft schon nach wenigen Monaten, eintritt. Besonders gefährdet sind neue Hausinstallationen, da hier die metallenen Leitungen noch blank sind und schützende Deckschichten fehlen.

Einbau von Schutzfiltern

Es gibt technische Regeln für Trinkwasserinstallationen, die den Einbau eines Schutzfilters unmittelbar nach der Wasserzähleranlage vorschreiben, um die oben beschriebenen Funktionsstörungen und Korrosionsprobleme in der Hausinstallation zu vermeiden. Unter dem Begriff Schutzfilter werden Geräte verstanden, die dem Trinkwasser ungelöste Stoffe entziehen und zu technischen Störungen in der Hausinstallation führen können. Diese Schutzfilter beeinflussen die hygienischen und chemischen Eigenschaften des Trinkwassers nicht (Bild 1).

 

Bild 1: Grundprinzip der Filtration: Filter entfernen Feststoffteilchen aus dem Wasser.

Es ist sehr wichtig, dass ein Schutzfilter bereits vor der erstmaligen Befüllung der Leitung eingebaut wird. Dies hat zwei Gründe. Zum einen sind - wie bereits erwähnt - vor allem neue, metallisch blanke Leitungen anfällig gegen Lochfraß (punktuelle Korrosion). Zum anderen ist gerade bei der Inbetriebnahme einer neuen Hausinstallation die Gefahr der Einschwemmung von Partikeln am größten.

Die Europäische Norm DIN EN 13443-1

Filter in der Hauswasserinstallation müssen neben der Filtrationsfunktion hohe Anforderungen an Ausführung und Sicherheit sowie Hygiene erfüllen. Die Anforderungen und deren Prüfung sind in der Europäischen Norm DIN EN 13443-1 festgelegt. Die für Filter verwendeten Werkstoffe und Beschichtungen müssen physiologisch und hygienisch unbedenklich sein und dürfen die Qualität des Trinkwassers nicht beeinträchtigen. Eine mechanische Prüfung stellt sicher, dass die Geräte auch bei extremen Druckbelastungen dicht bleiben. Hierzu werden sie für 10 Minuten mit ihrem dreifachen Nenndruck (mindestens 30 bar) belastet. Außerdem müssen die Filter mindestens 200.000 Lastwechsel ohne Undichtheiten standhalten. Auch die Druckfestigkeit des Filterelementes selbst wird getestet, um Verformungen, Risse oder Brüche des Filtereinsatzes während des Betriebes ausschließen zu können. Eine hydraulische Prüfung dient der Bestimmung des Druckverlustes und der Filterflächenbelastung. Damit wird sichergestellt, dass für den jeweiligen Durchfluss eine genügend große Filteroberfläche zur Verfügung steht.

Besonders wichtig ist die Prüfung der Filtration. Bei dieser Prüfung wird die Filterdurchlassweite untersucht. Der Filter muss Partikel größer als ca. 0,1 mm entfernen und kleinere durchlassen. Dies gewährleistet einen wirksamen Korrosionsschutz einerseits und einen hygienischen Betrieb andererseits. Die Filtrationsfunktion wird in einem praktischen Versuch überprüft, indem man ein Testwasser mit Glaskugeln definierter Kornfraktionen durch den Filter leitet und die Partikelgrößenverteilung des abfließenden Wassers mittels Siebung oder mit Hilfe eines Partikelgrößenanalysators bestimmt.

Filtersysteme

Filtereinsätze müssen regelmäßig gereinigt werden. Prinzipiell erfolgt dies bei modernen Schutzfiltern durch eine selbsttätige Reinigung des Filterelements im eingebauten Zustand mittels Rückspülung (Spülung im Gegenstrom). Es gibt aber auch Filter, bei denen die Auswechslung und Erneuerung des kompletten Filterelements erfolgt. Für beide Verfahren gilt, dass durch den Reinigungsvorgang weder abgesetzte noch andere Stoffe in das Versorgungsnetz gelangen dürfen. Auf die einzelnen Filtertypen soll im Folgenden näher eingegangen werden.

 

Bild 2: Wechselfilter mit Filtration von außen nach innen. Der Filtereinsatz muss in 6-monatigen Abständen ausgewechselt werden.

Nicht rückspülbare Schutzfilter

Nicht rückspülbare Schutzfilter, auch als Wechselfilter, Kerzenfilter oder Feinfilter bezeichnet, bestehen in der Regel aus einem Kopfteil mit Verschraubungen oder Anschlussflansch und einem aus speziellem Kunststoff hergestellten Klarsichtzylinder. Bei einem Filtrationsvorgang von außen nach innen lässt sich der Verschmutzungsgrad des Filtereinsatzes optisch überwachen (Bild 2). Schutzfilter mit einem Filtrationsvorgang von innen nach außen lassen den Verschmutzungsgrad nicht erkennen - deshalb ist hier eine transparente Filterglocke unnötig. Als Stand der Technik ist bekannt, dass der Filtereinsatz (Filterkerze, Filtergewebe oder Filterhülse) aus hygienischen und betriebstechnischen Gründen in 6-monatigen Abständen ausgewechselt werden muss. Die Wiederverwendung manuell gereinigter Filtereinsätze ist aus Gründen der Trinkwasserhygiene nicht zulässig. Es sind beim Wechsel stets neue, einzeln und hygienisch abgepackte Austauschfiltereinsätze zu verwenden.

Nicht rückspülbare Filter nach der DIN EN 13443-1 sind so konstruiert, dass die Filterelemente in einfacher Weise - ohne eine Gefahr der Verschmutzung des Trinkwassers - auswechselbar sind. Notwendige Werkzeuge für das Auswechseln kommen mit dem Trinkwasser nicht in Berührung. Zur Sicherheit muss nach dem Wechsel des Filtereinsatzes das erste Ablaufwasser durch kurzzeitiges Öffnen einer nahe gelegenen Entnahmestelle abgeleitet werden. Nicht rückspülbare Schutzfilter benötigen keinen Abfluss (Kanalanschluss) oder Auffanggefäße für das Rückspülwasser. Der Wartungsaufwand und die Betriebskosten sind im Vergleich zu rückspülbaren Filtern sehr hoch, da spätestens alle sechs Monate der Filtereinsatz gegen einen neuen ausgetauscht werden muss. Ein weiterer Nachteil bei Wechselfiltern ist, dass während des Wechselvorgangs das Wasser abgesperrt werden muss und so die Wasserversorgung unterbrochen ist.

Rückspülbare Schutzfilter

Im Unterschied zu Wechselfiltern muss bei rückspülbaren Schutzfiltern das zu reinigende Filterelement nicht ausgetauscht werden. Die Reinigung des Filtereinsatzes wird hier mittels einer Rückspülung durchgeführt. Beim Rückspülvorgang fließt das Wasser wie beim normalen Betrieb zuerst durch den Filtereinsatz, wobei die Verunreinigungen zurückgehalten werden. Durch Öffnen eines Spülventils (z.B. mittels eines Handrades) wird ein Teil des filtrierten Wasserstromes im Gerät umgeleitet. Dieser durchströmt den Filtereinsatz dann in umgekehrter Richtung. Die an der Außenseite des Filtereinsatzes abgelagerten Feststoffpartikel werden dadurch von der Filteroberfläche abgelöst und mit dem Wasserstrom in den Abfluss ausgespült (Bilder 3 und 4).

 

Bild 3: Bei der Rückspülung werden Schmutzpartikel wirksam entfernt.

 

 

Bild 4: Rückspülfilter: die Reinigung des Filterelements erfolgt durch eine Rückspülung - ein Austausch ist nicht notwendig.

Während des Rückspülvorgangs wird nur ein Teil des filtrierten Wasserstromes im Gerät umgeleitet. Der restliche Teil fließt zum Verbraucher, sodass die Wasserversorgung während des Rückspülens nicht unterbrochen ist und jederzeit filtriertes Wasser zur Verfügung steht. Der Rückspülvorgang ist beispielhaft in Bild 3 dargestellt. Dabei fließt das Wasser von außen nach innen durch einen käfigförmig angeordneten Siebeinsatz. In diesem Fall kann die Schmutzseite des Siebeinsatzes von außen durch ein Schauglas kontrolliert werden.

Durch Drehen eines (in Bild 3 nicht dargestellten) Handrades wird das Spülventil geöffnet. Gleichzeitig rotieren Saugrüssel in einer spiralförmigen Bewegung um das Sieb. Dabei wird das gesamte Gewebe nach und nach abgesaugt. Während dieser Zeit strömt gereinigtes Wasser von innen nach außen durch die Siebfläche in die Saugrüssel und reißt dabei die anhaftenden Partikel mit sich. Ein Teil des gereinigten Wassers fließt zum Verbraucher und steht diesem auch während des Rückspülvorgangs zur Verfügung.

Zur Ableitung des Spülwassers sollte ein ausreichend dimensionierter Abwasseranschluss (z.B. Bodenablauf) vorhanden sein. Falls kein Abwasseranschluss vorliegt, kann ein Auffanggefäß (Eimer) mit entsprechender Größe verwendet werden. Bei allen Möglichkeiten muss auf einen freien Auslauf geachtet werden. Für Rückspülfilter werden nach den technischen Regeln für Trinkwasserinstallationen Rückspülintervalle von zwei Monaten gefordert. Allerdings kann es bei stärker verschmutzten Wässern vorkommen, dass durch ein Zusetzen der Filterporen höhere Druckverluste auftreten. In diesem Fall muss der Filtereinsatz früher rückgespült werden. Zur Überwachung der Rückspülintervalle können rückspülbare Filter mit einer Zeitmesseinheit und einem akustischen und/oder optischen Warnsignal ausgestattet sein.

Nachfolgend sind die Vorteile rückspülbarer Filter nach der Europanorm 13443-1 zusammengefasst:

Filterkombinationen nach DIN EN 13443-1, DIN EN 1567 und DIN EN 1717

Filter können mit Druckminderer und/oder Rückflussverhinderer kombiniert werden. Man unterscheidet:

 

Bild 5: Schutzfilterkombination: vereinigt Filter, Rückflussverhinderer und Druckminderer in kompakter Bauweise.

Druckminderer gleichen Druckschwankungen und Druckspitzen im öffentlichen Rohrnetz aus und sorgen für einen gleichmäßigen Druck in der Hauswasserinstallation. Mit einem Druckminderer kann beispielsweise der Druck gesenkt werden, um den Wasserverbrauch zu vermindern oder um technische Geräte und Armaturen zu schonen und Störungen zu vermeiden. Dies empfiehlt sich insbesondere bei Drücken aus dem Versorungsnetz von mehr als 5 bar. Solche Druckminderer können im Filter integriert sein. Durch die Kompaktbauweise ist eine kostengünstige und Platz sparende Installation von Filter und Druckminderer möglich. Ein im Filter integrierter Rückflussverhinderer ersetzt den zusätzlichen Einbau eines externen Rückflussverhinderers. Er dient dazu, ein Rückfließen von Trinkwasser aus der privaten Trinkwasseranlage in das öffentliche Netz zu verhindern.

 

Bild 6: Automatischer Rückspülfilter: führt die Rückspülung selbsttätig aus.

Automatische Rückspülfilter

Bei automatisch rückspülbaren Schutzfiltern sorgt eine Zeitsteuerung dafür, dass die Rückspülung nach einer vorher eingestellten Zeit automatisch eingeleitet wird (Bild 6). Zur Ableitung des Spülwassers muss ein ausreichend dimensionierter Abwasseranschluss vorhanden sein. Es sollte ein Rückspülintervall von maximal zwei Monaten gewählt werden, um ein Festsetzen der Partikel auf dem Filtergewebe und einen zu großen Filterwiderstand zu verhindern. Zusätzlich zur Zeitsteuerung kann auch eine differenzdruckabhängige Steuerung zur Auslösung des Rückspülvorgangs eingesetzt werden. Die Rückspülung wird dann bei einem bestimmten Druckverlust automatisch eingeleitet, spätestens jedoch nach Erreichen der eingestellten Zeit. Bei einer ungenügenden Freispülung kann die Rückspülung automatisch wiederholt werden.

 

Internetinformationen:
www.judo-online.de

*) Dr. Alexander Haug, Abteilung Forschung und Entwicklung bei JUDO Wasseraufbereitung GmbH, Winnenden.

B i l d e r :   JUDO Wasseraufbereitung GmbH

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