Wasseraufbereitung

Die Wasseraufbereitung ist die zielgerichtete Veränderung der Wasserqualität. Sie umfasst im Wesentlichen zwei Gruppen der Behandlung:

• Entfernung von Stoffen aus dem Wasser (z. B. Reinigung, Sterilisation, Enteisenung, Enthärtung, Entsalzung);
• Ergänzung von Stoffen sowie Einstellen von Parametern des Wassers (z. B. Dosierung, Einstellung von pH-Wert, gelösten Ionen und der Leitfähigkeit).

Die Wasseraufbereitung ist ein wesentlicher Verfahrensschritt bei der Produktion von Trinkwasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserversorgung).

Verfahren der Wasseraufbereitung

Die Aufbereitungsverfahren können wie nachstehend beschrieben gegliedert werden:

1. physikalische Verfahren (z. B. Belüftung, Verdüsung, Sedimentation, Flotation, Adsorption, Vakuumverfahren, thermische Einwirkungen), hierzu zählt im weiteren Sinne auch die mechanische Aufbereitung (z. B. Rechen, Siebe, Filter)
2. chemische Verfahren (z. B. Oxidation, Desinfektion, Flockung, Entcarbonisierung, Ionenaustausch)
3. Membranverfahren (z. B. Nanofiltration, Osmose, Elektrodeionisation)
4. biologische Verfahren (biochemische Oxidation, Schlammfaulung, anaerobe Abwasserreinigung)

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über verschiedene Aufbereitungs-Prozesse und deren Anwendungszwecke.

Prozess	Anlagenkomponente	Zweck
Siebung	Rechen, Trommelsieb, Mikrosieb	Entfernung von größeren Feststoffen und Schwimmstoffen
Sedimentation	Sandfang, Absetzbecken	Entfernung kleinerer Schwimmstoffe, Sand, geflockter Schwebstoffe
Filtration	Filter, Sandfilter, Kerzenfilter, Anschwemmfilter, Mikrofiltration,Ultrafiltration, Nanofiltration	Entfernung von Schwebstoffen (Partikeln) u.a. Fe oder Mn
Adsorption	Aktivkohlefilter	Anlagerung von z. B. adsorbierbaren halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen (AOX) oder Farbstoffen
Flotation	Flotationsbecken	Entfernung von feinen Schmutzpartikeln durch Einblasen von Luft
Flockung	Flockungsbecken	Entfernung von Kolloidstoffen und feinen Schmutzpartikeln durch Zugabe von Flockungsmitteln (Entladung der Partikel) und Einstellung des pH-Wertes. Kann auch mit einer Filtration verbunden sein (Flockungsfiltration).
Fällung	Fällungsbecken bzw. Fällungsfiltration	Umwandlung gelöster Stoffe in ungelöste Stoffe und anschließende Sedimentation oder Flockung.
Oxidation	Belüftungsanlagen und Kiesfilter	Entfernung von gelösten Eisen- und Manganionen (Enteisenung und Entmanganung). Das oxidierte Eisen- und Mangan lagert sich am Kies an und wird durch Rückspülen der Filter wieder entfernt.
Entsäuerung	Entsäuerungsanlage	Entfernung der aggressiven Kohlensäure. Dient der Vermeidung von Korrosion im Rohrnetz.
Enthärtung	Enthärtungsanlage, Nanofiltration Niederdruckumkehrosmose	Entfernung von Ca2+ und Mg2+ (Bei der Nanofiltration eingeschränkt)
Entcarbonisierung	Entkarbonisierungsanlage	Reduzierung der temporären Härte zur Verminderung der Abscheidung von Calciumcarbonat auf Oberflächen der Rohrleitungen und Wärmeaustauscher
Entsalzung (Desalination)	Entsalzungsanlage, Umkehrosmose	Entfernung von Salzen z. B. zur Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser und zur Bewässerung
Vollentsalzung	VE-Anlagen, Regenerierbare Mischbettaustauscher, Patronenaustauscher, Umkehrosmose, Elektrodeionisation	Entfernung von Salzen z. B. zur Erzeugung von Rein- und Reinstwasser
Selektivaustausch	Ionenaustauscheranlagen mit speziellen Harzen	z. B. Entfernung von Uran und anderen Schwermetallen aus dem Abwasser, Recycling von Metallen
Strippen	Strippbecken	Entfernung durch Einblasen von Luft/Gasen. Damit werden in Entsprechung des Dampfdruckes gelöste Wasserinhaltsstoffe in die gasförmige Phase übergeführt und somit aus dem Wasser entfernt.
Desinfektion	Sonderbecken, Zugabe in das Rohrnetz	Entkeimung durch Chlor-, Chlordioxid- Ozonzugabe, der UV-Bestrahlung oder durch Ultrafiltration
Dosierung	Dosieranlagen für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase	Zugabe von Chemikalien zur gezielten Beeinflussung der Wasserbeschaffenheit, z. B. der Ablagerungstendenz oder Korrosionsneigung
Biochemische Verfahren	Beispiel: Denitrifikation	Ausnutzung biochemischer Vorgänge. In der Denitrifikation wird der Nitrat-Gehalt belasteten Rohwassers entweder durch Kohlenstoffzugabe im Untergrund oder in einem Reaktor vermindert.
Spezielle Behandlung	Sonderbecken für verseuchte Abwässer	Spezielle Behandlung von Abwässern, welche mit zunächst unbekannten Stoffen oder Lebewesen verseucht sind. Beispiele: Unbehandelte Abwässer aus Galvanisierungsbetrieben oder Fadenwürmer.

Einsatzgebiete

Die wichtigsten Verfahren sind vorstehend tabellarisch aufgelistet. Eine Anlage für die Aufbereitung von Wasser besteht aber selten aus nur einem einzelnen Verfahren sondern sehr häufig aus mehreren. Die erforderliche Anzahl und Typ der Verfahren ist bedingt durch:

• Art und Qualität des Rohwassers und dessen gelösten und ungelösten Inhaltsstoffe
• Verwendungsart und Anforderungen für das aufbereitete Wasser (Reinwasser)

Rohwasser: Die wichtigsten Rohwasserarten in Mitteleuropa sind:

• Oberflächenwasser aus Fließgewässern oder Seen und Talsperren
• Grundwasser als Uferfiltrat oder aus oberflächennahen Brunnen und Tiefbrunnen

Oberflächenwasser, und davon besonders Fließwasser, enthält zumindest zeitweise (Hochwasserperioden) hohe Gehalte an ungelösten Partikeln. Organische Verunreinigungen können auch enthalten sein, obwohl diese durch die gesetzlichen Vorschriften für Direkteinleiter von Abwasser und für gereinigtes Abwasser inzwischen nur noch in geringer Höhe vorkommen. Bei See- und Talsperrenwasser ist dagegen der Gehalt an Ungelöstem und organischen Substanzen deutlich niedriger.

Grundwasser ist je nach Art der Bodenschichten aus denen es gefördert wird, häufiger mehr oder weniger belastet durch gelöste Eisen- und Manganverbindungen und höheren Gehalten an freiem Kohlenstoffdioxid (CO₂). Gelöste oder kolloidale organische Verbindungen sind, falls überhaupt, nur in geringen Maße vorhanden. Oberflächennahes Brunnenwasser kann, besonders in Bereichen mit sumpfigen Bodenschichten und von Deponien, aber auch höhere Konzentrationen an organischen Verunreinigungen enthalten.

Verwendung des Reinwassers

Sieht man von der Abwasseraufbereitung ab, auf die hier nicht näher eingegangen wird, gibt es im Wesentlichen zwei Arten für die Verwendung und zwar als:

• Trinkwasser und
• Brauchwasser für Industrie und Gewerbe sowie in der Landwirtschaft zum Bewässern, letzteres wird allerdings fast nie aufbereitet

Nachfolgende Angaben für die Art der Aufbereitung sind nur Beispiele für einige typische und häufigere Anlagekombinationen. Im Einzelfall können zur Erreichung der erforderlichen Reinwasserqualität weitere und auch von den angeführten abweichende Verfahrensstufen erforderlich sein. Andererseits kann im Einzelfall auch die Qualität des Rohwassers für die Verwendung ohne eine Aufbereitung ausreichen.

Bei der Erzeugung von Trinkwasser sind die gesetzlichen und normativen Vorgaben (z.B. dt. Trinkwasserverordnung, DIN 2000) und die Anforderungen des Verteilnetzes maßgebend. Eine typische Aufbereitungsanlage für Oberflächenwasser als Rohwasser besteht aus:

• Einer Filterstufe zur Abtrennung der ungelösten Substanzen einschließlich einer zusätzlichen Flockung^[1] für die Verbesserung der Reinigungswirkung der Filterstufe und einer Desinfektion^[2] des Reinwassers. Falls das Rohwasser zu hohe Gehalte an Carbonathärte enthält, kann auch eine zusätzliche Entcarbonisierungsanlage^[3] vor der Filterstufe angeordnet sein. Bei Verwendung von Oberflächenwasser wird der Filterstufe noch eine mechanischen Vorreinigung mit Rechen und Trommelfilter oder Siebbandanlagen vorgeschaltet.

• Bei Brunnenwässern ist häufig eine Belüftungsstufe zur Oxidation und Ausfällung von Eisen- und Manganoxidhydraten^[4] vor der Filterung erforderlich. Gleichzeitig wird hierdurch der Sauerstoffgehalt des Wassers erhöht. Letzteres ist für die Rohrnetze aus dem Werkstoff Eisen wichtig, um die Korrosionsgefahr durch Bildung einer Kalkrostschutzschicht zu verringern.

• Eine Sonderform, den Anforderungen an Trinkwasser bedingt vergleichbar, ist die Aufbereitung von Badewasser. Das Badewasser in öffentlichen Frei- und Hallenbädern wird entsprechend der deutschen DIN 19643 oder der Schweizer SIA 385/1 aufbereitet. Typische Verfahrensstufen hierfür sind die Standardverfahren für Flockung, Filtration und Desinfektion.

Brauchwasser wird für Kraftwerke (Kühl- und Speisewasser), Industrieanlagen, chemische Prozesse, Pharmazie, Nahrungsmittelindustrie, Wäschereien und v. m. in großen Mengen benötigt. Häufig sind sehr weitgehende Änderungen der Wassereigenschaften erforderlich. Weiterhin werden in einer Anlage oft unterschiedliche Qualitäten an Reinwasser benötigt. Beispielsweise werden an das Zusatzwasser für Kühlsysteme fast immer andere Anforderungen gestellt als an das Prozesswasser.

• Aufbereitungsanlagen für Kühlwasser^[5], sofern Oberflächenwasser aufbereitet wird, bestehen häufig aus einer mechanischen Vorreinigung über Rechen, Trommelfiltern oder Siebbandanlagen mit anschließender Flockung mit Filterstufe und bei hohen Carbonathärtegehalten, einer zusätzlichen Entcarbonisierungsstufe. Zusätzlich wird das Kreislaufwasser noch über Dosierstationen mit Härtestabilisierungs- und Antikorrosionschemikalien versetzt. Bei Verwendung von Brunnenwasser als Rohwasser kann meistens auf eine Filterstufe verzichtet werden, falls keine Entcarbonisierung notwendig ist.

• Da die Anforderungen an die Qualität des Prozesswassers fast immer höher sind, wird ein Teil des aufbereiteten Wassers für die Kühlsysteme abgetrennt und weitergehend gereinigt. Zusätzliche Aufbereitungsverfahren wie Adsorptionsfilter^[6] für die Entfernung org. Verunreinigungen, Umkehrosmose oder Ionenaustauscher für die Teil- oder Vollentsalzung und Entgaser für die Entfernung von gelösten Gasen, sind dafür erforderlich.

Literatur

• Heinrich Sontheimer, Paul Spindler, Ulrich Rohmann: Wasserchemie für Ingenieure. DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut der Uni Karlsruhe 1980, ZfGW-Verlag Frankfurt, ISBN 3-922671-00-4
• Vereinigte Kesselwerke AG, Babcock-Gruppe: Handbuch Wasser, 4. Auflage, Vulkan-Verlag Essen 1974

Einzelnachweise

1. ↑ B.Wricke, K.Bornmann, W.Bunnemann, H.Bernhardt: Flockung zur Aufbereitung von Elbeuferfiltrat, gwf Wasser·Abwasser, Jg.135, 1994, Nr.8, S.454-464
2. ↑ Chlor und Chlorverbindungen für die Trinkwasseraufbereitung, bbr, 1980, Nr.8, S.351-354
3. ↑ Heinz Befort: Zentrale Trinkwasserenthärtung, bbr, Jg.45, 1994, Nr.8, S.28-32
4. ↑ Christoh Czekale: Biologische Enteisenung und Entmanganung, bbr, jg.48, 1997, Nr.4, S.22-26
5. ↑ H.-J.Krabbe, M.Pietsch, H.-P.Werner: Kühlturmzusatzwasser-Aufbereitungsanlagen aus···, VGB Kraftwerkstechnik, Jg.73, 1993, Nr.7, S.631-633
6. ↑ A.Weingartner, W.Urban: KSVA-Verfahren, Wasser·Abwasser, Jg.135, 1994, Nr.8, S.445-452

Siehe auch

• Abschäumer
• Hormone in der Umwelt
• Ionenaustauscher
  • Gleichstromaustauscher
  • Gegenstromaustauscher
  • Mischbettaustauscher
• Kläranlage
• Mobile Wasseraufbereitung
• Pflanzenkläranlage (zur Reinigung des Abwassers)
• Wasseraufbereitung im Schwimmbad
• Wasseraufbereitungsanlage

Weblinks

• Wasseraufbereitung für industrielle Kesselsysteme Artikel aus IHKS-Fachjournal (Ausgabe 2005/2006)
• Virenfreies Trinkwasser durch Ultrafiltration Artikel aus VDI-Nachrichten (9. November 2009)