Themenwelt - Wasserbehandlung

4.1 Übersicht

Wasser in technischen Anwendungen stammt üblicherweise aus dem öffentlichen Trinkwassernetz und ist bereits umfangreichen Wasseraufbereitungsverfahren unterzogen worden. Das Trinkwasser aus dem öffentlichen Versorgungsnetz wird streng kontrolliert und wird als klare farblose Flüssigkeit, frei von störenden Gerüchen und schädlichen Bakterien oder Substanzen, jedoch angereichert mit lebenswichtigen Mineralien und Salzen geliefert. Dieses Wasser besitzt Lebensmittelqualität, d. h. es entspricht den Anforderungen des Lebensmittelgesetztes (LMG), kann aber für technische Anwendungsbereiche u. U. ungeeignet sein.

Das von der Netzbetreiberin gelieferte Trinkwasser kann entsprechend seines Verwendungszwecks nachbehandelt werden.

Für eine Trinkwassernachbehandlung müssen folgende Kriterien immer berücksichtigt werden:

• Die Zweckbestimmung des Wassers

• Die chemischen und mikrobiologischen Anforderungen

• Die Betriebsbedingungen

• Die Wassertemperatur

• Die Werkstoffe für die Leitungen und die Apparatur

• Die Gesetze, Normen und Richtlinien

Bei den einzelnen Trinkwasseraufbereitungsverfahren muss auf folgende Faktoren geachtet werden:

• Das im Versorgungsgebiet verteilte Trinkwasser kann in der Härte und Zusammensetzung Schwankungen unterliegen.

• Bei der Zugabe von chemischen Mitteln müssen die gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden.

Mögliche Verfahren zur Wasserbehandlung sind:

Die behandelten Wässer weisen je nach Verfahren unterschiedliche chemische, physikalische und mikrobiologische Eigenschaften auf, die in den nachfolgenden Kapiteln aufgeführt werden. Bei den verwendeten Materialien sind die Hinweise und Einschränkungen zu den einzelnen Einsatzbereichen zu beachten.

Angaben zum Einsatzbereich von Nussbaum Produkten 👉 Materialeinsatz Nussbaum Produkte.

Fachwissen, Erläuterungen, Lösungsmöglichkeiten oder Zusammenfassungen der Anforderungen können den jeweiligen SVGW-Merkblättern entnommen werden. z. B.:

• Der Einbau von Trinkwassernachbehandlungsanlagen bedarf einer Installationsbewilligung durch die zuständige Netzbetreiberin.

• Bei der Trinkwassernachbehandlung müssen die Bestimmungen der Lebensmittel- und Gebrauchsgegenständeverordnung bzw. die Fremd- und Inhaltsstoffverordnung eingehalten werden.

• Der Anlagebesitzer ist verpflichte die Trinkwassernachbehandlungsanlage gemäss der Verordnung über Trink-, Quell- und Mineralwasser regelmässig zu kontrollieren und zu warten.

4.2 Ionenaustausch

4.2.1 Enthärtung

4.2.1.1 Funktionsprinzip

Die im Wasser gelösten Kalzium-und Magnesiumionen (Ca²⁺, Mg²⁺) werden mittels eines stark sauren Kationenaustauschers gegen Natriumionen (Na⁺) ausgetauscht. Damit wird in der weiteren Verwendung ein Ausfällen von unlöslichen Karbonaten (Kalk) vermieden.

Das Ionenaustauscherharz wird mittels konzentrierter Natriumchloridlösung (NaCl) regeneriert. Dabei wird so viel Natrium über den Austauscher geleitet, dass dieser die Magnesium- und Kalziumionen wieder frei gibt. Diese werden danach zusammen mit dem überschüssigen Natrium weggespült.

Eigenschaften enthärtetes Wasser

4.2.1.2 Einsatzbereiche

Enthärtetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

4.2.2 Teilentsalzung

4.2.2.1 Funktionsprinzip

Die im Wasser gelösten Kalzium- und Magnesiumionen (Ca²⁺, Mg²⁺) werden mittels eines schwach sauren Ionenaustauschers gegen Wasserstoffionen (H⁺) ausgetauscht. Die Nichtkarbonathärte und die Neutralsalze bleiben unbeeinflusst.

Das Ionenaustauscherharz wird mittels Salzsäure (HCl) regeneriert.

Eigenschaften teilentsalztes Wasser

Die Teilentsalzung ist das einzige Verfahren, das als Entkalkung bezeichnet werden kann. Sie eignet sich besonders gut für Wasser, bei dem das Verhältnis von Karbonathärte zu Gesamthärte bei über 70 % liegt.

4.2.2.2 Einsatzbereiche

Die Teilentsalzungsanlage ist sehr wirtschaftlich und eignet sich für grosse Wasserbezüge, deren Dampfqualität nicht den höchsten Ansprüchen genügen muss. Sie ist jedoch anfällig für Änderungen der gelieferten Rohwasserqualität.

Teilentsalztes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

4.2.3 Vollentsalzung

4.2.3.1 Funktionsprinzip

Alle Ionen im Wasser werden durch mindestens 2 Ionenaustauscherharze (1 Kationenaustauscher und 1 Anionenaustauscher) entfernt. Der stark saure Kationenaustauscher ersetzt alle Kationen durch Wasserstoffionen (H⁺) und verwandelt die Salze in freie Säuren. Dieses säurehaltige Wasser wird mittels eines Rieslers über einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet. Die mineralischen Säuren werden damit zu Wasser.

Werden der Kationenaustauscher und der Anionenaustauscher in einem Filterbett vermischt, so spricht man von einem Mischbett. Mischbett-Vollentsalzungsanlagen können in aller Regel nicht vor Ort regeneriert werden. Sie werden vorwiegend in Vollentsalzungspatronen im Tausch- oder Mietsystem geliefert. Das erschöpfte Harz wird dann werksseitig in Regenerierstationen voneinander getrennt und mit den entsprechenden Reagenzien regeneriert, desinfiziert und anschliessend wieder in die Patronen verfüllt.

Bei stationären Anlagen mit grösserer Kapazität wird der Kationen- und Anionentauscher jeweils separat in einem Druckbehälter verfüllt. Das Wasser durchströmt dann nacheinander beide Tauschersäulen. Die Regeneration des Kationentauschers erfolgt vor Ort mit einer verdünnten Säure, z. B. Salzsäure, die des Anionenatuschers mit einer verdünnten Base, z. B. Natronlauge. Als Polizeifilter kann nachfolgend noch eine Mischbettpatrone angeordnet werden. Bei diesem Verfahren werden erhöhte Sicherheitsanforderungen an das Bedienpersonal und die Sicherheitseinrichtungen gestellt.

Eigenschaften vollentsalztes Wasser

4.2.3.2 Einsatzbereiche

Vollentsalztes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.2.4 Elektrodeionisation

4.2.4.1 Funktionsprinzip

Bei der Elektrodeionisation findet eine Vollentsalzung in Kombination aus Ionenaustausch und Elektrodialyse statt. Vor der Vollentsalzung durch Elektrodeionisation wird das Rohwasser in Vorstufen durch Filtration und Umkehrosmose aufbereitet.

Eigenschaften entionisiertes Wasser

4.2.4.2 Einsatzbereiche

Entionisiertes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.3 Membrantechnologie

4.3.1 Funktionsprinzip

Bei der Aktivkohlefiltration werden Geruchs- und Geschmacksstoffe, Schwermetalle, Staub und Chemikalien entfernt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass durch die grosse Oberfläche der Aktivkohle eine hohe Verkeimungsgefahr besteht.

Bei der Flächenfiltration werden die Feststoffe an einer dünnen, flächenartigen Filterschicht abgetrennt. Dabei kommen hauptsächlich physikalische Abtrennungsmechanismen zum Tragen. Eine spezielle Form der Flächenfiltration stellen die Membranverfahren dar. Mikro-, Ultra- und Nanofiltration unterscheiden sich in der Funktionsweise nur durch die Porengrösse der Membrane. Je kleiner die Poren sind, umso grösser muss die angelegte Druckdifferenz sein, um das Wasser durch die Membrane zu pressen.

Bei der Mikro- Ultra- und Nanofiltration werden Partikel unterschiedlicher Grösse im Nanometer-Bereich entfernt. Es ist möglich, Wasser so fein zu filtern, dass es nach der Verarbeitung praktisch frei von Feststoffen ist.

Viren und Pestizide werden vor allem mit Ultrafiltrationsmodulen abgeschieden.

4.3.2 Einsatzbereiche Aktivkohlefiltration

4.3.3 Einsatzbereiche Mikro- Ultra- und Nanofiltration

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.3.4 Umkehrosmose

4.3.4.1 Funktionsprinzip

Der Osmose liegt ein fundamentales Naturgesetz zugrunde, welches besagt, dass sich zwei unterschiedliche Zustände immer ausgleichen wollen. Sind 2 Salzlösungen mit unterschiedlicher Konzentration durch eine halbdurchlässige Membrane (Membrane, welche nur Wasser durchlässt) getrennt, wird in die Lösung mit dem höheren Salzgehalt solange Wasser aus der Lösung mit dem niedrigeren Salzgehalt eintreten, bis der Salzgehalt auf beiden Seiten ausgeglichen ist. Je höher der Konzentrationsunterschied der beiden Lösungen ist, desto stärker ist die Triebkraft der Angleichung. Diese Triebkraft wird als osmotischer Druck bezeichnet.

Bei der Umkehrosmose wird das Wasser mit mechanischem Druck entgegen seiner normalen Diffusionsrichtung durch eine halbdurchlässige Membrane mit ultrafeinen Poren gepresst. Dabei findet ein molekularer Trennungsprozess statt. Alle Fremd- und Schadstoffe werden zurückgehalten und man erhält fast zu 100 % reines Wasser.

Um einen Wasserstrom gegen den osmotischen Druck zu erzeugen, muss Energie in Form des mechanischen Drucks aufgewendet werden.

Eigenschaften Osmose-Wasser

4.3.4.2 Einsatzbereiche

Osmose-Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.4 Physikalische Verfahren

4.4.1 Funktionsprinzip

Charakteristisch für physikalische Verfahren der Wasserbehandlung ist, dass sich die chemische Zusammensetzung des Wassers nicht verändert. Die Härtebildner und die Karbonate werden aus dem Wasser nicht entfernt, sondern nur daran gehindert, sich an ungewünschten Stellen abzulagern.

Wassereigenschaften:

• Keine Veränderung der Wasserzusammensetzung

• Der enthaltene Kalk wird durch Kristallisation in Lösung gehalten.

4.4.2 Einsatzbereiche

Mit physikalischen Verfahren aufbereitetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

4.5 UV-Bestrahlung

4.5.1 Funktionsprinzip

Die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ist hauptsächlich ein Desinfektionsverfahren. Die Wirkung basiert auf der Beschädigung des Erbguts der Mikroorganismen. Dadurch kommt es zum Verlust der Teilungsfähigkeit. Keime können sich nicht mehr vermehren.

Vorteile:

• Nebenproduktfreie Desinfektion ohne Einsatz von chemischen Mitteln

• Keine Beeinträchtigung von Geruch und Geschmack des Trinkwassers

Nachteile:

• UV-Verfahren bietet keinen Netzschutz. Um eine Wiederverkeimung im Netz zu vermeiden, ist entweder ein biologisch stabiles Wasser oder ein zusätzlicher Netzschutz (Chlor, Chlordioxid) erforderlich.

• UV-Strahlung muss direkt auf die Mikroorganismen einwirken können. Das Wasser darf keine Trübungen aufweisen, die die Mikroorganismen durch Abschattungen schützen können.

4.5.2 Einsatzbereiche

Mit UV-Bestrahlung aufbereitetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

4.6 Esoterische Verfahren

Esoterische und rituelle Verfahren sollen verschiedene individuelle Bedürfnisse abdecken. Sie sind durch die klassische Wissenschaft nicht belegt und ihre Anwendung liegt im Ermessen des Benutzers.

In der Regel bergen sie keine Gesundheitsrisiken, sofern eine Verkeimung des Wassers ausgeschlossen wurde.

Bei der Beimpfung mit Wässern aus besonderen Quellen muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Impfwasser hygienisch einwandfrei ist, um Gesundheitsrisiken zu vermeiden.

4.7 Vergleich chemisch-physikalischer Parameter behandelter Wässer

Durch einige Verfahren zur Wasserbehandlung wird die Zusammensetzung des Wassers im Vergleich zu Rohwasser verändert. Der Anteil von Magnesium- Kalzium- und Natriumionen sowie von Karbonaten und anderen Salzen ändert sich je nach Wasserbehandlung. Diese Änderungen wirken sich auch auf die elektrische Leitfähigkeit des Wassers aus, die durch die Anzahl der sich frei bewegenden Ionen bestimmt wird.