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Wasseraufbereitungsverfahren in Deutschland

Trinkwasseraufbereitung in Deutschland

Etwa 5 Mrd. m³ werden von den öffentlichen Versorgungsunternehmen jährlich als Trinkwasser bereitgestellt. Davon werden etwa 74 % aus Grundwasser und 26 % aus Oberflächenwasser gewonnen. Genutztes Wasser muss vor der Rückführung in den Wasserkreislauf wieder auf den jeweiligen Reinheitsgrad gebracht werden.

Für die Gewinnung als Trinkwasser und die spätere Rückführung als „sauberes“ Wasser werden von den Versorgungsunternehmen verschiedene biologische, physikalische und chemische Prozesse durchgeführt. Die Versorgungsunternehmen bereiten aber auch Wasser für die Industrie und die Kernkraftwerke auf. Je nach Verwendungszweck werden dem Wasser gewisse Inhaltsstoffe entzogen oder gewisse Additive zugeführt. Die diversen Aufbereitungsverfahren werden in nacheinander ablaufende Verfahren unterteilt: Vorbehandlung, äußere Aufbereitung, innere Aufbereitung und Abwasserbehandlung, wobei eine präzise Unterscheidung nicht immer möglich ist.

Vorbehandlungsverfahren


Die Wasseraufbereitung beginnt mit der Entnahme von Grundwasser (durch Brunnen) oder von Oberflächenwasser. Nach der Vorbehandlung soll ein Rohwasser gewonnen werden, mit dem möglichst die Reinheitsanforderungen nach DIN 2000 und DIN 2001 erreicht wird, in der die Trinkwasserqualität festgelegt ist. Aus Brunnen gewonnenes Wasser ist oft mit Eisenionen in hoher Konzentration zu finden. Diese trüben das Wasser braun, beeinträchtigen den Geschmack und die wasserführenden Systeme. Das Eisen wird durch Oxidation, also mit Sauerstoff, Ozon, Chlor und Permangat entfernt. Gelöste organische Verunreinigungen werden als Nebeneffekt auch in großen Mengen entfernt. Bei hohem Eisengehalt sind Manganionen eine häufige Begleiterscheinung, die ebenfalls mit ähnlichen Maßnahmen entfernt werden. Bei der Filtration ist das Ziel, die Klarheit des Wassers zu erreichen. Dabei werden Trübstoffe und Kolloiddispers (Teilchen oder Tröpfchen, die in einem anderen Medium, hier Wasser, fein verteilt sind) entfernt. Je nach Beschaffenheit des Wassers ist das Filtermaterial unterschiedlich. Um das Wasser keimarm und frei von Krankheitserregern zu bekommen, wird das Wasser mit Ozon, Chlordioxid, Chlorgas und chlorabspaltenden Chemikalien versetzt. Physikalisch kann das Wasser auch mit UV-Bestrahlung behandelt werden. Auch hier kommt es auf die Wasserqualität, die Menge und die weitere Aufbereitung an, welches Verfahren gewählt wird.

Äußere Aufbereitung


Das bereitgestellte Trinkwasser aus dem Hahn ist eine Wasserlösung mit verschiedenen Salzen (Mineralien) und Gasen. Das äußere Aufbereitungsverfahren wird für Wasser genutzt, um besondere Güteanforderungen zu erreichen oder um Richtlinien für den Betrieb gewisser Anlagen einzuhalten. Das kann Wasser für die Getränkeindustrie, für Reinigungs- und Spülvorgänge, Speisewasser für Dampf- und Heißwassererzeuger oder auch Reinstwasser zur Produktion unterschiedlichster Produkte sein. Das häufigste Verfahren ist das Ionenaustauschverfahren. Bei diesem Verfahren werden Ionen gegen andere Ionen mit gleicher Ladung ersetzt. Das kann durch synthetische oder organische Materialien aus Polystyrol bzw. Polycrylat bewirkt werden oder durch Anwendung von Säureoder Basegruppen. Auch hier ist es stark davon abhängig, welche Stoffe aus dem Wasser entfernt werden sollen und welche Wassserqualität benötigt wird. Immer häufiger wird in bestimmten Fällen auch die Umkehrosmose eingesetzt, da sie mittlerweile eine wirtschaftliche Alternative bietet. Oft werden auch beide Verfahren zusammen angewendet. Bei der Umkehrosmose werden Membranen eingesetzt, die das Wasser von den Inhaltsstoffen lösen und trennen. Das gereinigte Wasser wird als Permeat bezeichnet und das Wasser mit der konzentrierten Lösung als Konzentrat. Die Einheit mit der Anordnung von Membranen, die häufigsten sind Hohlfasermodule oder Wickelmodule, wird Permeator oder Umkehrosmose- Modul genannt. Häufig besteht eine Anlage aus mehreren Modulen.

Innere Wasseraufbereitung


Obwohl die Vorbehandlungsverfahren und die äußere Aufbereitung eine bestimmte Qualität desWassers erreichen, sind sie doch von wirtschaftlichen Überlegungen und Rahmenbedingungen wie Verordnungen, Richtlinien und Empfehlungen abhängig. Bis dahin gewährleistet das Wasser noch keinen effizienten und störungsfreien Betrieb von wasserführenden Anlagen. Bei der inneren Wasseraufbereitung werden Eigenschaften wie gute Benetzungsfähigkeit, erhöhtes Dispergiervermögen (Fähigkeit, Partikel in der Schwebe zu halten) oder auch geringe Grenzflächenspannung durch Zusatz von Additiven erreicht. Während des Betriebes in wasserführenden Anlagen schwanken die Eigenschaften des Wassers durch Verschmutzung, Durchdringung mit bestimmten Produkten, Eindickung, Ausgasung oder der Population von Mikroorganismen. Die innere Aufbereitung wird also nur zum Zweck des möglichst wirtschaftlichen und störungsfreien Betriebs von verschiedenen Anlagen benötigt. Die Hauptaufgaben sind die Vermeidung von mineralischen Ablagerungen, von Werkstoffkorrosion und die Kontrolle des biologischen Wachstums. Dafür stehen sehr viele verschiedene Verfahren zur Verfügung, da das Wasser nicht immer als Trinkwasser zur Verfügung stehen muss.

Abwasserbehandlung


Wasser hat zwar eine gewisse Selbstreinigungskraft, die jedoch angesichts der wachsenden Bevölkerung und dem hohen Industrialisierungsgrad nur unzureichend ist. Verschmutztes Wasser muss vor der Abgabe in ein Gewässer gereinigt werden. Die Reinigung von Abwässern der Haushalte und öffentlichen Einrichtungen werden von den kommunalen Klärwerken übernommen. Die Großindustrie betreibt eigene Klärwerke und ist als sogenannter „Direkteinleiter“ dem Abwasserabgabengesetz und dem Wasserhaushaltsgesetz unterworfen. Große Mengen von Schmutzwasser aus gewerblichen und mittelständischen Unternehmen (Indirekteinleiter) belasten die öffentlichen Kläranlagen oder werden sogar direkt in Gewässer eingeleitet. Für Direkteinleiter gelten Reinheitsanforderungen nach den gesetzlichen Auflagen, wobei Indirekteinleiter eine Gebühr entrichten müssen. In beiden Fällen sind entweder Konditionierungsmaßnahmen oder Reinigungsoperationen notwendig. Die Konditionierung (Korrekturbehandlung) ist am einfachsten zu realisieren, da bestimmte Parameter einfach durch die Dosierung von Chemikalien erreicht werden. Eine weitere Konditionierung ist die Neutralisation, in der durch Beigabe von Säuren oder Laugen ein annähernd neutraler ph- Wert erzielt wird. Bei Reinigungsoperationen sind die wichtigsten Anwendungen chemische und biologische Reaktionen, mechanische und thermische Verfahren. Da die Wasseraufbereitung und die Abwasserbehandlung so unterschiedlich ist, je nach Zweck oder Vorgabe, entspricht das Trinkwasser nicht immer den gesetzlichen Anforderungen und es kann zu meist zwar nur kurzfristigen, aber dennoch hohen Qualitätsschwankungen kommen.

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