Wasseraufbereitung beginnt mit der Entnahme des Rohwassers aus Brunnen oder Oberflächenvorkommen. Die anschließenden Verfahrensschritte lassen sich unter dem Stichwort Wasservorbehandlung zusammenfassen.

Das Ziel der Vorbehandlung ist die Bereitstellung eines Wassers mit der für den jeweiligen Verwendungszweck ausreichenden Reinheit. In vielen Fällen entsprechen die Reinheitsanforderungen einer Qualität, die in der Richtlinie des Rates über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (98/83/EG) festgelegt ist. Die wichtigsten Reinigungsoperationen seien nachfolgend in Kürze zusammengefasst.

Enteisenung

Eisenionen sind in vielen Brunnenwassern in Konzentrationen enthalten, die den Geschmack des Wassers beeinträchtigen, störende Braunfärbung verursachen, zur Trübung beitragen und zur Verokerung von Wasser führenden Systemen führen können. Die Entfernung des Eisens erfolgt mechanisch durch Flockung und Sedimentation oder Filtration nach vorheriger Oxidation der 2-wertigen echt gelösten Eisenionen zu 3-wertigen unlöslichen Eisenverbindungen. Gebräuchliche Oxidationsmittel sind Sauerstoff (Luft), Ozon, Chlor und Permanganat. Ein häufig durchaus erwünschter Nebeneffekt bei der Enteisenung ist die Entfernung von organischen Verunreinigungen.

Entmanganung

Manganionen kommen häufig in Begleitung von erhöhten Eisengehalten vor. Mangan tritt hierbei entweder in echt gelöster 2-wertiger Form, oder in unlöslicher 4-wertiger Form auf. Die Erscheinungsform ist dabei abhängig von der O₂-Konzentration dem Redoxpotential. Die Gründe der Entmanganung sind der der Enteisenung sehr ähnlich. Durch Sauerstoffeintrag werden die 2-wertigen Manganionen in die unlösliche 4-wertige Form oxidiert. Diese sedimentieren entweder im Wasserverteilernetz aus, was zur Korrosion der Leitungen führen kann, oder kommen direkt beim Verbraucher an. Bei der chemischen Entmanganung wird das 2-wertige Mangan aufoxidiert Luftsauerstoff reicht dabei aus anschließend folgt die mechanische Entfernung durch Filtration oder Flockung und Fällung.

Ausschlaggebenden Einfluss auf die Bildung des unlöslichen Manganoxidhydroxids hat der pH-Wert des Wassers. Dieser sollte über 9 liegen, damit das Manganoxidhydroxid als unlösliche Verbindung ausscheidet. Bei der Trinkwasseraufbereitung wird dieser pH-Wert jedoch nicht angestrebt die chemische Entmanganung ist daher in der Praxis weniger zu erwarten. Eine weitere Möglichkeit der Entmanganung, ohne pH-Wert-Veränderung, ist die Dosierung von Kaliumpermanganat KMnO₄ mit anschließender Filtration, was allerdings eine Einwirkzeit von 2-3 Monaten voraussetzt. Danach kann die KMnO₄-Dosierung langsam zurückgenommen werden. In diesem Zeitraum überzieht sich das Filtermaterial mit Braunstein. Die relativ lange Einwirkzeit lässt die Vermutung zu, dass es sich hierbei um einen biologischen Vorgang handelt eine Mikroorganismenkultur muss erst angezüchtet werden. Ein weiterer Punkt, der diese Vermutung bestätigt, ist die Tatsache, dass die Entmanganung nach Behandlung des Filtermaterials mit Desinfektionsmitteln zum Erliegen kommt.

Nitratentfernung

Nitrationen können im menschlichen Organismus mikrobiell zu Nitritionen reduziert werden, die bei Säuglingen den Sauerstofftransport durch die roten Blutkörperchen behindern (Blausucht) und bei Erwachsenen im Verdacht stehen, cancerogen zu wirken ein genauer Grenzwert ist daher in der Trinkwasserverordnung festgelegt.

Bei der Entfernung der Nitratkonzentration stehen grundsätzlich das physikalische Verfahren der Umkehrosmose - welche den Gesamtsalzgehalt, also auch die Nitrationenkonzentration verringert, und das chemische Ionenaustauschverfahren zur Verfügung. Auch das biochemische Verfahren der Denitrifikation wird mittlerweile angewandt, es erfordert jedoch eine umfangreiche Nachbehandlung des Wassers.

Entfluoridierung

Die Fluoridkonzentration kann in einzelnen Rohwassern den vorgegebenen Grenzwert gesundheitsschädlicher Wasserinhaltsstoffe überschreiten. Auch für die Lösung dieser Problemstellung sind Verfahren auf der Basis adsorbtiver Filtration oder selektiven Ionenaustausches entwickelt worden.

Filtration

Ein wesentliches Qualitätsmerkmal ist die Klarheit eines Wassers. Vorhandene Trübstoffe und kolloiddispers gelöste Stoffe können durch Filtration über Schichten aus körnigem Material, wie z.B. Sand, Kies oder Aktivkohle, entfernt werden. Art und Teilchengrößenverteilung der Trübstoffe bestimmen die Auslegung und das Filtermaterial.

Ultrafiltration

Als Alternative zur Filtration gewinnt die Niedrigdruck-Ultrafiltration mittels Hohlfasermodulen insbesondere im Bereich der Oberflächenwasseraufbereitung zur Entfernung von Trübstoffen immer mehr an Bedeutung. Jahreszeitlich bedingte Schwankungen der Oberflächenwasserzusammensetzung und der -temperatur haben so keinen Einfluss mehr auf die Qualität des erzeugten Filtrats wie bei den konventionellen Aufbereitungsmethoden (Sandfiltration bzw. Flockung, Fällung und Sedimentation). Auch zusätzliche Verfahrensschritte zur Entkeimung des Oberflächenwassers (wie z.B. die Ozonisierung) sind nicht mehr nötig.

Um die Sedimentation von Wasserinhaltsstoffen an der Membranoberfläche möglichst wirksam zu unterbinden, werden die Hohlfasermodule im Cross-Flow-Verfahren betrieben. Je Straße werden mehrere Module parallel angeordnet. Weitere freie Plätze für eine eventuelle Anlagenerweiterung können eingeplant werden. Je nach Schmutzfracht des Rohwassers erfolgt in festgelegten Intervallen eine Rückspülung der Ultrafiltrationsmodule mit Permeat. Dabei wird der Filtrationsfluss kurzzeitig ausgesetzt. Um die Bildung von biologischen Belägen auf der Membran des Ultrafiltrationsmoduls zu unterbinden, werden in regelmäßigen Zeitabschnitten dem Rückspülwasser geringe Mengen oxidierender Biozide, z.B. Chlorabspalter zugesetzt.

Die Ultrafiltration erzeugt nahezu unabhängig von der Qualität des Oberflächenwassers ein Permeat mit einem Trübstoffgehalt unter 0,1 NTU. Neben den üblichen Schmutzbelastungen werden auch kolloidal gelöste Stoffe wie Kieselsäure und ungelöste mineralische Bestandteile, zum Beispiel Eisen- oder Manganverbindungen, zuverlässig abgetrennt. Wenn eine anschließende Teilentsalzung über Membrantrennverfahren, z.B. durch Umkehrosmose, durchgeführt wird, stellt die Ultrafiltration eine hervorragende Vorreinigung dar.

Entkeimung

Trinkwasser muss keimarm und frei von Krankheitserregern sein. Übliche Maßnahmen zur Entkeimung sind die Behandlung des Wassers mit Ozon, Chlordioxid, Chlorgas oder Chlor abspaltenden Chemikalien sowie UV-Bestrahlung als physikalisches Aufbereitungsverfahren. Diese Verfahren sind gemäß Trinkwasseraufbereitung zugelassen. Welches Verfahren gewählt wird hängt unter anderem von der Wasserqualität, der Menge und weiteren Aufbereitungsmaßnahmen ab.

Entsäuerung

Freies Kohlenstoffdioxid ist in allen natürlich vorkommenden Wässern enthalten. Die Aggressivität dessen hängt dabei von der Calcium- und der Hydrogencarbonationenkonzentration, der Ionenstärke und der Temperatur des Wassers ab. Die Entsäuerungsverfahren beziehen sich auf die Entfernung des aggressiven CO₂. Das Kohlenstoffdioxid, das zum Lösung-Inhalten des Calciumhydrogencarbonats erforderlich ist (Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht), bleibt erhalten. Die Verfahren werden aufgeteilt in physikalische Entsäuerung, z.B. durch Verrieselung, und chemische Entsäuerung, wie die Dosierung alkalischer Mittel oder die Filtration über gekörntes, alkalisches Material.

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