Verfahren der Wasseraufbereitung

1 Trinkwasser

Trinkwasser ist ein Naturprodukt und dessen Qualität wird in der Trinkwasserverordnung gesetzlich geregelt. In der Praxis werden verschiedenste Bereiche für bspw. die Nutzung von Trinkwasser, dessen Aufbereitung, Überwachung, Qualitätsprüfung, Schutz, … durch unterschiedlichste Leitlinien, Rechtliche Grundlagen, Empfehlungen und Regelwerke vertiefend behandelt.

An die Qualität des Trinkwassers sind hohe Anforderungen zu stellen. Da Krankheitserreger, wenn sie ins Trinkwassernetz gelangen würden, Menschen erreichen und infizieren könnten, muss dieses Risiko sehr geringgehalten werden. Stoffen, die ins Trinkwasser gelangen, wären wir gegebenenfalls ein Leben lang täglich ausgesetzt. Deshalb gilt es, „Fremdstoffe“ aus dem Trinkwasser herauszuhalten.

Barrieren gegen Verunreinigung sind in der gesamten Prozesskette wichtig, und zwar beim Gewinnen, beim Aufbereiten und beim Verteilen des Trinkwassers: Ist die Ressource gut geschützt, ist weniger technische Aufbereitung notwendig. Werden Verteilungssysteme nach den technischen Regeln gebaut, gewartet und betrieben, so entstehen darin keine Verunreinigungen durch Abgabe von Substanzen aus den Werkstoffen oder durch das Wachstum von z.B. Legionellen oder anderen mikrobiologischen Erregern. Entscheidend für die Trinkwasserqualität ist daher das Management der Systeme. Dafür tragen die Betreiber die Verantwortung, also Wasserversorger und Eigentümer beziehungsweise Betreiber von Gebäuden. Die staatliche Überwachung erfolgt durch die Gesundheitsämter in der Verantwortung der Länder und Gemeinden.

Im niedersächsischen Hildesheim ist die Wasserqualität sehr gut. Die Stadt wird von den Harzwasserwerken im Auftrag der EVI Hildesheim mit Wasser versorgt. Dieses stammt aus dem Wasserwerk Söse I. In diesem Wasserwerk wird Oberflächenwasser aus der Granetalsperre sowie aus der Sösetalsperre gewonnen und aufbereitet. Regelmäßige Kontrollen garantieren die gleichbleibend hohe Qualität und die Einhaltung aller Werte der Trinkwasserverordnung. Mit Werten von ca. 3 °dH ist das Trinkwasser in Hildesheim und Umgebung sehr weich. Dies ist angenehm in der Nutzung, bedeutet aber auch, dass das Wasser relativ wenige Mineralstoffe enthält.

2 Warum Wasser aufbereiten?

Obwohl Trinkwasser in unseren Breiten zu den am besten kontrollierten Lebensmitteln gehört, ist die Wasserqualität von Ort zu Ort sehr unterschiedlich. Zudem ist es wichtig, zwischen der tatsächlich festgestellten und der subjektiv empfundenen Trinkwasserqualität zu unterscheiden. Auch ohne nachweisbare Schadstoffe kann die Wasserqualität durch unangenehme Geschmacksstoffe, Gerüche, Verfärbungen oder eine zu hohe Wasserhärte beeinträchtigt sein.

Durch den gezielten Einsatz von Verfahren zur Wasseraufbereitung lässt sich so ziemlich jedes „Ausgangswasser“ für einen bestimmten Anwendungsfall bzw. Nutzungszweck aufbereiten. Durch die sogenannte Enthärtung wird bspw. sogenanntes „Weichwasser“ erzeugt. Hierdurch wird u.a. etwaigen Kalkablagerungen in den wasserführenden Systemen vorgebeugt.

Auch gelöste Mineralstoffe wie Barium, Blei, Chrom, Natrium, Fluor, Nitrat, Selen, Zink, Kupfer oder Rost aus dem Wasserleitungssystem können mit weiteren Verfahren der Wasseraufbereitung wie bspw. Membran- und Filterverfahren verlässlich eliminiert werden. So werden von vornherein Schäden an der Hausinstallation und an technischen Geräten vermieden und es wird gleichzeitig Energie gespart.

Eine wichtige Aufgabe der industriellen Wasseraufbereitung ist des Weiteren, dass sich aus natürlichen Ressourcen, wie Brunnen-, Grund- oder Oberflächenwasser an Ort und Stelle Wasser herstellen lässt, welches den gesetzlichen Vorschriften bzw. den Anforderungen spezieller Verbraucher, wie beispielsweise Kühltürmen, Getränkeherstellern, Klinikbetriebe, Automobilindustrie oder Wäschereien entspricht.

Moderne Wasseraufbereitungstechnologie ermöglicht es, die gewünschte Wasserqualität durch eine Kombination der verfügbaren Verfahren für nahezu jeden Anwendungsfall herzustellen.

Die Technologie und Wirkungsweise, der am Markt etablierten und gesetzlich zugelassenen Produkte sowie Verfahren ist unterschiedlich.

Die Wichtigsten sind:

Feste Stoffe im Wasser, wie Sandkörnchen oder Rostpartikel verunreinigen nicht nur das Trinkwasser, sie können die Hausinstallation langfristig beschädigen und im Ergebnis der Beschädigung zu Korrosion oder Lochfraß führen, Armaturen verstopfen sowie Haushaltsgeräte verunreinigen. Fein- und Rückspülfilter schaffen auf vergleichsweise einfache, effektive Weise Abhilfe, indem sie sämtliche Feststoffpartikel aus dem Wasser mechanisch herausfiltern.

Moderne Heizungsanlagen werden technisch immer komplexer und verfügen über empfindliche Komponenten. Um einwandfrei zu funktionieren, stellen sie konkrete Anforderungen an das Füllwasser. Nur vollentsalztes Wasser, sogenanntes VE-Wasser, vermeidet Korrosion sowie störende Ablagerungen und gewährleistet einen gleichbleibend hohen Wirkungsgrad.

Hartes Wasser sorgt für unschöne Ablagerungen und führt zur Verkalkung von Rohren und Haushaltsgeräten. Zudem steigt mit zunehmender Verkalkung der Energieverbrauch. Im sogenannten „Ionenaustauscherverfahren“ werden Härtebildner, wie Kalzium und Magnesium durch Natrium ersetzt. Dieser Prozess wird als Enthärtung bezeichnet und findet heutzutage neben dem industriellen Einsatz auch Anwendung im Privatbereich. In einem Teilstromverfahren wird das enthärtete Wasser mit dem ursprünglichen Wasser vermischt und so auf die gewünschte niedrige Wasserhärte „verschnitten“.

3 Aufbau und Arbeitsweise einer Wasseraufbereitungsanlage

Es gibt einen großen Unterschied zwischen den Grenzwerten des Trinkwassers zu denen von verfahrenstechnisch zulässigen Grenzwerten.

Außerdem ist die chemische Zusammensetzung (Anteil gelöster Stoffe im Wasser) immer verschieden. Es muss somit die Wasseraufbereitung zwingend auf das Ausgangsgut „Trinkwasser“ abgestimmt sein, um die notwendigen Grenzwerte einzuhalten.

Die primären Verfahrensschritte, die von Trinkwasser zu industriell nutzbarem Wasser führen sind:

• Filtration (Sedimentfilter, Aktivkohle)
• Enthärtungsanlage
• Membranfiltrationsverfahren (Nanofiltration, Umkehrosmose, …)
• Elektrodeionisation
• Mischbett
• Desinfektion (UV, Ozon, chemische Desinfektion, thermische Desinfektion) und
• Destillation

Salze sind Bestandteil in jedem natürlichen Wasser. Je nach Herkunft des Wassers und Art der Gewinnung schwanken die Art und Konzentration der Wasserinhaltsstoffe im Trinkwasser.

3.1 Filtration über Aktivkohle

Die Filtration über Aktivkohle wird im Rahmen der Wasseraufbereitung in der Regel nicht zur Feststoff und Partikelabtrennung eingesetzt. Hierfür werden je nach Art und Beschaffenheit der Schwebstoffe sogenannte Sedimentfilter eingesetzt. Der Haupteinsatz von Aktivkohlen ist die Adsorption von organischen und anorganischen Wasserinhaltsstoffen. Teilweise findet dieses Verfahren auch seinen Einsatz zum Schutz von Membrananlagen wie bspw. Umkehrosmosen vor chlorhaltigen Produkten, da diese die Membranen beschädigen.
Bei der Herstellung werden Kohlen auf Basis von Steinkohle oder Kokosnuss thermisch aktiviert. Hierdurch wird die für Aktivkohlen typische sehr große innere Oberfläche erreicht. Die inneren Oberflächen adsorbieren viele chemische Spurenstoffe bis zum Gleichgewicht. Diese Gleichgewichtszone verschiebt sich im laufenden Betrieb in Filtrationsrichtung, d. h. der Filter belädt sich bis zum Durchbruch. Aus diesem Grund dürfen Aktivkohlefilter bei Adsorptionsanwendungen nicht gespült werden. Beladenes oder erschöpftes Material muss durch Neumaterial oder regeneriertes Material ausgetauscht werden. Aktivkohle wirkt auch als Reduktionsmittel für Ozon und Chlor, was aber eine Materialzehrung zur Folge hat.
Die Filtration über Aktivkohle wird in erster Linie zur Entfernung von

• überschüssigem Chlor
• Geruch
• Farbe
• Geschmack sowie
• halogenierten Kohlenwasserstoffen

eingesetzt.

3.2 Enthärtungsanlage

3.2.1 Funktionsweise einer Wasserenthärtungsanlage

Für die Wasserenthärtung gibt es im Wesentlichen zwei Verfahren. Diese sind das Ionenaustauschverfahren und die physikalische Wasserenthärtung. Die phyiskalische Wasserenthärtung konnte sich jedoch auf Grund der kaum bis nicht vorhandene Wirkungsweise nicht durchsetzen, so dass das sich das Ionenaustauschverfahren als der Standard bei der Wasserenthärtung durchgesetzt hat.

Ionenaustauschverfahren

Das am häufigsten eingesetzte Verfahren zur Wasserenthärtung ist das Ionenaustauschverfahren. Hierbei strömt das zu enthärtende Wasser durch einen mit Kationenaustauscherharz gefüllten Behälter, welcher auch als Säule bezeichnet wird. Innerhalb des Behälters werden die im Wasser enthaltenen Calcium- und Magnesiumionen, durch die im Kationenaustauscherharz gebundenen Natrium-Ionen ersetzt. Das Wasser verliert die härtebildenden Calcium- und Magnesiumionen und wird dadurch „weich“ (enthärtet). Dieser Prozess funktioniert so lange, bis das Kationenaustauscherharz alle seine Na+ Ionen abgegeben hat. Daher muss das Kationenaustauscherharz regelmäßig regeneriert werden. Hierzu wird das Austauscherharz mit einer verdünnten Natriumchloridlösung (Salzlösung) gespült. Bei der Spülung gibt das Kationenaustauscherharz die gebundenen Calcium- und Magnesiumionen wieder ab und ersetzt diese durch frische Na+ Ionen. Der Prozess der Spülung wird auch als Regeneration der Wasserenthärtungsanlage bezeichnet. Während des Regenerationsprozesses kann das Kationenaustauscherharz kein Wasser enthärten.

Steht in der Enthärtungsanlage nur eine Säule mit Kationenaustauscherharz zu Verfügung, so ist für die Zeit der Regeneration kein enthärtetes Wasser verfügbar.

Aus vorstehendem Grund wird im industriellen Umfeld i.d.R. mit einer sogenannten Doppelenthärtungsanlage gearbeitet. Diese besteht aus mindestens zwei Säulen. Befindet sich eine Säule in der Regeneration, erzeugt die andere Säule weiterhin weiches Wasser. Hierdurch ist eine kontinuierliche Versorgung der Abnehmer mit Weichwasser sichergestellt.

Im Vergleich zur zeit- oder mengenbezogenen Regenerationsauslösung hat die qualitative Regenerationsauslösung den Vorteil, dass die Kapazität der Enthärtungsanlage vollständig genutzt wird. Hierdurch wird der salzbedarf für die Regeneration sowie das anfallende Abwasser minimiert. Weiterhin ist hierdurch sichergestellt, dass die Regeneration auch bei Abbau der verfügbaren Kapazität durch bspw. Alterung des Harzes oder stark schwankenden Abnahmen zu jederzeit verlässlich arbeitet und somit kein „hartes“ Wasser in die nachgeschalteten Prozesse gelangt.

3.3 Membranverfahren

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Wasserbehandlung. Das unbehandelte Brunnen- oder Oberflächenwasser wird Rohwasser genannt. Sowohl im Oberflächen- als auch im Brunnenwasser treten oft erhöhte Parameter auf, die bei Gebrauch dieses unbehandelten Wassers Probleme verursachen können. Diese Parameter geben einen Einblick in die Wasserqualität. Die gewünschte Wasserqualität hängt davon ab, wofür der Betrieb bzw. der Nutzer das Wasser benötigt. Die erhöhten Parameter und die gewünschte Wasserqualität sind auch für den Typ der Wasserreinigung ausschlaggebend.

Die am häufigsten vorkommenden Wasseraufbereitungsanlagen sind:

• Offene Aufbereitung
• Geschlossene Aufbereitung
• Osmosefiltration
• Nanofiltration
• Ionentauscher
• UV-Filtration
• Dosiervorrichtungen

Bei der Anschaffung einer bestimmten Wasseraufbereitungsanlage sind auch die laufenden Kosten zu berücksichtigen.

• Energieverbrauch je m3 an gereinigtem Wasser
• Wartungskosten
• Zusätze für die Wasserreinigung

Umkehrosmose

Das Verfahren der Umkehrosmose gehört zu den sogenannten geschlossenen Aufbereitungsanlagen. Eine geschlossene Aufbereitung bedeutet, dass die Reinigung ohne direkten Kontakt mit dem Sauerstoff erfolgt. Bei einigen Aufbereitungsarten wird bei der Wasserbehandlung allerdings Sauerstoff eingesetzt. Er wird jedoch kontrolliert zugesetzt, zum Beispiel durch einen Kompressor. Viele der verwendeten geschlossenen Aufbereitungsanlagen nutzen bei der Wasserreinigung die Membrantechnologie. Auch werden oft Ionentauscher dem Aufbau von geschlossenen Aufbereitungsanlagen hinzugefügt.

Es ist zu unterscheiden zwischen:

Die Umkehrosmose oder Reversosmose ist ein physikalisches Verfahren zur Aufkonzentrierung von in Flüssigkeiten gelösten Stoffen, bei der mit Druck der natürliche Osmose-Prozess umgekehrt wird.

Sie wird zur Wasseraufbereitung für Trink– und Prozesswasser, zur Abwasserbehandlung und zum Aufbereiten von Aquarienwasser verwendet. Auch Fruchtsaftkonzentrate werden nach diesem Prinzip hergestellt.

Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran von dem Medium getrennt, in dem die Konzentration erhöht werden soll. Dieses wird einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen zum Konzentrationsausgleich entsteht (osmotischer Druck). Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre „natürliche“ osmotische Ausbreitungsrichtung in den Bereich wandern, in dem die gelösten Stoffe bereits geringer konzentriert sind.

Trinkwasser hat einen osmotischen Druck von weniger als 2 bar, der angewendete Druck für die Umkehrosmose von Trinkwasser beträgt 4 bis 30 bar, je nach verwendeter Membran und Anlagenkonfiguration. Andere Flüssigkeiten haben höhere osmotische Drücke, z. B. Meerwasser je nach Salzgehalt etwa 30 bar. Dementsprechend liegen die verwendeten Drücke für die Meerwasserentsalzung bei 60 bis 80 bar. In einigen extremen Anwendungen, z. B. für das Aufkonzentrieren von Deponiesickerwasser, werden verfahrenstechnisch noch deutlich höhere Drücke verwendet.

Die osmotische Membran, die nur die Trägerflüssigkeit (Solvent) durchlässt und die gelösten Stoffe zurückhält, muss dieses hohe Drücken standhalten können. Wenn der Druckunterschied das osmotische Gefälle mehr als ausgleicht, passieren die Moleküle die Membran, während die „Verunreinigungsmoleküle“ zurückgehalten werden. Im Gegensatz zu einem klassischen Membranfilter verfügen Osmosemembranen nicht über durchgehende Poren. Vielmehr wandern die Ionen und Moleküle durch die Membran hindurch, indem sie durch das Membranmaterial diffundieren. Das Lösungs-Diffusions-Modell beschreibt diesen Vorgang.

Der osmotische Druck steigt mit zunehmendem Konzentrationunterschied. Wird der osmotische Druck gleich dem angelegten Druck, kommt der Prozess zum Stehen. Um dem entgegenzuwirken, wird das Konzentrat stetig abgeführt. Da das Auskristallisieren (Ausfallen) der Solute (Salz oder Mineralien) in den Membranen verhindert werden muss, ist die Benutzung der Umkehrosmose nur bis zu einer gewissen Maximalkonzentration des Konzentratflusses sinnvoll.

Hinweis: Die Ausbeute einer Umkehrosmose (Recovery rate RO) liegt anlagen- und betriebsweisenbezogen zw. 50 – 98%. Gleichzeitig werden bis zu 99% der gelösten Wasserinhaltsstoffe abgeschieden.

Mikrofiltration und Ultrafiltration

Schwebstoffe, Trübung und Mikroorganismen können mithilfe von Ultrafiltration hervorragend entfernt werden. Beide Techniken werden darum vielfach als Vorbehandlung für die Umkehrosmose angewandt und stellen eine Alternative zur traditionelleren Wasserbehandlungstechniken, wie der Sandfiltration dar.

Der Unterschied zwischen Mikrofiltration und Ultrafiltration besteht im Durchmesser der Membranporen. Mikrofiltrationsporen liegen in der Größe von 0,1 – 10 µm und sind in der Lage Bakterien vollständig und Viren teilweise zurückzuhalten. Ultrafiltrationsporen haben einen Durchmesser von 0,005 – 0,1 µm und können auch Viren komplett aus dem Wasser entfernen.

Die wichtigsten Vorteile von Mikro- und Ultrafiltration sind:

• Weitreichende Entfernung von gelösten und kolloidalen Teilchen gegenüber traditionellen Techniken
• Kompakter und modularer Aufbau des Systems, dadurch kleiner Fußabdruck und flexible Betriebsführung

Mikrofiltration und Ultrafiltration sind physische Trennverfahren, die nach dem Siebeffekt funktionieren. Die Trennung geschieht nach der Teilchengröße. Teilchen größer als die Membranporen werden von der Membran aufgehalten. Die treibende Kraft für Mikro- und Ultrafiltration ist ein Druckunterschied an der Membran zwischen Eingangs- und Filtratseite. Beide Membrantypen können dead-end oder cross-flow betrieben werden. In der dead-end Betriebsführung wird das gesamte Wasser durch die Membran gepresst. In der cross-flow Betriebsführung wird das eingeführte Rohwasser entlang der Membranoberfläche zirkuliert. Durch die entstehenden Turbulenzen können stark verschmutzte Wasserströme behandelt werden. Die Membranoberfläche muss periodisch gereinigt werden. Die Reinigung kann auf mehrere Arten geschehen. Die bekannteste ist die Rückspülung der Membran mit Filtrat. Auch eine Luftspülung entlang der Rohwasserseite der Membran ist möglich. Weiterhin kann eine chemische Reinigung angewandt werden.

Nanofiltration

Es ist eine äußerst moderne Membranfiltration. Diese Technologie stimmt größtenteils mit der Osmosefiltration überein. Jedoch hat diese Technik den großen Vorteil, dass das Wasser nach der Behandlung nicht zu sauber ist. Daraus resultiert, dass keine Parameter angepasst werden müssen, damit das behandelte Wasser danach für bestimmte Zwecke, wie beispielsweise als Trinkwasser für den menschlichen Verbrauch, genutzt werden kann.

3.4 Elektrodeionisation (EDI)

Elektrochemische Membranverfahren dienen zur Restentsalzung von aufbereitetem Wasser. Die Zellen werden nur über eine angelegte Spannung regeneriert. Dies geschieht im laufenden Betrieb, so dass keine Unterbrechung zur Regeneration notwendig ist. Diese Art der Reinstwasser Aufbereitung wird auch als Restentsalzung oder Polisher bezeichnet.
Elektrodeionisation wird in der Regel nach einer Umkehrosmoseanlage eingesetzt, um das Permeat (Produkt der Umkehrosmose) weiter aufzubereiten. Das erzeugte Reinstwasser hat sehr niedrige Leitfähigkeiten und geringe Kieselsäurewerte. Für den Einsatz einer Elektrodeionisation Anlage ist die Entfernung von Kohlenstoffdioxid aus dem Eingangswasser zwingend notwendig. Hierfür kann NaOH (Lauge) vor der Umkehrosmoseanlage zur pH-Wert Anhebung dosiert werden oder eine Membranentgasung eingesetzt werden.

Durch die Elektrodeionisation kann eine kontinuierliche Wasseraufbereitung zur Reinstwasser Erzeugung ohne Chemikalien garantiert werden. Die Lagerung von großen Mengen an Säuren und Laugen ist nicht notwendig, außer Kleinmengen an NaOH für die pH-Wert Anhebung vor der Umkehrosmoseanlage. Beim Einsatz einer Membranentgasung sind keine Chemikalien notwendig. Die Elektrodeionisation ist qualitativ hochwertig, kompakt und platzsparend und benötigt ein Minimum an Wartung bei einer hohen Betriebssicherheit.

Anwendungsgebiete der Elektrodeionisation

• Halbleiterindustrie
• Pharmaindustrie
• Kosmetikindustrie
• Kesselspeisewassererzeugung
• Kesselspeisewasser für Turbinenbetrieb
• Krankenhäuser
• Labore
• Chemikalienindustrie
• Reinstwasser Herstellung

Hinweis: Die Ausbeute einer Elektrodeionisation (Recovery rate EDI) liegt anlagen- und betriebsweisenbezogen zw. 93 – 95%.

3.5 Mischbett

Mischbett-Austauscher, auch Mischbettfilter genannt, werden in der Wasseraufbereitung verwendet, wenn vollentsalztes Wasser aus Trink- oder Brauchwasser mit Ionenaustauschern erzeugt werden soll. Die Mischbettfilter entfernen die restlichen ionogenen Verbindungen aus einem Wasser, welche nach der Vorbehandlung mit anderen Verfahren noch im Wasser verblieben sind. Gleichzeitig wird das Mischbett häufig auch als sogenannter „Polizeifilter“ eingesetzt, um etwaige Durchbrüche aus den vorgelagerten Aufbereitungsstufen aufzufangen.

Die Bauweise der Mischbettfilter ist weitgehend vergleichbar mit den Gleichstrom-Austauschern. Während letztere aber entweder nur Kationen- oder Anionenaustauschharze enthalten, werden in Mischbettfiltern grundsätzlich mindestens 2 Sorten, und zwar ein Kationen- und ein Anionenaustauschharz verwendet. Mit diesen beiden Austauschharztypen können im Wasser gelöste Elektrolyte vollständig entfernt werden. Da zwei unterschiedliche Ionenaustauschharze in einem Behälter vorhanden sind, muss bei nicht extern regenerierten Mischbettfiltern ein zusätzliches Drainagesystem eingebaut sein, damit eine räumlich getrennte Regeneration der Harze durchgeführt werden kann.

3.6 Desinfektionsverfahren

Die Desinfektion sorgt für die Beseitigung oder Abtötung eines Großteils von Mikroorganismen. Nicht alle Bakterien werden vernichtet (keine Sterilisation sondern Inaktivierung aufgrund Schädigung des DNA-Strangs). Wichtige Verfahren sind:

Chlor- und Chlordioxid-Einsatz
Mikrofiltration
Ozon-Einsatz
UV-Bestrahlung

3.7 Destillation

Durch die Destillation werden alle Inhaltstoffe, die einen höheren Siedepunkt als Wasser, zurückgehalten. Hierfür ist ein hoher Energieaufwand erforderlich, darüber hinaus ist der Zeitaufwand pro aufbereitete Menge hoch.

4 UV-Desinfektion

Bei der UV-Filtration wird von einer UV-Lampe Gebrauch gemacht. Die im Wasser befindlichen Bakterien und Organismen werden durch UV-Licht abgetötet, sobald sie das UV-Licht passieren. Die UV-Lampe befindet sich in einem Zylinder, der in die Verbrauchsleitung eingebaut wird.

4.1 Dosiervorrichtungen

Diese werden oft gebraucht, wenn das Wasser bereits gereinigt ist, aber bestimmte Parameter noch beeinflusst werden müssen. Wie zum Beispiel der Säuregrad (pH) des Wassers. Auch werden sie oft für die Bekämpfung von Bakterien, Algen und Biofilmen eingesetzt. Mit Hilfe eines Mischgefäßes und einer Dosierungspumpe wird je nach Litermenge und/oder Drehmomenten einer Pumpe die Menge der Zusätze festgelegt. Häufig vorkommende Zusätze sind: Chlordioxid, Chlor, Natronlauge, Zitronensäure usw.

Für eine bedarfsgerechte Dosierung des jeweiligen Produktes kann dieses bzw. der wirkaktive Bestandteil direkt mittels bpsw. Photometrischer Online-Messverfahren bestimmt werden.

Enteisenung

Wasser mit erhöhtem Eisengehalt (> 0,2 mg/l) muss aufbereitet werden. In der Regel handelt es sich bei eisenhaltigen Wässern um reduzierte bzw. sauerstoffarme Wässer, in denen das Eisen meist gelöst in zweiwertiger Form als Fe2+ vorliegt. Eisen ist ein Schwermetall, welches in der Erdrinde normal nur als Oxid vorliegt. Bei der Versickerung kommt Wasser, dessen Sauerstoffgehalt mit der Zeit durch biologische Prozesse abnimmt, in tieferen Erdschichten mit diesen Oxiden in Kontakt.

Bei geringem Sauerstoffgehalt werden durch biologische Stoffwechselprozesse Eisenoxide reduziert und das dabei freiwerdende Eisen in Wasser gelöst. In Wasser gelöstes Eisen ist zwar physiologisch unbedenklich und auch nicht humantoxisch, es führt aber zu Inkrustationen und Ablagerungen in Rohrleitungen, Armaturen (Perlatoren) und Maschinen (z. B. Waschmaschinen). Probleme können auch durch Mikroorganismen wie Gallionella (Eisenfresser) entstehen. Diese Organismen nutzen die bei der Oxidation von zweiwertigem Eisen zu dreiwertigem Eisen freiwerdende Energie als Energiequelle. Sie bilden unter optimalen Bedingungen gallertartige Klumpen, welche zu massiven Problemen führen können. Aus all diesen Gründen zählt die Enteisenung (und auch die Entmanganung) neben der Filtration zu den ältesten Wasseraufbereitungsverfahren überhaupt.

Entmanganung

Durch Entmanganung kann Mangan nahezu vollständig aus Wasser entfernt werden. Mangan tritt in Wasser oft gleichzeitig mit Eisen auf. In der Regel handelt es sich bei manganhaltigen Wässern um reduzierte bzw. sauerstoffarme Wässer, in denen das Mangan gelöst in zweiwertiger Form als Mn2+ vorliegt. Mangan ist wie Eisen ein Schwermetall, welches in der Erdrinde normal nur als Oxid vorliegt. Bei der Versickerung kommt Wasser, dessen Sauerstoffgehalt mit der Zeit durch biologische Prozesse abnimmt, in tieferen Erdschichten mit diesen Oxiden in Kontakt. Bei geringem Sauerstoffgehalt werden durch im Boden ablaufende Redox-Vorgänge Oxide reduziert und das dabei freiwerdende Mangan in Wasser gelöst. Oxidiertes Mangan bildet schwarze Ablagerungen in Rohrleitungen, welche zu massiven Problemen führen können. Die Entmanganung zählt wie die Enteisenung neben der Filtration zu den ältesten Wasseraufbereitungsverfahren überhaupt. Im Rahmen der Entmanganung wird das lösliche zweiwertige Mangan mit Sauerstoff zu unlöslichem Manganoxid (Braunstein) oxidiert. Die reine Entmanganung verläuft allerdings nicht so einfach wie die Enteisenung, da Mangan erst nach Eisen oxidiert wird. Bei der klassischen Aufbereitung durch Belüftung werden deshalb in der Regel zwei Filterstufen seriell geschaltet. In der ersten Stufe erfolgt die Enteisenung in der zweiten Stufe die Entmanganung.

Entkarbonisierung

Die Wasser-Entkarbonisierung ist ein sehr wichtiger Teil der Wasseraufbereitung, der notwendig ist, um den Anteil der für erhöhte Fällungen im Kesselwasser verantwortlichen Karbonathärte zu verhindern. Mögliche Einsatzgebiete für die Entkarbonisierung gibt es viele, darunter die Produktion von Kesselspeisewasser, die Reinigung von Wasser für den Einsatz im Bereich der Fernwärme oder Betriebswasser in der Getränkeindustrie. Häufig spricht man auch von der Produkt- und Teilentsalzung, die durch den Austausch von härtebildenden Kationen stattfindet.

Anlagen zur Entkarbonisierung werden in vielen verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, da das Grundwasser immer öfter hohe Karbonathärte aufweist. Wässer mit zu hoher Härte sind für verschiedene Anwendungsbereiche wie etwa die Verwendung als Kühlwasser oder Prozesswasser nur sehr bedingt geeignet.

Wird das Wasser bei der Verarbeitung zudem erwärmt, kommt es sehr schnell zur Fällung von Kalziumkarbonat beziehungsweise der Bildung des sogenannten Kesselsteins. Hierdurch können Schäden an Anlagen und auch in deren Rohrsystemen sowie Baugruppen wie z.B. Wärmetauschern entstehen.

Mögliche Einsatzgebiete für die Entkarbonisierung sind folgende:

• die Produktion von Kesselspeisewasser, Nachhaltige Wasseraufbereitung für Kesselhäuser
• die Kühlwasseraufbereitung und Dampferzeugung
• die Erzeugung von Fernwärmewasser
• die Herstellung von Betriebswasser für Brauereienund in Bereichen der Getränkeindustrie
• in der Gastronomie sowie zur Verwendung in Geschirrspülautomaten (beispielsweise in Form einer Ionenaustauscherpatrone)

Um die hohe Karbonathärte aus Rohwasser zu entfernen, werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Die Wasser-Entkarbonisierung kann beispielsweise mit speziellen Kationenaustauscher-Harzen in schwach-saurer Form erfolgen, wobei die Karbonathärte eines Wassers gegen Wasserstoffionen ausgetauscht wird. Bei diesem Prozess entsteht aus der Karbonathärte Kohlensäure.

Handelt es sich um eine herkömmliche Enthärtung , so werden die härtebildenden Kationen gegen Natriumionen ausgetauscht. Komplette Anlagen zur Produktion von Kesselspeisewasser oder anderen entkarbonisierten Wässern können noch andere Teile der Wasseraufbereitung wie bspw. die CO2-Entgasung oder auch die Gesamtenthärtung des Wassers übernehmen.

Bei der Entkarbonisierung wird ein Anlagenteil von Wasser durchströmt, der mit einem speziellen, schwach-sauren Kationentauscherharz gefüllt ist. Dabei kommt es zu einem Austausch von im Wasser gelösten Kalzium- und Magnesiumionen gegen Wasserstoffionen. Die Menge der ausgetauschten Ionen entspricht der chemisch äquivalenten Menge der Konzentration an Hydrogenkarbonat im Wasser.

Im Zuge der chemischen Reaktionen reagieren die Wasserstoffionen mit dem Hydrogenkarbonat zu Kohlensäure oder zu Wasser mit einem Anteil an Kohlenstoffdioxid. Dieses kann anschließend auf Wunsch wieder aus dem Wasser entfernt werden, beispielsweise durch einen CO2-Rieseler.