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Wasseraufbereitung: Welche Verfahren gibt es?
Das Thema Wasseraufbereitung lässt sich recht gut mit einem Sprichwort aus der römischen Antike vergleichen. So wie bekanntlich viele Wege nach Rom führen, gibt es ebenso viele Möglichkeiten der Wasseraufbereitung. Doch bei genauerer Betrachtung hinkt der Vergleich doch ein wenig: Denn das Ziel – in unserem Fall ist es nicht Rom, sondern aufbereitetes Wasser –, hat je nach Aufbereitungsweg bzw. Verfahren unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften. Geht es um Trinkwasser? Möchte man Prozesswasser herstellen? Oder sprechen wir von Abwasserbehandlung? In diesem Ratgeber erfahren Sie die Grundlagen und Verfahren zur Wasseraufbereitung.
Inhaltsverzeichnis
Möglichkeiten der Wasseraufbereitung
Jeder weiß, dass man Meereswasser oder solches aus Flüssen und Seen nicht so ohne weiteres trinken sollte. Der hohe Salzgehalt von Meereswasser bedeutet zu viel Stress für die Niere und entzieht uns paradoxerweise sogar Wasser. Zudem können Keime und sonstige organische Verunreinigungen dem menschlichen Organismus gefährlich werden. Ebenso wenig kann man Grund- und Regenwasser (Oberflächengewässer) einfach eins zu eins als Betriebs- bzw. Prozesswasser verwenden, so wie es beispielsweise in der Aquaristik, Halbleitertechnik oder im Werkzeugbau für bestimmte Produktions- und Herstellungsverfahren benötigt wird. Und bei Abwasser erklärt sich die Notwendigkeit der Wasseraufbereitung von selbst.
Egal welche Quelle wir zur Wasseraufbereitung heranziehen, in der Natur vorkommendes Wasser enthält in fast allen Fällen verschiedene anorganische Substanzen (Salze) sowie organische Verunreinigungen und Krankheitserreger, die mittels eines mehrstufigen Wasseraufbereitungsverfahrens entfernt werden müssen.
Hierbei unterscheidet man prinzipiell drei Anwendungsfälle, die wir im Folgenden mit Praxisbeispielen erläutern möchten:
- Trinkwasseraufbereitung (örtliches Wasserwerk)
- Prozesswasseraufbereitung (Industrie)
- Abwasserbehandlung (Industrie/Kommune/Gewerbe)
Trinkwasseraufbereitung (Wasserwerk)
Trinkwasser ist das am strengsten kontrollierte Lebensmittel in Deutschland, und seine Güteanforderungen sind seit 2001 in der Trinkwasserverordnung streng reguliert. So sind örtliche Wasserwerke, die für die Trinkwasseraufbereitung zuständig sind, verpflichtet, regelmäßig Qualitätskontrollen und Wasseranalysen durchzuführen. Nur so lässt sich sicherstellen, dass die Grenzwerte für Schadstoffe und Bakterien jederzeit eingehalten werden. Damit man das Wasser bedenkenlos aus dem hauseigenen Wasserhahn trinken kann, muss es zuvor mittels eines mehrstufigen Wasseraufbereitungsverfahrens von verschiedenen Salzen (z. B. Natrium, Kalium), organischen Stoffen (Schwebstoffe, Bakterien) und – je nach Emissionsbelastung – von Verunreinigungen industrieller Natur befreit werden.
Hierzu werden im Wasserwerk verschiedene mechanische, biologische und chemisch-physikalische Verfahren miteinander kombiniert. Zu den Wasseraufbereitungsverfahren gehören zum Beispiel:
- Mechanische Filtration (z. B. Sedimentation)
- Entsäuerung (Entfernen von überschüssigem CO₂)
- Entkarbonisierung (Teilentsalzung)
- Enteisenung (Entfernung von Eisen)
- Entsalzung (z. B. Ionenaustausch)
- Entmanganung (Entfernung von Mangan)
- Desinfektion (z. B. Ozonung, Chlorung)
Wenn Sie noch mehr nützliches Wissen rund um das Thema Leitungswasser sammeln möchten, empfehlen wir Ihnen unsere Ratgeber „Leitungswasseraufbereitung“, „Leitungswasser und seine Inhaltsstoffe“ sowie „Leitungswasser vs. Mineralwasser: Die große Gegenüberstellung“.
Prozesswasseraufbereitung (Industrie)
Bei der Wasseraufbereitung richten sich die Güteanforderungen immer nach dem jeweiligen Anwendungszweck. So verlangen die in der Trinkwasserverordnung festgeschriebenen Richtlinien und Grenzwerte die oben aufgelisteten Verfahren für herkömmliches Trinkwasser, welche jedoch nicht zwangsläufig im selben Maße bei der Wasseraufbereitung von Prozess- und Betriebswasser gefragt sein müssen.
Auch in der industriellen und betrieblichen Wasseraufbereitung werden verschiedene Verfahren nacheinander geschaltet, um so möglichst kosteneffizient und umweltschonend Wasser von unerwünschten organischen und anorganischen Stoffen zu befreien. Folgendes Beispiel verdeutlicht das: Betrieb Mustermann möchte für die eigene Produktion keimfreies, steriles Spülwasser herstellen und verwendet dafür eine Umkehrosmoseanlage. Letztere besteht aus empfindlichen Austauschermembranen, die durch etwaige Partikelrückstände beschädigt werden können. Um das zu verhindern, setzt Betrieb Mustermann zuvor auf kostengünstigere Verfahren zur Partikelfiltration, dafür eignet sich ein Aktivkohlefilter in Form einer Filterkerze. Dadurch werden sowohl Schwebstoffe (mechanische Filtration) als auch störende anorganische Substanzen wie zum Beispiel Chlor aus dem aufzubereitenden Wasser entfernt. Zudem ist der komplexen Umkehrosmoseanlage zusätzlich eine Enthärtungsanlage vorgeschaltet, da die Membran sonst aufgrund von Kalkablagerungen verblocken könnte (Scaling).
Das ist natürlich nur eines von unzähligen Anwendungsbeispielen. Ebenso könnte es darum gehen, dass Rohwasser in sogenanntes Reinstwasser aufbereitet werden soll, damit es in der Medizintechnik und der Halbleiterindustrie eingesetzt werden kann. Weiterführende Informationen darüber erfahren Sie im Ratgeber über Reinstwasser.
Abwasserbehandlung (Industrie/Kommune/Gewerbe)
Das von Betrieb Mustermann hergestellte Osmosewasser hat einen Nachteil: Neben dem Endprodukt (Permeat) entsteht Abwasser, das entsorgt werden muss. Damit sind wir thematisch beim dritten großen Anwendungsfall angelangt: die innerbetriebliche Abwasserbehandlung bzw. die kommunale Abwasserreinigung.
Bei der innerbetrieblichen Abwasserreinigung muss das Abwasser entsprechend der vorgegebenen Grenzwerte vorbehandelt werden, sodass es Rohrleitungen und den Betrieb der Kläranlage nicht nachteilig beeinflusst. Hierzu wird das zu behandelnde Abwasser in einem mehrstufigen Wasseraufbereitungsverfahren entgiftet, neutralisiert, gefällt und geflockt. Rückstände werden dabei mittels einer Kammerfilterpresse zu einem Filterkuchen gebunden und anschließend extern entsorgt. Sofern vorhanden, sorgen Selektivaustauscher im Anschluss dafür, dass ausgefällte Schwermetallpartikel nicht in die Kanalisation eingeleitet werden.
Der hier beschriebene Prozess der Wasseraufbereitung variiert allerdings von Branche zu Branche. Das hat damit zu tun, dass die tatsächliche Schadstoffbelastung im aufzubereitenden Wasser unterschiedlich ausfallen kann. Enthält das Abwasser beispielsweise Öle und Fette, müssen diese zusätzlich über einen Ölabscheider vom Wasser getrennt werden.
Die kommunale Abwasserreinigung in Kläranlagen läuft grundsätzlich anders ab und erfolgt in vier Stufen. Zunächst wird das Abwasser in der ersten Stufe mechanisch durch zum Beispiel Rechenanlagen vorbehandelt. Im zweiten Schritt wird ein Großteil der Schadstoffe, nämlich bis zu 95 % der gelösten, organischen Stoffe, durch Mikroorganismen zu CO₂ abgebaut. Hierbei wird außerdem Ammonium (NH₄⁺) erst zu Nitrat (NO₃⁻) und das wiederrum zu elementarem Stickstoff (N₂) umgewandelt. Anschließend folgt die dritte Reinigungsstufe: Hierbei wird das Abwasser chemisch weiterbehandelt, indem durch die Verfahren Fällung und Flockung Phosphat entfernt wird und einer Eutrophierung der Gewässer vorgebeugt wird. Schließlich wird in der vierten und letzten Reinigungsstufe das chemisch-physikalische Verfahren der Adsorption mittels Pulveraktivkohle (PAK) eingesetzt und so letzte organische (Mikro-)Verunreinigungen (z. B. Röntgenkontrastmittel, Medikamentenrückstände) herausgefiltert. Diese Reinigungsstufe dient der Reduzierung der Belastungen der Gewässer mit Mikroschadstoffen. Im Vergleich zu den vorherigen ist diese Stufe der Abwasserbehandlung noch relativ neu und wird bislang nur an wenigen großen Kläranlagen umgesetzt.
Kurz und knapp: Fragen zur Wasseraufbereitung
Wie funktioniert Wasseraufbereitung?
Die Wasseraufbereitung basiert auf einer Kombination mehrerer Verfahren, wobei Anzahl und Reihenfolge der Verfahren vom Wassertyp abhängen. In der Praxis wird eine Kombination aus chemischen, physikalischen und biologischen Verfahren gewählt, um das Wasser kostengünstig für die gewünschte Qualität aufzubereiten.
Ist Wasseraufbereitung sinnvoll?
Ja, die Wasseraufbereitung ist in vielen Fällen sinnvoll oder gar notwendig. In Wasserwerken wird die Wasseraufbereitung beispielsweise verwendet, um aus Grund- oder Oberflächenwasser zum Verzehr geeignetes Trinkwasser zu gewinnen. Und in der Industrie wird die Wasseraufbereitung mit dem Ziel eingesetzt, das Rohwasser so aufzubereiten, dass es den notwendigen Reinheitsgrad für die jeweiligen Produktionsprozesse besitzt.
Fazit: Wasseraufbereitung? Viele Wege führen nach Rom
Es gibt viele Möglichkeiten der Wasseraufbereitung. Grundsätzlich stellt sich die Frage nach der jeweiligen Zielsetzung. Entweder geht es um Grenzwerteinhaltung, um Qualitätsanforderungen für bestimmte Produktionsverfahren oder um die Einhaltung der Gütekriterien für Trink- und Leitungswasser. Je nachdem, welche Stoffe und etwaige Verunreinigungen aus dem zu behandelnden (Ab-)Wasser entfernt und gefiltert werden müssen, variieren Anzahl und Relevanz der Wasseraufbereitungsverfahren.
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