FAQ Schritte der Wasserreinigung

Welche unterschiedlichen Wasserreinigungsmethoden gibt es?

Wasser, das in Städten oder Gemeinden gereinigt wird, wird ausführlich behandelt, um den gesetzlichen Richtlinien zu entsprechen. Diese  Verfahren werden in physikalische (mechanische), chemische und biologische Verfahren eingeteilt.

Wie funktionieren die einzelnen Reinigungsmethoden?

1. Physikalische (mechanische) Wasserreinigung

Hierunter versteht man hauptsächlich verschiedene Filtrationen. Unter Filtration versteht man die Abtrennung von Feststoffen von Flüssigkeiten durch ein Filtermedium, das z.B. für Stoffe, die eine gewisse Größe überschreiten, nicht passierbar ist, und diese somit zurueckhällt. Ein Sieb ist zum Beispiel ein Filter. Es gibt verschiedene Filtrationsmethoden:

Rechen oder Siebe

Filtrationen mit Sieben oder Rechen (Grob- oder Feinrechen) finden normalerweise am Anfang der Abwasserreinigung statt, um grobe Feststoffe zu entfernen. Durchschnittlich liegt der Abstand der Stäbe zwischen 10 und 100 mm. Dieser Reinigungsschritt dient unter anderem auch dazu, die folgenden Anlagenteile vor Störungen durch Grobmaterial (Äste,...) zu schützen.

Sandfang

Dieser ist in der Regel ein längliches Becken, das von dem zu reinigenden Wasser durchflossen wird. Der Sandfang funktioniert nachdem physikalischem Prinzip der Sedimentation. Größere Sandpartikel oder mineralische Partikel im allgemeinen setzen sich am Boden des Sandfangs ab und können dort abgezogen werden.

Sandfilter

Sandfilter sind robuste, häufig eingesetzte Anlagen um das Wasser von Schebstoffen zu entfernen. Das Filtermedium besteht aus einer Sandschicht, die sich aus Sand verschiedener Dichte und Korngröße zusammensetzt. Wenn Wasser durch diese Schichten hindurchfliesst, werden die Schwebstoffe zurückgehalten. Um den Sandfilter vor Verstopfung zu schützen muss dieser regelmäßig rückgespült werden. Kleinere Partikel können den Sandfilter, je nach Dimension, evtl. passieren, so dass oft eine weitere Filtration notwendig ist.

Gegenstromfiltration

Gegenstromfiltration entfernt sowohl Salze wie auch gelöstes organisches Material aus dem Wasser, indem eine permeable Membran genützt wird, die nur die verschmutzenden Stoffe hindurchlässt. Auf der einen Seite der Membran kann nun die Verunreinigung abgeführt werden, während das Konzentrat sich auf der anderen Seite der Membran befindet. Es gibt verschiedene Membranfiltrationen: Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration und Umkehrosmose. Welche dieser Verfahren angewendet werden kann, hängt von der Art der Substanzen ab, die entfernt werden sollen, wobei die Übergänge besonders zwischen den Filtrationen sind jedoch fließend. Im Folgenden sind die jeweiligen Filtrationen kurz beschrieben:

1) Mikrofiltration

Mikrofiltration wird bei einem Partikeldurchmesser von etwa 0,1 bis 5(10) Mikrometer angewendet. Partikel in dieser Größe (suspendierte Stoffe, Proteine, Bakterien) können damit abgetrennt werden.  Die eingesetzten Membranen haben eine Porenweite zwischen 0,1 und 20 Mikrometer. Es muss eine hydrostatische Druckdifferenz als treibende Kraft für den Stofftransport von etwa 50 bis 500 kPa (0,5 bis 5 bar) vorhanden sein, um den Druckverlust (Membranwiderstand) zu überwinden.

2) Ultrafiltration

Ultrafiltration wird bei einem Partikeldurchmesser von etwa 1 bis 50 Nanometer angewendet. Partikel in dieser Größe (Proteine, Bakterien, Viren, Kolloide) können damit abgetrennt werden.  Die eingesetzten Memnranen haben eine Porenweite zwischen 0,1 und 20 Mikrometer. Es muss eine hydrostatische Druckdifferenz als treibende Kraft für den Stofftransport von etwa 100 bis 1000 kPa (1 bis 10 bar) vorhanden sein.

3) Nanofiltration

Nanofiltration wird bei einem Partikeldurchmesser von etwa 0,1 bis 5 Nanometer angewendet. Partikel in dieser Größe (Viren, Pestizide, Herbizide) können damit abgetrennt werden.  

4) Umkehrosmose

Mit Umkehrosmose können feinste Teilchen abgetrennt werden. Umkehrosmose wird bei einem Partikeldurchmesser unterhalb von 1 Nanometer angewendet. Partikel in dieser Größe (Metallionen, Salze, Zucker) können damit abgetrennt werden.  Die eingesetzten Membranen bestehen aus einem homogenen Polymer. Es muss eine hydrostatische Druckdifferenz als treibende Kraft für den Stofftransport von etwa 1000 bis 10000 kPa (10 bis 100 bar) vorhanden sein.

Klicken Sie hier, um mehr über die Umkehrosmose zu erfahren.

Patronenfilter

Patronenfilter bestehen aus Fasern. Patronenfilter funktionieren im Allgemeinen am effektivsten und ökonomischsten, wenn die Verschmutzung, in der zu reinigenden Substanz, eine Konzentration von weniger als 100 ppm aufweist. Bei stärkeren Verunreinigungen werden die Patronenfilter normalerweise als abschließende Säuberungsstufe benutzt.

2. Chemische Wasserreinigung

Chemische Abwasserreinigung wird mit unterschiedlichsten Prozessen betrieben. Welche davon angewandt werden, hängt von der Verschmutzung des (Ab)wassers ab. Im Folgenden sind einige dieser chemischen Reinigungsverfahren aufgelistet:

Hinzufügen von Chemikalien

In unterschiedlichsten Verfahren werden Chemikalien addiert, zum Beispiel um zu verhindern, dass gewisse ungewünschte Reaktionsprodukte nicht gebildet werden. Solche Chemikalien können zum Beispiel sein:

- Wasserenthärter. Diese werden oft hinzugefügt, um den negativen Effekte eines zu   harten Wassers entgegenzuwirken, die z.B. von den enthaltenen Magnesium und Calciumionen ausgelöst werden (Kalkbildung(Calciumcarbonat)). Diese sogenannte "Kesselsteinbildung" kann bei technischen Prozessen, wo Wasser unter hoher Temperatur verwendet wird, zu Problemen führen. Diesem kann z.B. durch die Zugabe von Calciumhydroxid und Soda mit einer Fällungsreaktion entgegengewirkt werden. Dieses Verfahren ist jedoch weitgehend von der Wasserenthärtung durch Ionentauscher verdrängt worden.

- Oxidationsmittel werden hinzugefügt, um Reduktionsmittel zu neutralisieren.

- Reduktionsmittel werden hinzugefügt, um Oxidationsmittel wie zum Beispiel Ozon oder Chlor zu neutralisieren. Diese werden weiterhin angewendet, um Membrane vor der Zersetzung zu schützen.

-Flockung/Sedimentation. Dieses Verfahren besteht aus verscheidenen Einzelschritten und wird zur Entfernung von Schwebstoffen verwendet. Zuerst werden Flockungshilfsmittel (z.B. Stärke, Leim, Polyelektrolyte auf der Basis von Polyacrylamid) hinzugegeben. Auf Grund der Schwerkraft sedimentieren diese Teilchen nun und können entfernt werden, oder sie werden durch Filtration entfernt. Das gereinigte Wasser kann jedoch immer noch Schwebstoffe enthalten, so dass oftmals eine weitere Wasserbehandlung von Nöten ist.

Wasserenthärtung/Deionisiation

Deionisierung wird normalerweise durch einen Ionentauscher realisiert. Mittels stark saurer, sog. H.-Austauscher, die mit Säure regeneriert werden, ist es möglich alle im Wasser gelösten  Kationen (positiv geladene Teilchen wie zum Beispiel die für die Wasserhärte verantwortlichen Mg²⁺ oder Ca²⁺ Ionen) durch Wasserstoffatome (H⁺), dies nennt man "Deionisation", die sogenannte Vollentsalzung. Die normale Wasserenthärtung wird ebenfalls durch Ionenaustauscher realisiert. Dabei werden die Härtebildner Mg²⁺ oder Ca²⁺ gegen andere Kationen, meistens Na⁺ ausgetauscht. Die Härtebildner werden auf der Austauchermatrix des Ionentauschers festgehalten, während die Natriumionen vom Austauschermaterial ins Wasser abgegeben werden. Das Austauschermaterial wird durch geeignete Chemikalien, meistens Natriumchlorid (NaCl), bei Erschöpfung der Austauschfähigkeit regeniert.

Desinfektion

Die Desinfektion ist eine wichtiger Prozess in der Wasserreinhaltung. Hiermit werden ungewünschte Mikroorganismen im Wasser abgetötet. Es gibt verschiedene chemische Verfahren, um Wasser zu desinfizieren, so z.B. Ozondesinfektion, Chlordesinfektion, UV-Desinfektion. 

Chlor hat einen Nachteil: Es können sich Chloramine und chlorierte Kohlenwasserstoffe ergeben, die carcinogen (krebserregend) sein können oder zumindest toxisch sind. Um diesem Problem vorzubeugen, kann Chlordioxid (ClO₂) verwendet werden. Chlordioxid ist ein wirksames Desinfektionsmittel bis zu einer Konzentration von 0,1 ppm in einem großen pH-Bereich. Chlordioxid zerstört die Zellwand der Bakterien und reagiert mit Aminosäuren im Zellplasma der Bakterien um diese abzutöten. Ein entstehendes Nebenprodukt dieser Reaktion sind Chlorite (Salze der chlorigen Säure), die jedoch keine Gefahr für die menschliche Gesundheit darstellen.

Ozon wird für die Wasserdesinfektion in Europa schon seit seit über einem Jahrhundert verwendet. Die Kapazitäten der verwendeten Ozon-Generatoren können sich bei großen Anlagen auf bis zu 100 kg pro Stunde belaufen. Die Wirkung des Ozons beruht auf seinem starken Oxidationsvermögen, das erheblich über dem des Chlors liegt. Die Reinigungsleistung des Ozons bei Geruchs-, Bakterien- oder Virusbelastung ist sehr gut. Da Ozon nach der Anwendung rasch in Sauerstoff zerfällt, besitzt es über den Anwendungsort hinaus keine Depotwirkung.

UV-Strahlung

UV-Licht wird ebenso für die Desinfektion verwendet. Keime werden abgetötet von Sonnenlicht und Bakterien oder Pilze werden an der Ausbreitung gehindert. Diese natürliche Desinfektion kann durch die Verwendung von UV-Licht technisch realisiert und genutzt werden.

Destillation

Destillation kann auch als Verdampfung bezeichnet werden. Da die meisten Verschmuter nicht verdampfen, können mit einem gut ausgelegtem System sowohl organische als auch anorganische Verschmutzungen entfernt werden. Das Wasser kondensiert nach der Verdampfung wieder, und die Verschmutzungen bleiben als Rückstand zurück.

Elektrodialyse

Bezeichnung für ein Trennverfahren nach dem Prinzip der Dialyse, bei dem die Wanderung der Ionen durch die permselektiven Membranen durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung beschleunigt wird. Durch Hintereinanderschalten mehrerer anion- und kationselektiver Ionenaustauscher-Membranen läßt sich eine Entionisierung der zu dialysierenden Flüssigkeit – im allgemeinen Wasser – bei gleichzeitiger Anreicherung der Ionen in den Elektrodenzellen erreichen. Die Elektodialyse wird z.B. zur Meerwasserentsalzung angewandt, wenn der Salz-Gehalt unter 1 g/l liegt, ebenso zur Trinkwasser-Gewinnung aus Brackwasser oder auch zur Regulierung der Härte des Wassers. 

pH-Regulierung

Kommunales Wasser ist oftmals pH-reguliert, um Korrosion in den Rohrleitungen vorzubeugen, und um zu verhindern, dass Blei aus alten Bleiwasserrohren ins Wasser gelangt. Der pH wird durch die Zugabe von Wasserstoffchlorid (HCl) im Basichen oder durch die Zugabe von Natriumhydroxid (NaOH) im sauren Millieu reguliert.

3. Biologische Wasserreinigung

Diese wird angewendet, um die organische Fracht von gelöeten organischen Substanzen zu verringern. Mikroorganismen, hauptsächlich Bakterien, übernehmen diesen Abbau. Es gibt zwei Gruppen der biologischen Wasserreinigung: anaerobe und anaerobe Wasserbehandlung. Der organische Gehalt wird über den BSB5 (den biologischen Sauerstoffbedarf) definiert. In aeroben Systemen findet oftmals eine Lufteinbringung (teilweise sogar eine Reinsauerstoffeinbringung) statt.

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