Wasseraufbereitung: So wird aus Rohwasser Trinkwasser und Reinwasser
Damit vorhandenes Grund- oder Oberflächenwasser (sog. Rohwasser) für die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser und für industrielle Zwecke als Reinwasser verwendbar ist, muss es in der Regel aufbereitet werden. Je nach Zusammensetzung und der geforderten Reinwasserqualität müssen unterschiedliche Verfahren – oft auch in Kombination miteinander – gewählt werden. Nachstehend finden Sie eine Übersicht über die gängigen Verfahren.
Ohne Wasseraufbereitung geht es nicht: Sowohl für die Versorgung der Bevölkerung mit Trinkwasser als auch für den industriellen Bedarf ist die Qualität des vorhandenen Rohwassers wie z.B. Grund- oder Oberflächenwasser meist für eine direkte Verwendung unzureichend. Um eine entsprechende Qualität zu erreichen, muss es daher in der Regel aufbereitet werden.
Die Wahl der einzusetzenden Verfahren zur Wasseraufbereitung richtet sich nach der Zusammensetzung des eingesetzten Rohwassers und nach der geforderten Reinwasserqualität. Meistens führt erst die Kombination von verschiedenen, nacheinander durchgeführten Aufbereitungsschritten zu der gewünschten Wasserqualität.
Verfahren der Wasseraufbereitung
Es gibt diverse Arten von Verfahren zur Aufbereitung von Wasser:
Gasaustausch
Soll Sauerstoff oder Kohlendioxid (CO2) dem Wasser entzogen werden, wird meist mit Gasaustausch gearbeitet. Bei der Druckentgasung werden Temperatur und Druck so gewählt, dass die im Wasser gelösten Gase verdampfen und abgeführt werden können. Bei der Membranentgasung werden die Gasmoleküle wasserabweisenden Membranen zugeführt und über ein Vakuum abgesaugt. Häufig kommen auch chemische Verfahren zum Einsatz: Hier werden Reduktionsmittel zugegeben (z.B. Natriumsulfit), die den Sauerstoff binden. Das Kohlendioxid wird meist durch Amine gebunden. Weitere Verfahren sind Begasungen (Anreicherung durch Absoprtion) und Strippen (Entzug von gasförmigen Bestandteilen).
Flockung
Mit dem Flockungs-Verfahren werden die Klärung des Wassers und die Entwässerung von Schlamm beschleunigt. Die negativ geladenen Teilchen werden zunächst neutralisiert, um eine gegenseitige Abstoßung zu verhindern. Durch das Flockungsmittel werden durch Rühren zunächst Mikro-, dann Makroflocken erzeugt, die sich durch physikalische Verfahren (z.B. Sedimentation oder Filtration) entfernen lassen.
Filtration
Beim Einsatz von Filtern geht es um die Entfernung von gelösten, kolloiddispersen und grobdispersen Inhaltsstoffen. Die Verfahren unterscheiden sich in statische Verfahren (z.B. Oberflächenfiltration, Rechen, Siebe) und dynamische Verfahren (z.B. Crossflow-Filtration über Membranmodule). Zu beachten ist hierbei, dass es neben den physikalischen Prozessen (Kohäsion, Anhaftung, Adsorption) auch zu chemischen Prozessen kommen kann (z.B. Oxidation) und biologische Prozesse stattfinden können. Häufig werden physikalische, chemische und biologische Prozesse auch kombiniert eingesetzt.
Sedimentation
Weitere Verfahren zielen darauf ab, im Wasser befindliche Stoffe absinken (Sedimentation) oder an die Oberfläche steigen zu lassen (Flotation). Einfache Beispiele für die Sedimentation sind Absetz- oder Klärbecken, wobei die Prozesse meist durch Zentrifugen beschleunigt werden. Die natürliche Flotation wird häufig durch die Zugabe von Flockungsmitteln und von Luftblasen, die für den Transport der Stoffe an die Wasseroberfläche sorgen, beschleunigt. Häufig werden solche Blasen auch durch eingebrachte Elektroden erzeugt.
Sorption: Stoffe und Gase durch Sorptionsverfahren binden
Mit Sorptionsverfahren werden Stoffe und Gase durch gezielt eingebrachte andere Stoffe und Gase aufgenommen und können im Anschluss dem Wasser entnommen werden. So werden bei der Adsorption Moleküle an der Oberfläche des Adsorptionsmittels (z.B. Aktivkohle, Adsorberharz) durch sog. van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische Kräfte gebunden. Bei der Absorption werden Gase oder Gasgemische eingebracht. Diese dringen in feste Stoffe ein und bilden mit diesen eine feste Lösung. Absorptionsverfahren kommen häufig bei Verfahren zur Desinfektion (Chlorung, Ozonisierung) zur Anwendung. Andere Sorptionsverfahren arbeiten mit chemischen Reaktionen (Chemisorption).
Ionenaustausch, Membranverfahren und Fällung
Sogenannte Ionenaustauscherharze sind Kationen- und Anionenaustauscher in Kunststoffkugeln, deren eingebaute ionenaktive Gruppen Ionen anlagern und abgeben (= austauschen) können. Das Ziel ist z.B. eine Enthärtung, Entkarboniserung oder Entsalzung des Wassers. Eine Vielzahl von Verfahren wird unter dem Begriff Membranverfahren zusammengefasst. Dabei wird ausgenutzt, dass Membrane eine Vielzahl von Komponenten ungehindert passieren, andere dagegen zurückhalten können. Schließlich kommen in sogenannten Fällungsverfahren Mittel wie Kalkmilch, Eisen-III-Chlorid und Aluminiumsulfat zum Einsatz mit dem Ziel, Eisen und Mangan zu entfernen.
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