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Bayerisches Landesamt für
Gesundheit und Lebensmittelsicherheit

Dezentrale Trinkwasseraufbereitung (Geräte und Kleinanlagen im privaten Bereich)

Einleitung

Auf dem Markt werden heute zahlreiche Kleingeräte und Anlagen zur nachträglichen Behandlung von Trinkwasser bzw. Verbesserung der Trinkwasserqualität angeboten. Die werbemäßigen Versprechen der Anbieter reichen dabei von wissenschaftlich gesicherten bis wissenschaftlich nicht nachvollziehbaren Wirkungsversprechungen. Der Einsatz von Geräten zur Nachbehandlung von Trinkwasser aus zentralen Wasserversorgungsanlagen bzw. Hausanlagen setzt in jedem Fall eine regelmäßige fachgerechte Wartung voraus. Sofern dies nicht erfolgt, kann dem Nutzen ein unverhältnismäßig großes gesundheitliches Risiko gegenüberstehen.

Bei der Vielzahl an möglichen Aufbereitungsverfahren kommen im privaten Bereich vorwiegend die nachfolgend aufgeführten Aufbereitungstechniken zum Einsatz.

Enthärtung / Entsalzung

Eine Wasserenthärtung ist dann sinnvoll, wenn aufgrund einer sehr hohen Wasserhärte technische Störungen infolge vermehrter Kalkabscheidung im Warmwasserbereich zu erwarten sind. Dies betrifft insbesondere das Warmwasserleitungssystem und alle zur Warmwasseraufbereitung angeschlossenen Geräte (z. B. Boiler, Durchlauferhitzer). Im Kaltwasserbereich sind nennenswerte Kalkablagerungen nur selten zu finden.

Generell ist von einer Enthärtung bei weichen Wässern, deren Härte unter 2,5 mmol/l, d.h. unter 14 Grad deutsche Härte (°dH) liegt, abzuraten. Bei Wässern mit einer Härte über 2,5 mmol/l ist im Warmwasserbereich (über 60°) allenfalls eine „Härtestabilisierung“, d.h. der Einsatz einer Phosphatdosieranlage, die durch die Zugabe von Polyphosphaten die Steinablagerung hemmt, empfehlenswert. Eine Wasserenthärtung ist generell nur bei sehr harten Wässern mit einer Härte über 3,8 mmol/l (>21°dH), die in Warmwasserbereitern über 60° erhitzt werden, sinnvoll.

Die Enthärtung von Trinkwasser, bei der eine Entsalzung des Wassers einhergeht, kann hierbei sowohl zentral als auch dezentral durchgeführt werden.

Da eine Enthärtung, d.h. Entfernung der Erdalkali-Ionen, aus gesundheitlicher Sicht nicht notwendig ist, sollte diese nur auf technisch und wirtschaftlich relevante Teilbereiche in der häuslichen Wasserversorgung beschränkt werden. Dies sind

  • die Wasserzuspeisung zur Waschmaschine (verringerter Waschmittelverbrauch bei enthärteten Wässern)
  • die Warmwasserinstallation, zur
    - Vermeidung einer verstärkten Inkrustierung in den Rohrleitungen und
    - Korrosion durch gestörte Deckschichtbildung

Anmerkung: Bei der Phospatdosierung ist zu beachten, dass durch die Phosphatzugabe möglicherweise eine Aufkeimung des Wassers gefördert wird.

Ionenaustauscher

Eine weit verbreitete Enthärtung von Trinkwasser erfolgt durch die Aufbereitung des Wassers mit Ionenaustauscherharzen. Hierbei unterscheidet man zwischen Kationen- und Anionen-Austauschern, die je nach Austauschgruppe nur positiv geladene Ionen (Kationen wie Calcium, Magnesium, Kalium) oder negativ geladene Ionen (Anionen wie Nitrat, Phosphat, Sulfat) an sich binden können. Hierbei werden im Gegenzug je nach Beladung des Ionenaustauschers positive Ionen (Na+, H+) oder negative Ionen (Cl-, OH-) an das Wasser abgegeben. Durch den Austausch der Härtebildner Calcium und Magnesium wird das Wasser weitgehend enthärtet. Der Einsatz eines kombinierten Kationen- und Anionenaustauschers (Mischbett) führt neben der Enthärtung auch zu einer Vollentsalzung des Wassers. Diese kann über die Messung der elektrischen Leitfähigkeit in Mikrosiemens/cm bei 20°C überprüft werden.

In Abhängigkeit von der enthärteten Wassermenge und der Härte des Wassers, d.h. dem Gehalt an Calcium- und Magnesium-Ionen, muss die Austauschermasse, meist auf Kunststoffbasis, nach vollständiger Beladung („Erschöpfung“) regeneriert werden. Dies geschieht bei Kationenaustauscher-Anlagen je nach Typ durch Natrium-oder H+-Ionen in Form von Natriumchlorid (NaCl) oder Säure (HCl).

Eine Enthärtung kann sowohl zentral durch Kationenaustauscher-Anlagen, die das Trinkwasser eines ganzen Hauses enthärten, als auch dezentral durch Kationenaustauscher-Patronen in haushaltsüblichen Tischgeräten (Wasserfilter) durchgeführt werden. Hierbei handelt es sich meist um einen Kationenaustauscher, der mit einem gesilberten Aktivkohlefilter kombiniert ist. Ziel dieser portablen Kleinfilter ist neben einer Enthärtung des Wassers die Entfernung von Färbungen, evtl. vorhandener Spuren an Schwermetallen (z. B. Blei, Kupfer) und organischen Inhaltsstoffen (Pflanzenschutzmittel und chlorierte Lösungsmittel) sowie die Entfernung von freiem Chlor durch Hydrolyse. In einigen Fällen enthalten die Wasserfilter auch Anionenaustauscherharze zur Eliminierung von Nitrat und Sulfat. Ein wichtiges Webeargument für die portablen Kleinfilter ist, dass die damit aufbereiteten Wässer eine verminderte Kalkablagerung in Wasserkesseln und Töpfen bewirken, und den Geschmack von Tees und Kaffee durch Vermeidung einer oberflächlich aufschwimmenden Haut, die durch eine Reaktion von Calcium-Ionen mit Tee- und Kaffeeinhaltsstoffen gebildet wird, verbessern.

Als mögliche Risiken und Nachteile, die von Ionenaustauschern ausgehen können, sind zu nennen:

  • Eine erhöhte Natrium-Belastung des Trinkwassers, die nach Ionenaustausch ggf. den vorgegebenen Grenzwert der TrinkwV (200 mg/l) überschreitet
  • Eine Absenkung des pH-Wertes durch die Umwandlung von zugehöriger in aggressive Kohlensäure infolge einer Zerstörung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts und einer damit verbundenen Metall- und Kalkaggressivität. Dieser Nachteil kann nur durch Nachdosieren geeigneter Korrosionsinhibitoren, meist spezielle Phosphate, wieder ausgeglichen werden.
  • Bei längerer Verweildauer des Wassers im Austauscherbett muss mit einer vermehrten Keimbelastung gerechnet werden. Demzufolge sollte bei jedem Regenerationsprozeß das Ionenaustauscherharz mit desinfiziert werden. Das gleiche gilt auch für Vorratsbehälter, Geräte und Anlagen mit längeren Standzeiten.
  • Bei einer Erschöpfung des Austauschermediums ist mit einem „Durchbrechen“ des Ionenaustauschers zu rechnen. In diesen Fällen findet eine erhöhte Rückgabe von Ionen an das Trinkwasser statt. Bei Filterpatronen in Haushaltsgeräten gibt es über diesen Zeitpunkt keinen Hinweis.
  • Durch den Ionenaustausch kann es aus ernährungswissenschaftlicher Sicht auch zu einer unerwünschten Entfernung von Mineralstoffen, vornehmlich von Magnesium, kommen.
  • Durch die nicht recyclebaren beladenen Filterpatronen aus Kleingeräten kommt es zu einer unnötigen Abfallbelastung und Materialverschwendung.
  • Bei der Regeneration des Ionenaustauschers mit Natriumchlorid gelangt eine große Menge Regeneriersalz in die Kanalisation und damit in die Flüsse und Seen (pro Einfamilienhausanlage meist mehr als 100 Kilogramm Salz pro Jahr).

Umkehrosmose

Neben der Enthärtung mittels Ionenaustauscher kommen vielfach auch zentrale und dezentrale Umkehrosmose-Anlagen zum Einsatz. Das Prinzip dieser Anlagen beruht darauf, dass Wässer mit gelösten und ungelösten Stoffen unter Druck durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran gepresst werden. Je nach Anwendungszweck kommen Nylon-Hohlfaser-Membranen oder Zelluloseacetat-Wickelmembranen zum Einsatz. Das Rückhaltevermögen hängt dabei u.a. von der Membranstruktur, dem Druck und der Temperatur ab. Zudem wird die Trennleistung bei organischen Verbindungen durch das Molekulargewicht, die Molekülgröße, die räumliche Struktur der Verbindung und die Ionogenität der Stoffe entscheidend beeinflusst.

Anorganische Stoffe, wie Nitrat, Phosphat, Calcium, Magnesium, Schwermetalle, die aufgrund ihrer Größe die Membran nicht passieren können, werden zurückgehalten. Hierbei ist zu vermerken, dass Ionen umso besser entfernt werden, je größer ihre Ladung ist. So werden zweiwertige Magnesium-, Calcium- und Sulfat-Ionen mit einem Wirkungsgrad von über 90 % besser entfernt als einwertige Nitrat-, Chlorid- und Natrium-Ionen (Wirkungsgrad um 85 %).

Für ungeladene Moleküle gilt, dass diese umso besser entfernt werden, je größer sie sind. So wird das besonders kleine Molekül des Kohlendioxids (CO2) kaum entfernt, während chemische Stoffe zur Pflanzenbehandlung und Schädlingsbekämpfung von der Membran z.T. sehr gut zurückgehalten werden.

Die Wassermoleküle durchdringen gut die Membran. Das weitgehend salzfreie Reinwasser wird als Permeat bezeichnet, die aufkonzentrierte Lösung mit den unpassierbaren Stoffen als Konzentrat.

Neben dem technischen Nutzen weisen die mit einer Umkehrosmoseanlage behandelten Wässer folgende Nachteile auf:

  • Mit der Behandlung werden dem Wasser unspezifisch alle wichtigen Inhaltsstoffe (Mineralien) entzogen.
  • Die Verkeimung der Membranen ist aus hygienischer Sicht ein großes Problem.
  • Eine notwendige Überprüfung der Wasserqualität des gefilterten Wassers ist im häuslichen Bereich nicht durchführbar.
  • Unerwünschte, gut wasserlösliche, organische Stoffe werden von der Membran nicht zurückgehalten.
  • Zur Gewinnung eines Liters gefilterten Wassers werden in der Umkehrosmoseanlage 3 bis 25 Liter Trinkwasser verbraucht.
  • Partikelbeladene Wässer können ohne Vorfiltration zu einem Verstopfen der Membranporen führen.
  • Um einen effizienteren Wirkungsgrad der Anlage zu erzielen, muss zusätzliche Energie in Form von Druck eingesetzt werden.

Phosphatdosierung ( Härtestabilisierung )

Mit steigender Temperatur sinkt die Löslichkeit der wesentlichen Härtebildner Calcium und Magnesium. Beim Erwärmen scheiden sich aus dem Wasser die vorher löslichen Calcium- bzw. Magnesiumhydrogencarbonate als unlösliche Calcium- bzw. Magnesiumcarbonate (Wasserstein) ab. Die Abscheidungsreaktion kann jedoch durch kettenförmige kondensierte Phosphate (Polyphosphate) gehemmt bzw. verzögert werden. Diese führen die gelösten Calcium- und Magnesiumverbindungen in lösliche Komplexverbindungen über. Durch diese Komplexierung wird die Abscheidung von Calcium- und Magnesiumcarbonat erheblich hinausgezögert. Bei der Zugabe von Polyphosphaten wird zudem die Kristallform des entstehenden Calciumcarbonats verändert. Es entsteht nicht mehr das anlagerungsfähige Calcitkristall, sondern der feinkristalline Aragonit, der sich nicht an rauen Oberflächen anlagert, sondern mit dem Wasser weitertransportiert wird. Über 60°C nimmt die Wirksamkeit der Phosphatdosierung sukzessive ab. Soll bei höheren Temperaturen als 80°C die Härte im Wasser stabilisiert werden, dann müssen Organophosphate dosiert werden.

Orthophosphate haben keine härtestabilisierende, sondern nur korrosionsschützende Eigenschaften. Umgekehrt verhindern kondensierte Phosphate (Polyphosphate) keine Korrosionsschäden. Beim Zerfall von Polyphosphaten zu Orthophosphaten ist auch eine korrosionsschützende Wirkung feststellbar.

Anmerkungen:

Fälschlicherweise wird die Phosphatdosierung auch als Enthärtung bezeichnet.Das ist nicht richtig, denn bei dieser Wasserbehandlung werden die Calcium- und Magnesium-Ionen nicht entfernt sondern lediglich zur Verhinderung einer Ausfällung in lösliche Komplexverbindungen überführt. Es handelt sich also bei dieser Maßnahme um eine Härtestabilisierung und keine Entfernung der Härtebildner.

Nach den anerkannten Regeln der Technik soll bei Hausinstallationen eine Temperatur von 60°C im Warmwasserbereich nicht überschritten werden, ebenso nach dem Energie-Einsparungsgesetz. Durch Senkung der Wassertemperatur auf diesen Wert lässt sich auch ohne zusätzlichen Aufwand eine Wassersteinbildung weitgehend vermeiden. Kalkabscheidungen in Rohrleitungen des Kaltwasserbereichs treten bei Trinkwässern nicht auf. Angebliche Beobachtungen in dieser Richtung beruhen in der Regel auf Verwechslungen mit ebenfalls weißen Zinkkorrosionsprodukten oder mit Eisenkorrosionsprodukten.

Als nachteilige Effekte, die von Phosphatdosieranlagen ausgehen, sind zu nennen:

  • In langsam fließenden oder stehenden Gewässern, insbesondere solchen, die der Trinkwasserversorgung dienen, sind Polyphosphate unerwünscht, da sie Eutrophierungsvorgänge begünstigen.
  • Die Zudosierung von Polyphosphat setzt ein mikrobiologisch einwandfreies Trinkwasser voraus. Als Wuchsstoff fördert die Phosphatzugabe bei ohnehin mikrobiell belasteten Wässern ein weiteres Keimwachstum;
  • Eine unsaubere Handhabung oder eine keimbelastete Dosierlösung können zu einer nicht kontrollierbaren mikrobiologischen Belastung des Trinkwassers beitragen. Der mikrobiologischen Beschaffenheit des Trinkwassers ist daher nach erfolgter Dosierung erhöhte Aufmerksamkeit zu widmen.
  • Schlecht gewartete Anlagen können zu einer Überdosierung des Trinkwassers mit Phosphat führen bzw. bei Unterdosierung oder fehlendem Nachfüllen von Phosphatlösung unwirksam sein.

Korrosionsschutz

Eine Zudosierung von Korrosionsinhibitoren (Phosphate, Phosphat-Silikat-Gemische) zum Trinkwasser im häuslichen Bereich ist dann angezeigt, wenn:

  • gehäuft Korrosionschäden in der Hausinstallation aus feuerverzinktem Stahl in Verbindung mit einer Beeinträchtigung des Trinkwassers durch feste Korrosionsprodukte (Zinkgeriesel, Rostwasser) auftreten;
  • durch den Übergang von Korrosionsprodukten ins Trinkwasser eine Gesundheitsgefährdung der Verbraucher zu befürchten ist, z. B. wenn in größerem Umfang Kupfer- und Bleileitungen (Hausanschlußleitungen, Installationsleitungen) vorhanden sind.
  • analog zur Härtestabilisierung mittels Polyphosphaten können phosphathaltige Korrosionsinhibitoren bei mikrobiell belasteten Wässern zu einer Keimvermehrung führen.

Die meisten Korrosionsprobleme in Haushalten mit Enthärtungsanlagen basieren auf einer nicht ausreichenden Nachbehandlung des enthärteten Wassers (Weichwassers). Durch den Wegfall des Calciums bzw. Magnesiums und einer damit einhergehenden Freisetzung der zugehörigen Kohlensäure aus dem Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht, die im Gleichgewicht das Ausfallen von Calciumcarbonat (Kalkstein) verhindert, bekommt das Wasser aggressive Eigenschaften. Die ursprünglich nicht aggressive Gleichgewichts-Kohlensäure wird durch das gestörte Gleichgewicht zur überschüssigen, d.h. aggressiven Kohlensäure. Um technische Störungen durch Korrosion zu vermeiden, ist in diesen Fällen eine Nachbehandlung des Wassers in Form einer pH-Anhebung (Entsäuerung) oder Dosierung von Korrosionsinhibitoren notwendig.

Eine zentrale Phosphatdosierung kann in Frage kommen, wenn Korrosionsschäden an Versorgungsleitungen in überdurchschnittlichem Maß auftreten und ein Austausch der Leitungen oder eine nachträgliche Zementmörtelauskleidung in absehbarer Zeit nicht erfolgen kann.

Um eine nennenswerte zusätzliche Belastung der als Vorfluter dienenden Gewässer oder von Kläranlagen, die mit einer dritten Reinigungsstufe (Phosphateliminierung) ausgestattet sind, zu vermeiden, sollte die Zugabemenge an Phosphat den jeweiligen Anwendungsfall angepasst und minimiert werden. Erfahrungsgemäß genügen oft schon Dosiermengen von weniger als 1 mg/l PO43- um den gewünschten Erfolg zu erzielen.

Feinfiltration

Der Einbau mechanischer Feinfilter direkt hinter der Wasseruhr ist insofern sinnvoll, da hierdurch die vom Wasserwerk und dem zentralen Trinkwasserverteilungsnetz eingebrachten ungelösten Partikel und Schwebstoffe vor dem Eintrag in das häusliche Netz abgehalten werden. Die Anwesenheit größerer Mengen an Feststoffen kann.

  • insbesondere bei Neuinstallationen zu einer frühzeitigen Korrosion (Lochfraßkorrosion) im Leitungssystem und
  • zu technischen Störungen infolge Verschluss der Armaturen (Strahlregler) oder beim Betrieb der in die Hausinstallation eingebauten Geräte führen.

In der Bauausführung unterscheidet man prinzipiell zwei Arten an Filtern. Bei der einen Art handelt es sich um rückspülbare Filter, bei denen je nach Belegung der festgehaltene Schmutz in umgekehrter Fließrichtung vom Filter abgespült wird. Hierbei muss gewährleistet sein, dass kein unfiltriertes Wasser oder zurückgehaltene Feststoffe in die Trinkwasserleitung gelangen. Bei der zweiten Art erfolgt die Filtration durch auswechselbare Filtereinsätze. Sie müssen bei entsprechender Verschmutzung ohne hygienische Beeinträchtigung des Trinkwassers leicht auswechselbar sein.

Generell sollte der Einbau eines Feinfilters vor Inbetriebnahme einer Hausinstallationsanlage erfolgen, d.h. zu einem Zeitpunkt, bei dem sich an der Rohrinnenwandung noch keine Deckschicht bzw. Schutzschicht gebildet hat. Damit kann der Eintrag einer Verschmutzung von außen durch eine neu verlegte Hausanschlussleitung sowie Verunreinigungen aus den Versorgungsleitungen eines Neubaugebietes verhindert werden.

Die Porengröße bei mechanisch wirkenden Filtern liegt i.d.R. im Bereich zwischen 80 und 120 μm. Diese Filterporengröße wird sowohl korrosionschemischen als auch hygienischen Anforderungen gerecht. Bei der o.g. Durchlassweite werden zum einen die partikulären Substanzen des Wassers zurückgehalten und zum anderen die Biofilm-Bildung auf der Filterfläche, die bei geringeren Durchlassweiten zu erwartenden ist, verhindert. Ein solcher bakterieller Rasen würde zu einer nicht unerheblichen mikrobiologischen Beeinträchtigung des Trinkwassers führen.

Ein nachträglicher Einbau von Filtern in die Hausinstallation ist zur Vermeidung von Korrosionsschäden bei einer bereits aufgebauten Rostschutzschicht in den Rohren nicht mehr notwendig. Eine derartige Maßnahme ist nur dann gerechtfertigt, wenn die ins Hausnetz eingeschwemmten Ablagerungen (z. B. Sande, Tone) der Hauptverteilungsstränge die Strahlregler verstopfen oder sich verstärkt in den Geräten der Hausinstallation absetzen.

Aktivkohlefiltration

Die Filtration von Wasser über Aktivkohle ist ein gebräuchliches Aufbereitungsverfahren zur

  • Entfernung von organischen Chlorverbindungen, wie leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW), Pflanzenschutzmitteln etc. Zur Gruppe der LCKW zählen insbesondere die in der Trinkwasserverordnung aufgeführten Lösemittel Tetrachlorethen (PER) und Trichlorethen (TRI) sowie die als Desinfektionsnebenprodukte aufgeführten Trihalogenmethane, wie Trichlormethan (Chloroform), Bromdichlormethan, Dibromchlormethan und Tribrommethan (Bromoform);
  • Beseitigung von unerwünschten Geruchs- und Geschmacksstoffen
  • Entchlorung von Trinkwasser durch katalytische Hydrolyse des Chlormoleküls:

    Cl2 + H2O → HOCl + HCl

    HOCl → HCl + ½ 02

    Cl2: Chlor
    HOCl: unterchlorige Säure
    HCl: Salzsäure
    02: Sauerstoff

Zur Anwendung kommen hierbei körnige Aktivkohlen mit den Korngrößen 1,6 mm (Typ F 100) bzw. 1,0 mm (Typ F 200) mit einer jeweiligen Gesamtoberfläche von 900 m2/g Kohle. Die Fähigkeit, gelöste organische Moleküle aus dem Wasser zu adsorbieren, d.h. oberflächlich anzulagern, ist umso ausgeprägter, je höhermolekularer und unpolarer die zu entfernenden Verbindungen sind.

Je nach dem Verunreinigungsgrad des Wassers und der filtrierten Menge muss das beladene Aktivkohlefilter von Zeit zu Zeit ausgetauscht (Einweg-Aktivkohlefilter) oder thermisch reaktiviert werden. Letzteres geschieht durch thermische Desorption in Drehrohröfen bei 850°C bis 1000°C. Hierbei werden die adsorbierten Stoffe, wie z. B. organische Lösemittel, durch die Hochtemperaturbehandlung reversibel desorbiert, d.h. abgetrennt. Die erhaltene unbeladene Aktivkohle kann dann nach entsprechender „Reaktivierung“ und Siebung erneut eingesetzt werden.

Als Nachteile, die von Aktivkohlefiltern ausgehen können, wären zu nennen:

  • Nach vollständiger Beladung des Filtermaterials können die bereits adsorbierten Stoffe wieder an das Wasser abgegeben werden. Dies kann im Extremfall dazu führen, dass die Stoffkonzentration im gefilterten Wasser größer ist als im Filterzulauf. Die Gefahr eines Durchbruchs, d.h. einer konzentrierten Schadstoffabgabe aus dem erschöpften Filter besteht insbesondere bei Filtern im häuslichen Bereich. Hier findet im Gegensatz zu großen Aktivkohlefiltern in zentralen Wasserwerken keine regelmäßige Kontrolle statt.
  • Die Aktivkohle stellt einen hervorragenden Nährboden für das Wachstum von Mikroorganismen dar. In der Praxis wurden hierbei schon Keimzahlen im gefilterten Wasser gemessen, die die vorgegebenen Grenzwerte der Trinkwasserverordnung um mehr als das Hundertfache überschreiten. Im Wasserwerk ist diese Gefährdung im Vergleich zur häuslichen Anwendung nicht gegeben, da das Filtermaterial in großtechnischen Anlagen im Bedarfsfall nachdesinfiziert werden kann.
  • Um einer Verkeimung der Aktivkohlefilter entgegenzuwirken, werden diese mit Silber beladen. Diese Maßnahme führt zwangsläufig zu einer erhöhten Silberkonzentration im gefilterten Wasser. Ein nachteiliger Effekt, der bei Silber-beladenen Aktivkohlefiltern noch auftreten kann, ist das Wachstum von Silber-resistenten Keimen auf dem Filtermaterial.
  • Im Gegensatz zu den Anlagen zentraler Wasserwerksbetreiber werden die im Haushalt eingesetzten Aktivkohlefilter aufgrund der kleinen Menge erfahrungsgemäß nicht regeneriert. Sofern keine Rücknahme der beladenen Patronen erfolgt, dürfte der Großteil der Filterpatronen über den Hausmüll entsorgt werden.

Desinfektion

Nach § 5 TrinkwV muss eine Desinfektion bei mikrobiell belasteten Wässern nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik durchgeführt werden. Zur Filtration und Desinfektion wird auf die DIN 2001-1 vom Oktober 2006 hingewiesen. Bevorzugte Filtrationsverfahren zur Erzielung von Trübungswerten kleiner/gleich 0,2 FNU (Trübungseinheiten) sind Langsamfiltration, Ultra- oder Mikrofiltration. Dieser Trübungswert sollte generell bei der Desinfektion von Wasser nicht überschritten werden. Nur wenn die Trübung des Rohwassers vor der Desinfektion ständig obige Trübungswerte einhält, kann mit Zustimmung des Gesundheitsamtes auf eine Filtrationsstufe verzichtet werden.

Bei der Desinfektion mit ultraviolettem Licht (UV-Desinfektion) ist eine fortlaufende technische Überwachung der UV-Anlage erforderlich. Dies erfolgt insbesondere durch typgeprüfte Sensoren, die kontinuierlich die Bestrahlungsstärke messen. Sofern technische Störungen auftreten oder die Trübung im Wasser ansteigt, muss sich die Wasserförderung selbsttätig abschalten. Nach dem DVGW-Arbeitsblatt W 294-1 müssen die UV-Geräte bestimmten Anforderungen entsprechen und gemäß diesem Arbeitsblatt betrieben werden.

Anstelle der UV-Desinfektion kann Trinkwasser auch durch Chlor wirksam desinfiziert werden. Hierbei ist bei dezentralen Wasseranlagen der elektrolytischen Erzeugung von Chlor und Dosierung von Hypochlorit-Lösungen der Vorzug zu geben ist. Bei dieser Art der Desinfektion ist zu fortlaufend zu prüfen, ob der Wasserdurchfluss über dem zugelassenen Maximalwert liegt, die Chlorelektrolyse defekt ist oder die Mindestkonzentration an freiem Chlor unterschritten wird.

Eine Desinfektion des Wassers im privaten Bereich ist generell nur dann durchzuführen, wenn das Wasser nicht den mikrobiologischen Anforderungen der Trinkwasserverordnung entspricht. Eine prophylaktische Desinfektion eines mikrobiell einwandfreien Wassers ist grundsätzlich abzulehnen.

Gegenüber der zentralen Trinkwasserdesinfektion hat in den letzten Jahren die dezentrale Wasserentkeimung in steigendem Maße an Bedeutung gewonnen. Es wurde erkannt, dass durch die Hausinstallation, insbesondere die Warmwasser-installation, eine erhebliche mikrobiologischen Beeinflussung des Trinkwassers stattfinden kann. In diesem Zusammenhang sei auf das Problem unsachgemäß installierter Rohrnetze und stagnierender Wasserverhältnisse, die zu einem unerwünschten Legionellen-Wachstum im Leitungssystem führen, hingewiesen. Um eine nachträgliche mikrobiologische Kontamination durch das häusliche Rohrnetz auszuschließen, sind bei der Planung, dem Bau, der Inbetriebnahme und dem Betrieb der Trinkwasser-Installation stets die allgemein anerkannten Regeln der Technik einzuhalten. Dies gilt insbesondere für medizinisch sensible Bereiche mit immungeschwächten Personenkreisen (Krankenhäuser, Altenheime, Rehabilitationszentren).

Eine dezentrale Desinfektion kann entweder thermisch, durch Zudosierung eines Desinfektionsmittels oder durch UV-Bestrahlung erfolgen. Bei letzterem Verfahren muss das Wasser bezüglich Färbung, Trübung, UV-Absorption, UV-Durchlässigkeit sowie Eisen- und Mangan-Ionengehalt bestimmte Kriterien erfüllen (siehe Punkt 8).

Thermische Desinfektion

Als ältestes Desinfektionsverfahren ist das Abkochen über einen ausreichenden Zeitraum bekannt. Beim Nachweis von Escherichia coli oder von Enterokokken im Trinkwasser wie auch in Krisenfällen (Jaucheeinbruch) wird heute noch vielfach als erste Sofortmaßnahme eine Abkochanordnung erlassen.

Bei der thermischen Desinfektion wird das gesamte System der Hausinstallation, d.h. Rohrleitungen, Armaturen und Geräte auf Temperaturen über 70°C erwärmt. Dabei muss das Wasser von mindestens 70°C an jeder Entnahmestelle bei geöffnetem Auslass mindestens drei Minuten fließen. Aufgrund des nicht vermeidbaren Leitungsverlustes muss die Vorlauftemperatur an der Trinkwassererwärmungsanlage deutlich über der Temperatur des Zapfhahnes liegen. Systeme mit zirkulierendem Wasserkreislauf sind bei geschlossenen Armaturen auf 70°C aufzuheizen. Dabei muss ein Dauerlauf der Zirkulationspumpen gewährleistet sein. Wenn die gewünschte Temperatur im Zirkulationssystem erreicht ist, sind die Entnahmearmaturen nacheinander zu öffnen und bei fließendem Strahl drei Minuten zu desinfizieren.

Die thermische Desinfektion führt zu einer starken Beanspruchung der eingesetzten Werkstoffe und Dichtungsmaterialien. Damit verbunden kann auch eine örtliche Zerstörung der korrosionsschützenden Deckschichten im Leitungssystem sein. Durch diese können nachfolgende örtliche Korrosionen nicht ausgeschlossen werden.

Chemische Desinfektion

Zur chemischen Desinfektion von Trinkwasser dürfen nur die in der „Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren“ gemäß § 11 Trinkwasserverordnung aufgelisteten Stoffe verwendet werden. Dies sind Chlor und seine Verbindungen wie Natrium- und Calciumhypochlorit, Chlordioxid sowie Ozon. All diesen Verbindungen ist gemein, dass sie starke Oxidationsmittel sind. Neben ihrem starken Redoxpotential sollen die eingesetzten Desinfektionsmittel u.a. noch folgende weitere Bedingungen erfüllen:

  • Sie sollen pathogene Keime und deren vegetative Formen schnell abtöten bzw. inaktivieren.
  • Sie sollen ein breites Wirkstoffspektrum aufweisen.
  • Sie dürfen in den erforderlichen Konzentrationen selbst nicht toxisch sein.
  • Sie sollen das Wasser möglichst nicht im Geruch und Geschmack oder Aussehen beeinträchtigen.
  • Sie sollen mit anderen Wasserinhaltsstoffen möglichst keine störenden Verbindungen (Desinfektionsnebenprodukte) bilden.
  • Sie müssen im Wasser genügend beständig sein, um im Wasser eine hinreichende und andauernde Keimtötungswirkung zu gewährleisten.

Um ein Wasser mittels Zudosierung von Natriumhypochlorit-Lösung (NaOCl) (Chlorbleichlauge mit 15 % freiem Chlor) wirksam entkeimen zu können, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

  • Der pH-Wert des Wassers sollte im Bereich von 7,0 bis 7,6 liegen. In diesem Bereich liegt eine optimale Desinfektionswirkung vor.
  • Das Wasser sollte keine hohen Gehalte an organischen Verbindungen aufweisen. Diese bedingen zum einen eine erhöhte Bildung an Trihalogenmethanen, wie Trichlormethan (Chloroform), Bromdichlormethan, Dibromchlormethan und Tribrommethan (Bromoform) und zum anderen eineunerwünschte Chlorzehrung, d.h. Bindung von freiem wirksamem Chlor an organisches Material.
  • Das Wasser sollte keine hohen Gehalte an Ammoniak und Ammonium-verbindungen enthalten, da diese eine Chlorzehrung durch die Bildung von Monochloramin, Dichloramin und Trichloramin (Stickstofftrichlorid) bedingen und zudem dem Wasser einen unerwünschten starken Chlorgeruch verleihen.
  • Das Rohwasser sollte keine Phenole oder phenolähnliche Stoffe, die durch den mikrobiellen Abbau von Lignin und ähnlichen Naturstoffen entstehen, in kleinen Konzentrationen enthalten. Durch die Reaktion von Chlor mit phenolhaltigen Wässern bilden sich sehr geruchsintensive Chlorphenole, die als sog. „Apothekengeruch“ identifiziert werden.

Chlordioxid (ClO2) wird entweder durch Oxidation von Natriumchlorit mit Chlor oder durch Disproportionierung von Natriumchlorit mit Säurezusatz hergestellt. Chlordioxid hat dabei gegenüber der Chlorung mit Natriumhypochlorit den Vorteil, dass keine Trihalogenmethane gebildet werden, es nicht mit Ammonium-Ionen zu Chloraminen reagiert, mit Phenolen keine unangenehmen Geruchs- und Geschmacksstoffe bildet sowie im Wasser längere Zeit beständig ist.

Bei der Oxidation mit Ozon (O3) werden neben der Entkeimung alle im Wasser enthaltenen Geruchs- und Geschmacksstoffe durch Ozonspaltung abgebaut. Demzufolge eignet sich dieses Aufbereitungsverfahren bei der Anwesenheit von Phenolen und phenolähnlichen Verbindungen im Wasser. Da Ozon leicht zerfällt, ist die Entkeimungswirkung im Rohrnetz als gering einzustufen.

Bei der Auswahl eines chemischen Desinfektionsverfahrens im privaten Bereich ist in den meisten Fällen die praktikable Handhabung als auch die Fachkompetenz des Anwenders von entscheidender Bedeutung. Von den oben aufgeführten chemischen Desinfektionsmethoden dürfte aufgrund des geringeren technischen und finanziellen Aufwands die Zudosierung von Natriumhypochlorit (Chlorbleichlauge) am leichtesten realisierbar sein. Als weiteres praktikables Verfahren wäre auch noch die Chlorelektrolyse zu nennen.

Letztlich sei noch darauf hingewiesen, dass die chemischen Desinfektionsmittel aufgrund ihrer stark oxidierenden Eigenschaften zu einer Erhöhung der Korrosionswahrscheinlichkeit beitragen können. Eine korrosionschemisch kritische Situation liegt insbesondere dann vor, wenn die Desinfektionsmittel nicht ausgespült werden, d.h. längere Zeit in den Leitungen verbleiben. Diese Situation ist bei nicht oder wenig durchflossenen Blindleitungen (Totzonen) und konstruktiv bedingen Spalten gegeben. In diesen Fällen können örtliche Korrosionen (Spaltkorrosionen) auftreten.

UV-Bestrahlung (Wellenlänge 240 – 290 nm)

Das UV-Entkeimungsverfahren weist gegenüber der chemischen Desinfektion einige Vorteile auf. Dies sind der geringe Raum- und Platzbedarf der Anlage, der fehlende Zusatz von desinfizierenden Fremdstoffen zum Wasser und die nicht stattfindende Bildung von Desinfektionsnebenprodukten, insbesondere von Trihalogenmethanen. Zudem findet durch die UV-Bestrahlung weder eine Veränderung der geruchlichen Beschaffenheit des Wassers (Chlorgeruch) statt noch werden geruchlich unerwünschte Stoffe (Chlorphenole) gebildet.

Diesen Vorteilen stehen folgende Nachteile gegenüber:

  • Bei der UV-Desinfektion ist die bakterizide Wirkung nur während der Bestrahlungsdauer gegeben. Damit keine Reinfektion des Wassers durch das Leitungsnetz erfolgt, sollte die Trinkwasser-Entnahmestelle daher nicht zu weit von der UV-Anlage entfernt sein.
  • Aufgrund der fehlenden Desinfektionswirkung auf dem Transportweg ist bei defekten Rohrsystemen die Desinfektion mit UV-Strahlen ungeeignet. Hier stellt die Chlorung das geeignetere Desinfektionsverfahren dar.

Um eine wirksame Desinfektion zu erzielen, müssen die mit UV-Strahlen zu behandelnden Wässer farblos und klar, d.h. frei von Färbungen und Trübungen sein. Zudem dürfen die Eisen- und Mangan-Ionengehalte im Wasser bestimmte Konzentrationen nicht überschreiten. Eine vollständige UV-Desinfektion bei der Wellenlänge 254 nm ist nur gewährleistet, wenn die UV-Absorption bei 254 nm (SPAK 254 nm) unter 8 m-1, entsprechend einer UV- Durchlässigkeit > 83%, die Färbung bei 436 nm (SPAK 436 nm) unter 0,5 m-1, die Trübung unter 0,2 NTU (nephelometrische Trübungseinheiten), der Eisen-Ionengehalt unter 0,03 mg/l sowie der Mangan-Ionengehalt unter 0,02 mg/l liegt. Zudem muss die Bestrahlungsstärke mindestens 400 Joule/m2 betragen.

Ergänzend ist anzumerken, dass mittels UV-Strahlen alle Arten von vegetativen Bakterien getötet und Viren inaktiviert werden. Demgegenüber werden Bakteriensporen und Dauerstadien parasitischer Protozoen nicht ausreichend unschädlich gemacht. Diese müssten vor der UV-Entkeimung durch einen vorausgehenden Aufbereitungsschritt (Flockungsfiltration mit Festbettfiltern oder Mikrofiltration mit der Porengröße <0,2 Mikrometer bzw. Faserfiltern) entfernt werden.

Membranfiltration

Das Anwendungsgebiet der Membranfiltration reicht von der Entfernung gelöster feindisperser und fester Stoffe bis zur Rückhaltung von Mikroorganismen. Praktische Anwendungsbereiche sind hierbei die Brack- und Meerwasserentsalzung, die Aufbereitung von Wässern mit fest und kolloidal gelösten Inhaltsstoffen, die Entfernung hochmolekularer Substanzen sowie die Eliminierung unerwünschter Ionen, Pflanzenschutzmittelrückstände, Bakterien und Viren.

Je nach der Trennleistung unterscheidet man folgende Membranfiltrationstypen:

  • Umkehrosmose (UO), Reverse Osmosis (RO) oder Hyperfiltration (HF)
  • Nanofiltration (NF)
  • Ultrafiltration (UF)
  • Mikrofiltration (MF)

Die Umkehrosmose-Membran lässt als relativ „dichte Membran“ bei Drücken zwischen 10 und 100 bar gegenüber mehrwertigen Ionen vermehrt einwertige Ionen durch (siehe auch 2.2). Alle weiteren Wasserinhaltsstoffe werden aufgrund der geringen Porengröße gut zurückgehalten.

Mit einem Porendurchmesser um 1 Nanometer und einer negativen Oberflächenladung hält die Nanofiltrationsmembran als „feinporöse Membran“ bei Drücken zwischen 3 und 10 bar insbesondere mehrwertige Anionen und gelöste hochmolekulare organische Substanzen und Kohlenstoffverbindungen mittlerer Größe sehr gut zurück.

Bei der Ultra- und auch bei der Mikrofiltration handelt es sich um reine Porenmembranen die nach dem Prinzip des Siebeffekts im Druckbereich von 0 bis 5 bar arbeiten. Während bei der Ultrafiltration Partikel im Bereich von ca. 10 bis 100 nm (Viren, Makromoleküle) abgetrennt werden, eliminiert die Mikrofiltration aufgrund des größeren Membranporendurchmesssers Partikel im Bereich von ca. 100 – 1000 nm. Hierunter fallen Bakterien, Kolloide und Feststoffteilchen.

Somit kann entsprechend dem Rückhaltevermögen der verschiedenen Membranen das jeweils gewünschte Aufbereitungsziel ausgewählt werden.

Entsäuerung

Wässer aus Urgesteinsgebieten mit Granit- und Gneis-Vorkommen, wie der Region des Bayerischen Waldes, enthalten aufgrund des Fehlens von Kalkgestein und einer nicht möglichen chemischen Umsetzung von Kalk mit der freien Kohlensäure aus der Luft und dem Boden i.d.R. überschüssige Kohlensäure. Diese verleiht dem Wasser kohlensäureaggressive Eigenschaften, die im technischen Bereich zu erheblichen Störungen infolge Metallkorrosion und Betonaggressivität führen.

Durch den Metallangriff kann zudem eine gesundheitlich bedenkliche Konzentration an Kupfer-, Blei-, Zink- und Nickelverbindungen ins Trinkwasser gelangen. Demzufolge müssen diese Wässer vor Einspeisung in das Trinkwasserleitungsnetz bis zur Einstellung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts aufbereitet, d.h. entsäuert werden. Dies erfolgt bei Kleinanlagen im Allgemeinen durch eine chemische Entsäuerung mit fein gekörntem Jurakalk. Um eine vollständige Entsäuerung zu erzielen, muss das Wasser ausreichend lang mit dem Entsäuerungsmaterial in Verbindung stehen. Ist das nicht der Fall, so erhält man nur ein teilentsäuertes Wasser, das durch die Restaggressivität noch korrosive Eigenschaften besitzt.

Das bei der chemischen Entsäuerung durch Reaktion der überschüssigen Kohlensäure mit Jurakalk gebildete Calciumhydrogencarbonat führt zu einer sowohl aus technischer als auch aus gesundheitlicher Sicht erwünschten Aufhärtung des Wassers. Aufgrund dieser chemischen Neutralisationsreaktion wird das Filtermaterial im fortlaufenden Betrieb stetig verbraucht, d.h. es muss dafür gesorgt werden, dass dieses entsprechend ergänzt wird.

Belüftung

Die Belüftung eines Wassers kann aus mehreren Gründen erforderlich sein. Als wesentliche Aufbereitungsziele sind hierbei zu nennen:

  • Die Anreicherung von sauerstoffarmen bzw. sauerstofffreien Wässern mit Luftsauerstoff (z. B. bei sog. „reduzierten Tiefenwässern“)
  • Die Entfernung von Gasen (z. B. Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff) und leichtflüchtigen Verbindungen (z. B. leichtflüchtige Chlor- und Halogenkohlenwasserstoffe sowie Geruchsstoffe), bekannt als „Stripping-Verfahren“
  • Die Oxidation von gelösten geogenen Eisen II-, Mangan II- und Arsen III-Verbindungen bei sauerstofffreien Wässern zu abfiltrierbaren Eisen III-, Mangan IV- und Arsen V-Verbindungen bei der Enteisenung und Entmanganung

Bei der Belüftung unterscheidet man prinzipiell zwischen zwei Verfahren:

Die offene Belüftung

Hier erfolgt die Belüftung durch Verrieseln (Kaskadenbelüftung), Verdüsung (Düsenzerstäubung) oder Verregnung. Der Nachteil dieser offenen Verfahren ist die leichte Verkeimung des Wassers. Deshalb führt man heute die Belüftung überwiegend in von Verunreinigung geschützten geschlossenen Systemen durch.

Die geschlossene Belüftung

Die gebräuchlichste Belüftungsart bei der geschlossenen Belüftung stellt die Anreicherung von Wasser mittels gereinigtem Luftsauerstoff dar. Dies erfolgt durch Einpressen von Luft mittels eines Kompressors in sog. Oxidatoren. Um einen besseren Wirkungsgrad bei der Sauerstoffanreicherung zu erzielen, enthalten die Oxidatoren zusätzlich noch Füllkörper aus Polypropylen, wie Ralu-Ringe der Fa. Raschig AG.

Eine weitere Möglichkeit einer geschlossenen Belüftung von Wasser besteht in der direkten Injektion von Luftsauerstoff in das wasserführende System.

Physikalische Wasserenthärtungsverfahren (Physikalische Kalkwandler)

Bei diesen Verfahren soll die Kalksteinbildung im Leitungssystem durch das äußere Einwirken von elektromagnetischen bzw. permanentmagnetischen Feldern oder mit Hochfrequenzfeldern verhindert werden. Gemeinsam ist hierbei allen auf rein physikalischer Basis basierenden Wasserenthärtungsgeräten, dass diese ohne Zusatz von Chemikalien arbeiten und relativ leicht an- bzw. einzubauen sind.

Die einfache Montage und der Verzicht auf chemische Zusätze bei derartigen Anlagen stellen eine verlockende Alternative zu den übrigen dezentralen Entkalkungsanlagen wie Ionenaustauscher- und Phosphatdosieranlagen etc. dar. Fakt ist jedoch, dass die vielfach beschriebene Strukturumwandlung des Kalkkristalls von Calcit zu Aragonit und die damit verbundene Verhinderung von Kalkablagerungen in den Rohren in Fachkreisen äußerst umstritten ist. Ein experimenteller Nachweis für die Wirksamkeit solcher Verfahren konnte bisher trotz aufwändiger Langzeitversuche von wissenschaftlicher Seite aus nicht erbracht werden.

Zusammenfassende Bewertung

Eine Aufbereitung von Wasser für den menschlichen Gebrauch ist nur dann erforderlich, wenn es nicht den chemischen und mikrobiologischen Anforderungen der Trinkwasserverordnung oder sonstigen einschlägigen Normen entspricht. Sofern die gesetzlichen Bestimmungen erfüllt sind, erübrigt sich im allgemeinen der prophylaktische Einsatz von Aufbereitungsgeräten zur Verbesserung der Trinkwasserqualität. Eine zusätzliche Aufbereitung kann nur dann im speziellen Fall sinnvoll sein, wenn technische Vorgaben oder spezielle Anwendungszwecke dies erforderlich machen. Diese Voraussetzung ist u.a. gegeben bei:

  • sehr harten
  • aggressiven
  • sauerstofffreien oder sauerstoffreduzierten
  • getrübten
  • gefärbten
  • geruchlich und geschmacklich abweichenden
  • verkeimten sowie
  • mit organischen Stoffen belasteten Wässern.

Sofern eine Aufbereitung des Wassers aus technischen, chemisch-hygienischen oder mikrobiologischen Gründen notwendig ist, sollte bei der Projektierung darauf geachtet werden, dass nur dem Stand der Technik entsprechende normgerechte Verfahren angewandt werden und die eingesetzten Geräte das DVGW- oder DIN-Prüfzeichen tragen.

Zudem sollte der sachgemäße Einbau durch einen autorisierten Installationsbetrieb erfolgen und für eine regelmäßige Wartung der Anlagen gesorgt werden. Nur unter diesen Voraussetzungen sind ein langjähriger störungsfreier Betrieb und eine gleichbleibende Wasserqualität garantiert.

Als verderbliches Lebensmittel sollte Trinkwasser nur eine begrenzte Zeit im Leitungsnetz und den daran angeschlossenen Aufbereitungsanlagen verweilen. Lange Standzeiten können zu einer unabdingbaren Beeinträchtigung der Qualität durch Verkeimung oder durch die Abgabe erhöhter Mengen an Korrosionsprodukten und/oder Schadstoffen in das Wasser führen.

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