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Umwelttechnik, Abwasser, Trinkwasser, Wasserkraft

Trinkwasseraufbereitung

Grünbeck Dreifachenthärtungsanlage Delta-P®

Um gutes Trinkwasser zu erhalten, ist es oft nötig, das Rohwasser aufzubereiten. Das gilt nicht nur in fremden Ländern, sondern in manchen Gebieten auch für das normale Leitungswasser. Dafür gibt es verschiedene Verfahren wie das biologische, physikalische, chemische oder auch das Membranverfahren.

Natürlich wird das Leitungswasser, bevor es im Haushalt ankommt, in einer Reinigungsanlage gereinigt, dennoch ist es nicht immer schmackhaft und nicht gänzlich frei von Keimen und chemischen Zusätzen. Für den Haushalt gibt es handliche Trinkwasserfilteranlagen, die eventuell vorhandenen Chlorgeschmack herausfiltern sowie eine keimtötende Wirkung haben.

Mit diesen Geräten lassen sich die gesetzlich vorgegebenen zulässigen Schadstoffwerte um ein Vielfaches reduzieren. Für empfindliche Menschen oder Allergiker sind sie hilfreich. Sie erleichtern zudem den Einkauf, da auf den kraftaufwändigen Transport von Wasserkisten verzichtet werden kann. Doch nicht nur zu Hause, auch unterwegs oder im Urlaub ist die Aufbereitung von Wasser zum keimfreien Trinkwasser unerlässlich. Das Wasser, das Einheimische im Ausland problemlos vertragen, weil ihr Körper daran gewöhnt ist, kann bei Urlaubern zu erheblichen gesundheitlichen Problemen wie Ruhr oder gar Cholera führen.

Die Trinkwasseraufbereitung ist eines der wichtigsten Themen der heutigen Zeit und der Zukunft. Immer mehr Menschen benötigen immer mehr Wasser. Die Süßwasserreserven aber sind begrenzt, sodass es immer wichtiger wird, Trinkwasser z. B. auch aus Salzwasser zu gewinnen. Es gibt schon heute Filteranlagen, die diese Technik hervorragend umsetzen. Besonders interessant ist die Solar- Trinkwasseraufbereitungsanlage, die unabhängig von Stromnetzen überall dort Trinkwasser bereitstellt, wo es knapp ist. In der Regel sind das Gebiete, in denen die Sonneneinstrahlung intensiv und lange ist.

Physikalische Verfahren

Im Bereich der Trinkwasseraufbereitung unterscheidet man zwischen physikalischen, chemischen und biologischen Verfahren. Zu den physikalischen Verfahren zählen insbesondere die Belüftung, die Flotation, die Sedimentation, die Adsorption, das Vakuumverfahren und Verfahren, bei denen man thermische Einwirkungen nutzt. Außerdem werden einige Formen der mechanischen Aufbereitung wie der Rechen, Filter oder Siebe mit zu diesen gezählt.

Bei der Sedimentation beispielsweise geht es vor allen Dingen um die Ablagerung von Teilchen, die sich aus Flüssigkeiten, genauso aber aus Gasen gewinnen lassen. Es wird also eine Trennung zwischen flüssigen und festen Teilchen eines Stoffes erzeugt. Die festen Teilchen lagern sich am Boden ab und bilden das so genannte Sediment, einfacher ausgedrückt, den Bodensatz. Um die Sedimentation durchzuführen, macht man sich die Schwerkraft und die Fliehkraft zu nutze.

Bei der Flotation geht es ebenfalls um die Trennung fester und flüssiger Teilchen. Allerdings können hier nur einige Teile aus dem Wasser entfernt werden. Bei diesem Verfahren zur Trinkwasseraufbereitung werden Luftblasen in das Wasser gegeben. Die Teilchen, die sich nicht mit Wasser benetzen lassen, werden sich an die Luftblasen anhängen und mit diesen an die Wasseroberfläche gelangen. Dort werden die Teilchen dann mittels spezieller Geräte abgeschöpft. Bei der Siebung werden größere Fest- und Schwimmstoffe aus dem Wasser entfernt. Hierfür nutzt man Rechen, Trommelsiebe und Mikrosiebe.

Die Filtration als weitere Möglichkeit zur Trinkwasseraufbereitung nutzt Filter der unterschiedlichsten Art, etwa Sandfilter, Anschwemmfilter oder Kerzenfilter. Sie dient dazu, Schwebstoffe, vorrangig Eisen und Mangan, aus dem Wasser zu filtern.

Chemische Verfahren

Zu den chemischen Verfahren bei der Trinkwasseraufbereitung werden unter anderem die Oxidation, die Flockung, die Entkarbonisierung und der Ionenaustausch, sowie die Desinfektion gezählt.

Die Oxidation ist beispielsweise eine chemische Reaktion, für die man sowohl einen Elektronendonator, als auch einen Elektronenakzeptor benötigt. Ersterer gibt Elektronen ab, letzterer nimmt diese wieder auf und wird dadurch reduziert. Zum Einsatz kommen bei der Oxidation Belüftungsanlagen und Kiesfilter. Sie dient der Entfernung von Eisen- und Manganionen, die sich bereits gelöst haben. Diese Rückstände lagern sich dabei an dem Kiesfilter ab. Danach erfolgt eine Rückspülung und das Ganze wird durch die Filter entfernt.

Die Desinfektion erfolgt mit Hilfe von Sonderbecken oder durch Zugabe eines Stoffes in das Rohrnetz. Vorrangig werden bei der Desinfektion Chlor, Chlordioxid oder Ozon eingesetzt. Allerdings kann diese auch mittels UV-Bestrahlung erfolgen.

Bei der Flockung werden feinste Fremdbestandteile des Wassers ausgeflockt, um die spätere Sedimentation zu erleichtern Aber auch eine folgende Filtration ist hierbei möglich. Zum Einsatz kommen bestimmte Chemikalien, die als Flockungsmittel oder Flockungshilfsmittel bezeichnet werden. Die Flockung selbst erfolgt im so genannten Flockungsbecken.

In der Entkarbonisierungsanlage findet die Entkarbonisierung statt. Hierbei soll die temporäre Härte vermindert werden. Durch diese könnte eine Ablagerung von Kalziumkarbonat auf den Oberflächen der Rohre entstehen, die schädlich ist.

Membranverfahren

Zu den Membranverfahren zur Trinkwasseraufbereitung zählen die Verfahren der Nanofiltration, der Elektrodeionisation und der Osmose.

Bei der Nanofiltration werden Drücke eingesetzt, sodass das gesamte Membranverfahren vom Druck betrieben wird. Mit diesem sollen Partikel, deren Größe sich im Nanometer-Bereich bewegt, zurück gehalten werden. Sehr gut können mit diesem Verfahren ein- und zweiwertige Schwermetall-Ionen aus dem Wasser entfernt werden. Auch hierbei werden verschiedene Filter eingesetzt.

Die Osmose, die ein weiteres Membranverfahren darstellt, hat sich die Wissenschaft aus der Natur abgeschaut. Denn die Osmose gilt als Trennverfahren für den Wasserhaushalt von Tieren und Pflanzen. Heute werden alle Vorgänge, bei denen Moleküle durch eine Membran fließen, in der Wissenschaft als Osmose bezeichnet. In der Trinkwasseraufbereitung kommt ihr eine besondere Bedeutung zu, da mit diesem Verfahren feinste Stoffe aus dem Wasser gefiltert werden können.

Bei der Elektrodeionisation handelt es sich um ein elektro-chemisches Verfahren. Hierbei werden Ionen, sowie alle ionisierbaren Stoffe aus dem Wasser herausgefiltert. In der Wasseraufbereitung wird hierbei das EDI-Modul eingesetzt, welches das wichtigste Modul für diese Mischform aus Ionenaustausch und Elektrodialyse darstellt.

Biologische Verfahren

Auch biologische Verfahren werden heute immer häufiger zur Trinkwasseraufbereitung eingesetzt. Zu diesen zählt man die so genannten biochemische Oxidation, die anaerobe Abwasserreinigung und die Schlammfaulung.

Bei der anaeroben Abwasserreinigung werden organische Kohlenstoffverbindungen aus dem Wasser entfernt, welche häufig schädlich oder zumindest störend sind. Dafür setzt man kleinste Bakterien ein, die ihre Energie aus den Kohlenstoffverbindungen ziehen. Sie wandeln diese wiederum in organische Säuren um, später dann in Kohlendioxid, Kohlenwasserstoff und Methan. Der Begriff anaerob kommt daher, dass die gesamte Abwasserreinigung ohne Zugabe von Sauerstoff erfolgt. Also biologisch ist das Verfahren schon deshalb zu bezeichnen, weil keine Chemikalien, sondern lediglich Bakterien eingesetzt werden.

Die biochemischen Verfahren, wie die Denitrifikation kann man im weitesten Sinne ebenfalls zu den biologischen Trinkwasseraufbereitungsverfahren zählen. Hierbei wird zum Beispiel der Nitrat-Gehalt des Wassers verringert, indem man Kohlenstoff zugibt.

Wasserentkeimung

Wer in fremden Ländern unterwegs ist, der weiß, dass nicht überall das Wasser keimfrei ist und unbedenklich genutzt werden kann. Um sich vor Krankheiten wie Durchfall oder gar Cholera zu schützen, sollte deshalb Trinkwasser vor der Benutzung unbedingt keimfrei gemacht werden.

Eine sichere Methode der Wasserentkeimung ist das zehnminütige Abkochen oder das Destillieren. Bakterien und Viren werden dadurch abgetötet. Es entsteht allerdings ein hoher Verlust an Wasser durch das Verdampfen. Befinden sich Chemikalien und andere Schadstoffe im Wasser, was in Ländern mit weniger scharfen Gesetzen als in Deutschland oft der Fall ist, bleiben diese erhalten. Sie lassen sich lediglich durch Filtern entfernen. Bewährt haben sich Keramikfilter, die die krankmachenden Keime zuverlässig aussortieren. Der zusätzliche Einsatz von Aktivkohle bindet chemische Verunreinigungen. Die Filter müssen regelmäßig gereinigt und nach dreißig bis vierzig Anwendungen erneuert werden.

Eine weitere Möglichkeit der Wasserentkeimung, unabhängig von der Möglichkeit zur Abkochung, ist der Einsatz von speziellen Entkeimungstabletten. Sie enthalten Opens internal link in current windowChlor oder Silberionen und werden dem Wasser einfach zugesetzt. Innerhalb von höchstens einer Stunde ist das Wasser keimfrei. Allerdings darf diese Methode in EU-Ländern nicht angewendet werden.

Trinkwasserfilter im privaten Haushalt

Normalerweise soll aus unseren Wasserhähnen trinkfertiges Wasser gezapft werden. Sicherlich ist dies auch ohne gesundheitliche Schäden möglich. Dennoch ist auch unser Leitungswasser nicht völlig frei von Schadstoffen und Keimen. Die Bereitsteller von Trinkwasser müssen lediglich mit den Werten unter den gesetzlichen Normen bleiben.

Es gibt zudem Gebiete, in denen das Leitungswasser einen unangenehmen kreidigen oder metallischen Beigeschmack hat. Möglicherweise, weil es sehr kalkhaltig ist, oder weil es durch Rohre läuft, die Geruchs- oder Geschmacksstoffe abgeben. Dennoch muss niemand unnötig schwere Wasserkisten nach Hause schleppen und teures Mineralwasser kaufen.

Das Leitungswasser kann mit einfachen Mitteln geschmacklich aufgewertet werden. Dafür gibt es Trinkwasserfilter, die speziell für den Haushalt konzipiert sind. Sie filtern Wassermengen bis zu zwei Litern. Das Wasser kann entkalkt werden und wird somit geschmacksneutral. Das wirkt sich auch auf den Geschmack von Tee und Kaffee positiv aus. Beliebt für private Haushalte sind Filtermaschinen, die mit der Umkehrosmose arbeiten.

Wer Regenwasser oder Brunnenwasser vom eigenen Grundstück nutzt, sollte dieses auf jeden Fall filtern, um Keime und Bakterien abzutöten, wenn er es als Trinkwasser nutzen will. Je nachdem, welche Stoffe gefiltert werden sollen, gibt es speziell ausgerichtete Trinkwasserfilter, durch die das Wasser geführt wird. Sie werden ohne großen Aufwand in das normale Leitungssystem eingebaut.

Aktivkohlefilter

Grünbeck Aktivkohlefilteranlage GENO-mat AK-Z

Wie die Bezeichnung Aktivkohlefilter bereits aussagt, enthalten diese Filter Aktivkohle. Durch die Anwendung von Aktivkohlefiltern können Schadstoffe, Schwermetalle, Staub oder giftige Chemikalien aus Wasser, Flüssigkeiten oder Gasen herausgefiltert werden. Die in diesen Filtern enthaltene Aktivkohle kann aus tierischen, pflanzlichen, mineralischen oder auch aus petrochemischen Stoffen durch eine Behandlung mit Dehydratisierungsmitteln hergestellt werden.

Die Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Aktivkohle können Holz, Torf, Braun- oder Steinkohle, Nussschalen sein – daher wird die Aktivkohle auch als Pflanzenkohle bezeichnet. Häufig werden Aktivkohlefilter in der Industrie eingesetzt, um die Luft zu reinigen und damit die gesundheitliche Belastung der Mitarbeiter auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Filter in Atemschutzmasken enthalten meistens ebenfalls Aktivkohlefilter. In der Dunstabzugshaube können diese ebenfalls zum Einsatz kommen, um die Gerüche auszufiltern. Aktivkohlefilter werden in vielen weiteren Gebieten eingesetzt, zum Beispiel in der Trinkwasseraufbereitung oder in Aquarien.

Aber auch in anderen Bereichen kommen Aktivkohlefilter zur Anwendung: so sind zum Beispiel Computer-Festplatten mit Aktivkohlefiltern ausgestattet, damit kein Staub oder weiterer Schmutz eindringen und das Innenleben beschädigen kann. Selbst diverse Sorten Pfeifen- bzw. Zigarettenfilter enthalten Aktivkohle.

Aktivkohle kann neben der effizienten Luftreinigung auch zur Klärung von Schmutzwasser genutzt werden. Zwar ist sie nicht ganz so effektiv wie ein Keramikfilter, kann dafür aber neben kleinsten Schwebstoffen und chemischen Verunreinigungen auch Gerüche und unerwünschte Geschmacksstoffe, wie zum Beispiel Chlor aus dem Wasser filtern. Aktivkohlefilter werden aus diesem Grund auch zur Gewinnung von Trinkwasser eingesetzt. Selbst Bakterien werden von Aktivkohlefiltern absorbiert. Diese hohe Bindungsfähigkeit der Aktivkohle findet ihren Einsatz in der Medizin sowie auch in der Nahrungsmittelproduktion.

Es gibt sie für kleine Systeme der Trinkwasserbereitung zum Beispiel für Einzelnutzer in Wohnmobilen. Aber auch in der Industrie werden sie in großen Filteranlagen zur Wasserreinigung für Kühlanlagen genutzt. Auch Abwassersysteme werden im großen Stil mit Aktivkohlefiltern bestückt. Freilich gibt es zahlreiche andere Möglichkeiten der Aktivkohle-Verwendung. Zum einen als Pulverkohle, die vor der Filteranlage wirkt und zum anderen innerhalb der Filter als so genannte Kornkohle. Ein entscheidendes „Plus“ von Aktivkohle ist, dass sie durch Erhitzen recycelt und somit wieder verwendet werden kann.

Ionentauscher

Ionentauscher können im Handel als Säulen oder Membranen erhältlich sein, die von der zu behandelnden Flüssigkeit dann durchströmt werden. Ionentauscher bestehen aus Materialien, die in der Lage sind, gelöste Ionen durch andere Ionen zu ersetzen.

Die Ionen, die dadurch ausgetauscht werden sollen, werden am jeweiligen Material des Ionentauschers gebunden, dafür gibt dieses eine äquivalente Stoffmenge der zuvor gebundenen Ionen an die Lösung ab. In Geschirrspülern kommen zum Beispiel Ionentauscher zum Einsatz, die Calcium-Kationen aus dem Leitungswasser binden und gegen Natrium-Kationen, die an den Ionentauscher gebunden sind, austauschen. So kann erreicht werden, dass das Wasser für die Spülvorgänge frei von Calcium-Kationen ist.

Dabei ist zu beachten, dass der Ionentauscher nach einigen Anwendungen erschöpft ist und nach der Absättigung mit Calcium-Kationen wieder regeneriert werden muss. Der Regenerierungsvorgang für diese Art Ionentauscher in Spülmaschinen kann mit einer Lösung aus hochkonzentriertem Natriumchlorid – also Kochsalz – erreicht werden.

Da sich der Ionentauscher während des Regenerierungsvorgangs wieder mit Natrium-Kationen belädt, wird dies auch als das Beladen des Ionentauschers bezeichnet. Ionenaustauscher haben zum Beispiel im Boden eine natürliche Bedeutung. Hier sorgen diese dafür, dass für die Pflanzen Kationen verfügbar bleiben und nicht aufgrund von Regen ausgewaschen werden. Mit speziellen Kationen-Ionenaustauschern können im Rahmen der Altlastensanierung von Gewässern und Böden gezielt Schwermetallkationen daraus entfernt werden.

Reisefilter

In vielen Ländern sollte ein Wasserfilter verwendet werden, um die Wasserbeschaffenheit zu verbessern. Wasserfilter beseitigen Trübstoffe, Mikroorganismen oder gar im Wasser gelöste Substanzen, die unerwünscht und gesundheitsschädlich sind.

Reisefilter sind Wasserfilter, die auf Reisen in Gebiete mit keimbelastetem Wasser eingesetzt werden können. Diese bilden damit eine Alternative zum Abkochen des Wassers. In vielen Reiseregionen steht nur Wasser zur Verfügung, das entweder stark mit Keimen belastet ist oder einen extrem hohen Chlorgehalt aufweist. Daher ist es im Hinblick auf die eigene Gesundheit notwendig, das Wasser entweder abzukochen oder mit der einfacheren Variante des Reisefilters von den Keimen und Chlorbestandteilen zu befreien.

Die Reisefilter können kleine und leichte Geräte sein, die mit Adaptern an den unterschiedlichsten Wasserhähnen angeschlossen werden können. Als Reisefilter stehen auch tragbare, größere Geräte zur Verfügung, die über Pumpmechanismen für den Durchfluss sorgen und sehr gute Filtrationsergebnisse erzielen können.

Je nach Art und Qualität der Reisefilter können die Kartuschen abgekocht werden. Als Filter können in den Reisefiltern sowohl Aktivkohlefilter oder auch Keramikfilter beinhaltet sein.

Chlortabletten

Chlortabletten werden zur Reinigung und Desinfektion von Swimmingpools verwendet. Ohne Anwendung von Chlortabletten müsste das Wasser in den Pools nach einigen Tagen bereits wieder ausgetauscht werden, was einen enorm hohen Wasserverbrauch zur Folge hätte.

Wichtig ist bei der Anwendung von Chlortabletten, dass diese unbedingt in einem Schwimmer ins Becken gegeben werden müssen oder in eine Vorrichtung in der Pumpe. Eine weitere Möglichkeit ist auch, die Chlortabletten vor der Zugabe in den Pool mit Wasser aufzulösen. Denn falls die Chlortabletten mit der Schwimmbadfolie in Kontakt kommen, bleicht diese aus und die meist schöne blaue Farbe der Poolfolie wird an den einzelnen Stellen weiß. Dabei gibt es unterschiedliche Arten von Chlortabletten.

Einige Präparate sind so dosiert, dass diese wöchentlich ins Schwimmbecken gegeben werden müssen – andere halten über mehrere Wochen und geben immer nur die notwendige Menge beim langsamen Auflösen an das Wasser ab. Diese Variante der Dauerchlorierung ist praktisch und sorgt für ständig sauberes Wasser, ohne einen zu hohen Chlorgehalt aufzuweisen.

Weitere Unterschiede sind zwischen organischen und anorganischen Chlortabletten gegeben. Organische Chlortabletten sind kalkfrei und ideal zum Einsatz bei allen Wasserhärten, anorganische Chlortabletten sind besonders gut für weiches Wasser geeignet, um Pilze und Bakterien schnell abzutöten.

SODIS – Solar Water Disinfection

SODIS ist die Abkürzung aus den Worten Solar Water Disinfection. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, um Wasser zu entkeimen, das auf der keimtötenden Wirkung der UVA Strahlung, die unser Sonnenlicht enthält, basiert. SODIS wird als effektive Methode auf Haushaltsebene für Behandlungen von Wasser empfohlen.

Gerade in Entwicklungsländern, die oft Probleme mit verkeimtem Wasser haben, findet das Verfahren SODIS immer häufiger Anwendung. Das Wirkungsprinzip von SODIS ist ganz einfach – durch genügend lange Bestrahlung mit UVA Strahlen aus unserem Sonnenlicht werden Krankheitserreger weitgehend abgetötet. Dies stellt ein wirksames Mittel gegen Cholera, Darmerkrankungen und weitere Krankheiten dar, deren Erreger im Wasser leben und durch dieses übertragen werden können.

Steigen die Temperaturen auf über 50°C an, ist ein extremer synergetischer Effekt zu beobachten, dadurch wird eine weitere Steigerung der Effizienz von SODIS erreicht. Für das Verfahren Solar Water Disinfection werden keine großartigen Gerätschaften benötigt.

Es funktioniert ganz einfach in PET-Flaschen oder auch in normalen Trinkflaschen, die beide UV-Licht durchlässig sind. Fensterglas dagegen ist nicht geeignet, da dies nicht UV-durchlässig ist. Das mit Keimen und Bakterien verschmutzte Wasser wird in PET-Flaschen gefüllt bis etwa drei Viertel der Füllmenge. Danach kann zur Sauerstoffsättigung die Flasche etwa 20 Sekunden geschüttelt werden, bevor die Flasche ganz mit dem Wasser aufgefüllt wird. Die verschlossene Flasche wird anschließend für 6 Stunden waagrecht direkt der Sonnenstrahlung ausgesetzt – ist der Himmel bedeckt, sollte die Flasche länger exponiert bleiben, was bis zu 2 Tagen dauern kann.

Um die Wirksamkeit des SODIS Verfahrens nicht zu beeinträchtigen, ist es wichtig, die Expositionszeiten unbedingt einzuhalten. Seit 2001 wird dieses Verfahren zur Wasserentkeimung in über 30 Ländern angewendet. Bei verschiedenen Tests konnte nachgewiesen werden, dass das mit Erregern kontaminierte Wasser nach SODIS risikolos trinkbar ist. Eindeutig ist auch der Rückgang von Cholera, Durchfall-Erkrankungen und Salmonellen in den jeweiligen Test- bzw. Anwendergebieten.

Zugabe von Zusatzstoffen, Mineralstoffen, Salzen

Unser Körper braucht Mineralstoffe und Salze, die über die Nahrung und mit Mineralwasser aufgenommen werden. In trockenem Zustand handelt es bei den Mineralstoffen um Salze. Als Bestandteile in Wasser und anderen Getränken kommen die Mineralstoffe in Form von Ionen vor.

Die wichtigsten Mineralstoffe für unseren Körper sind Kalium, Calcium, Natrium, Chlorid, Magnesium, Sulfat und Phosphat. Da wir die Mineralstoffe beim Schwitzen wieder aus dem Körper ausscheiden, muss für eine ausreichende Zufuhr gesorgt werden. Unser Trinkwasser aus dem Wasserhahn enthält meist ziemlich wenig gelöste Mineralstoffe aufgrund der Wasserhärte.

Quellwasser und Tafelwasser beinhalten meist nicht einmal ein Gramm gelöste Salze je Liter. Erst ab einem Inhalt von über einem Gramm an gelösten Salzen handelt es sich bei Wasser um Mineralwasser. Die Zusatzstoffe, Mineralien und Salze in den unterschiedlichen Sorten an Mineralwasser unterscheiden sich dabei deutlich. So kann zum Beispiel der Natrium-Gehalt in Mineralwassern zwischen 13,9 mg pro Liter und 505 mg pro Liter schwanken.

Jeder Mineralstoff hat eine eigene Funktion in unserem Körper. Natrium und Chlorid bilden zusammen das Kochsalz. Natrium ist zuständig, um im Körper das Wasser zu binden und für den richtigen osmotischen Druck zu sorgen. Bei Verwendung von zu viel Natriumchlorid kann es zu erhöhtem Blutdruck kommen.

Kalium ist der Gegenspieler von Natrium und regelt den Wasserhaushalt in den Körperzellen. Bei zu hoher Kaliumzufuhr kann es zu Durchfall kommen. Calcium benötigt unser Körper als wichtigen Baustein für Knochen und Zähne - bei Kindern und Schwangeren ist der Bedarf an Calcium entsprechend hoch. Magnesium ist für den Stoffwechsel sehr wichtig und Phosphat ist ein wichtiger Wirkstoff im Körper und gleichzeitig ein Bestandteil unserer Knochen.

Entsalzung

Durch Meerwasserentsalzung (sprich: Desalination) kann Trinkwasser und Betriebswasser gewonnen werden. Dabei wird der extreme Salzgehalt des Meerwassers entsprechend verringert. Das Verfahren wird in der Zukunft immer wichtiger werden, da Süßwasser auf der Erde nur begrenzt vorhanden ist.

Um den natürlichen Salzgehalt aus dem Wasser zu entfernen, muss das Wasser zunächst gefiltert werden. Vorab wird das Öffnet internen Link im aktuellen FensterRohwasser von groben, stofflichen Verunreinigungen befreit. Anschließend wird ein Opens internal link in current windowAktivkohlefilter eingesetzt, das eventuelle Pestizide absorbiert.

Das allein genügt aber nicht, denn erst einmal müssen chemische Stoffe eingesetzt werden, um Bakterien und Keime unschädlich zu machen. So kommt hierbei unter anderem Chlor zum Einsatz, das anschließend wiederum aus dem aufbereiteten Wasser gefiltert werden muss. Gegen auftretende Keime wird mitunter sogar die direkte UV-Strahlung eingesetzt.

Der Zusatz verschiedener Säuren trägt zudem zu einer Senkung des ph-Wertes des Wassers bei. Das auf diese Weise von Salzen und Schadstoffen gereinigte Wasser kann letztendlich als Trinkwasser benutzt werden.

In der Praxis verhält es sich allerdings so, dass durch die extreme Filterung sämtliche Ionen aus dem Wasser entfernt wurden, sodass dem Wasser „ersatzweise“ neue, lebensnotwendige Salze hinzugefügt werden müssen.

Innovation: eine neue und noch effektivere Art der Entsalzung versprechen übrigens innovative Techniken aus dem Bereich der Nanoforschung. Zur Nachaufbereitung des Wassers nach der Entsalzung ist eine Calcit-Sättigung und Desinfektion erforderlich.

Da aus dem Wasser Salzlösungen in hochkonzentrierter Form entfernt werden, kann es bei den anfallenden Öffnet internen Link im aktuellen FensterAbwassern zu enormen Schwierigkeiten kommen.

Gleichzeitig fallen bei der Meerwasserentsalzung aber auch verwertbare Nebenprodukte an, wie zum Beispiel das Kochsalz (NaCl). Durch die verschiedenen Verfahren zur Entsalzung kann es unter anderem ermöglicht werden, das Problem des Mangels an sauberem Wasser oder der Verschmutzung des noch vorhandenen Süßwassers auf effiziente Weise zu lösen.

Dabei ist die Meerwasserentsalzung jedoch keine neuartige Methode, um Trinkwasser zu gewinnen – vielmehr wird dieses Verfahren bereits seit langer Zeit auf Inseln, Schiffen und U-Booten angewandt.

Destillation

Allein durch Erhitzen wird destilliertes Wasser aus „klassischem“ Leitungswasser gewonnen. Destilliertes Wasser ist nahezu frei von jeglichen Salzen, Mikroorganismen und sonstigen organischen Stoffen. Lediglich geringe Mengen leicht flüchtiger Verbindungen können in destilliertem Wasser noch enthalten sein.

Dieses reine Wasser kann zwar noch Ionen enthalten, die Leitung von elektrischem Strom ist allerdings nur noch sehr gering. Die Destillation erfolgt durch Verdampfen sowie durch die anschließende Kondensation des Wassers. Bei der Anwendung konventioneller Verfahrensweisen in Bezug auf die Wasserdestillation ist der Energieverbrauch enorm hoch. Daher wird im Alltagsgebrauch zumeist demineralisiertes Wasser verwendet, dessen Reinigung weniger aufwändig ist, da dieses durch Opens internal link in current windowIonentauscher gereinigt wird.

Durch die so genannte Umkehrosmose wird ein ähnlich sauberes Wasser wie bei der Destillation erzielt. Um jedoch besonders reines Wasser zu erhalten, ist eine einstufige Destillation nicht ausreichend; in diesem Fall ist vielmehr die zweifache oder gar dreifache Destillation notwendig, um die entsprechende Reinheit und Klarheit des Wassers zu erzielen. Für die Herstellung von mehrfach destilliertem Wasser wird ab dem zweiten Destillationsvorgang nicht mit Glasgefäßen, sondern mit Quarz- oder Platingefäßen gearbeitet.

Grund: bei der Verwendung von Glasgefäßen ist eine Verunreinigung des Wassers durch das Ablösen von geringen Spuren Kieselsäure möglich. Der Genuss von derartig hergestelltem Wasser ist in geringen Maßen ungefährlich, bei erhöhtem Konsum ist allerdings bei gleichzeitiger einseitiger Ernährung mit einer rapiden Unterversorgung des menschlichen Körpers an Elektrolyten zu rechnen.

Membrandestillation

Bei der Membrandestillation wird eine mikroporöse Membran eingesetzt. Diese lässt nur Wasserdampf durch und hält flüssiges Wasser zurück. Die Membrandestillation ist ein Entsalzungsverfahren, das die thermischen Vorgänge und das Membranverfahren kombiniert. Auf einer Seite der Membran ist das warme Salzwasser und auf der anderen Seite befindet sich eine Fläche, die kälter ist.

Die Anlage zur Membrandestillation funktioniert über den Gegenstrombetrieb. Dadurch besteht auf der ganzen Länge der Membran eine Temperaturdifferenz. Dies bewirkt eine Differenz im Wasserdampfpartialdruck, wodurch die Wassermoleküle von der warmen Seite der Membran auf die kalte Seite der Membran strömen. Das Material der Membran verhindert eine direkte Benetzung durch das flüssige Wasser.

Die sehr dünne Membran ist bei technischen Anlagen auf einem Kunststoffsieb montiert. Anlagen zur Meerwasserentsalzung, die mit Membrandestillation arbeiten, basieren auf dem Wärmeübertragungsprinzip. Kaltes Meerwasser strömt in die Anlage ein und wird anschließend erwärmt, um eine entsprechend hohe Temperaturdifferenz zu bewirken.

Ein Teil des Wassers verdampft und strömt in Dampfform durch die Membran, anschließend kondensiert der Wasserdampf an der Membranfläche und wird wieder abgekühlt. Der Vorteil der Membrandestillation liegt in dem geringen Energieverbrauch gegenüber anderen Verfahren zur Destillation von Wasser. Zur Aufheizung werden Sonnenenergie oder andere regenerative Energien genutzt. Durch die niedrigen Betriebstemperaturen bei der Membrandestillation werden die Ablagerungen in Rohrleitungen und Modulen der Anlage gering gehalten.

Umkehrosmose

Grünbeck Umkehrosmoseanlage GENO®-OSMO RO 125K

Mit Umkehrosmose werden Flüssigkeiten in gelöste Stoffe aufkonzentriert. Bei dem physikalischen Verfahren der Umkehrosmose wird dabei mit Druck eine Umkehr des natürlichen Osmoseprozesses bewirkt. Die Umkehrosmose kommt bei der Trinkwasseraufbereitung, bei der Abwasserbehandlung und auch beim Aufbereiten von Wasser für Aquarien zum Einsatz. Aber nicht nur Wasser wird durch Umkehrosmose aufbereitet – dasselbe Prinzip findet auch bei der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten Anwendung.

Bei der Umkehrosmose wird ein Behälter aus zwei Medien angewandt, die durch eine halbdurchlässige Membran getrennt sind. In einem der Medien wird die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert und auf der Gegenseite, in dem anderen Medium, wird die Konzentration entsprechend erhöht. Dabei wird der Stoff oder die Flüssigkeit in dem Behälter einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen entsteht, die Konzentration auszugleichen.

Dies hat zur Folge, dass die Moleküle der Flüssigkeit entgegen ihrer natürlichen, osmotischen Ausbreitungsrichtung in den Bereich strömen mit der geringeren Konzentration der gelösten Stoffe. Der osmotische Druck von Trinkwasser liegt unter 2 bar, der Druck, der für die Umkehrosmose von Trinkwasser erreicht werden muss, beträgt zwischen 4 und 30 bar. Dies ist abhängig von der verwendeten Membran und der Konfiguration der Anlage.

Flüssigkeiten haben keinen einheitlichen osmotischen Druck – im Gegenteil, dieser kann ziemlich unterschiedlich sein. Bei Meerwasser liegt der osmotische Druck zum Beispiel bei etwa 30 bar, wobei dies vom jeweiligen Salzgehalt abhängig ist. Entsprechend höher muss der innerhalb der Anlage verwendete Druck zur Umkehrosmose ausgelegt sein. Die osmotische Membran muss extrem hohem Druck standhalten können. Im Vergleich zum herkömmlichen Membranfilter haben Osmosemembranen keine durchgehenden Poren, sondern die Moleküle können durch die Membran hindurch wandern.

Das durch den Umkehrosmoseprozess gewonnene Wasser enthält extrem wenige Ionen, daher ist eine direkte Verwendung als Trinkwasser umstritten. Bevor ein mit Umkehrosmose behandeltes Wasser in das Trinkwassersystem eingespeist wird, werden diesem wieder Salze, bzw. Mineralstoffe zugefügt.

Entspannungsverdampfung

Die Entspannungsverdampfung ist ein Verfahren, mit dem eine Entsalzung des Meerwassers stattfindet. Das Meerwasser wird in speziellen Kraftwerken auf eine Temperatur von 115°C erhitzt und das dabei entstehende salzfreie Kondensat wird anschließend zur Weiterverwendung als Trinkwasser abgezogen.

Die Verdampfung findet in mehreren Stufen statt, weshalb auch von einer mehrstufigen Entspannungsverdampfung gesprochen wird. Der Wasserdampf setzt sich an Leitungen ab, die mit Kühlflüssigkeit gefüllt sind. Das Destillat muss vor der Verwendung als Trinkwasser mit Calciumhydrogencarbonat versetzt werden, damit es den für Trinkwasser richtigen Härtegrad und Salzgehalt bekommt. Die bei der Entspannungsverdampfung verbleibende Salzlake findet bei weiteren Verdampfungsprozessen als Kühlflüssigkeit Verwendung. Große Kraftwerke erzeugen auf diese Weise pro Tag mehrere Hunderttausend Kubikmeter Trinkwasser

Evaporationsschläuche

Im Gegensatz zu den üblichen Kraftwerken zur Meerwasserentsalzung, bei denen die Rohrleitungen und viele andere Bauteile aus Metallen bestehen, wurde von dem in Frankreich ansässigen Forschungszentrum namens CEA eine neuartige Anlage zur Meerwasserentsalzung entwickelt.

Hier bestehen die Bauteile überwiegend aus Kunststoff. Ein Vorteil der Evaporationsschläuche ist, dass sie wesentlich langlebiger sind als die Rohrleitungen aus Metall, bei denen eher mit einer Korrosion zu rechnen ist. Überdies sind bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Meerwasser nur noch Temperaturen um die 100°C notwendig, wodurch Planung und Bau einer solchen Anlage leichter umzusetzen sind als bei den herkömmlichen Anlagen. Dennoch ist das Wasser keimfrei und hat einen geringen Salzgehalt, sodass es die Vorgaben für Trinkwasserqualität erfüllt.

Gefrierverfahren

Grundsätzlich wird dieses nicht ganz unkomplizierte Verfahren bei der Trinkwasseraufbereitung bei der Entsalzung von Meerwasser angewendet. Hier bestehen die technischen Schwierigkeiten in der Regel immer darin, dass die gewonnenen Eiskristalle von der Mutterlauge abgetrennt und gereinigt werden müssen.

In der Regel gehen die Experten hier folgendermaßen vor, dass man sich das Verfahren der Verdampfung zunutze macht. Wenn Meerwasser also abgekühlt wird, entstehen kleine Kristalle, die aber frei von jeglichen Salzen sind. Will man diesen Vorgang rein energetisch betrachten, so wäre eigentlich das so genannte Auskristallisieren von Wasser viel günstiger als das Verfahren der Verdampfung oder der Rekondensation von Wasser.

Wird das Gefrierverfahren nun in der Praxis angewendet, so sprechen die Wissenschaftler hier vom so genannten thermischen Verfahren, es wird hier auf dem Prinzip der Verdampfung gearbeitet. Das Hauptproblem, welches hier immer wieder in den Vordergrund gestellt werden muss, ist die Rückgewinnung der eigentlichen Verdampfungsenergie.

Nach zahlreichen Tests und Versuchsläufen hat man sich nun auf das MSF-Verdampfungsverfahren festgelegt, welches bei der Trinkwasseraufbereitung zum Einsatz kommt und dies sehr erfolgreich. Das Verfahren wird auch als Multi stage flash evaporation bezeichnet und wird als bedeutendstes Verfahren in der Trinkwasseraufbereitung bezeichnet.

Hierbei kommt auch das Prinzip der Verdampfung zum Einsatz, die Verdampfung erfolgt aber im Speziellen hier in bis zu 30 hintereinander angeordneten Kammern. In den ersten Kammern erhitzt man nun das Meerwasser auf cirka 130 Grad Celsius, hier wird ein Teil des Meerwassers unter Abkühlung der so genannten Sole verdampfen.

Jetzt wird der Druck von Kammer zu Kammer mittels eines Vakuumssystems immer weiter reduziert. Somit wird ebenfalls gewährleistet, dass sich die Siedetemperatur immer weiter reduzieren lässt. Will man sich den Vorgang bildlich vorstellen, so kann man nun sagen, dass jetzt in jeder weiter folgenden Kammer also immer mehr Wasser verdampfen wird. Ist das restliche Wasser nun auf 30 Grad Celsius heruntergekühlt worden, wird es automatisch wieder in das Meer zurückgegeben.

Übrig geblieben ist Dampf, der kondensiert werden muss, hierzu benötigen die Wissenschaftler wiederum frisches Meerwasser, was man aber auch vorgewärmt anwenden muss. Bei dem Gefrierverfahren liegen die Kosten natürlich viel höher, wenn man Meerwasser entsalzen und als Trinkwasser aufbereiten möchte.

Aber durch das angewendete Opens internal link in current windowMembranverfahren stellt sich hier eine neue und auch etwas kostengünstigere Alternative dar. Allerdings sollte man auch sagen, dass sich die Kosten für das Gefrierverfahren und das Membranverfahren nach dem Salzgehalt des Meerwassers richten werden. Das Gefrierverfahren sollte also nur angewendet werden bei Wasser mit niedrigem Salzgehalt, also Brackwasser.

Elektrodialyse

Die Elektrodialyse ist ein weniger gängiges Verfahren zur Entsalzung von Meerwasser. Weiterhin kann die Elektrodialyse zur Wasserenthärtung sowie zum Entfernen von Nitrat aus dem Wasser verwendet werden. Diese geschieht insofern, dass die zu entfernenden Stoffe wie Nitrat oder Kalzium, die elektrisch geladen sind, mittels eines elektrischen Feldes aus dem Opens internal link in current windowTrinkwasser abgezogen werden.

Da die Inhaltsstoffe elektrisch geladen sind, spricht man hier auch von Ionen. Neben der Aufbereitung von Trinkwasser spielt die Elektrodialyse auch bei der Meerwasserentsalzung eine Rolle, wird aber hier nur bei einem geringen Salzgehalt angewendet. Bei einem hohen Salzgehalt ist die Elektrodialyse im Vergleich zu den anderen Verfahren nicht wirtschaftlich.