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Wasser-Informationsportal

 

 

 

 

Technologien für das Wasser, Verfahren der Desinfektion

Dipl.-Wirtschaftsgeograph Pascal Ehrhardt

pascal-ehrhardt@arcor.de

HINWEIS: Im folgenden Text dargelegte Aussagen zum Verfahrensvergleich der verschiedenen Methoden der Wasseraufbereitung sind zur Information bestimmt. Folgende Aussagen geben ausschließlich die Meinung des Autors wieder.

 1.         Chlor

Die an den Verwendungsort angelieferten Chlorverbindungen, meist Chlorgas, aber auch als Chlorbleichlauge (Flüssigchlor oder Festchlor) werden entweder manuell, halb- oder vollautomatisch in das Rohwasser zudosiert. Diese herkömmliche und einfache Methode ist die meistangewandte Verfahrenstechnik zur Entkeimung und Desinfektion von Wasser und unterliegt den Unfallverhütungsvorschriften (UVV) "Chlorung von Wasser". Sie birgt Gefahrenpotentiale für die Gesundheit der Schwimmbadbenutzer und Betreiber, betriebliche Unsicherheitsmomente und unter Einrechnung aller Betriebskosten Unwirtschaftlichkeit in sich. Bei ungenügender Voraufbereitung des Rohwassers ist die Bildung unerwünschter Nebenprodukte hoch und daher die Reinwasserqualität mangelhaft.

 

Badespaß endet in Chlorgas-Wolke

59 Verletzte bei Unfall im Alpamare – Ventil zu weit geöffnet              01-06-2002 Münchner Merkur

 

2.         Ozon

Ozon wird zur Desinfektion überwiegend in Verbindung mit Chlor eingesetzt (kombinierte Verfahren). Es wird aus der Umgebungsluft durch stille elektrische Entladung vor Ort erzeugt. Ozon ist hoch toxisch und daher im reaktiven Zustand noch gefährlicher als Chlor für Haut, Schleimhäute und Lungen. Der Chloreinsatz kann bis zu etwa 20 % reduziert werden, dieser Vorteil steht jedoch in keinem Verhältnis zum Aufwand und zur Gefährdung. Das Ozon muss daher dem Reinwasser spezieller Absorbtionsverfahren wieder entzogen werden. Ozonanlagen wurden von vielen Betreibern stillgelegt, da der apparative Aufwand zu hoch und die Störanfälligkeit zu groß sind. Die Lagerungs- bzw. Dosierungsprobleme der konventionellen Chlorung werden durch die Ozonung nicht aufgehoben.

3.         Chlordioxid

Chlordioxid wird häufig nur in Verbindung mit Chlorungsanlagen eingesetzt und unterliegt ebenfalls den UVV "Chlorung von Wasser". Die Herstellung des Chlordioxids muss am Ort der Verwendung aus Chlorit und Säure oder aus Chlorit und Chlorgas geschehen, da es instabil und somit nicht lagerfähig ist. Explosionsgefahr besteht bei Ausgasung, Störfälle wie bei Chlorgas sind möglich. Die stöchiometrische Genauigkeit der Dosierung ist in der Praxis kaum einzuhalten, so dass meist Restbestände der Ausgangskomponenten im behandelten Wasser nachweisbar sind. Obwohl seit Ende der 70er-Jahre abgelehnt, kommt dieses Verfahren vereinzelt zum Einsatz.

4.         UV-Entkeimung

Die UV-Entkeimung bietet keine nachhaltige Depotwirkung und ist problemhaft bei trüben Wässern. Die bei bestimmten Wellenlängen des Bestrahlungsspektrums induzierte Bildung von Ozon kann Korrosionsprobleme hervorrufen. Sie ist nicht konform mit der DIN 19643 (Badewasseraufbereitung) und nur bedingt als Einzellösung in der Trinkwasseraufbereitung oder Abwasserdesinfektion anwendbar. Eine Sicherung von (Trink-) wasserführenden Versorgungsanlagen oder eine Bevorratung von Wasser ist mit der UV-Entkeimung als Einzelverfahren entgegen oft verbreiteten Behauptungen verfahrensbedingt unausreichend.

5.         Konkurrenz innerhalb der elektrochemischen

Chlor-Elektrolyseverfahren

Zur EC (Anodischen Oxidation) artverwandte Verfahren, wie z. B. die so genannte Schwachstrom- oder Salzwasserelektrolyse (bezeichnen sich teilweise auch als Anodische Oxidation) und die konventionelle Elektrolyse  basieren entweder auf der Benutzung von Opferanoden oder von Plattenelektroden, Elektroden aus Streckmetall und/oder Rohrelektroden mit deutlicher Abnutzung im Betrieb, was zu einem geringeren Wirkungsgrad und wegen einer notwendigen zusätzlichen Aufsalzung des zu behandelnden Wassers zu größerem Aufwand an Betriebsmitteln und einer erheblichen Zunahme des Korrosionspotentials führt. Darüber hinaus bieten diese Verfahren keine große Verfahrenssicherheit, auch bedingt durch eine zurückgebliebene apparative Technik, einer technisch nicht abgesicherten Selbstreinigung der Systeme mit nachfolgender Zerstörung der Elektroden z. B. durch Umpoltechnik.

 

Zwei Verfahrensgruppen haben sich herauskristallisiert:

Einfache Verfahren ohne Membranzellen

Verfahren mit Membranzellen

 

     5.1. Einfache Verfahren

Die Verfahren ohne Membranzellen führen zur Aufsalzung von Kreislaufwasser (Badebecken- oder Zirkulationswasser) durch Salzeinschleppung aus dem Reaktionsablauf. Die Salz-Elektrolyse ist ein Off-line-Verfahren mit einer begleitenden Alkalisierung des Wassers durch Erzeugung von Natriumhypochlorit (Lauge). Das Grundprinzip des Verfahrens ist die Erzeugung von Flüssigchlor durch Salzelektrolyse vor Ort. Die Problematik des Sammelns, des Lagerns und des Dosierens von Chemikalien ist daher nicht aufgehoben. Chlor wird auch in diesem Verfahren in konzentrierter Form zur Oxidation gebracht und kann daher zu den spezifischen Störfällen der konventionellen Chlordosierung führen. Die zusätzliche punktuelle konzentrierte Wasserstofferzeugung birgt Explosionsgefahr in sich.

Eine Enthärtung des Betriebswasser mit Ionenaustauscher ist notwendig, da die Belagsbildung auf den Elektroden unterbunden werden muss. Eine kurze Elektrodenlebensdauer von höchstens 6 Jahren und ein relativ hoher apparativer Aufwand sowie eine aufwendige Wartung und Pflege lassen den Vorteil gegenüber der klassischen Chlorung in den Hintergrund treten.

5.2. Verfahren mit Membranzellen

Bei Verfahren mit Membranzellen entsteht durch Trennung des Kathoden- und Anodenraumes eine nur geringe und kaum nachweisbare Salzeinschleppung. Sonst bestehen die gleichen Gegebenheiten wie für die einfache Elektrolyse mit der Einschränkung, dass die empfindlichen Membranen nur bei permanentem Gebrauch begrenzt haltbar bleiben und somit nicht für Standby-Systeme geeignet sind.

Insgesamt arbeiten die konventionellen in situ-Elektrolyseverfahren mit einer eingeschränkten Prozesseffizienz. Bei Süßwasser benötigt die Elektrolyse einen ungleich höheren Salzbedarf, bei ex situ-Verfahren ergeben sich Dosier- und Geruchsproblematik und ähnliche Risiken wie bei den konventionellen Chlorungsverfahren.

 

6.         Membrantrennverfahren / UO

Membrantrennverfahren, die sich in Mikro-, Ultra-, Nanofiltration und Umkehrosmose (UO) unterteilen lassen, arbeiten meistens im Crossflow-Verfahren bei unterschiedlich hohen Drücken, wobei das aufzubereitende Wasser an den Membranoberflächen tangential entlang strömt und das Reinwasser (Permeat) die Membran im Querstrom penetriert.

Membranverfahren erfordern mit zunehmender Trennschärfe hohe Investitionskosten und werden vornehmlich zur Fest-/Flüssigtrennung sowie zur Entsalzung eingesetzt.

Die Entkeimung (Abtrennung von lebenden Mikroorganismen) ist eher ein Nebeneffekt und bietet keinen Schutz gegen Neu- bzw. Wiederverkeimung. Eine Sicherung von (Trink-) wasserführenden Versorgungsanlagen oder eine Bevorratung von Wasser ist mit Membrantrennverfahren als Einzelverfahren unausreichend.

Zur korrekt-wissenschaftlichen und fundierten Qualifizierung der verschiedenen Verfahren der Entkeimung von Trinkwasser dient die in der Tabelle dargestellte Übersicht.

  

 

Direktverfahren

 

Das Verfahren der thermischen Desinfektion erreicht im Praxiseinsatz nur eine begrenzte Wirkeffizienz. Die Begründung findet sich schnell in einer physikalisch Grundwahrheit: In Wasserversorgungsnetzen, auch innerhalb eines Gebäudes, müsste die Wassertemperatur auf weit über 100°C in den Wasserboilern erhitz werden um an allen zu erreichenden Stellen die Desinfektionstemperatur vom mindestens 70°C zu erreichen und zu halten. Dieses ist aber naturgemäß unter gewöhnlichen Bedingungen nicht möglich. Trotz der sehr weiten Verbreitung dieser Methode ist es daher nicht weiter verwunderlich, dass klinische Kreise die mangelhafte Effizienz dieser Methode untermauern.

Die Aktivsauerstoff-Methode wird nur singulär im Privatschwimmbad sowie im Ausland in der Privattrinkwasserversorgung verwandt, mit mäßigem hygienischen Erfolg (Problem der Nebenreaktionen). Wasserstoffperoxyd (H2O2) ist sehr giftig und darf auch nicht in Spuren im Trinkwasser nachweisbar sein. Relativ teuer als Dosiermittel erweist sich zusätzlich die Entkeimungsgeschwindigkeit von Wasserstoffperoxyd als der von Chlor weit unterlegen.

Die hier nicht weiter erläuterten Verfahren der Kupfer-Silberung sind nach TVO unzulässig, können doch Verfahrensbedingt gerade in Zirkulationssystemen die Grenzwerte nicht bestimmt eingehalten werden.

Die meisten konventionellen Verfahren der Wasseraufbereitung können daher bei den meisten Anforderungen nur als kombinierte Verfahren zum Einsatz kommen, so als Chlor-Ozon-, Chlor-Dioxid-Verfahren, oder UV-Ultraschall- bzw. UV-Chlor-Verfahren. Mit jedem Zwischenschritt der Entkeimung erhöht sich die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems, verschlechtert sich die Methodenkontrolle und somit die Betriebssicherheit bei steigenden Kosten. Das eigentliche Ziel ist daher meistens verfehlt.

 

Verfahren

Kaufpreis

Unter-halts-kosten

Risikofaktor

für

Bade-wasser

für Trinkwasser

für

Salz-wasser/

Trübung

Wasser-

qualität

EC-Technik

100%

100%

0

JA

JA

JA

sehr gut

Chlordosierung

30%

180%

SEHR HOCH

JA

JA

NEIN

gut bis sehr schlecht

Ozon

110%

150%

SEHR HOCH

JA

bedingt JA

NEIN

gut

Chlordioxid

90%

180%

SEHR HOCH

NEIN

bedingt JA

NEIN

schlecht

UV

80%

130%

0

NEIN

eher NEIN

NEIN

gut

Elektrolyse

(ex-situ)

70%

180%

HOCH

JA

JA

JA

mittel bis schlecht

 

Der offensichtliche Einzelnachteil der EC-Technik, welcher in den Anschaffungskosten zu sehen ist, wird daher zum Ziele einer besseren Wirksamkeit und Verträglichkeit des Verfahrens im Gesamtsystem der Wasseraufbereitung mittels Vergleichsamortisation so z. B. über die Unterhaltkosten kurzfristig kompensiert werden.

Obere Abbildung stellt zusammenfassend alle Verfahren nach Stand der Technik der Wasseraufbereitung graphisch und vergleichend gegenüber.