Themenwelt - Wasserbehandlung

19053, 19051

299.1.084 / V5

4 Verfahren zur Wasserbehandlung

4.1 Übersicht

Wasser in technischen Anwendungen stammt üblicherweise aus dem öffentlichen Trinkwassernetz und ist bereits umfangreichen Wasseraufbereitungsverfahren unterzogen worden. Das Trinkwasser aus dem öffentlichen Versorgungsnetz wird streng kontrolliert und wird als klare farblose Flüssigkeit, frei von störenden Gerüchen und schädlichen Bakterien oder Substanzen, jedoch angereichert mit lebenswichtigen Mineralien und Salzen geliefert. Dieses Wasser besitzt Lebensmittelqualität, d. h. es entspricht den Anforderungen des Lebensmittelgesetztes (LMG), kann aber für technische Anwendungsbereiche u. U. ungeeignet sein.

Das von der Netzbetreiberin gelieferte Trinkwasser kann entsprechend seines Verwendungszwecks nachbehandelt werden.

Für eine Trinkwassernachbehandlung müssen folgende Kriterien immer berücksichtigt werden:

Die Zweckbestimmung des Wassers
Die chemischen und mikrobiologischen Anforderungen
Die Betriebsbedingungen
Die Wassertemperatur
Die Werkstoffe für die Leitungen und die Apparatur
Die Gesetze, Normen und Richtlinien

Bei den einzelnen Trinkwasseraufbereitungsverfahren muss auf folgende Faktoren geachtet werden:

Das im Versorgungsgebiet verteilte Trinkwasser kann in der Härte und Zusammensetzung Schwankungen unterliegen.
Bei der Zugabe von chemischen Mitteln müssen die gesetzlichen Bestimmungen eingehalten werden.

Mögliche Verfahren zur Wasserbehandlung sind:

Ionenaustausch	Enthärtung Teilentsalzung (Entkarbonisierung) Vollentsalzung Elektrodeionisation
Filtration (Membrantechnologie)	Aktivkohlenfiltration Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration Umkehrosmose
Physikalische Verfahren	Magnete Kalkwandler Elektrodynamische Wasserbehandlung Wasserbehandlung durch Zugabe von Kohlendioxid (z. B. mit CalcFree)
UV-Bestrahlung	Desinfektion
Alternative/esoterische Verfahren	Grander® Wasserbehandlung Wasserbelebung, Levitierung Beimpfung mit Wässern aus besonderen Quellen (z. B. Lourdes)

Die behandelten Wässer weisen je nach Verfahren unterschiedliche chemische, physikalische und mikrobiologische Eigenschaften auf, die in den nachfolgenden Kapiteln aufgeführt werden. Bei den verwendeten Materialien sind die Hinweise und Einschränkungen zu den einzelnen Einsatzbereichen zu beachten.

Angaben zum Einsatzbereich von Nussbaum Produkten 👉 Materialeinsatz Nussbaum Produkte.

Fachwissen, Erläuterungen, Lösungsmöglichkeiten oder Zusammenfassungen der Anforderungen können den jeweiligen SVGW-Merkblättern entnommen werden. z. B.:

Der Einbau von Trinkwassernachbehandlungsanlagen bedarf einer Installationsbewilligung durch die zuständige Netzbetreiberin.
Bei der Trinkwassernachbehandlung müssen die Bestimmungen der Lebensmittel- und Gebrauchsgegenständeverordnung bzw. die Fremd- und Inhaltsstoffverordnung eingehalten werden.
Der Anlagebesitzer ist verpflichte die Trinkwassernachbehandlungsanlage gemäss der Verordnung über Trink-, Quell- und Mineralwasser regelmässig zu kontrollieren und zu warten.

4.2 Ionenaustausch

4.2.1 Enthärtung

4.2.1.1 Funktionsprinzip

Die im Wasser gelösten Kalzium-und Magnesiumionen (Ca²⁺, Mg²⁺) werden mittels eines stark sauren Kationenaustauschers gegen Natriumionen (Na⁺) ausgetauscht. Damit wird in der weiteren Verwendung ein Ausfällen von unlöslichen Karbonaten (Kalk) vermieden.

Das Ionenaustauscherharz wird mittels konzentrierter Natriumchloridlösung (NaCl) regeneriert. Dabei wird so viel Natrium über den Austauscher geleitet, dass dieser die Magnesium- und Kalziumionen wieder frei gibt. Diese werden danach zusammen mit dem überschüssigen Natrium weggespült.

Enthärtungsgrad	< 0.02 mmol/l (nahezu komplett enthärtet)
Gesamtsalzgehalt	6 mmol/l (unverändert)
Elektrischer Leitwert	700 µS/cm (unverändert)

Eigenschaften enthärtetes Wasser

4.2.1.2 Einsatzbereiche

Enthärtetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Einfamilien- und Mehrfamilienhäuser Autowaschstrassen Gastronomie (Geschirrspüler, Kaffeemaschinen) Flaschenwaschanlagen	✔	✔	✔

✔	wird eingesetzt

4.2.2 Teilentsalzung

4.2.2.1 Funktionsprinzip

Die im Wasser gelösten Kalzium- und Magnesiumionen (Ca²⁺, Mg²⁺) werden mittels eines schwach sauren Ionenaustauschers gegen Wasserstoffionen (H⁺) ausgetauscht. Die Nichtkarbonathärte und die Neutralsalze bleiben unbeeinflusst.

Das Ionenaustauscherharz wird mittels Salzsäure (HCl) regeneriert.

Enthärtungsgrad	Komplett enthärtet
Gesamtsalzgehalt	1 mmol/l (um 10 … 20 % reduziert)
Elektrischer Leitwert	180 µS/cm (gesunken)
Aggressivität	Erhöht (durch nicht ausgegaste Kohlensäure)

Eigenschaften teilentsalztes Wasser

Die Teilentsalzung ist das einzige Verfahren, das als Entkalkung bezeichnet werden kann. Sie eignet sich besonders gut für Wasser, bei dem das Verhältnis von Karbonathärte zu Gesamthärte bei über 70 % liegt.

4.2.2.2 Einsatzbereiche

Die Teilentsalzungsanlage ist sehr wirtschaftlich und eignet sich für grosse Wasserbezüge, deren Dampfqualität nicht den höchsten Ansprüchen genügen muss. Sie ist jedoch anfällig für Änderungen der gelieferten Rohwasserqualität.

Teilentsalztes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Kühltürme Gastronomie (Geschirrspüler, Kaffeemaschinen) Getränkeautomaten Flaschenwaschanlagen	✔	✔*	✘

*	nur mit Formstücken und Armaturen aus Edelstahl zugelassen
✔	wird eingesetzt
✘	wird nicht eingesetzt

4.2.3 Vollentsalzung

4.2.3.1 Funktionsprinzip

Alle Ionen im Wasser werden durch mindestens 2 Ionenaustauscherharze (1 Kationenaustauscher und 1 Anionenaustauscher) entfernt. Der stark saure Kationenaustauscher ersetzt alle Kationen durch Wasserstoffionen (H⁺) und verwandelt die Salze in freie Säuren. Dieses säurehaltige Wasser wird mittels eines Rieslers über einen stark alkalischen Anionenaustauscher geleitet. Die mineralischen Säuren werden damit zu Wasser.

Werden der Kationenaustauscher und der Anionenaustauscher in einem Filterbett vermischt, so spricht man von einem Mischbett. Mischbett-Vollentsalzungsanlagen können in aller Regel nicht vor Ort regeneriert werden. Sie werden vorwiegend in Vollentsalzungspatronen im Tausch- oder Mietsystem geliefert. Das erschöpfte Harz wird dann werksseitig in Regenerierstationen voneinander getrennt und mit den entsprechenden Reagenzien regeneriert, desinfiziert und anschliessend wieder in die Patronen verfüllt.

Bei stationären Anlagen mit grösserer Kapazität wird der Kationen- und Anionentauscher jeweils separat in einem Druckbehälter verfüllt. Das Wasser durchströmt dann nacheinander beide Tauschersäulen. Die Regeneration des Kationentauschers erfolgt vor Ort mit einer verdünnten Säure, z. B. Salzsäure, die des Anionenatuschers mit einer verdünnten Base, z. B. Natronlauge. Als Polizeifilter kann nachfolgend noch eine Mischbettpatrone angeordnet werden. Bei diesem Verfahren werden erhöhte Sicherheitsanforderungen an das Bedienpersonal und die Sicherheitseinrichtungen gestellt.

Enthärtungsgrad	Nahezu komplett enthärtet
Gesamtsalzgehalt	< 0.01 mmol/l (reduziert)
Elektrischer Leitwert	< 0.2 µS/cm (gesunken)
pH-Wert	> 7 (alkalisch)

Eigenschaften vollentsalztes Wasser

4.2.3.2 Einsatzbereiche

Vollentsalztes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Labor Pharmabereich Galvanik Druckerei Klimaanlagen Elektronik Optische Industrie	✘	✔*	✘

*	nur mit Formstücken und Armaturen aus Edelstahl zugelassen
✔	wird eingesetzt
✘	wird nicht eingesetzt

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.2.4 Elektrodeionisation

4.2.4.1 Funktionsprinzip

Bei der Elektrodeionisation findet eine Vollentsalzung in Kombination aus Ionenaustausch und Elektrodialyse statt. Vor der Vollentsalzung durch Elektrodeionisation wird das Rohwasser in Vorstufen durch Filtration und Umkehrosmose aufbereitet.

Enthärtungsgrad	ca. 99 %
Gesamtsalzgehalt	Reduziert
Elektrischer Leitwert	< 0.1 µS/cm (gesunken)

Eigenschaften entionisiertes Wasser

4.2.4.2 Einsatzbereiche

Entionisiertes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Labor Pharmabereich Galvanik Gesundheitswesen Herstellung von Kosmetika Herstellung von Fotovoltaikmodulen Spülwasser Oberflächentechnik	✘	✔*	✘

*	nur mit Formstücken und Armaturen aus Edelstahl zugelassen
✔	wird eingesetzt
✘	wird nicht eingesetzt

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.3 Membrantechnologie

4.3.1 Funktionsprinzip

Bei der Aktivkohlefiltration werden Geruchs- und Geschmacksstoffe, Schwermetalle, Staub und Chemikalien entfernt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass durch die grosse Oberfläche der Aktivkohle eine hohe Verkeimungsgefahr besteht.

Bei der Flächenfiltration werden die Feststoffe an einer dünnen, flächenartigen Filterschicht abgetrennt. Dabei kommen hauptsächlich physikalische Abtrennungsmechanismen zum Tragen. Eine spezielle Form der Flächenfiltration stellen die Membranverfahren dar. Mikro-, Ultra- und Nanofiltration unterscheiden sich in der Funktionsweise nur durch die Porengrösse der Membrane. Je kleiner die Poren sind, umso grösser muss die angelegte Druckdifferenz sein, um das Wasser durch die Membrane zu pressen.

Bei der Mikro- Ultra- und Nanofiltration werden Partikel unterschiedlicher Grösse im Nanometer-Bereich entfernt. Es ist möglich, Wasser so fein zu filtern, dass es nach der Verarbeitung praktisch frei von Feststoffen ist.

Viren und Pestizide werden vor allem mit Ultrafiltrationsmodulen abgeschieden.

4.3.2 Einsatzbereiche Aktivkohlefiltration

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Eigenwasserversorgung Entfernung von Spurenstoffen	✔	✔	✔

✔	wird eingesetzt

4.3.3 Einsatzbereiche Mikro- Ultra- und Nanofiltration

Art der Filtration	Partikelgrösse	Anwendung	Bemerkung	Einsatz für Trinkwasser
Mikrofiltration	≥ 100 nm	Lebensmitteltechnik Pharmabereich Abwasseraufbereitung Vorfilter für Umkehrosmose Filter Hausinstallation	Gröbste Membranfilterung	✔
Ultrafiltration	≤ 10 nm	Pharmabereich Trinkwasseraufbereitung	Entfernt auch kleinste Mikroorganismen wie Viren (Durchmesser > 100 nm), wirkt als Keimbarriere. Gilt als Zukunftstechnologie zur Aufbereitung von Grundwasser und mit Oberflächenwasser penetriertem Quellwasser.	✔
Nanofiltration	≤ 1 nm	Wasseraufbereitung von Produktionsabwässern	Entfernt chemische Bestandteile wie Arzneimittelrückstände, Huminstoffe, Sulfat, Härtebildner, organische Spurenstoffe (Pestizide) und Schwermetalle	✘

Art der Filtration

Partikelgrösse

Anwendung

Bemerkung

Einsatz für Trinkwasser

Mikrofiltration

≥ 100 nm

Lebensmitteltechnik
Pharmabereich
Abwasseraufbereitung
Vorfilter für Umkehrosmose
Filter Hausinstallation

Gröbste Membranfilterung

✔

Ultrafiltration

≤ 10 nm

Pharmabereich
Trinkwasseraufbereitung

Entfernt auch kleinste Mikroorganismen wie Viren (Durchmesser > 100 nm), wirkt als Keimbarriere.

Gilt als Zukunftstechnologie zur Aufbereitung von Grundwasser und mit Oberflächenwasser penetriertem Quellwasser.

✔

Nanofiltration

≤ 1 nm

Wasseraufbereitung von Produktionsabwässern

Entfernt chemische Bestandteile wie Arzneimittelrückstände, Huminstoffe, Sulfat, Härtebildner, organische Spurenstoffe (Pestizide) und Schwermetalle

✘

✔	wird eingesetzt
✘	wird nicht eingesetzt

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.3.4 Umkehrosmose

4.3.4.1 Funktionsprinzip

Der Osmose liegt ein fundamentales Naturgesetz zugrunde, welches besagt, dass sich zwei unterschiedliche Zustände immer ausgleichen wollen. Sind 2 Salzlösungen mit unterschiedlicher Konzentration durch eine halbdurchlässige Membrane (Membrane, welche nur Wasser durchlässt) getrennt, wird in die Lösung mit dem höheren Salzgehalt solange Wasser aus der Lösung mit dem niedrigeren Salzgehalt eintreten, bis der Salzgehalt auf beiden Seiten ausgeglichen ist. Je höher der Konzentrationsunterschied der beiden Lösungen ist, desto stärker ist die Triebkraft der Angleichung. Diese Triebkraft wird als osmotischer Druck bezeichnet.

Bei der Umkehrosmose wird das Wasser mit mechanischem Druck entgegen seiner normalen Diffusionsrichtung durch eine halbdurchlässige Membrane mit ultrafeinen Poren gepresst. Dabei findet ein molekularer Trennungsprozess statt. Alle Fremd- und Schadstoffe werden zurückgehalten und man erhält fast zu 100 % reines Wasser.

Um einen Wasserstrom gegen den osmotischen Druck zu erzeugen, muss Energie in Form des mechanischen Drucks aufgewendet werden.

Enthärtungsgrad	ca. 98 %
Gesamtsalzgehalt	< 0.8 mmol/l (reduziert)
Elektrischer Leitwert	10 µS/cm (gesunken)

Eigenschaften Osmose-Wasser

4.3.4.2 Einsatzbereiche

Osmose-Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Labor Pharmabereich Gesundheitswesen Herstellung von Kosmetika Spülwasser Oberflächentechnik Herstellung von Fotovoltaikmodulen	✔*	✔**	✘

*	nur in Ausnahmefällen sinnvoll, z. B. auf hoher See, oder in Regionen ohne Wasseraufbereitungsanlagen
**	nur mit Formstücken und Armaturen aus Edelstahl zugelassen
✔	wird eingesetzt
✘	wird nicht eingesetzt

Nussbaum Produkte sind für Reinstanwendungen oder für den Transport von Medien mit erhöhten Reinheitsanforderungen (z. B. Reinstwässer oder medizinische Gase) nicht geeignet.

4.4 Physikalische Verfahren

4.4.1 Funktionsprinzip

Charakteristisch für physikalische Verfahren der Wasserbehandlung ist, dass sich die chemische Zusammensetzung des Wassers nicht verändert. Die Härtebildner und die Karbonate werden aus dem Wasser nicht entfernt, sondern nur daran gehindert, sich an ungewünschten Stellen abzulagern.

Verfahren	Funktionsprinzip	Bemerkungen
Magnete	Mit Hilfe von elektrischen oder magnetischen Feldern wird die Kalkstruktur verändert und die Kalkablagerung verhindert.	–
Kalkwandler	Das Verfahren beruht auf dem Prinzip der Impfkristallbildung. Der Kalkwandler arbeitet mit einer speziellen Oberfläche, die auf einem kleinen Keramikgranulat hinterlegt ist. Bei Kontakt des Trinkwassers mit dieser Keramikoberfläche bilden sich auf natürliche Weise Impfkristalle. Der im Wasser gelöste Kalk lagert sich bevorzugt an diesen Kalkkristallen an. Dadurch schwimmt der im Wasser befindliche Kalk nur noch mit, bis er bei der Wasserentnahme aus dem Rohrleitungsnetz ausgeschwemmt wird, und fällt nicht mehr aus.	–
Elektrophysikalisch	Das Verfahren wirkt sich direkt auf das Kalk-Kohlensäure-Verhältnis aus. Die Wirkung erfolgt ohne Hilfs- und Zusatzstoffe. Elektrodenpaare regen den Kalk zur Bildung von Kristallen an. Die Kristalle verlieren ihre Fähigkeit, sich an Rohren festzusetzen und werden mit dem Wasserstrom vollständig aus der Installation geschwemmt. Wichtige Mineralien bleiben jedoch im Wasser enthalten.	Nachgewiesener Wirkungsgrad von bis zu 30 %
Mit CO₂ CalcFree	Eine minimale Menge CO₂ wird abhängig vom Härtegrad, der Temperatur und dem Wasserverbrauch zum Wasser dazugegeben. Kalk bleibt im Wasser gelöst und fällt nicht mehr aus. Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht kann bis auf eine Warmwassertemperatur von 90 °C angehoben werden.	Durch Überdosierung von CO₂ lässt sich sogar bestehender Kalkstein langsam abbauen. Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht wird minimal auf die CO₂-Überschussseite eingestellt. Das überschüssige CO₂ ist aggressiv und kann vorhandenen Kalk abbauen, aber auch Korrosion an Kupferleitungen und Formstücken aus Rotguss verursachen.

Wassereigenschaften:

Keine Veränderung der Wasserzusammensetzung
Der enthaltene Kalk wird durch Kristallisation in Lösung gehalten.

4.4.2 Einsatzbereiche

Mit physikalischen Verfahren aufbereitetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Trinkwasseraufbereitung in Ein- und Mehrfamilienhäusern	✔	✔	✔

✔	wird eingesetzt

4.5 UV-Bestrahlung

4.5.1 Funktionsprinzip

Die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ist hauptsächlich ein Desinfektionsverfahren. Die Wirkung basiert auf der Beschädigung des Erbguts der Mikroorganismen. Dadurch kommt es zum Verlust der Teilungsfähigkeit. Keime können sich nicht mehr vermehren.

Vorteile:

Nebenproduktfreie Desinfektion ohne Einsatz von chemischen Mitteln
Keine Beeinträchtigung von Geruch und Geschmack des Trinkwassers

Nachteile:

UV-Verfahren bietet keinen Netzschutz. Um eine Wiederverkeimung im Netz zu vermeiden, ist entweder ein biologisch stabiles Wasser oder ein zusätzlicher Netzschutz (Chlor, Chlordioxid) erforderlich.
UV-Strahlung muss direkt auf die Mikroorganismen einwirken können. Das Wasser darf keine Trübungen aufweisen, die die Mikroorganismen durch Abschattungen schützen können.

4.5.2 Einsatzbereiche

Mit UV-Bestrahlung aufbereitetes Wasser wird in folgenden Bereichen eingesetzt:

Anwendung	Einsatz für Trinkwasser	Einsatz mit Optipress	Einsatz mit Optiflex
Trinkwasserbehandlung in der Wasserversorgung Abwasseraufbereitung	✔	✔	✔

✔	wird eingesetzt

4.6 Esoterische Verfahren

Esoterische und rituelle Verfahren sollen verschiedene individuelle Bedürfnisse abdecken. Sie sind durch die klassische Wissenschaft nicht belegt und ihre Anwendung liegt im Ermessen des Benutzers.

In der Regel bergen sie keine Gesundheitsrisiken, sofern eine Verkeimung des Wassers ausgeschlossen wurde.

Bei der Beimpfung mit Wässern aus besonderen Quellen muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Impfwasser hygienisch einwandfrei ist, um Gesundheitsrisiken zu vermeiden.

4.7 Vergleich chemisch-physikalischer Parameter behandelter Wässer

Durch einige Verfahren zur Wasserbehandlung wird die Zusammensetzung des Wassers im Vergleich zu Rohwasser verändert. Der Anteil von Magnesium- Kalzium- und Natriumionen sowie von Karbonaten und anderen Salzen ändert sich je nach Wasserbehandlung. Diese Änderungen wirken sich auch auf die elektrische Leitfähigkeit des Wassers aus, die durch die Anzahl der sich frei bewegenden Ionen bestimmt wird.

Chemisch- physikalische Parameter behandelter Wässer im Vergleich