Reichelt Chemietechnik Magazin
Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurde in Deutschland die Trinkwasserversorgung als ein Bestandteil der kommunalen Daseinsvorsorge ausgebaut. Heute sind in Deutschland rund 6.200 Wasserversorgungsunternehmen tätig. Die Trinkwasseraufbereitung ist je nach Qualität des Rohwassers mehr oder weniger aufwändig, denn Trinkwasser muss in Deutschland den strengen Bestimmungen der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) genügen.
Die Verordnung legt die Grenzwerte von Stoffen fest, die im Trinkwasser enthalten sein dürfen, um Gesundheitsgefahren, hervorgerufen durch chemische oder biologische Verunreinigungen, sicher auszuschließen. Ebenso muss bei der Verteilung des Trinkwassers über das Netz der Wasserleitungssysteme der Eintrag von Verunreinigungen ausgeschlossen sein. Hierfür gelten die Regelwerke des Deutschen Vereins für das Gas- und Wasserfach e.V. (DVGW) und des Deutschen Instituts für Normung e.V. (DIN).
Grenzwerte für Trinkwasser
Die Grenzwerte für kritische Inhaltsstoffe im Trinkwasser sind in der Trinkwasserverordnung verbindlich festgeschrieben. Sie werden in Milligramm pro Liter angegeben. Es gelten festgelegte Grenzwerte für die toxischen Schwermetalle Blei (0,010 mg/l), Nickel (0,020 mg/l) und Chrom (0,050 mg/l). Niedrige Grenzwerte gelten auch für Quecksilber (0,001 mg/l), Cadmium (0,003 mg/l) und für Arsen (0,01 mg/l).
Durch Änderungen der Trinkwasserverordnung in den Jahren 2011 und 2012 wurde erstmals auch ein Grenzwert für Uran (0,01 mg/l) verbindlich festgelegt, nachdem der Verein „Foodwatch“ im Jahre 2009 seine Erhebungen über „Uran in Mineralwasser“ veröffentlicht und Konzentrationen des radioaktiven Schwermetalls in einigen deutschen Marken-Mineralwässern von über 20 mg/l namhaft gemacht hatte.
Uran im Wasser ist vor allem in Gebirgsregionen nicht auszuschließen und somit auch im Trinkwasser, wenn es auf seinen natürlichen Wegen mit uranführenden Begleitmineralen des Granits in Kontakt gekommen ist. Natürliches Uran ist vor allem chemotoxisch wirksam, weniger radiotoxisch. Seine ständige Aufnahme kann zu Nierenschädigungen bis zum völligen Nierenversagen führen.
Die Trinkwasserverordnung legt auch Grenzwerte für Eisen (0,20 mg/l) und Mangan (0,050 mg/l) im Trinkwasser fest. Beide Schwermetalle sind zwar nicht giftig, aber zu hohe Eisen- und Mangankonzentrationen können das Wasser braun färben, den Geschmack des Trinkwassers stark beeinträchtigen und letztendlich durch die Verockerung mit Eisenhydroxiden und Braunstein (MnO2) die Wasserleitungen zusetzen.
Grenzwerte gelten auch für Nitrat (50 mg/l) und Nitrit (0,50 mg/l). Beide anionischen Verunreinigungen gelangen aus der intensiven Landwirtschaft über die natürlichen Wasserreservoirs in das Trinkwasser.
Nitrat ist insbesondere für Säuglinge und Kleinkinder schädlich, da es unter anderem den Sauerstofftransport im Blut behindern kann.
Bakterien im Trinkwasser?
Neben Grenzwerten für anorganische Schadstoffe schreibt die Trinkwasserverordnung auch Grenzwerte für die zulässige Anzahl an Keimen im Trinkwasser vor. Für Fäkalkeime, wie Coli-Bakterien (Escherichia coli), und andere coliforme Bakterien gilt ein Grenzwert „Null“, was bedeutet, dass in einer Wasserprobe von 100 ml überhaupt keine entsprechenden Keime nachweisbar sein dürfen.
Coliforme Bakterien im Trinkwasser sind unappetitliche Beimengungen – auch wenn man sie nicht sieht, denn sie lassen sich fast immer auf tierische oder menschliche Exkremente zurückführen – und können schwere Durchfallerkrankungen auslösen.
Für Legionellen, eine sich in Wasser zwischen +20 °C und +50 °C vermehrende Gruppe von Bakterien, ist hingegen ein Grenzwert von 100 Keimen pro 100 ml Wasser festgelegt, oberhalb dessen ein Wasser als kontaminiert gilt. Mikrobiologen sprechen hier allerdings nicht von „Keimen“ und „Keimzahlen“ sondern von „koloniebildenden Einheiten“ (KbE), die sich im Labor auf speziellen Nährböden anzüchten lassen. Die derzeit 48 bekannten Arten und noch viel mehr Unterarten sind nicht alle pathogen. Nur einige davon lösen die erst seit 1976 bekannte „Legionärskrankheit“ aus, die eine Form der Lungenentzündung ist.
Betreiber öffentlicher oder kommunaler Wasseranlagen, etwa von Bädern und Warmwasser-Versorgungseinrichtungen, sind nach der Trinkwasserverordnung verpflichtet, im Abstand von maximal drei Jahren Beprobungen auf Legionellen von akkreditierten Prüflabors durchführen zu lassen. Bei positiven Befunden mit mehr als 10.000 KbE pro 100 ml werden die kontaminierten Leitungen gesperrt, Verwendungsverbote ausgesprochen und umgehende Desinfektionsmaßnahmen der Wasserversorgungssysteme eingeleitet. Seit 2011 gelten diese Vorschriften auch für Wohnraumvermieter.
Die Trinkwasseraufbereitung
Die Trinkwasseraufbereitung ist ein mehrstufiger Prozess, der mit erheblichen technischen und technologischen Aufwendungen verbunden ist. Trinkwasser ist daher ein kostbares Gut, auch wenn es in unseren Breiten ausreichend und praktisch für jedermann zur Verfügung steht.
Die Trinkwasseraufbereitung beginnt mit der Rohwassergewinnung, als Brunnenwasser aus angeschnittenen Grundwasserleitern oder als Oberflächenwasser aus Flüssen, Seen und Talsperren.
Der nächste Schritt ist die mechanische Vorbehandlung des Rohwassers. Hierbei werden grobe Feststoffe entfernt, die in das Wasser gelangen können. Das trifft besonders für Oberflächenwasser zu, das durch engmaschige Gitter, sogenannte Rechen, geleitet wird, um zu verhindern, dass Pflanzenteile und Fische in die Aufbereitungsanlagen geraten. In einer Entsandungseinheit wird mitgerissener Sand vom Wasser getrennt.
Diesem Schritt folgt die „Flockung“, um Schwebestoffe zu binden. Das erfolgt durch Zusatz von Aluminiumsalzen, wie Aluminiumsulfat (Al2[SO4]3) oder Aluminiumchlorid (AlCl3), die mit Wasser zu oberflächenreichem Aluminiumhydroxid (Al[OH]3 x [H2O]x) hydrolysieren, das „flockig“ ausfällt. Es adsorbiert Schwebestoffe und Partikel, die zusammen mit dem Hydroxid zu größeren Strukturen aggregieren. Zudem werden gelöste organische Stoffe, wie Humin- und Fulvinsäuren, weitestgehend durch Absorption gebunden. Beide sind Abbauprodukte von Holz und anderem abgestorbenen Biomaterial.
Der Hauptteil des ausgeflockten Aluminiumhydroxids samt aufgenommenen Verunreinigungen setzt sich am Boden von Absetzbecken ab. Danach erfolgt die Klarfitration des Wassers über Kies- und Aktivkohlefilter und die Desinfektion, meist durch UV-Bestrahlung, aber auch durch Ozonisierung, die Einleitung von Ozon (O3).
Bei Katastrophen oder im militärischen Einsatz werden im begrenzten Maße auch Chemikalien, die sich in Wasser zersetzen und Chlor abgeben, zur Entkeimung von Trinkwasser eingesetzt, wie Chloramin B (Natrium-N-chlorbenzolsulfonamid) oder Chloramin-T (Natrium-N-Chlor-(4-Methylbenzol)sulfonamid).
Entfernung von Eisen, Mangan und anderem …
Ein oft notwendiger, zwischengeschalteter Reinigungsschritt ist die Entfernung von Eisen und Mangan aus dem Wasser, die „Enteisenung“ und „Entmanganung“. Beide Schwermetalle stammen hauptsächlich aus Brunnenwässern, während Oberflächenwasser meist nur gering mit Eisen und Mangan belastet ist.
Die Enteisenung beziehungsweise Entmanganung erfolgt durch Oxidation der löslichen Eisen(II)-Verbindungen zu unlöslichem Eisen(III)-hydroxidoxid (FeO[OH]) und der löslichen Mangan(II)-Verbindungen zu unlöslichem Mangandioxid (MnO2), das als Braunstein anfällt. Die Eisen- und Mangan-Oxidation erfolgt dabei sowohl biotisch durch Bakterien der Gattung Gallionella, zu meist Gallionella ferruginea, als auch abiotisch mit Luftsauerstoff.
Das ausgefallene, voluminöse Eisen(III)-hydroxidoxid wird in einer zweistufigen Filtration über Kiesfilter entfernt. Die erste Stufe, in der der Hauptteil des Eisen(III)-hydroxidoxid verbleibt, ist maßgeblich für die Enteisenung des Wassers. Der ausgefällte Braunstein wird im unteren Drittel des kombinierten Enteisenungs- und Entmanganungs-Filters festgehalten oder in einer zweiten Filtrationsstufe mit Kiesfiltern abgeschieden.
Uran wird mittels Ionenaustauschern entfernt. Nach Möglichkeit wird jedoch auf Wässer zurückgegriffen, die arm an Uran sind, sodass sich die aufwändige Reinigung erübrigt. Lediglich Mineralwässer mit signifikanten Urangehalten werden auf diese Weise gereinigt, wobei jedoch nicht auszuschließen ist, dass dabei auch andere Mineralstoffe mit abgereichert werden.
Wasser mit hoher Carbonathärte muss für technische Zwecke enthärtet werden, wie für den Einsatz als Speisewasser in Dampferzeugern von Kraftwerken, um Kalkablagerungen zu verhindern, die zu Überhitzungen der Heizflächen führen und Wasserdampf-Explosionen auslösen können. Die Enthärtung des Wassers erfolgt dafür überwiegend mit Hilfe von Ionenaustauschern.
Die Wasserenthärtung des Trinkwassers durch die Wasserwerke erfolgt nur auf lokaler Ebene, wenn die Härte des Rohwassers sehr hoch ist, wie beispielsweise im Geiseltal im südlichen Sachsen-Anhalt. Hier legt sie bei über 40 °dH. Ursache dafür sind starke Muschelkalkschichten im Untergrund.
Der lange Weg vom Wasserwerk zum Wasserhahn
Trinkwasser ist ein Lebensmittel. Bei der Wasserverteilung, dem Transport des Trinkwassers vom Wasserwerk zum Verbraucher, darf sich die Qualität des Wassers nicht mehr ändern. Auch nachträgliche Keimkontaminationen müssen unbedingt ausgeschlossen werden. Deshalb gelten für den Bau von Leitungen und Behältern für Trinkwasser die technischen Regelwerke des Deutschen Vereins für das Gas- und Wasserfach e.V. (DVGW) in denen auch die zu verwendenden Materialien für Leitungen, Auskleidungen und Anstriche sowie die Kennzeichnung von Wasserleitungen festgelegt sind.
An der Stelle, an der das Wasserversorgungsunternehmen das Trinkwasser an den Verbraucher übergibt, gewöhnlich ab dem Hauptwasserzähler der Hausanschlussleitung, beginnt die Verantwortung des Hauseigentümers für den Qualitätserhalt des Trinkwassers.
Sie ist wesentlich vom Zustand des Leitungssystems im Haus abhängig. Vor allem Bleileitungen, die in Altbauten oft noch in Betrieb sind, nehmen auf die Wasserqualität starken Einfluss und können unzulässig hohe Bleikonzentrationen im häuslichen Trinkwasser herbeiführen. Wenngleich keine gesetzlich verankerte Pflicht für den Leitungsaustausch besteht, ist der Ersatz von Bleileitungen durch unbedenkliche Materialien unbedingt angezeigt, etwa durch Rohre aus verzinktem Eisen, Edelstahl oder dafür zugelassene Kunststoffe.
Die Hauswasserleitung unterliegt aber trotz der Verantwortlichkeit des Hauseigentümers für ihren Zustand auch der technischen Kontrolle durch das jeweilige Wasserversorgungsunternehmen, um die generelle Anlagensicherheit zu gewährleisten und Gefahren für die Allgemeinheit auszuschließen. Die rechtliche Grundlage dafür ist die Verordnung über die „Allgemeinen Bedingungen für die Versorgung mit Wasser“ (AVB-WasserV) vom 20. Juni 1980.
Trinkwasser – ein kostbares Gut
Trinkwasser muss stets farblos, geruchlos und geschmacklos sein. Die Vorgaben der Trinkwasserverordnung zu den Konzentrationen mineralischer Inhaltsstoffe sowie der biologischen Beschaffenheit müssen erfüllt werden.
Damit ist das Trinkwasser in Deutschland das am besten überwachte Lebensmittel, das mit hohem Aufwand produziert wird. Wenngleich es unbegrenzt verfügbar erscheint, sollte es dennoch sparsam genutzt werden. Denn auch in Deutschland sind die Wasser-Ressourcen endlich und durch den Klimawandel, der mit minderen Niederschlagsmengen einhergeht, werden sie sich zunehmend verringern.
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