Wasseraufbereitung: Klärung, Filtration und Enthärtung

Kompakte Kläranlagen

Kompakte Kläranlagen amerikanischen Ursprungs wirken durch die gleichzeitige Durchführung zweier Operationen in demselben Gerät, ergänzt durch Verfahren zur automatischen Schlammentfernung. Die Abbildung auf der nächsten Seite zeigt die Umrisse einer Anlage, in der Flockungsmittel und Rohwasser von oben eingeführt werden. Durch ein Rührwerk mit horizontalen Flügeln, das von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wird, kommt das Wasser mit dem in Suspension gehaltenen, vorgeformten Schlamm in Kontakt.

Filtration

Die Filtration zielt darauf ab, Partikel zurückzuhalten, die sowohl aus dem Rohwasser stammen als auch in einem früheren Flockungsprozess entstanden sind. Die Filterung erfolgt durch ein poröses Material, das auf zwei Arten wirkt:

• Mechanisch: Zurückhaltung der festen kolloidalen Partikel im Wasser.
• Biologisch: Mikroorganismen im Filtermedium absorbieren Stoffe und sezernieren Substanzen, die als Koagulans wirken.

Man unterscheidet zwei Arten der Filtration:

• Langsame Filtration: Filtrationsrate ca. 5 bis 10 m pro Tag. Sie wirkt sowohl mechanisch als auch biologisch.
• Rasche Filtration: Charakteristische Geschwindigkeit von 5 bis 25 m pro Stunde. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit wirkt sie primär mechanisch.

Bei der Wahl des Filtermaterials müssen die Partikelgröße und die Materialeigenschaften (meist Sand und Kies) berücksichtigt werden.

Desinfektion

Das meiste Wasser ist trotz vorheriger Behandlung mit Bakterien und Keimen kontaminiert. Während die langsame Filtration große Flächen reinigt, ist in den meisten Fällen eine zusätzliche Sterilisation erforderlich. Die wichtigsten industriellen Methoden sind:

• Chlorierung: Zugabe von Chlor, Chlor-Derivaten oder Verbindungen.
• Ozonierung: Einsatz von Ozon.
• Ultraviolettstrahlung: Einsatz von UV-Licht.

Chlorierung

Die oxidierende Wirkung von Chlor zerstört organische Substanzen. Bei der Verwendung von Chlorgas entstehen in Wasser gelöst Salzsäure und unterchlorige Säure. Hypochlorite (insbesondere Natrium- und Kalziumhypochlorit) werden aufgrund ihrer direkten Wirkung in Pulverform eingesetzt. Chlorverbindungen wie Chloramine dienen dazu, den Geschmack des Wassers zu verbessern, während Chlordioxid durch die Einwirkung von Chlor oder Säure auf Natriumhypochlorit gewonnen wird.

Wasserenthärtung

Wasserhärte verursacht verschiedene Nachteile, wie Zunderbildung in Rohrleitungen und Boilern, was zu Querschnittsverengungen und Durchflussminderungen führt. Zudem erhöht sie den Verbrauch von Seifen und Waschmitteln und kann bei Ablagerungen in Geweben zu unangenehmen Gerüchen führen. Der Einsatz von Enthärtungsanlagen ist daher nicht nur komfortabel, sondern auch wirtschaftlich sinnvoll.

Methoden der Wasserenthärtung

Es gibt drei wichtige Methoden:

1. Kalk-Natron-Prozess.
2. Natrium-Kationenaustausch-Zyklus.
3. Kombinationsverfahren: Kalk-Prozess (kalt) und Kationenaustausch.

Kalk-Natron-Prozess (kalt)

Dieser Prozess nutzt Calciumhydroxid (gelöschter Kalk) zur Reduktion der Karbonathärte oder Natriumcarbonat (Soda). Werden beide Stoffe verwendet, spricht man vom „Kalk-Natron-Prozess“. Zusätzlich werden oft Alaun oder Eisensalze als Gerinnungshilfsstoffe eingesetzt, um die Bildung von Calciumcarbonat- und Magnesiumhydroxid-Niederschlägen zu fördern.

Enthärtungsanlagen

Kommunale Kläranlagen umfassen typischerweise:

• Dosieranlagen: Zugabe von Reagenzien und Flockungsmitteln.
• Enthärtungseinheiten: Durchführung der Reaktionen und Koagulation.
• Filteranlagen: Entfernung der letzten Niederschlagsspuren.
• Regulierungsreservoir: Speicherung und Pumpen des behandelten Wassers.

Arten der Enthärter

• Betten (suspendiert): Das Wasser sickert durch eine Schicht aus zuvor gebildeten Niederschlägen. Dies ermöglicht eine kompaktere Bauweise und effizientere Reaktionen.
• Konventionelle Anlagen: Wasser und Zusatzstoffe werden durch ein zentrales Rohr geleitet; Niederschläge setzen sich am Boden ab und werden regelmäßig entfernt.
• Katalytische Anlagen: Das Wasser durchströmt einen Reaktor mit einem Katalysatorbett (meist Calcit). Das Calciumcarbonat lagert sich an den Granulaten ab, die dadurch langsam wachsen. Nachteil: Magnesium kann hiermit nicht entfernt werden.