Filtermedien aus dem Baukasten

Autoren Dr. Jenny Barbier Marketing Anwendungstechnik, BU Liquid Purification Technologies, Lanxess Dr. Stefan Neumann Laborleiter Anwendungstechnik, BU Liquid Purification Technologies, Lanxess

Nicht immer ist der Mensch bzw. die Auswirkung industrieller Aktivitäten der Grund für die Verunreinigung von Trinkwasser mit chemischen Stoffen. In vielen Fällen stammen die Schadstoffe aus der Natur. Insbesondere dann, wenn das Wasser auf seinem Weg durch den Untergrund mit Mineralien in Kontakt kommt, aus denen giftige Substanzen herausgelöst werden können. So gelangen beispielsweise Verbindungen der Elemente Arsen, Fluor und Antimon sowie der Schwermetalle Nickel, Radium, Uran, Blei, Thallium und Quecksilber auch auf natürlichem Wege in die Brunnen. Neben diesen anorganisch basierten Verunreinigungen gibt es auch organische Stoffe. Hierbei handelt es sich um Wasser braun färbende Huminstoffe sowie natürliche Carbonsäuren und Polysaccharide.

Eindeutig von Menschen herrührende Verunreinigungen entstammen dagegen von landwirtschaftlicher Aktivität wie dem Aufbringen von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln, oder Klärschlämmen und Gülle auf Nutzflächen. Erhöhte Nitratwerte im Grundwasser sind in diesem Zusammenhang genauso zu nennen, wie der Eintrag von Schwermetallen oder von Pestiziden sowie deren auf der Pflanze und im Boden entstehenden Abbauprodukten. Andere mögliche vom Menschen verursachte Verunreinigungen entstehen durch fehlerhafte Handhabungen im Bereich der industriellen Produktion, in Handwerksbetrieben oder beim Lagern von Treibstoff. Dies sind beispielsweise verschiedene schlecht biologisch abbaubare Detergentien (Netz- und Reinigungsmittel), Lösemittel, Imprägnierstoffe oder Treibstoffzusätze.

Übliche Schritte der Wasseraufbereitung in Trinkwasserqualität sind die Entfernung von Eisen und Mangan sowie von Schwebstoffen durch Belüftung des Wassers und anschließender Filtration über Sandfilter. Abschließend folgt in der Regel eine Sterilisation durch Zugabe von Chlor oder über andere Desinfektionsverfahren. Diese Methode, mit der in der Regel Brunnenwasser in genießbares Wasser umgewandelt wird, kann jedoch nicht sicherstellen, dass chemische Verunreinigungen ausreichend aus dem Wasser entfernt werden. Diese Stoffe können im Bereich höherer Konzentrationen (ppm) oder im Spurenbereich (ppb/ppt) vorkommen. Vielerorts werden herkömmliche Wasserbehandlungen eingesetzt, indem Aktivkohlefilter als Feinreinigungsmaßnahme oder Filtermaterialien auf Basis mineralischer Stoffe wie Zeolith, Eisen- oder Aluminiumoxid verwendet werden. Die Nachteile liegen in der teils eingeschränkten Aufnahmefähigkeit für bestimmte Stoffe sowie geringer Aufnahmekapazitäten bzw. Laufzeiten.

Filtermedien mit hohem Potenzial sind Ionenaustauscher und Adsorberharze, poröse Kunststoffperlen mit Durchmessern von 0,3 bis 1,2 mm. Lanxess vermarktet diese Materialien unter der Marke Lewatit. Ionenaustauscher sind mit chemisch reaktiven Ankergruppen ausgestattet, Adsorberharze werden ohne diese hergestellt. Die Produkte unterscheiden sich in der Art und in der Porosität sowie in der Chemie der Ankergruppe. Variiert man die verschiedenen Stoffparameter, so resultieren daraus mehrere hundert Produkte.

Durch die Vielzahl dieser Materialien kann nach dem Baukastenprinzip, je nach Qualität des Trinkwassers, zu fast jeder Form der Verunreinigung eine maßgeschneiderte Lösung erarbeitet werden. Bei der Konzeption wird in der Regel das Material mit der höchsten Selektivität für den abzuscheidenden Stoff ausgewählt. Dadurch gelingt es, das Wasser in seiner natürlichen Zusammensetzung weitestgehend unberührt zu lassen und gezielt nur den einen Stoff zu entfernen, der stört. Damit werden auch wichtige Mineralstoffe, die der menschliche Organismus braucht, im Wasser belassen. Ionenaustauscher bieten einen klaren Kostenvorteil, da sich die aus dem Wasser eingesammelten Stoffe durch Regeneration wieder entfernen lassen und sie dann wieder einsetzbar sind. Dies reduziert im Vergleich zu nur einmalig verwendbaren Filtermaterialien Kosten und Materialabfallmengen.

Die Feinreinigung von Trinkwasser ist eine komplexe Aufgabenstellung, die sich jedoch meistern lässt. Insbesondere zur Entfernung chemischer Verunreinigungen bilden moderne Ionenaustauscher und Adsorberharze ein geeignetes System, mit dem für jeden Brunnen eine individuelle Filterlösung bereitgestellt werden kann. Einige der für die Trinkwassergewinnung in Frage kommenden Selektivaustauscher wurden von Lanxess ursprünglich für Anwendungen im Bereich der chemischen Produktion, der Metallgewinnung oder der Abwasserreinigung entwickelt. An manchen Stellen ist eine Produktmodifikation vorzunehmen, um sie den neuen Bedürfnissen der Trinkwasseranwendung anzupassen. Daran wurde bereits und wird auch aktuell gearbeitet.

Im Trinkwasserbereich eingesetzte Ionenaustauscherharze unterscheiden sich in ihrer funktionellen chemischen Gruppe grundsätzlich nicht von Abwasserbehandlungsprodukten. Das Augenmerk richtet sich hier insbesondere auf die Reinheit und Qualität der Harze, die damit den regulatorischen Anforderungen in den verschiedenen Ländern entsprechen müssen. Es existieren bereits eine Großzahl technischer Anlagen weltweit, bei denen Ionenaustauschermaterialien verschiedener Hersteller zum Einsatz kommen. Zur Nickelabscheidung kann hier exemplarisch eine Anlage in Süddeutschland und Norditalien genannt werden. In Zypern wurde beispielsweise eine Anlage zur Entfernung von Bor in der Meerwasserentsalzung in Betrieb genommen. Längst erfolgreich etabliert haben sich technische Filter zur Uranentfernung. Diese befinden sich unter anderem in den USA, Deutschland, der Schweiz, Italien und Österreich. Auch Radium sowie Nitrat und Perchlorat lassen sich sicher mittels Ionenaustauscherharzen aus Grundwasser entfernen. Aktuell stehen besonders Anwendungen zur Beseitigung von Arsen, Fluorid und Huminstoffen im Fokus.

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