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Simpert-Kraemer-Gymnasium Kollegstufenjahrgang 1997/2000
Facharbeit
aus dem Fach
Chemie
Chemische Wasseraufbereitung
Verfasser: Thorsten Glöckner
Leistungskurs: LK Chemie
Kursleiter: OStR Jürgen Groß
Seite 2
A. Die drohende Wasserknappheit auf der Erde! S. 4
B. Chemische Wasseraufbereitung S. 4
1. Grundlagen S. 4
1.1 Trinkwasser S. 4
1.1.1 Was ist Trinkwasser? S. 4
1.1.2 Trinkwasserverordnungen S. 5
1.1.3 Grenzwerte S. 5
1.1.4 Zugelassene Chemikalien S. 5
1.2 Abwasser S. 6
1.2.1 Was ist Abwasser? S. 6
1.2.2 Abwasserverordnungen S. 6
1.2.3 Grenzwerte S. 7
1.2.4 Zugelassene Chemikalien S. 7
2. Trinkwasseraufbereitung S. 8
2.1 Meerwasserentsalzung S. 8
2.2 Filtration S. 8
2.3 Fällung durch Oxidation S. 9
2.3.1 Enteisenung S. 9
2.3.2 Entmanganung S. 11
2.4 Entfernung von Kohlendioxid und Carbonaten S. 11
2.4.1 Entsäuerungsverfahren S. 11
2.4.1.1 Filtration über alkalische Medien S. 11
2.4.1.2 Entsäuerung durch Neutralisation mit Laugen S. 11
2.4.2 Entcarbonisierungsverfahren S. 12
2.4.2.1 Entcarbonisierung durch Säureimpfung S. 12
2.4.2.2 Kalkentcarbonisierung S. 12
2.4.3 Wasserenthärtung S. 13
2.5 Verringerung der Nitratkonzentration S. 13
2.6 Desinfektion S. 14
2.6.1 Chlorung S. 15
2.6.2 Ozonisierung S. 15
2.6.3 Desinfektion mit Silber S. 15
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3. Abwasseraufbereitung S. 16
3.1 Primäre Aufbereitung S. 16
3.1.1 mechanisch-physikalische Methoden S. 16
3.1.2 Vorflockung S. 17
3.2 Sekundäre Aufbereitung (biochem. Aufbereitung) S. 17
3.2.1 Grundlagen S. 17
3.2.1.1 Denitrifikation S. 18
3.2.1.2 Nitrifikation S. 18
3.2.2 Verfahren S. 18
3.2.2.1 Belebschlammverfahren S. 19
3.2.2.2 Tropfkörperverfahren S. 19
3.3 Phosphateliminierung S. 20
3.4 Filtration S. 20
3.5 Tertiäre und weitergehende Aufbereitung S. 20
3.5.1 Cyanidentgiftung S. 21
3.5.2 Neutralisation S. 21
3.5.3 Ionenaustauschverfahren S. 22
3.5.3.1 Kationenaustauschharze S. 22
3.5.3.2 Anionenaustauschharze S. 23
3.5.4 Adsorption an Aktivkohle S. 23
3.5.5 Umkehrosmose S. 24
C. Probleme, Auslastbarkeit und Grenzen S. 24
der Wasseraufbereitung
Seite 4
A. Die drohende Wasserknappheit auf der Erde!
Die wissenschaftliche Zeitschrift "P.M." (Ausgabe Oktober '99) schrieb auf Seite 28: "Der
Krieg ums Wasser". Doch wozu sollte man wegen Wasser Krieg führen, man hat doch
genug davon! Aber das wäre falsch gedacht: Unsere Erde besteht zwar zu 66% aus
Wasser, "aber nur 2,5 % davon sind trinkbar" (1 Weiner: Der Krieg ums Wasser, S. 32). In
Wüstengebieten ist dieser Anteil noch geringer. Vor allem im Nahen Osten kommt es
zwischen den einzelnen Ländern zu Auseinandersetzungen wegen diesem kostbaren
Naß. Dieser geringe Anteil an Trinkwasser ist aber leider oft durch bestimmte Stoffe, die
aus der Natur oder vom Menschen stammen, ungenießbar für den Menschen oder
gefährlich für die Umwelt geworden. Um es wieder in einen trinkbaren Zustand zu bringen,
müssen einige chemische bzw. biochemische Methoden angewandt werden. Mit diesen
werde ich mich im Folgenden in meiner Facharbeit befassen, wobei ich getrennt die
Verfahren zur Trink- und Abwasseraufbereitung behandeln werde.
B. Chemische Wasseraufbereitung
1. Grundlagen
1.1 Trinkwasser
1.1.1 Was ist Trinkwasser?
Als Quelle für das Trinkwasser gilt der Regen, welcher "aber selten als direkte Quelle
genutzt wird" (2 "Wasserversorgung", Microsoft Encarta 99). Eine Ausnahme dazu bildet
das Sammeln von Regenwasser in Zisternen. Direkt genutzt wird dahingegen das
Grundwasser. Weiterhin sind das Oberflächenwasser von Flüssen und Seen und das
Meerwasser eine Quelle dafür, welche aber wegen fehlender Sauberkeit bzw. wegen des
Salzgehaltes erst einer schwierigen Aufbereitung bedürfen.
An das Trinkwasser wird die Anforderung gestellt, daß es zum menschlichen Genuß und
Gebrauch geeignet ist (DIN 4046). Dazu sollte es laut DIN 2000 11/1973 folgende
Eigenschaften haben: Es sollte frei von Krankheitserregern und keimarm sein, es sollte
appetitlich, d.h. farblos, klar, kühl, geruchlos und geschmacklich einwandfrei, sein und nur
einen geringen Anteil an gelösten Stoffen haben.
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1.1.2 Trinkwasserverordnungen
Die Europäische Union (EU) und die Weltgesundheitsorganisation (WHO) haben strenge
Richtlinien über Trinkwasser herausgegeben. Die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) stützt
sich auf das Bundesseuchengesetz und das Lebensmittel- und Bedarfs-
gegenständegesetz. Aus der Trinkwasserverordnung gehen die Pflichten für die Wasser-
versorger (meistens die örtlichen Stadtwerke) hervor. Der Begriff "Trinkwasser" ist aber
weder gesetzlich noch verordnungsrechtlich definiert. Für die Überwachung der Hygiene
der Wasserversorgungseinrichtungen ist das Gesundheitsamt zuständig, der Schutz des
Grundwassers und der Oberflächengewässer obliegt den Wasser- wirtschaftsämtern und
"soweit die Wasserversorgungsanlagen zugleich Wasserbenutzungsanlagen sind,
unterliegen sie auch der Gewässeraufsicht" (3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 727).
1.1.3 Grenzwerte
Die Grenzwerte nach der Trinkwasserverordnung fordern hohe Auflagen: So kann ein
Trinkwasserbrunnen dessen Nitratkonzentration 50 mg/l NO3- überschreitet stillgelegt
werden, "sofern nicht mit Wasser geringeren Nitrat-Gehalts verschnitten werden kann" (3
Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 727). Bei Pestiziden liegt der Grenzwert fast bei Null.
Ähnlich wird bei den anderen Grenzwerten (siehe Anhang 1) verfahren: Sie sind unbedingt
einzuhalten. Die Grenzwerte sind dafür verantwortlich, dass das Trinkwasser verträglich
für den Menschen ist.
1.1.4 Zugelassene Chemikalien
Laut der Trinkwasserverordnung sind nur bestimmte Chemikalien zugelassen (siehe
Anhang 2). Vor allem schwer entfernbare Stoffe sind nicht erlaubt. Nach dem
Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz sind aber auch solche Chemikalien erlaubt,
"die aus dem Trinkwasser vollständig oder soweit entfernt werden, dass sie oder ihre
Umwandlungsprodukte im Trinkwasser nur als technisch unvermeidbare und
technologisch unwirksame Reste in gesundheitlich, geruchlich und geschmacklich
unbedenklichen Anteilen enthalten sind" (3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 725).
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1.2 Abwasser
1.2.1 Was ist Abwasser?
Seit dem Wasserhaushaltsgesetz (WHG) (1976) wird Abwasser als bundesrechtlicher
Begriff benutzt. Nach DIN 4045 ist Abwasser durch Gebrauch verändertes Wasser. Das
Wasser kann einerseits chemisch o. biologisch kontaminiert (Chemikalien/Viren/
Bakterien) oder physikalisch verschmutzt (Trübung durch Schwebstoffe/Temperatur-
änderungen) sein. Desweiteren wird zwischen häuslichem Abwasser (verunreinigt durch
den menschlichen Gebrauch) und industriellem Abwasser (verunreinigt durch
Produktionsprozesse) unterschieden. In manchen Städten kommt es zusätzlich zur
Unterscheidung zwischen Mischkanalisation (Das Abwasser wird mit Wasser aus der
Straßenkanalisation gemischt!) und Trennkanalisation (Das Abwasser aus den Haus-
halten und der Industrie bleibt von dem Wasser aus der Straßenkanalisation getrennt!).
1.2.2 Abwasserverordnungen
Die Abwassersatzung (auch: Ortsentwässerungssatzung) ist "Rechtsgrundlage für die
Erhebung der Abwassergebühr. Die abwasserbeseitigungspflichtigen Gemeinden regeln
mit der Abwassersatzung, unter welchen Voraussetzungen Abwasser als angefallen gilt
und in welcher Weise und Zusammensetzung ihnen das Abwasser zu überlassen ist"
(3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 27). Es kann auch vorgeschrieben werden, dass
das Abwasser vor der Einleitung in die Kanalisation vorbehandelt werden muß und es
können auch bestimmte Einleiter von der Entsorgung ausgeschlossen werden. Die Ab-
wassergebühr gilt als "Entgelt für die Bereitstellung und Benutzung [der] Abwasser-
anlagen" (3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 24).
Das Abwasserabgabegesetz (AbwAG) befaßt sich mit "Abgaben über das Einleiten von
Abwasser in Gewässer" (3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 25). Das Abwasser-
abgabegesetz ist ein Bundesgesetz, welches durch einzelne Ländergesetze ergänzt wird.
Die Abwasserabgabe wird auf das Einleiten von best. Schadstoffen (Phosphor, Stick-stoff,
Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Blei und Kupfer) und Schadstoffgruppen
(oxidierbare Stoffe (CSB), organische Halogenverbindungen (AOX) und Fisch-giftigkeit)
erhoben. Die Abwasserabgabe wird nach dem Verursacherprinzip erhoben (der Einleiter
muß zahlen) und berechnet sich nach Schadstofffracht mal Abgabesatz.
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1.2.3 Grenzwerte
Nach dem "Wasserrechtsbescheid der Stadt Krumbach (4/99)" darf das geklärte Ab-
wasser bei der Einleitung in die Kammel einige Grenzwerte nicht überschreiten. Vor allem
sind der chemische und biologische Sauerstoffbedarf (CSB und BSB), die Phosphor- und
Stickstoffwerte und den pH-Wert zu beachten. Diese Werte beziehen sich auf ein
vorwiegend aus Haushalten stammendes Abwasser. In der "Öffentlichen
Entwässerungssatzung der Stadt Krumbach" werden desweiteren Grenzwerte für
Industrie- und Gewerbeabwässer aufgelistet. Eine detaillierte Liste der Grenzwerte
befindet sich in der Anlage 3. Geht es beim Trinkwasser mehr um die Verträglichkeit für
den Menschen, so darf ein in ein Gewässer eingeleitetes, geklärtes Abwasser keine
Auswirkung auf dessen Fauna und Flora haben ("Umkippen" eines Sees, Fischsterben).
1.2.4 Zugelassene Chemikalien
Zur Aufbereitung von Abwasser wird eine Vielzahl an Chemikalien genützt. Das
Umweltbundesamt hat deshalb 301 Chemikalien zur Abwasserreinigung getestet, um
"Aussagen zum Abbau und Verbleib der Chemikalien in Kläranlagen" zu machen.
Gelangen die Chemikalien "verunreinigt oder überdosiert" in die Gewässer, kann es zu
ökologischen Schäden kommen. Die Empfehlungen des Umweltbundesamtes gehen
darauf hinaus, "nur umweltverträgliche Produkte und diese in geringeren Mengen zu
verwenden" (alle: 7 Pressemitteilung Nr. 04/98 des Umweltbundesamtes). Eine
Zusammenfassung der Empfehlungen ist in der Anlage 4 zu finden.
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2. Trinkwasseraufbereitung
2.1 Meerwasserentsalzung
Durch den hohen Salzgehalt des Meerwassers besteht beim Trinken die Gefahr des
"Verdurstens trotz Trinken". Eigentlich handelt es sich mehr um eine physikalische
Methode, aber ich möchte sie trotzdem kurz erklären:
Abb. 1: Meerwasserentsalzung
Das Meerwasser wird dabei durch die Spiralen A, B und C gepumpt und anschließend
beheizt. Das Wasser verdampft und kondensiert an den Spiralen. Durch räumliche Ab-
trennung wird das Trinkwasser getrennt abgeleitet. Zurück bleibt eine Sole (Salzlösung).
2.2 Filtration
Trinkwasser sollte laut DIN keine Schwebstoffe enthalten. Deshalb bedient man sich hier
der Filtration. Auch hier spielen mehr die physikalischen Eigenschaften eine Rolle, da aber
die Filtration für die Wasseraufbereitung sehr wichtig ist, möchte ich diese hier kurz
erklären: Das Wasser wird über eine (Einfachfilter) oder mehrere Filterschichten
(Mehrschichtfilter) geleitet, die aus körnigem Material, z.B. Sand, Kies, Hydroanthrazit
oder Aktivkohle (Adsorption an Aktivkohle siehe 3.5.4), bestehen. Wenn man durch
Schwebstoffe verunreinigtes Wasser über körniges Material filtriert, spielen Transport-
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vorgänge, Anlagerungsmechanismen und Abreißvorgänge durch Scherkräfte eine Rolle.
Die Schwebteilchen müssen erst direkt zum Filterkörper transportiert werden (dies
geschieht durch Sedimentation, Diffusion und Einfangmechanismen), um dort durch
zwischenmolekulare und elektrische Kräfte angelagert zu werden. Bereits angelagerte
Teilchen können sich aber wieder durch Scherkräfte vom Filter ablösen, was sehr hilfreich
für das Reinigen der Filter durch Rückspülen ist. Desweiteren wird zwischen Direktfiltration
(Das zu reinigende Wasser wird direkt über den Filter geleitet!) und Flockungsfiltration
(Kolloidal gelöste Schwebstoffe werden durch Flockungsmittel ausgeflockt!)
unterscheiden. Für die Flockungsfiltration ist es von Vorteil, wenn das ausgeflockte
Material schon sedimentiert ist.
2.3 Fällung durch Oxidation
Wie in 1.1.1 schon besprochen, darf Wasser keine gelösten Stoffe enthalten. Eisen kommt
im Wasser entweder in der gut löslichen zweiwertigen oder in der schlecht löslichen
dreiwertigen Form vor. Mangan besitzt im Wasser entweder die gut lösliche zweiwertige
oder die schlecht lösliche vierwertige Form. In welcher Form Eisen bzw. Mangan vorliegen
hängt vor allem vom Redoxpotential, d.h. von der "Konzentration an im Wasser gelöstem
Sauerstoff" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 131) ab. Eisen bzw. Mangan kommen in
der Erdschicht selten als Metall, häufiger als Erz vor. Diese Erze werden durch anaerobe
Mikroorganismen, "welche die Energie zur Aufrechterhaltung ihrer Stoffwechselprozesse
durch Reduktion von metallischen Verbindung erzeugen können" (8 Hancke:
Wasseraufbereitung, S. 131), oxidiert. So hat Grundwasser, welches in Quellen an die
Oberfläche tritt, eine hohe Konzentration an Eisen(II)- und Mangan(II)-Ionen.
2.3.1 Enteisenung
Zweiwertige Eisenionen kommen meistens als folgende Salze vor:
Eisenhydrogencarbonat FeHCO3, Eisenchlorid FeCl2, Eisensulfat FeSO4 und Eisennitrat
Fe(NO3)2. Diese werden zu Eisen(III)hydroxid oxidiert. "Zur Oxidation der Eisenionen
reicht Luftsauerstoff aus" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 134).
4 Fe(HCO3)2 + O2 + 2 H2O ���� 4 Fe(OH)3 + 8 CO2
4 FeCl2 + O2 + 10 H2O ���� 4 Fe(OH)3 + 8 HCl
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Damit das unlösliche Eisen(III)hydroxid ausfällt muss der pH-Wert mindestens über 5,5
liegen, besser noch über 6,0-6,5. Bei der Gleichung 2 erhält man aber nur dann einen pH-
Wert größer 6,5, "wenn das Wasser über Pufferkapazität verfügt, welche die ent-
stehenden Wasserstoffionen abpuffern kann" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 134).
Ca(HCO3)2 + 2 HCl ���� CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2
Es besteht aber auch die Möglichkeit den pH-Wert mit alkalischen Verbindungen, z.B. mit
Natronlauge zu erhöhen.
2 NaOH + 2 HCl ���� 2 NaCl + 2 H2O
2.3.2 Entmanganung
Wie beim Eisen kommt auch das zweiwertige Mangan in der Natur als Salz vor. Meistens
sind dies Manganhydrogencarbonat Mn(HCO3)2, Manganchlorid MnCl2, Mangansulfat
MnSO4 und Mangannitrat Mn(NO3)2. Auch die Mangansalze werden durch Luftsauerstoff
gefällt.
MnCl2 + O2 + 4 H2O ���� MnO(OH)2 + 4 HCl
2 MnO(OH)2 ���� 2 MnO2 + 2 H2O
Damit das unlösliche Manganoxidhydroxid ausfällt, muss der pH-Wert über 9,0 liegen. "Da
pH-Werte über 9 nicht zu erwarten sind und auch nicht angestrebt werden, ist eine
chemische Entmanganung in der Praxis nicht zu erwarten" (8 Hancke: Wasser-
aufbereitung, S. 137). Um die Entmanganung doch noch zu erreichen, besteht die
Möglichkeit, parallel eine Kalkentcarbonisierung (Kalkentcarbonisierung siehe 2.4.2.2) zu
betreiben, welche einen pH-Wert größer 9 liefert. Unter der Vorraussetzung das genügend
Sauerstoff vorhanden ist, findet dann die Entmanganung statt.
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2.4 Entfernung von Kohlendioxid und Carbonaten
2.4.1 Entsäuerungsverfahren
Freies Kohlendioxid ist in allen natürlich vorkommenden Wässern vorhanden. Die
Aggressivität dieses Kohlendioxid hängt von der Konzentration der Calcium- und
Hydrogencarbonat-Ionen, der Ionenstärke und der Temperatur des Wassers ab. Bei der
Entsäuerung, von der ich im Folgenden zwei Verfahren genauer erklären werde, wird
allerdings nur das aggressive Kohlendioxid entfernt, nicht aber das, "das zum In-Lösung-
Halten des Calciumhydrogencarbonats erforderlich ist" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S.
141).
2.4.1.1 Filtration über alkalische Medien
Eine zur Entsäuerung benützte Methode, ist die Filtration über Marmorsplit (besteht aus
CaCO3). Dabei "[reagiert] Kohlenstoffdioxid mit Calciumcarbonat zu wasserlöslichem
Calciumhydrogencarbonat" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 142).
CaCO3 + CO2 + H2O ���� Ca(HCO3)2
Desweiteren wird zur Entsäuerung das zu reinigende Wasser über halbgebrannten
Dolomit (besteht aus MgO und CaCO3) filtriert. Dabei reagiert das Kohlendioxid mit beiden
Verbindungen zu Magnesiumhydrogencarbonat und Calciumhydrogencarbonat.
CaCO3 + MgO + 3 CO2 + 2 H2O ���� Ca(HCO3)2 + Mg(HCO3)2
2.4.1.2 Entsäuerung durch Neutralisation mit Laugen
Das aggressive Kohlendioxid wird in diesem Fall durch die Zugabe von Laugen, z.B.
Calciumhydroxid, Natronlauge oder Soda (Na2CO3) neutralisiert.
2 CO2 + Ca(OH)2 ���� Ca(HCO3)2
CO2 + NaOH ���� NaHCO3
CO2 + Na2CO3 + H2O ���� 2 NaHCO3
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Eine Überdosierung von Calciumhydroxid, Natronlauge und Soda (Na2CO3) kann dazu-
führen, dass "das vorher wasserlösliches Calciumhydrogencarbonat als wasser-
unlösliches Calciumcarbonat ausgefällt wird" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 143).
2.4.2 Entcarbonisierungsverfahren
2.4.2.1 Entcarbonisierung durch Säureimpfung
Eine Methode zur Entfernung von Hydrogencarbonat, ist die Säureimpfung mit starken
Mineralsäuren, z.B. Salzsäure oder Schwefelsäure, wobei "die Kohlensäure aus ihren
Salzen verdrängt wird" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 144).
Ca(HCO3)2 + 2 HCl ���� CaCl2 + 2 H2O + 2 CO2
Ca(HCO3)2 + 2 H2SO4 ���� CaSO4 + 2 H2O + 2 CO2
Eine Überdosierung hat zur Folge, dass der pH-Wert schnell unter 5 sinken kann.
2.4.2.2 Kalkentcarbonisierung
Weitaus verbreiteter ist die Entcarbonisierung durch Laugen, wie z.B. Calciumhydroxid
(Kalkmilch), da "die mit der Säureentcarbonisierung verbundene Erhöhung des
Anionengehaltes nicht akzeptiert werden kann" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 145).
Es fällt dabei unlösliches Calciumcarbonat aus.
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ���� 2 CaCO3 + 2 H2O
I Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 ���� MgCO3 + CaCO3 + 2 H2O
II MgCO3 + Ca(OH)2 ���� CaCO3 + Mg(OH)2
I + II Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 ���� 2 CaCO3 + Mg(OH)2 + 2 H2O
Wenn die Hydrogencarbonationen in der Form des Natriumhydrogencarbonats vor-handen
sind, ist die Kalkentcarbonisierung nicht ratsam, da durch das Soda, welches dabei
entsteht, der pH-Wert erhöht wird und zur "Vermeidung der Recarbonisierung auf
wenigstens pH=9 reduziert werden muss"(8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 148).
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2 NaHCO3 + Ca(OH)2 ���� Na2CO3 + CaCO3 + 2 H2O
OH- + CO2 ���� HCO3- (Recarbonisierung ab ca. pH=9)
Wenn als Gegenionen zum Hydrogencarbonat Eisen(II)- und Mangan(II)-Ionen vorliegen,
findet gleichzeitig eine Enteisenung und Entmanganung statt (Entmanganung siehe 2.3.2).
2.4.3 Wasserenthärtung
Als Wasserhärte wird die Konzentration an Ca2+ und Mg2+ bezeichnet. Sie teilt sich auf in
die Karbonathärte bzw. temporäre Härte, d.h. das entsprechende Anion zum Ca2+- bzw.
Mg2+-Ion ist das HCO3--Ion, und in die Nichtkarbonhärte bzw. permanente Härte, d.h. die
entsprechenden Anionen zum Ca2+- bzw. Mg2+-Ion sind SO42--, NO3
--, und Cl--Ionen. Die
Gesamthärte entspricht der Summe aus Karbonat- und Nichtkarbonathärte. Die
Wasserenthärtung ist deshalb wichtig, weil zu hartes Wasser zu Ablagerungen an
Waschmaschinen und Wasserrohren und zu Problemen bei der Wäschereinigung (Hoher
Verbrauch an Waschmitteln / Brüchigwerden des Gewebes) führt. Die Karbonathärte wird
schon bei der Entcarbonisierung entfernt, weil dabei Calciumhydrogencarbonat und
Magnesiumhydrogencarbonat zu Calciumcarbonat bzw. Magnesiumhydroxid reagieren
und als unlösliche Niederschläge ausfällen (Kalkentcarbonisierung siehe 2.4.2.2). Die
Nachfällung mit Trinatriumphosphat bewirkt dann eine Verringerung der
Nichtkarbonathärte. Seit neuestem wird auch das Ionenaustauschverfahren angewandt.
Dabei werden die Ca2+, bzw. Mg2+-Ionen gegen die äquivalente Menge an Na+-Ionen
ausgetauscht (Ionenaustauschverfahren siehe 3.5.3).
2.5 Verringerung der Nitratkonzentration
Durch Nitrat aus Niederschlägen, Düngemitteln und aus dem organisch gebundenen
Stickstoff des Bodens kann im Trinkwasser eine zu hohe Konzentration an Nitrat
entstehen, welche (vgl. 1.1.3) zur Schließung eines Trinkwasserbrunnens führen kann.
Deshalb ist es wichtig, das Nitrat zu entfernen. Die Umkehrosmose (Umkehrosmose siehe
3.5.5) und die Methode des Ionenaustauschs (Ionenaustauschverfahren siehe 3.5.3)
wirken leider nicht nitratspezifisch, da bei beiden Verfahren sämtliche Ionen entfernt
werden. Weitaus besser ist die Verringerung der Nitratkonzentration durch anaerobe
Mikroorganismen, "welche zur Aufrechterhaltung ihrer Stoffwechselprozesse Nitrationen
zu gasförmigen Stickstoff reduzieren" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 257). Dabei wird
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zwischen heterotrophen und autotrophen Mikroorganismen unterschieden. Heterotrophe
Mikroorganismen brauchen organischen Kohlenstoff (z.B. Methanol, Ethanol, Ethansäure
als Substrat und als Wasserstoffdonator.
5 CH3OH + 6 NO3- ↔ 5 HCO3
- + OH- + 7 H2O + 7 N2
5 C2H5OH + 12 NO3- ↔ 10 HCO3
- + 2 OH- + 9 H2O + 6 N2
5 CH3COOH + 8 NO3- ↔ 8 HCO3
- + 2 CO2 + 6 H2O + 4 N2
Methanol wird auf Grund seiner schädigenden Wirkung auf den menschlichen Organismus
(Erblindung) in der Praxis nicht verwendet.
Autotrophe Mikroorganismen dahingegen verarbeiten anorganischen Kohlenstoff (im
Wasser als Kohlendioxid vorhanden) zu organischem Kohlenstoff. Als Energiequelle dient
ihnen die Oxidation von Wasserstoff oder Schwefel.
5 H2 + 2 H+ + 2 NO3- ↔ N2 + 6 H2O
1,67 S + 2 NO3- + 0,67 H2O ↔ N2 + 1,67 SO4
- + 1,34 H+
Das Einzige, auf das beim Wasserstoff als Energielieferant zu achten ist, ist, dass das
Wasser über genügend Pufferkapazität verfügt, da durch den Entzug von Wasser-
stoffionen der pH-Wert sehr schnell ansteigen kann. Problematisch bei Schwefel als
Energiequelle ist, dass bei geringer Pufferkapazität des Wassers durch das Entstehen von
Wasserstoffionen der pH-Wert sehr schnell sinken würde. Dies und die erhöhte
Sulfationen-Konzentration führen dazu, dass "der Einsatz von Schwefel als Energie-
lieferant bei den technischen Verfahren keine Rolle [spielt]" (8 Hancke: Wasser-
aufbereitung, S. 264).
2.6. Desinfektion
Da laut DIN das Trinkwasser keine Krankheitserreger enthalten darf, muss es desinfiziert
werden. Die einfachste Methode, die jeder kennt, ist ein "wenigstens 10-minütiges
Erhitzen auf Temperaturen größer 75 °C" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 250). Für die
Desinfektion in den Wasserwerken stehen aber andere Verfahren zur Verfügung und
deshalb wird das Abkochen nur in Katastrophenfällen praktiziert.
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2.6.1 Chlorung
Die Chlorung ist die preiswerteste und wohl die am meisten verbreitete Methode. Bei der
Benutzung von Natriumhypochlorit NaOCl welches durch Elektrolyse aus Meerwasser
hergestellt werden kann,
2 NaCl + H2O ↔ NaOCl + NaCl + H2
passieren bei der Einleitung von Wasser folgende Reaktionen:
NaOCl + H2O ���� HOCl + NaOH
HOCl ���� H+ + OCL-
HOCl ���� HCl + <O>
Die Reaktionen bei der Einleitung von Chlorgas Cl2 zur Desinfektion sind identisch mit
denen des Natriumhypochlorit NaOCl:
Cl2 + H2O ���� HOCl + NaOH
HOCl ���� H+ + OCL-
HOCl ���� HCl + <O>
Die dritte Möglichkeit der Chlorung, ist die der Desinfektion mit Chlordioxid ClO2.
Chlordioxid ClO2 "ein stechend riechendes, gelbes Gas, das sehr reaktionsfähig ist und
explodieren kann" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 252). Es wird durch die Reaktion
von Natriumchlorit NaClO2 mit Chlor Cl2 hergestellt,
2 NaClO2 + Cl2 ���� 2 ClO2 + 2 NaCl
wobei Chlor Cl2 im Überschuss angeboten wird, damit im Trinkwasser keine Chlorit-Ionen
ClO2- entstehen, welche sich gesundheitsschädlich auf den menschlichen Körper
auswirken.
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2.6.2 Ozonisierung
Reine und trockene Luft wird zwischen Hochspannungselektroden hindurchgeschickt,
damit "durch die elektrische Entladung Ozon [entsteht]" (8 Hancke: Wasser-aufbereitung,
S. 252). Das Ozon zerfällt wieder in Sauerstoff und Sauerstoffradikale.
O3 ↔ O2 + <O>
Die Sauerstoffradikale "wirken stark oxidierend und dadurch keimtötend" (8 Hancke:
Wasseraufbereitung, S. 252).
2.6.3 Desinfektion mit Silber
Beim Silberungsverfahren (Oligodynamie) wirken Silberionen keimtötend. Es werden
dabei eine Silberanode und eine Kohle- oder Edelstahlkathode ins Wasser gehängt und
mit Gleichstrom betrieben. Auf Grund der zu hohen Kosten wird dieses Verfahren nur zur
Haltbarmachung von Trinkwasser auf See und in Katastrophenfällen benutzt.
3. Abwasseraufbereitung
3.1 Primäre Aufbereitung
3.1.1 Mechanisch-physikalische Methoden
Am Anfang der Abwasserreinigung steht die Primäraufbereitung. Obwohl sie
ausschließlich auf mechanisch-physikalischen Methoden basiert, muss sie aber trotzdem
erwähnt werden. Als ersten Punkt in einer Kläranlage durchfließt das Wasser Grob- und
Feinrechen, die Abfall (Klopapier, Plastiktüten, u.v.m.), Äste und Steine entfernen, da
diese die Anlagen verstopfen oder beschädigen können. Als nächstes werden, in meist
kombinierten Anlagen aus Sandfang und Ölabscheider, grobe absetzbare Stoffe, wie Kies,
Schlamm und Sand, sowie hydrophobe Stoffe, die auf dem Wasser schwimmen (Öle,
Fette, Benzin) abgeschieden.
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3.1.2 Vorflockung
Im sogenannten Vorklärbecken, welches noch zur mechanisch-physikalischen
Aufbereitung gehört, können sich dann Schwebstoffe absetzen. Bei Kläranlagen mit
hohem Abwasseraufkommen und hoher Durchflussgeschwindigkeit muss mit
Flockungsmitteln (FLOMI) und Flockhilfsmitteln (FLOHIMI) nachgeholfen werden. FLOMI
bestehen meistens aus Eisen- und Aluminiumsalzen, z.B. FeClSO4 oder AlCl3. FLOMI
wirken insofern, dass sie "die elektrostatischen Abstoßungskräfte (überwinden) und die
Zusammenballung der störenden Stoffe [ermöglichen]" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S.
157). Dies wird als Koagulation oder Entstabilisierung bezeichnet. Es entsteht bei der
Flockung ein Metallhydroxid-Niederschlag, "in welchem die koagulierten Teilchen
eingeschlossen werden" (8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 160). Dieser Vorgang wird als
Flocculation bezeichnet.
Flockung = Koagulation + Flocculation
Die Aufgabe der FLOHIMI ist es, die leichten Flocken zu beschweren. FLOHIMIs sind
Polymere, die sich in anionische Polymere (z.B. Polymethacrylsäure in der Seitenkette),
kationische Polymere (z.B. Polyvenylamin in der Seitenkette) und nichtionogene Polymere
(Polyacrylamid) aufteilen.
Abb. 2: Polymethacrylsäure, Polyvenylamin und Polyacrylamid
3.2 Sekundäre Aufbereitung (biochemische Aufbereitung)
3.2.1 Grundlagen
Auf die mechanisch-physikalische Reinigung folgt als nächstes die biologisch-
biochemische Aufbereitung, auch sekundäre Aufbereitung genannt. Dabei sorgen
bakterielle Mikroorganismen für den Abbau von organischem Material, Ammoniak und
Nitrat. Es ist dabei zwischen der Denitrifikation und der Nitrifikation zu unterscheiden.
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3.2.1.1 Denitrifikation
Bei der Denitrifikation werden die Nitrationen zu elementarem Stickstoff reduziert.
2 NO3- + 2 H+ + 10 [H] ↔ N2 + 6 H2O
Die Reaktion findet unter anaeroben Bedingungen, d.h. unter Sauerstoffausschluss statt.
Die Mikroorganismen bedienen sich statt des Luftsauerstoff des im Nitrat gebundenen
Sauerstoffs. Man spricht deshalb auch von Nitratatmung. Als Wasserstoffdonatoren
fungieren Kohlenstoffverbindungen, die in Kohlendioxid und Wasser aufgespalten werden.
3.2.1.2 Nitrifikation
In der Nitrifikation wird durch Mikroorganismen Ammoniak über Nitrit zu Nitrat oxidiert.
NH4+ + 1,5 O2 ↔ NO2
- + H2O + 2 H+
NO2- + 0,5 O2 ↔ NO3
-
NH4+ + 2 O2 ↔ NO3
- + H2O + 2 H+
Damit diese Reaktion ablaufen kann muss sie unter aeroben Bedingungen verlaufen, d.h.
die Mikroorganismen brauchen Sauerstoff zum Ammoniakabbau. Andere Mikro-
organismen, welche auch Sauerstoff zum Leben brauchen, fressen die im Wasser
"gelösten organischen Schmutzstoffe und feine, nicht absetzbare Partikel" auf und
"[integrieren] die Abwasserinhaltsstoffe in ihre Körpersubstanz" (9 Infobroschüre des
Zweckverband Abwasserreinigung Kressbronn-Langenargen, S. 12). Die dadurch ent-
stehende Biomasse, die unter anderem Nitrat- und Wasserstoff-Ionen enthält, wird zum so
genannten "Impfen" in die Denitrifikation eingebracht.
3.2.2 Verfahren
Um die gerade erklärte biologische oder sekundäre Abwasserreinigung in die Praxis
umzusetzen, bedient man sich zweier verschiedener Verfahren: Belebschlamm- und
Tropfkörperverfahren.
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3.2.2.1 Belebschlammverfahren
Das Belebschlammverfahren ist wohl die verbreiteste Methode. Die Anlage ist zweigeteilt
in eine Denitrifikationszone, in welcher Rührwerke dafür sorgen, dass sich der Schlamm
nicht absetzt, und in eine Nitrifikationszone, in der mittels Druckluft Sauerstoff eingebracht
wird. Auf das Belebbecken folgt dann das Nachklärbecken, in dem sich der Schlamm
absetzen kann und bei Bedarf wieder als Impfschlamm ins Denitrifikationsbecken gepumpt
werden kann.
Abb. 3: Belebschlammverfahren
3.2.2.2 Tropfköperverfahren
"Bei diesem Verfahren wird ein Abwasserstrahl in regelmäßigen Abständen über ein Bett
oder eine Säule aus porösem Material versprengt" (2 "Abwasserreinigung und -
entsorgung", Microsoft Encarta 99). Die Mikroorganismen sitzen dabei auf dem porösem
Material, welches meistens aus Lavagestein oder Würfeln aus besonderem Kunststoff
besteht. Ein Schlammrecycling findet nicht statt.
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Abb. 4: Tropfkörperverfahren
3.3 Phosphateliminierung
Im vorhergenannten Nachklärbecken, meist aber schon davor wird ein weiterer
Abwasserinhaltsstoff, das Phosphat, entfernt. Dazu werden dreiwertige Eisensalz, z.B.
FeClSO4, dem Wasser zugesetzt, damit schwerlösliches Eisenphosphat ausfällt.
FeClSO4 + K3PO4 ↔ FePO4 + KCl + K2SO4
3.4 Filtration
Eine Filtration des Wassers über ein Sand- oder Kiesbett, bevor es in Seen, Bäche und
Flüsse eingeleitet wird, bildet meistens den Abschluss der Reinigung in kommunalen
Kläranlagen.
3.5. Tertiäre und weitergehende Aufbereitung
Normalerweise ist eine weitergehende Abwasserreinigung nun nicht mehr nötig. Es gibt
aber trotzdem noch Fälle, in denen man noch Schadstoffe aus dem Wasser entfernen
muss.
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3.5.1 Cyanidentgiftung
Cyanid CN- ist das gefährlichste anorganische Gift. Durch Oxidation mit Natrium-
hypochlorit NaOCl kann es aber entgiftet werden. Die gesamte Reaktion verläuft wie folgt:
Das Hypochlorit OCl- oxidiert zuerst das Cyanid CN- zu Chlorcyan ClCN, welches danach
zu Cyanat CNO- hydrolysiert:
2 CN- + 2 OCl- + 2 H2O ↔ ClCN + 4 OH-
2 ClCN + 4 OH- ↔ 2 CNO- + 2 Cl- + 2 H2O
2 CN- + 2 OCl- ↔ 2 CNO- + 2 Cl-
"Mit der Reaktion bis zum Cyanat ist im allgemeinen die gezielte Entgiftung abge-
schlossen" (12 Hartinger: Handbuch der Abwasser- und Recyclingtechnik, S. 36). Je nach
vorliegenden Reaktionsbedingungen ist aber eine weitere Oxidation zu Stickstoff und
Kohlendioxid
2 CNO- + 3 OCl- + H2O ↔ N2 + 2 CO2 + 3 Cl- + 2 OH-
oder eine weitere Hydrolyse zu Ammoniak und Kohlensäure.
CNO- + 2 H2O ↔ NH4+ + HCO3
- ���� NH3 + CO32-
3.5.2 Neutralisation
Das gereinigte Abwasser sollte bei der Einleitung in Gewässer einen pH=7 aufweisen, da
sich zu saures oder zu alkalisches Wasser schädlich auf die Fauna und Flora dieser
Gewässer auswirken kann. Eine Möglichkeit zur Neutralisation erreicht man "durch
Vermischung saurer mit alkalischen Abwässern und umgekehrt" (13 Kunz: Behandlung von
Abwasser, S. 226). Da selten gleichzeitig saure und alkalische Abwässer vorhanden sind,
erfolgt die Neutralisation durch Zugabe von Säure, z.B. Schwefelsäure, oder Lauge, z.B.
Natronlauge. Ein wirkungsvoller Nebeneffekt ist die Ausfällung von Metallhydroxiden "aus
metallhaltigen Lösungen [..], in denen die Metallionen nicht komplexiert sind" (13 Kunz:
Behandlung von Abwasser, S. 228).
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Men+ + n OH- ↔ Me(OH)n
Bei diesen Fällungsreaktionen ist der pH-Wert von großer Wichtigkeit. "Im Neutralbereich
sind nur Fe3+, Al3+ und Cr3+ weitgehend ausfällbar." (13 Kunz: Behandlung von Abwasser,
S. 228). Bei Cd2+ und Pb2+ geschieht die Ausfällung mit Natronlauge und Calciumhydroxid
erst im pH-Bereich größer 9. Nur mit Soda (Na2CO3) kann die Fällung auch im
Neutralbereich ablaufen (pH-Bereiche siehe Anhang 5).
3.5.3 Ionenautauschverfahren
Bei diesem Verfahren wird das Wasser über Austauschharze geleitet, welche leicht H+-
und OH--Ionen abgeben können und stattdessen die auszutauschenden Kationen und
Anionen in ihre Struktur einbauen. Austauschharze bestehen meistens aus langkettigen
organischen Polymeren, an deren Seitenketten die austauschaktiven Gruppen sitzen. Zur
Regeneration der Harze, die nur begrenzt aufnahmefähig sind, werden sie durch
Salzsäure bzw. Natronlauge wieder mit H+ bzw. OH- beladen. Wie bereits ersichtlich, muss
bei diesem Verfahren zwischen Kationen- und Anionentauschharzen, wobei bei
gleichzeitigem Kationen- und Anionenaustausch, immer die Kationenaustauschharze vor
die Anionenaustauschharze gestellt werden.
3.5.3.1 Kationenaustauschharze
Bei den Kationenaustauschharzen gibt es zwei Arten:
Die erste ist die stark saure Variante. Die aktiv am Austausch beteiligte Gruppe ist SO3H.
Dabei werden Na+-, Ca2+- und Men+-Ionen gegen das H+-Ion ausgetauscht.
3 (RK- H+) + Na3PO4 ↔ 3 (RK
- Na+) + H3PO4
Die schwach saure Variante mit der aktiven Gruppe COOH wirkt entcarbonisierend, da sie
Härtebildner austauscht.
2 (RK- H+) + Ca(HCO3)2 ↔ 2 RK
- Ca2+ + 2 H2O + 2 CO2
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Es ist weiterhin möglich, dass die Harze mit anderen Ionen als H+-Ionen, wie z.B. Na+-
Ionen beladen sind. Diese tauschen bei der Wasserenthärtung die Ca2+- und Mg2+-Ionen
gegen Na+-Ionen aus.
2 (RK- Na+) + CaSO4 ↔ 2 RK
- Ca2+ + 2 Na2SO4
2 (RK- Na+) + MgCl2 ↔ 2 RK
- Mg2+ + 2 NaCl2
3.5.3.2 Anionenaustauschharze
Auch die Anionentauschharze werden in zwei Kategorien aufgeteilt:
Die schwach basischen Anionenaustauschharze, bei denen tertiäre Aminogruppen die
OH--Ionen liefern, tauschen Cl--, NO2--, SO4
2--, CrO2-- und HPO42--Ionen gegen OH--Ionen
aus.
2 (RA+ OH-) + Na2SO4 ↔ 2 RA
+ SO42- + 2 NaOH
Weitere Anionen, wie CN-, HCO3-, SiO3
- und NO3-, werden durch stark basische
Anionenaustauschharze ausgetauscht, wobei die OH--Ionen durch die aktiven Gruppen
N(CH3)OH und N[(CH3)2(C2H4OH)]OH geliefert werden.
RA+ OH- + NaNO3 ∏∏∏∏ RA
+ NO3- + NaOH
Auch bei den Anionentauschern ist eine anderweitige Beladung möglich. Sie dient bei der
Wasserenthärtung zum Austausch der Gegenionen zu Ca2+ und Mg2+.
2 (RA+ Cl-) + Na2SO4 ↔ 2 RA
+ SO42- + 2 NaCl
3.5.4 Adsorption an Aktivkohle
Bei der Adsorption an Aktivkohle werden keine Ionen ausgetauscht, wie in 3.5.3, es "findet
[...] lediglich eine Form <der Festhaltung> bestimmter Wasserinhaltsstoffe statt."
Elektrostatische Anziehungskräfte und Van-der-Waals-Kräfte sorgen dafür, dass die aus
dem Wasser zu entfernende Substanz (Adsorptiv) "relativ locker an den Adsorber
(grenzflächenaktiver Feststoff, an den die Anlagerung stattfindet) gebunden" (alle: 13 Kunz:
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Behandlung von Abwasser, S. 241) wird. Es gilt: Das Adsorptiv und der Adsorber bilden
miteinander einen Komplex, das Adsorbat.
Adsorptiv + Adsorbens = Adsorbat
Chemikalien, zu deren Entfernung Aktivkohle eingesetzt wird, sind u.a. Aldehyde,
Alkohole, Amine, organische Säuren, u.v.m. (Weitere Beispiele für die Adsorption an
Aktivkohle siehe Anlage 6).
3.5.5 Umkehrosmose
Zwei Salz- bzw. Schadstofflösungen sind nur durch eine halbdurchlässige Membran
(semipermeable Membran) miteinander verbunden, durch welche nur Wassermoleküle
hindurch können, nicht aber die Salz- bzw. Schadstoffmoleküle. Wenn eine der beiden
Lösungen konzentrierter als die andere ist, so diffundieren aufgrund des osmotischen
Drucks, Wassermoleküle aus der verdünnten in die konzentrierte Lösung. Bei der
Umkehrosmose wird dieser Effekt umgekehrt: "Auf die Salzlösung wird mit Hilfe einer
speziellen Pumpe ein hoher Druck erzeugt, wodurch die Wassermoleküle aus der
Salzlösung durch die Membran in das reine Wasser diffundieren und sich das Volumen
der Salzlösung stetig verringert" (2 "Umkehrosmose", Microsoft Encarta 99).
Abb. 5: Umkehrosmose
C. Probleme, Auslastbarkeit und Grenzen der Wasseraufbereitung
Die gerade vorgestellten Methoden zur Wasseraufbereitung decken einen weiten Bereich
ab. Aber dennoch gibt es bestimmte Schadstoffe, die aus dem Abwasser nicht entfernt
werden können, weil die technische Ausführung zu umständlich oder das ganze Verfahren
zu teuer ist. Oft scheitert es auch an der Menge des aufzubereitenden Wassers. Es wäre
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also zu überlegen, ob die Lösung nicht eher in der Vermeidung von Abwasser liegt. Beim
Trinkwasser sollte man solche Trinkwasserbrunnen wählen, die am wenigstens durch
Bodeninhaltsstoffe belastet sind. Auch sollte man im Trinkwasser-einzugsgebiet
vermeiden, durch übermäßigen Kunstdüngergebrauch, Schadstoffe in den Boden
einzubringen.
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Anhang 1: Grenzwerte - Trinkwasser
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Anhang 2: Zugelassene Chemikalien - Trinkwasser
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Anhang 3: Grenzwerte - Abwasser
- Abwasser am Kläranlagenablauf
Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) 40 mg/l
Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5) 20 mg/l
Ammonium-Sticksoff (NH4-N) 10 mg/l
Stickstoff gesamt (Nges) 15 mg/l
Phosphor (Pges) 1,5 mg/l
- Abwasser aus Industrie- und Gewerbebetrieben
Temperatur < 35°C
PH-Wert 6,5 - 9,5
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Anhang 4: Zugelassene Chemikalien - Abwasser
Richtwerte für eisen- bzw. aluminiumhaltige Fällungs- und Flockungsmittel
Schadstoff mg/kg Schlammtrockenmasse mg/kg Fe mg/kg Al
Cd 1 2,9 4,7
Cr 90 260 427
Cu 80 230 380
Hg 0,8 2,3 3,8
Ni 20 58 95
Pb 90 260 427
Zn 250 720 1.190
AOX 100 100
Empfehlungen für Anforderungen an Neutralisationschemikalien zur Abwasserbehandlung
Schadstoff mg/kg H2SO4 mg/kg HCl mg/kg NaOH mg/kg Ca mg/kg Na2CO3
Hg 4 < 0,1 1) 0,05 2 1
Cd 5 < 0,1 1) 0,5 4 2
Cr 45 1) 5 40 25
Ni 10 1) 5 40 25
Pb 45 1) 5 40 25
Cu 40 1) 10 40 25
AOX 100 < 1 2) 101) Schwermetalle gesamt < 1 mg/l2) wird nach Erarbeitung eines geeigneten AOX-Analyseverfahrens neu festgelegt
Empfehlungen für Anforderungen an weitere anorganische Abwasserbehandlungs-Chemikalien
Wasserstoffperoxid Durch den Einsatz von Wasserstoffperxoid in der Abwasserbehandlung dürfen
keine zusätzlichen schwer eliminierbare Stoffe in die Gewässer gelangen.
Aktivkohle Für im Abwasserbereich eingesetzte Aktivkohlen ist eine Deklaration des Gehalts
an AbwAG-relevanten Schwermetallen erforderlich.
Natriumdithionit Der Zinkgehalt von Natriumdithionit darf 300 mg/kg Produkt nicht überschreiten.
Empfehlungen für Anforderungen an organische Flockungshilfsmittel und schwefelhaltige
organische Fällungsmittel
Die Schädlichkeit des Filtrats nach Durchführung eines modifizierten Zahn-Wellens-Tests mit dem
jeweiligen Produkt in Anwendungskonzentration gemäß Nummer 408 der Anlage 1 (Analysen- und
Messverfahren) zur Rahmen-AbwasserVwV in der Fassung vom 15. April 1996 soll folgende Werte nicht
überschreiten:
Fischgiftigkeit als Verdünnungsfaktor GF=1
Daphniengiftigkeit als Verdünnungsfaktor GD=1
Leuchtbakteriengiftigkeit als Verdünnungsfaktor GL=1
Algengiftigkeit als Verdünnungsfaktor GA=1
Erbgutveränderndes Potential als Verdünnungsfaktor GEU=1,5
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Anhang 5: pH-Bereiche bei der Neutralisationsfällung
Anhang 6: Adsorption an Aktivkohle
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Anhang 7: Bau eines Modells zur Wasseraufbereitung
Benötigte Materialien:
• 3 PET-Flaschen 0,33 l
• 2 Glasröhrchen ca. 5 cm
• 1 Glasröhrchen ca. 20 cm (mit Absperrhahn)
• 3 Reagenzglasstopfen (mit Loch)
• 1 Stativ
• 3 Stativklemmen
• 1 Schlauch
• Watte
Benötigte Chemikalien:
• Gereinigter Seesand
• Aktivkohle
• Natriumhypochlorit-Lsg. NaOCl
• Eisenchloridsulfat-Lsg. FeClSO4
• Salzsäure HCl
• Natriumcarbonat Na2CO3
• Polyacrylamide (hier: flüssige und feste FLOHIMI der Firma Flonex aus
Sissach/Schweiz)
• Ionenaustauschharz (hier: Mischbettharz MB 20 der Firma Grünbeck aus Höchstädt)
Bau:
1. Bei den drei PET-Flaschen wird jeweils der Boden entfernt und der Flaschenhals mit
einem Reagenzglasstopfen (mit Loch) versehen!
2. In die erste Flasche wird das Glasröhrchen mit Absperrhahn gesteckt, wobei das
Glasröhrchen ca. 5 cm in die Flasche hinein ragt!
3. Die zweite und dritte Flasche werden jeweils mit einem der kleinen Glasröhrchen
versehen, wobei es aber nicht in die Flasche hinein ragen darf! Über den Stopfen wird
ein Stück Watte gelegt!
4. Alle drei Flaschen werden nun mit dem Flaschenhals nach unten mit den
Stativklemmen am Stativ befestigt und zwar in folgender Reihenfolge (von oben nach
unten): Flasche 1, Flasche 2, Flasche 3
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5. An der untersten Flasche wird der Schlauch zum Ableiten des Wassers angebracht!
6. Flasche 2 wird mit zwei Schichten (getrennt durch eine Schicht aus Watte) befüllt:
Schicht 1 (unten): Aktivkohle
Schicht 2 (oben): Seesand
7. Flasche 3 wird mit einer Schicht Austauschharz befüllt!
Funktionsbeschreibung:
Flasche 1 - Reaktions- und Ausfällbehälter
Hier werden folgende Chemikalien eingesetzt:
Natriumhypochlorit NaOCl
���� Desinfektion (s. 2.6.1)
���� Cyanidentgiftung (s. 3.5.1)
Eisenchloridsulfat FeClSO4 oder FLOMI
���� Vorflockung (s. 3.1.2)
���� Phosphateliminierung (s. 3.3)
Polyacrylamide oder FLOHIMI
���� Vorflockung (s. 3.1.2)
Natriumcarbonat Na2CO3
���� Neutralisation und Metallausflockung (s. 3.5.2)
���� Entsäuerung (s. 2.4.1.2)
Salzsäure HCl
���� Entcarbonisierung (s. 2.4.2.1)
���� Neutralisation (s. 3.5.2)
Das ausgeflockte Material sinkt ab. Nach kurzer Zeit wird der Hahn geöffnet, damit das
überstehende Wasser in Flasche 2 fließen kann. Zurück bleibt ein Schadstoffschlamm,
welcher der Entsorgung zugeführt werden muss.
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Flasche 2 - Filterbehälter
Die Sandschicht bewirkt, dass mitgerissene Schlammflocken
und andere noch nicht sedimentierte Schwebstoffe aus dem
Wasser abfiltriert werden (s. 2.2).
In der Aktivkohleschicht werden weitere Schadstoffe, wie
Aromaten, organische Säuren, u.s.w. gebunden (s. 3.5.4).
Flasche 3 - Ionenaustauschbehälter
In der Schicht mit dem Austauschharz werden sämtliche Kationen
und Anionen gegen H+- und OH--Ionen ausgetauscht (s. 3.5.3).
Zu Beachten:
Flasche 2 und 3 sollten vor dem Gebrauch mit destilliertem Wasser beschickt werden,
damit die Sand-, Aktivkohle- und Austauschharzschicht gesättigt sind und nicht das zu
reinigende Wasser aufsaugen!
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Quellen:
Benützte Literatur:
1 Weiner, M., Der Krieg ums Wasser, P.M. - Peter Moosleitners interessantes Magazin,
Oktober 1999, S. 28-362 Microsoft® Encarta® 99 Enzyklopädie, © 1993-1998 Microsoft Corporation3 Hulpke, H., Römpp Lexikon Umwelt, Stuttgart, 1993, Georg Thieme Verlag4 Hubmann, P, Industrial Waste Water Management, SE Training Sandoz, Oktober 19935 Wassserrechtsbescheid der Stadt Krumbach, April 19996 Öffentliche Enwässerungssatzung der Stadt Krumbach, April 19997 Pressemitteilung Nr. 04/98 zur Studie "Umweltverträglichkeit von Chemikalien zur
Abwasserbehandlung" (Reihe TEXTE des Umweltbundesamtes, Nr. 39/97)8 Hancke, K., Wasseraufbereitung: Chemie und chemische Verfahrenstechnik - 4.
überarbeitete Auflage, Berlin, 1998, Springer-Verlag Berlin Heidelberg9 Infobroschüre des Zweckverband Abwasserreinigung Kressbronn-Langenargen,
Verbandskläranlage Kressbronn-Langenargen10 Mudrack, K., Biologie der Abwasserreinigung, Stuttgart, 1988, Gustav Fischer Verlag11 Schwimmbeck, G., Berechnung des Fällmittelverbrauchs zur Phosphorelimination in
Kläranlagen, ATV-Landesgruppe Bayern Kläranlagennachbarschaften, Anlage 14 zur
Niederschrift Lehrertag Februar 199412 Hartinger, L., Handbuch der Abwasser- und Recyclingtechnik für die
metallverarbeitende Industrie, München, 1990, Carl Hanser Verlag München Wien13 Kunz, P., Behandlung von Abwasser, Würzburg, 1995, Vogel Verlag14 Bendlin, H., Reinstwasser von A-Z: Grundlagen und Lexikon, Weinheim, 1995, VCH
Verlagsgesellschaft mbH
Abbildungen:
Abb. 1: 2 "Wasserversorgung", Microsoft Encarta 99
Abb. 2: 8 Hancke: Wasseraufbereitung, S. 162-164
Abb. 3: 9 Infobroschüre des Zweckverband Abwasserreinigung Kressbronn-
Langenargen, S. 12+13
Abb. 4: 4 Hubmann, P, Industrial Waste Water Management, S. 9
Abb. 5: 14 Bendlin, H., Reinstwasser von A-Z: Grundlagen und Lexikon, S. 78
Seite 35
Anhang:
Anhang 1: 3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 723
Anhang 2: 3 Hulpke: Römpp Lexikon Umwelt, S. 725
Anhang 3: 6 Öffentliche Enwässerungssatzung der Stadt Krumbach
Anhang 4: 7 Pressemitteilung Nr. 04/98 des Umweltbundesamtes
Anhang 5: 13 Kunz: Behandlung von Abwasser, S. 226
Anhang 6: 13 Kunz: Behandlung von Abwasser, S. 242
Anhang 7: alle Abbildungen/Fotos: privat