Wasseraufbereitung mit adsorbierenden Materialien

Sauberes Wasser ist, im Gegensatz zu BigMacs und iPods, lebensnotwendig. Wasser kann man nicht herstellen (zumindest nicht in der Praxis). Man kann es nur finden, und meistens muss man es aufreinigen, bevor man es verwenden kann.Die heutige Ausgabe gibt einen (notwendigerweise unvollständigen) Einstieg in das Gebiet der Filtermaterialien.

1. Wasserverschmutzungen: Eine Einteilung
2. Organische Schadstoffe
3. Schwermetalle
4. Spezialfall Teich/Aquariumsfilter

Eine allgemeine Übersicht über alle  angewendeten Wasseraufbereitungsverfahren gibt es auf Wikipedia sowie auf der privaten Seite des Biologen Hartmut Willmitzer.

1. Wasserverschmutzung – eine einfache Einteilung

Gewöhnlich unterteilt man Wasserverschmutzung nach ihrer Herkunft, etwa

• aus Landwirtschaft
• Gewerbe und Industrie
• indirekt, durch Regen ausgewaschene Luftschadstoffe
• Wasserverschmutzung durch natürliche Bodenbestandteile wie Arsensäure oder Huminsäuren.

Auch nach Auswirkungen wird eingeteilt, etwa Arzneiwirkstoffe, Hormone und hormonähnliche Substanzen, die die Gesundheit der Wasserorganismen beeinträchtigen, oder Substanzen, die zur Überdüngung führen, wie Phosphate.

Zur Betrachtung der Wasserfiltermedien muss anders eingeteilt werden, nämlich nach der chemischen Natur der Schadstoffe. Hier interessieren insbesondere zwei Gruppen, nämlich
(a) die wasserlöslichen organischen Verbindungen, in die so unterschiedliche Substanzen fallen wie Pestizide, pharmazeutische Wirkstoffe (etwa aus Urin) und Lösungsmittelrückstände.

Die Gruppe (b) sind die Schwermetalle, wobei diese als Kationen (etwa Blei) oder auch als die Anionen ihrer Sauerstoffsäuren (Arsenat) vorkommen können.

Nach der Form richtet sich die Auswahl der wirksamen Filtermedien.

Es gibt Schwermetalle, die in beiden Formen auftreten können, z. B. Chrom und Mangan. Man muss also immer genau spezifizieren, was man eigentlich aus dem Wasser entfernen möchte.

Wasserlexikon

Das Wasserlexikon des Zweckverbandes Schlicht-Gruppe und Taufkirchener Gruppe bietet Kurzartikel zu einer Reihe von Stichworten rund um die Wasseraufbereitung.

2. Organische Verbindungen

Stoffe wie Pestizide, Weichmacher, Lösungsmittel oder Kraftstoffe sind in unterschiedlichem Ausmaß in Wasser löslich, jedoch liegt ihre scheinbar minimale Löslichkeit oft über der zulässigen Höchstkonzentration für die geplante Anwendung (ob Trinkwasser, Produktion oder Einleitung). Das Mittel der Wahl zur Adsorption dieser Stoffe ist Aktivkohle, andere Adsorbenzien werden nur selten verwendet.
Grundlagen der Adsorption aus Aktivkohle an Wasser

• Grundlagenartikel eines Tschechischen Aktivkohleherstellers (auf Deutsch): Silcarbon.
• Seite des niederländischen Anlagenbauers Lenntech, mit Stoffliste.

Über Haushaltswasserfilter

Die handelsüblichen Wasserfilter für den Hausgebrauch enthalten einen Aktivkohlefilter, manchmal in Kombination mit einem Ionenaustauscher. An dieser Stelle brauchen keine Links geliefert zu werden, da es Dutzende Hersteller und Händler gibt, die diese Produkte an den Mann – oder eher an die Familie – bringen wollen. Zum Teil werden zu Verkaufszwecken wahre Horrorszenarien aufgebaut.

Die Stadtwerke (hier z. B. Augsburg) zweifeln hingegen den Sinn der Wasserfilter an, sprechen von einer Verschlimmbesserung des ausgezeichneten Trinkwassers und verweisen auf die Analysenergebnisse im Internet.

Wer hat nun recht? Ich verweise auf den letzten Blogbeitrag.

3. Ionen

Kationen (z. B. Blei Pb²⁺ oder Calcium Ca²⁺ im Falle der Enthärtung) können durch Ionenaustauscher aus dem Wasser beseitigt werden. Dies wird immer dann gemacht, wenn aus irgend einem Grund die billigeren, aber komplizierter handzuhabenden Methoden der Fällung nicht durchgeführt werden können, sei es, das sich das Ion nicht fällen lässt, die Konzentration bereits zu niedrig ist oder dass das mehrstufige Verfahren der Fällung dem Betreiber zu aufwändig ist, wie im Privathaushalt.

Gefechtsköpfe sind auch dann gefährlich…

… wenn sie nicht in die Luft gehen: Anscheinend ist das Abwasserproblem, das beim Rückbau von Atomwaffen entsteht, ein ganz beträchtliches. Die US-Behörden haben ein neues Filtermaterial aus katalytisch hergestellten Kohlenstoff-Nanoröhrchen getestet. Klingt teuer!
Link zum Abstract: OSTI Energycitations. Die Originalpublikation ist dort ebenfalls herunterzuladen.

Über Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon-Nanotubes) finden Sie Informationen auf Wikipedia (sehr ausführlich) oder, auf Deutsch, vom Fraunhofer-Institut.

Zeolithe in der Wasserreinigung

Übersichtsartikel über die Zeolithe in der Abwasserreinigung, und warum diese Mineralien immer noch recht selten verwendet  werden (Stand 2005).

Energy Citations Database

Die höchst ergiebige Datenbank des Office of Scientific & Technical Information (OSTI) enthält zahlreiche Originalpublikationen auch im Volltext. Suchen Sie selbst!

Z. B. sind auch manche Torfsorten als Adsorbens für Schwermetalle geeignet. Die Wirkung beruht wahrscheinlich auf einer Chelatisierung der Schwermetalle durch die Huminsäuren im Torf.

Enteisenung und Entmanganung

FAQ-Seite eines Filterherstellers.

Arsen im Brunnenwasser

Woher kommt das Arsen im Brunnenwasser? Sehr gründlicher Artikel über die Verhältnisse in Bangladesh, wo weite Teile der Bevölkerung an einer chronischen Arsenikose leiden.

Es gibt auch anthropogene (vom Menschen verursachte) Arsenverseuchungen.

Arsen ist nicht so leicht aus Wasser zu entfernen: Abstracts der Tagung „Arsen 2005 – Sanierung von Arsen-Kontaminationen in Böden, Grund- und Oberflächenwässern“ in Leipzig.

Arsen lässt sich durch geschickte Ausnutzung der Rostbildung in metallischen Behältern abfangen, so das Ergebnis dieser Dissertation, die auch ausführlich die Chemie des Arsens in Wasser beschreibt.

4. Hoi, ein Koi? – Sonderfall Teich- und Aquariumfilter

Aquaristiker und Betreiber von Teichanlagen fragen häufiger nach Zeolith für Wasserfilter. Diese Filter sollen die Ammoniumkonzentration niedrig halten und somit indirekt auch den Algenbewuchs. Ammonium NH4(+) verhält sich im Kontakt mit Zeolithen ähnlich wie Metallionen, d. h. es wird gegen ein Ion des Zeolithen ausgetauscht. Dies ist aber keineswegs ein so einfacher Vorgang wie es zunächst aussieht: der Ionenaustausch (Ca, Mg, Na, K) kann die Wasserverhältnisse so stark verschieben, dass es für empfindlichere Fische nicht mehr tragbar ist. Der Zeolith hat eine Selektivität, d. h. er tauscht Kationen entsprechend einer Präferenzliste aus. Klinoptilolith tauscht Cäsium, Strontium und Blei eher ein als Kalium und Ammonium.

Die Konzentration der Ionen im Wasser spielt eine entscheidende Rolle. Mit steigender Konzentration wird auch ein größerer Anteil der Austauschplätze besetzt. Deswegen ist z. B. ein Zeolithfilter in einem Seewasseraquarium ziemlich sinnlos – zumindest für die Ammoniumbeseitigung. Eine längerdauernde Wirkung entfaltet ein Zeolithfilter nur dann, wenn er zugleich Mikroorganismen enthält, die das zwischengespeicherte Ammonium auch abbauen, sonst wäre die Wirkung schnell verpufft. Das Gleichgewicht eines Biofilms ist aber kritisch: Zu viele Algen, und der Filter setzt sich zu. Zu wenig Algen, und die Abbauleistung fällt.

An dieser Stelle sollten noch einige Links mit Informationen zu Zeolithen im Aquarium und Fischteich folgen – aber es scheint unter den zehntausend Händlerseiten keine Seiten mit korrekten und einigermaßen vollständigen Informationen zu geben.