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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

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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

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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

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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

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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