wasseraufbereitung
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m. fahrni H2 O 14.05.2016 1/21 m. fahrni Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeines 1.1 Verunreinigung des Wassers 1.2 Beurteilung der natürlichen Wässer 1.3 Bestimmung der Wasserqualität 1.4 Verfahrenstechnik der Wasseraufbereitung 2. Umkehrosmose 2.1 Einleitung 2.1 Prinzip 2.3 Löslichkeit von Salzen im Wasser 2.4 Membranscaling-lmpulsrückspülung 3. Hygiene 4. Stichwortverzeichnis 14.05.2016 2/21 m. fahrni 1. Allgemeines 1.1 Verunreinigung des Wassers In der Natur zur Verfügung stehende Wasser sind keinesfalls rein, sondern mit Begleitstoffen verschiedener Art durchsetzt, vornehmlich in Form von gelösten Salzen. Dem reinen Wasser am nächsten kommt das Regenwasser. Aber dieses nimmt aus der Luft Kohlensäure und Sauerstoff auf und wird dadurch aggressiv. Durch seinen Gehalt an Kohlensäure ist es in der Lage, beim Durchgang durch die Erdschichten Bestandteile bis zur echten Lösung aufzunehmen. Je nach den Bodenverhältnissen sind diese Bestandteile sehr verschiedenartig und damit auch die Eigenschaften der natürlichen Wässer. Aus diesem Grunde ist eine einheitliche Behandlungsweise in der Aufbereitung nicht möglich. Grobdisperse Stoffe Grobdisperse Stoffe sind Verunreinigungen in der Grössenordnung > 1 μm (1 Mikrometer). Hierunter fallen die Schwimm-. Schwebe- und Sinkstoffe. Kolloiddisperse Stoffe Kolloidale Verunreinigungen sind mit dem Auge nicht erkennbar. Man spricht deshalb auch von Scheinlösungen. Die Teilchengrösse liegt bei < 1 μm, wobei zu beachten ist, dass die verschiedenen Stoffsysteme in den angegebenen Grössenordnungen nicht klar voneinander getrennt sind, sondern ineinander übergehen. Kolloiddisperse Stoffe sind nicht oder nur unvollkommen in den üblichen Filtern abscheidbar. Es muss daher sehr oft eine Flockung vorgenommen werden. Flockung Dem Wasser werden geringe Mengen von Eisenchlorid, Aluminiumsulfat oder Natriumlaminat (Flockungsoder Fällungsmittel) zugesetzt. Diese Salze bilden in Reaktion mit der Karbonathärte Flocken von Eisenhydroxid oder Aluminiumhydroxid, welche organische Substanzen einschliessen bzw. absorbieren und somit filtrierfähig machen. Schutz-Kolloide Hierunter versteht man Kolloide, welche die Eigenschaft haben, andere Stoffteilchen in der Flüssigkeit zu umhüllen und sie damit ihrer Reaktionstätigkeit zu entziehen. Diese Art der Kolloide wirken sich erschwerend in der Wasseraufbereitung aus. Molekulardisperse Stoffe Molekulardisperse Stoffe sind nur ultramikroskopisch erkennbar. Hierunter fallen alle dissoziierten lonen und assoziierten Moleküle, wie z.B. die Härtebildner sowie die Salze des Natriums und Kaliums. Lösungen mit molekulardispersen Stoffen sind vollkommen klar, man spricht deshalb von echten Lösungen. Auch Gase, wie Sauerstoff, Kohlensäure und Stickstoff, können sich im Wasser entsprechend ihrer Absorptions-Koeffizienten lösen. Die gelöste Menge ist abhängig vom Partialdruck, Temperatur sowie der Art der Gase. 14.05.2016 3/21 m. fahrni 1.2 Beurteilung der natürlichen Wässer Grundwasser Grundwasser (Brunnen- und Quellwasser) ist im allgemeinen arm an groben Verunreinigungen (Bodenfiltrierung) und bedarf daher selten einer besonderen Klärung. Dagegen enthält es sehr oft aggressive Kohlensäure, Eisen und wenig Sauerstoff. Oberflächenwasser Oberflächenwasser (Fluss-, See- und Teichwasser) kann durch Abwasser, Laubabfall, Hochwassereinflüsse verunreinigt werden. Es bedarf daher einer besonderen Klärung. Infolge guter Belüftung ist die aggressive Kohlensäure gering und der Sauerstoffgehalt hoch. 1.3 Bestimmung der Wasserqualität Wasserhärte unter Härte eines Wassers versteht man seinen Gehalt an gelösten Erdalkali-, besonders an Calciumund Magnesium-Salzen. Aus Calcium- und Magnesiumkarbonat (Karbonathärte KH) entstehen beim Erhitzen des Wassers schwerlösliche Niederschläge (Kesselstein). Die Erdalkalichloride und Sulfate (Nichtkarbonathärte NKH) sind weniger schwer löslich. Sie werden erst beim Eindampfen des Wassers ausgeschieden. Die Gesamthärte ist die Summe von Karbonat- und Nichtkarbonathärte: GH = KH + NKH Härte-Begriffe 0 -7 0fH = sehr weich, 7 -14 0fH = weich, 14-22 0fH = mittelhart, 22-31 0fH= hart, über 32 0fH = sehr hart 1 0f.H = 0,56 0d.H = 0,2 mval/kg = 0,1 mmol/l = 10,0 ppm = 10 g Kalziumkarbonat pro m3 Wasser. Leitfähigkeit des Wassers Bei Wasser, in welchem noch Spuren von Salzen gelöst sind, wird die Menge der gelösten Salze anhand der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt. Die gemessene (spez.) Leitfähigkeit wird in Mikrosiemens/cm ausgedrückt. 1 Mikrosiemens/cm entspricht der Leitfähigkeit einer Lösung von ca. 0,5 mg NaCl (Natriumchlorid) oder 0,1 mg HCI (Salzsäure) oder 0,2 mg NaOH (Natron-Lauge) pro Liter Wasser. Definiert wird die Leitfähigkeit als der elektrische Widerstand einer Flüssigkeit. Die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des Widerstandes. Je kleiner der Leitwert, desto reiner das Wasser. Der pH-Wert Der pH-Wert ist ein Mass für die Menge an Wasserstoffionen, die in 1 Liter Wasser effektiv vorhanden sind. Je saurer eine Lösung ist, umso kleiner ist der pH-Wert, umgekehrt nimmt mit steigender Alkalität der pH-Wert zu. Der pH-Wert von neutralem Wasser ist 7. 1 2 stark sauer 3 4 5 6 7 schwach sauer 8 9 schwach alkalisch 10 11 12 13 14 stark alkalisch neutral Die Änderungen um eine ganze pH-Zahl ändert den sauren oder alkalischen Charakter um das 10 fache. 14.05.2016 4/21 m. fahrni 1.4 Verfahrenstechnik der Wasseraufbereitung Filtration Bei der Filtration werden die grobdispersen Stoffe (Schwimm-, Schwebe- und Sinkstoffe) zurückgehalten. In der Regel werden Kerzenfilter verwendet, die als Filterschicht ein Baumwollgewebe von ca. 2-100 μm Porenweite tragen. Je nach Verschmutzung und Menge des zu filtrierenden Wassers muss die Filterkerze ausgewechselt werden. Der maximale Differenzdruck (Differenz zwischen Wassereintritt und Wasseraustritt am Filter) beträgt 0,5 bar. Entkeimung Die Entkeimung dient dem Abtöten lebender Zellen (Bakterien etc.). Zur Entkeimung von Wasser (Trink-, Bade- und Gebrauchswasser) werden in überwiegendem Masse Stoffe mit starkem Oxidationsvermögen verwendet. In der Aufbereitungspraxis wurden vor allem Oxidationsmittel wie Chlor und Sauerstoff seine keimtötend wirkenden Verbindungen sowie Ozon eingesetzt. Die Zugabe kann mit einer Dosierpumpe erfolgen, die wassermengenabhängig das Oxidationsmittel zusetzt. Enthärtung mit lonenaustauscher Eine Enthärtung besteht aus einem oder zwei druckfesten Behältern, in denen sich das Austauschermaterial befindet, einem Salzlösebehälter und einem Steuerventil. Austauschermaterialien sind wasserfeste, körnige Stoffe, welche die Fähigkeit haben, ihre angelagerten lonen (Natrium) gegen im Wasser vorhandene lonen (Kalzium- und Magnesium) auszutauschen. In der Aufbereitungstechnik werden fast ausschliesslich Harze, vornehmlich Styrolharze benutzt. Nach Erreichung der Austausch-kapazität muss das Harz mit einer Salzlösung wieder belebt (regeneriert) werden. Der Salzbehälter dient der Bevorratung und Aufbereitung, der für die Regeneration notwendigen Salzlösung. Das Steuerventil regelt die Abläufe zwischen Betrieb (Enthärtung des Rohwassers) und Regeneration (Wiederbelebung des Austauschermaterials). Bedienungsvorgänge Nach Beendigung der Laufzeit, also nach Erschöpfung des Austauschers durch die aufgenommenen Härtebildner, erfolgt die Regeneration. Die Regeneration kann zeitabhängig (mit einem Zeitschaltwerk) oder volumenabhängig (ein Wassermesser misst die Wassermenge) ausgelöst werden. Diese Möglichkeit wird dann eingesetzt, wenn die Rohwasserhärte grossen Schwankungen unterworfen ist. Zu diesem Zweck wird nach der Enthärtungsanlage ein Härteüberwachungsgerät eingesetzt. Dieses Gerät überwacht das Wasser am Austritt des Enthärters und löst die Regeneration nach einem Härtedurchbruch (Austauschkapazität des lonenaustauschers erschöpft) aus. Die Regeneration erfolgt in drei Arbeitsgängen. Spülvorgang (Rückspülen) Die Spülung, die stets von unten nach oben erfolgt, hat die Aufgabe der Auflockerung des Austauschermaterials und der Entfernung von Schmutzteilchen, die sich auf dem Harzbett angesammelt haben. Der Spülvorgang dauert ca: 10-20 Minuten. Regeneration Die Regeneration erfolgt von oben nach unten. Bei diesem Vorgang wird die im Salzlösebehälter aufbereitete Sole (Salzlösung) in den Druckbehälter eingesaugt und durch das Harzblatt geleitet. Dauer ca. 45 Minuten. Waschen (Schnellspülen) Das Waschen erfolgt von oben nach unten mit grossem Volumenstrom. Die Waschung wird so lange durchgeführt, bis die Härtebestimmung im Ablaufwasser eine Härte von < 0,20f anzeigt. Danach schaltet der Enthärter auf Betrieb um. Die volle Austauscherkapazität steht wieder zur Verfügung. Berechnung der für die Regeneration erforderlichen Solemenge Die für die Regeneration optimale Kochsalzlösung (klare Lösung) liegt bei 8-10% NaCl. Die im Salzlösebehälter aufbereitete Salzlösung weist eine max. Konzentration von 30% auf (300 g Salz pro I Wasser). Bei der Regeneration wird die Salzlösung mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe in den Enthärter eingesaugt. Beim Einsaugen vermischt sich die Salzlösung mit dem Treibwasser im Verhältnis 2/3Wasser und 1/3 Sole, womit sich eine ca. 1O%ige Kochsalzlösung ergibt. Die erforderliche Salzmenge für die Regeneration ist abhängig von der im Druckbehälter enthaltenen Harzmenge und berechnet sich wie folgt: 14.05.2016 5/21 m. fahrni 150 g Salz pro Liter Harz. Beispiel: Enthärter mit 10 I Harzinhalt = 10 x 150 g = 1 ,5 kg Salz. Da die Salzsole eine max. Konzentration von 30% aufweist, ergibt dies ca. 5 l Sole (1,5 : 0,3). Somit wissen wir, wieviel Sole eingesaugt werden muss, resp. um wieviel sich die Solemenge im Salzbehälter reduzieren muss. Wasserentsalzung mittels Osmose A C1 B c2 Wurst im Bohnenwasser B C2 Die Osmose Eine Wurst im Bohnenwasser stellt ein leicht überblickbares osmotisches System dar. Eine verdünnte Lösung, das Bohnenwasser (A) mit Konzentration (C1), wird von einer konzentrierten Lösung, dem Wurstsaft (B) mit Konzentration (C2), durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membrane, die Wursthaut, getrennt. Eine semipermeable Membrane hat die Eigenschaft, kleine Teilchen durch ihre .,Poren,, wandern zu lassen, jedoch grossen Teilchen den Durchgang zu versperren. Wassermoleküle gehören zur kleinen Sorte und können in unserem Kochtopf relativ frei vom Bohnenwasser (A) in den Wurstsaft (B) und wieder zurück diffundieren. Grossen Teilchen, wie den lonen von Kochsalz, ist dies verwehrt. Einem Gesetz der Physik folgend, tendieren in Kontakt stehende Lösungen verschiedener Konzentrationen wie (A) und (B) dazu, ihre Konzentrationen auszugleichen. lm beschriebenen System kann das nur dadurch erreicht werden, dass Wassermoleküle aus dem Bohnenwasser (A) durch die Membrane in den Wurstsaft (B) diffundieren und diesen verdünnen. Weil die Wursthaut einem geschlossenen Behälter entspricht, baut sich, bedingt durch die Volumenzunahme, ein Druck auf. Wäre die Wursthaut stark genug, so würde schlussendlich ein Innendruck (hydrostatischer Druck) erreicht, der den Wasserfluss in die Wurst zum Stillstand brächte. Dieser Druck würde dem „osmotischen Druck“ des Systems entsprechen. Ö ist also ein Mass für die Kraft, die einem Wassermolekül entgegengebracht werden muss, um zu verhindern, dass es durch die Membrane in die konzentrierte Lösung (B) eindringt. Eine einfache Berechnung des osmotischen Druckes als Funktion der Konzentration und Temperatur wird durch folgende Gleichung gegeben: η = CTR η = osmotischer Druck C = Konzentration T = Temperatur R = Gaskonstante Die Gleichung sagt uns, dass erhöhte Konzentration (C) und Temperatur (T) einen erhöhten osmotischen Druck (Ö) mit sich bringen. 14.05.2016 6/21 m. fahrni Die Gegenosmose Die Diffusion von Wasser durch eine semipermeable Membrane aus der Lösung (A) in die konzentrierte Lösung (B) wird Osmose genannt. Erreicht der hydrostatische Druck der konzentrierten Lösung (B) den osmotischen Druck des Systems, so hört jeglicher Wasserfluss auf. Wird der hydrostatische Druck z. B. mechanisch über den osmotischen Druck hinaus erhöht, so verlassen Wassermoleküle die konzentriertere Lösung (B) und Gegenosmose tritt ein. Reines Wasser wird aus der konzentrierteren Lösung herausgepresst. lm vereinfachtem Sinne kann Gegenosmose als Filtration betrachtet werden. Salzhaltiges Wasser wird unter Druck durch eine Membrane gepresst, welche die Salze zurückbehält. Um den Fluss an entsalztem Wasser aufrechtzuerhalten, müssen der Durchflusswiderstand durch die Membrane und der osmotische Druck des salzhaltigen Wassers überwunden werden. 14.05.2016 7/21 m. fahrni a d e f b g h c a = Rohwasser b = Permeat c = Konzentrat d = Grobfilter e = Hochdruckpumpe f = Permeator g = Membrane h = Druckhalteventil 14.05.2016 8/21 m. fahrni Gegenosmose-Membrane Abbildung: Aufbau eines Wickelmoduls (Flächenmembrane) Das Wickelmodul besteht aus Flächenmembranen, die beidseitig auf ein poröses Trägermaterial aufgezogen sind und an den Rändern dicht verklebt werden. Dieses ..Membransandwich" wird zusammen mit einem groben Gewebe um ein zentrales Reinwasser- Sammelrohr gewickelt, so dass sich Kanäle für das Rohwasser ergeben. Wichtige Wasserkriterien Der Salzgehalt Der Fluss von Permeat durch die Membrane wird durch den osmotischen Druck des Rohwassers beeinflusst. Je höher der Salzgehalt, desto höher der osmotische Druck und die aufzuwendende Pumparbeit. Die Kenntnis der Salzkonzentration ist deshalb bei der Auslegung von GegenosmoseAnlagen eine sehr wichtige Voraussetzung. Der pH-Wert Der pH-Wert beeinflusst sowohl die Löslichkeit anwesender Salze als auch die Beständigkeit der Membrane. Nylon-Membranen können zwischen pH 5 und 9 eingesetzt werden. Die Temperatur Temperaturänderungen wirken sich zweifach aus. Die Viskosität des Wassers nimmt pro Grad Celsius Temperaturerhöhung um 2 bis 3% ab. Pro °C nimmt die Permeatproduktion bezogen auf Standardbedingungen (25 °C, 15 bar) um 2-3% ab. Oxidationsmittel Alle Membranen weisen eine gewisse Anfälligkeit gegenüber oxidativen Angriffen auf. Es ist deshalb wichtig, starke Oxidationsmittel wie Chlor, Jod, Ozon von der Membrane fernzuhalten. Gerade Oberflächenwässer werden sehr oft damit entkeimt. Ein Aktivkohlefilter bietet einen gewissen Schutz gegen diese Oxidationsmittel. 14.05.2016 9/21 m. fahrni Lösliche Gase Die üblichen, in natürlichen Gewässern gelösten Gase treten frei durch die Membrane. Kohlensäurehaltiges Wasser kann durch Gegenosmose wohl entsalzt, aber nicht entgast werden. Mit steigendem pH-Wert nimmt die Ionisierung der Kohlensäure zu, was in erhöhtem Rückhaltevermögen der Membrane resultiert. Spezielle Anwendungsgebiete der Gegenosmose Bei der Gegenosmose handelt es sich um Stofftrennung in der flüssigen Phase. Dies geschieht, im Gegensatz zur Destillation oder Kristallisation, ohne Aggregatzustandsänderungen und damit auch ohne thermische Belastung der zu trennenden Substanzen. während in der Wasseraufbereitung das Permeat als Produkt bezeichnet wird, kann in anderen Anwendungsgebieten das Konzentrat von Interesse sein. Membranprozesse werden heute erfolgreich zur Rückgewinnung einerseits von Spülwasser und andererseits von Wasserinhaltstoffen wie Fungizide, Buntmetallsalze, Pharmazeutika, Farbkörper, Öle und Proteine eingesetzt. Bei der Gewinnung wärmeempfindlicher Substanzen wie Molkepulver, Enzymkonzentrate und Vitaminpräparate werden Membranprozesse ebenfalls angewendet. Ein Anwendungsgebiet, das mit zunehmender Wasserverknappung an Aktualität gewinnt, ist die Abwasseraufbereitung zu Trink- und Brauchwasser. Zusammenfassung Die UO sind Anlagen, die unter Nutzung eines Naturphänomens die Trennung von gelösten Stoffen und Wasser ermöglichen. Der Ablauf ist kontinuierlich und wickelt sich mit einem Minimum an physikalischer Zustandsänderung der zu trennenden Stoffe ab. Sowohl als alleinige Stufe als auch als Zwischenstufe in einem mehrgliedrigen Trennungsprozess bieten sich Gegenosmoseanlagen als kraftvolle Werkzeuge an. Dies gilt für die Wasseraufbereitung ebenso wie für viele spezielle Anwendungen. 14.05.2016 10/21 m. fahrni 2. Umkehrosmose 2.1 Einleitung Wasser, unser wichtigstes Lebensmittel, liegt nur in den wenigsten Fällen ohne irgendwelche Verunreinigungen oder Beimengungen vor. Vielmehr führt der vielfältige Gebrauch von Wasser nicht nur im Bereich der Lebensmittelherstellung, sondern auch zum Zwecke des Brauch- und Betriebswassers, zum Zwecke der Wärmeübertragung, zum Transport und nicht zuletzt zur Beseitigung von Schmutz und Abfallstoffen zu einer Anreicherung von Fremdstoffen. Steigende Wasser- und Abwasserpreise demonstrieren eindrucksvoll, dass der Rohstoff Wasser ein immer knapper werdendes Gut wird. Darüber hinaus ist auch “reines Wasser“ oder Leitungswasser immer mit Inhaltstoffen angereichert, die, je nach verfahrenstechnischer Weiterverwendung, störend oder sogar schädlich sein können. In der Regel gewährleisten engmaschige Kontrollsysteme einen nahezu optimalen Verbraucherschutz vor schädlichen Wasserinhaltstoffen wie Metall- und Schwermetallsalze, Pestizide und Dünger aus der Landwirtschaft oder fäkalen Verunreinigungen (z.B. Bakterien oder Viren). Trotzdem kann jedoch auch Wasser, das allen staatlich definierten Qualitätsanforderungen entspricht, im weiteren Verlauf seiner Aufarbeitung zu erheblichen Störungen im Verfahrensablauf führen. Insbesondere die Umkehrosmose (UO) stellt Anforderungen an die Wasserqualität, die im weiteren näher skizziert werden sollen. 2.2 Prinzip Die Umkehrosmose, kurz UO oder auch RO (englisch: Reverse Osmose), wird zur Gruppe der druckbetriebenen Querstromfiltrationsverfahren gerechnet, d.h., die zu behandelnde Lösung (feed) strömt tangential an einer semipermeablen (halbdurchlässigen) Membrane entlang. Beim Durchtritt des Wassers durch die Membrane werden alle die Wasserinhaltstoffe, je nach Trennverfahren, in unterschiedlichem Masse konzentriert. Dabei werden Schmutz- und Schwebstoffe, Krankheitserreger, grössere Moleküle oder sogar lonen auf der Membranoberfläche abgeschieden. Während jedoch die Ultrafiltration oder Mikrofiltration auf einer Siebwirkung der Trennmembranen beruhen, beruht die Wirkungsweise der UO auf einem Trennprinzip, welches der Natur abgeschaut wurde. Werden zwei Lösungen mit einem unterschiedlichen Gehalt an osmotisch wirksamen Substanzen (Salzen) durch eine Membrane getrennt, die nur für das Lösungsmittel (Wasser) durchlässig ist, wird das Lösungsmittel solange durch die Membrane in Richtung Konzentrat wandern, bis entweder a) die Salzkonzentration in beiden Behältern gleich gross ist oder b) sich im Konzentratbehälter ein so hoher hydrostatischer Druck aufgebaut hat, dass der osmotische Druck ausgeglichen wird und die Lösungsmitteldiffusion zum Stillstand kommt. Dieser hydrostatische Druck entspricht dabei der Differenz der osmotischen Drücke der unterschiedlichen Lösungen. Erhöht man jedoch den hydrostatischen Druck auf der Konzentratseite auf einen Wert, der grösser ist als der osmotische Druck, lässt sich der Vorgang der Osmose umkehren - die Umkehrosmose. Als Folge fliesst das Lösungsmittel von der konzentrierten Lösung in die weniger konzentrierte Lösung. Zurück bleibt das Konzentrat, der durch die Membrane transportierte Stoff wird Permeat genannt. Ausgehend von diesen theoretischen Überlegungen lassen sich folgende Verfahrensgrenzen abschätzen: 1. Die Anlagenleistung, d.h. die Leistung der Pumpen muss so gewählt werden, dass sie den durch Salzaufkonzentrierung zunehmenden osmotischen Druck auf der Konzentratseite überwinden kann. 2. Die Salzkonzentration auf der Konzentratseite darf an keinem Punkt der Membrane so hoch werden, dass die gelösten Substanzen (Salze) ausfallen und somit die Membrane blockieren. Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auslegung der UO ist die Berücksichtigung der sogenannten Konzentrationspolarisation. Die zur Membrane hin transportierten Salze werden, wie bereits erwähnt, aufgrund des Rückhaltevermögens der Membrane am Durchgang gehindert und konzentrieren sich direkt vor der Membrane auf. Da jedoch die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten im unmittelbaren Grenzbereich zu Oberflächen gegen Null geht, kann der Abtransport der so aufkonzentrierten Salze ausschliesslich durch Diffusion in den Strömungskanal erfolgen. Mit abnehmender Entfernung zur Membranoberfläche nimmt also die Salzkonzentration zu und kann im Extremfall zum bestimmenden Faktor für die Leistung der UO-Anlage werden. 14.05.2016 11/21 m. fahrni 2.3 Löslichkeit von Salzen im Wasser Die max. Wasserlöslichkeit von Salzen wird, bei konstant angenommenem pH-Wert, hauptsächlich von der Temperatur des Wassers bestimmt. Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht deshalb die Löslichkeit verschiedener Salze in 100 ml Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur: Dabei fällt das unterschiedliche Lösungsverhalten einzelner Salze auf: Während Calziumsalze (Salze zweiwertiger Metallionen) nur in geringen Mengen wasserlöslich sind und darüber hinaus bei zunehmender Temperatur schlechter in Lösung bleiben, lassen sich Salze der einwertigen Metallionen auch in höheren Konzentrationen in Lösung halten. 2.3.1 Gesamthärte/Carbonathärte Das Phänomen der Kalkausfällung/Verkalkung ist jedem aus dem Haushalt (Kaffeemaschinen, Warmwasserarmaturen) bekannt. Salze dieser sogenannten Härtebildner (Calzium, Magnesium) stellen auch ein Problem im Bereich der UO-Technik dar, weil sie sehr effizient, praktisch vollständig von der UOMembrane zurückgehalten werden und leicht bis auf Werte oberhalb ihrer Löslichkeitsgrenze aufkonzentriert werden. Um ein Ausfallen dieser Stoffe auf der Membrane zu verhindern, ist es wichtig, das zu bearbeitende Rohwasser auf den Gehalt an Härtebildnern hin zu untersuchen. Die Summe der als Carbonate, Sulfate, Chloride, Nitrate und Phosphate gebundenen Erdalkalien werden als Gesamthärte bezeichnet und in 0dH, 0fH oder in mmol/|. ausgedrückt. Das deutsche Waschmittelgesetz unterscheidet 4 Härtebereiche: Härteberich Erdalkali-ionen 0 dH 0 fH Beurteilung 1 < 1.3 < 7 < 13 sehr weich 2 1.3 - 2.5 7 - 14 13 - 25 mittel 3 2.5 3. 8 14 - 21 25 - 38 hart 4 > 3.8 > 21 > 38 sehr hart Dazu werden auf dem Markt Testkits angeboten, die leicht zu handhaben sind. Neben dem Begriff der Gesamthärte sollte auch der Begriff der Carbonathärte kurz erläutert werden. Die Carbonathärtentspricht der Stoffmengenkonzentration an Erdalkali-lonen, die der im Wasser enthaltenen Stoffmengenkonzentration an Carbonat und Hydrogencarbonationen äquivalent ist. Die Carbonat/Hydrocarbonatsalze sind diejenigen Erdalkalisalze mit der geringsten Löslichkeit und fallen darum, vor allem bei höheren Temperaturen, als Carbonate auf den Membranen aus. Da die selektive Erfassung dieser Gruppe jedoch zu aufwendig ist, wird zur Charakterisierung des Gehaltes an Erdalkalimetallen vor Ort auf die Bestimmung der Gesamthärte zurückgegriffen. 2.3.2 Entfernung der Gesamthärte/Carbonathärte-Enthärter Enthärter arbeiten auf der Basis von lonentauschern. Grundgerüst eines lonentauschers ist ein hochpolymerer Stoff (z.B. Kunstharze), der in der Lage ist, Ca-lonen gegen Na+-lonen auszutauschen. Nach Austausch aller Na+-lonen auf der Harzoberfläche ist der Austauscher erschöpft und muss regeneriert werden. Dazu wird er mit einer gesättigten NaCl-Sole beaufschlagt, die wiederum die Ca2+-lonen von der Bindestelle verdrängt. Bei kleinen UO-Anlagen muss die Menge an gewonnenem Permeat (Ausbeute) so gewählt werden, dass eine Membranverblockung ausgeschlossen werden kann. Bei grösseren Anlagen rechnet sich in der Regel der Einsatz eines Enthärters zur Entfernung der Härtefracht. 14.05.2016 12/21 m. fahrni 2.3.3 Leitfähigkeit Die härtebildenden Salze sind jedoch nur in geringem Masse an der Ausbildung des osmotischen Druckes beteiligt, gegen den die Pumpe auf der Zuflussseite arbeiten muss. Je höher der osmotische Druck, desto grösser muss die Pumpenleistung gewählt werden, um Permeat zu erzeugen. Allerdings spielt der osmotische Druck des Trinkwassers, der bei lediglich 0,1-0,2 bar liegt, keine Rolle bei der Wahl evtl. eingesetzter Pumpen. Allein der Leitungsdruck kann ausreichen, die UO zu betreiben. Osmotisch wirksame Salze sind hauptsächlich Salze der Alkalimetalle, welche in der Natur z.B. als Steinsalz (NaCl), Salpeter (NarCO3) oder in Form von Kaliumverbindungen vorkommen. Um die Menge an gelösten, osmotisch wirksamen Salzen in einer wässrigen Lösung bestimmen zu können, macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass mit steigender Salzmenge im Wasser neben dem osmotischen Druck auch die elektrische Leitfähigkeit dieser Lösung steigt. Die Fähigkeit einer wässrigen Lösung elektrische Ladungen weiterzugeben, kann zur Charakterisierung der Wasserqualität genutzt werden. Leitungswasser besitzt eine Leitfähigkeit zwischen 100 und 1000 μS. Als Faustregel kann gelten, dass eine einstufige UO einen Salzdurchgang von 2% besitzt. Nach einer einstufigen UO kann somit ein Permeat von 2-20 μS erwartet werden. Mit dieser Qualität werden die Anforderungen der meisten Luftbefeuchtungssysteme erfüllt. Da diese Salze die kleinsten gelösten Substanzen im Wasser sind, können sie als Kennwerte für die Wasser-/Permeatqualität gelten. Wandern diese Salze nicht durch die Membrane, kann davon ausgegangen werden, dass auch andere Substanzen die Membrane nicht passiert haben. 2.3.4 Mischbettionenaustauscher Parallel zum Verfahren der UO sind auch die sogenannten Mischbettionentauscher auf dem Markt. Wie bei den Enthärtern wird auch bei diesen lonentauschern auf ein Kunstharz (Polystyrol) zurückgegriffen. lm Unterschied zu den Enthärtern handelt es sich um Mischbettharze, d. h., beim lonenaustausch werden sowohl Anionen (So42-, Cl-, NO3- usw.) als auch Kationen (z.B.Fe2+, Ca2+, Na+, K+) von zwei gemischten Kunstharzen zurückgehalten und gegen darauf angelagerte H+ bzw. OH-lonen ausgetauscht, welche im Wasser zu H2O reagieren. Genereller Nachteil von lonenaustauschern ist jedoch, dass sie nur die Salzfracht im Wasser reduzieren, andere Wasserinhaltstoffe wie Pestizide oder chlorierte Kohlenwasserstoffe jedoch nicht zurückhalten. Darüber hinaus besteht eine extrem hohe Gefahr der Verkeimung sowie eine kontinuierliche, verfahrensbedingte Ablösung feinster Abriebpartikel aus dem Harz. Beide Verunreinigungen können nur durch zusätzliche Filtrationen aus dem Verfahren entfernt werden. Verbrauchte Harze müssen zur Regeneration abgegeben werden. Bei der Regeneration werden diese mit NaOH und HCI regeneriert und stehen danach wieder zur Verfügung. 2.4 Membranscaling-lmpulsrückspülung Ein Verblocken der Membranen (Scaling) kann, wie soeben gehört, durch Salzablagerungen auf den Membranoberflächen hervorgerufen werden. Darüber hinaus kann ein Membranscaling jedoch auch von anderen Wasserverunreinigungen, wie von suspendierten Partikeln aus dem Rohrleitungsnetz (Rost, Sand) hervorgerufen werden. Werden z.B. Vorfilter nicht gewechselt, besteht neben der Gefahr eines Verstopfens der Filterkerzen und eines Trockenlaufens der Pumpen auch die Gefahr eines Filterdurchbruchs. Dabei werden schlagartig alle auf der Filteroberfläche abgeschiedenen Schwebstoffe freigesetzt und gelangen auf das Wickelmodul, was zu einem deutlichen Leistungsabfall der Membranen führen kann. Dass bei solchen Filterdurchbrüchen auch grosse Mengen Mikroorganismen freigesetzt werden können, die im weiteren Verlauf die gesamte UO besiedeln und die VE-Wasserqualität beeinflussen können, soll an dieser Stelle nur kurz erwähnt werden. Um einer Membranschädigung vorzubeugen, werden verschiedene Strategien verfolgt, die entweder auf die Vermeidung von Ablagerungen abzielen oder aber in der Entstehung befindliche Ablagerungen entfernen. Selbstverständlich sollte allen Verfahren, die präventiv einem Verblocken der Membranen vorbeugen, Vorzug vor Verfahren gegeben werden, die bestehende Ablagerungen entfernen. Um einem Verblocken der Membrane vorzubeugen, werden Umkehrosmose-Systeme serienmässig mit einer lmpulsrückspülung ausgerüstet, die in elektronisch gesteuerten Zeitabständen eine Flussrichtungsumkehr durch die Membrane einschaltet 14.05.2016 13/21 m. fahrni Dabei werden die Druckverhältnisse im Wickelmodul kurzfristig so geändert, dass die Membranen “atmen“ können und es zu einem Abheben von Verunreinigungen von der Membranoberfläche in den Strömungskanal kommt. Diese lmpulsrückspülung garantiert eine hohe Lebensdauer der Wickelmodule, indem sie einem Verblocken ohne den Einsatz von Chemikalien vorbeugt. Neben physikalischen Methoden zum Verhindern des Membranscalings können auch chemische Präventivmassnahmen ergriffen werden. Dazu gehört in erster Linie eine Absenkung des pH-Wertes durch kontinuierlichen Eintrag einer starken Säure (z.B.HCl oder H2SO4) oder Polyphosphorsäuren im Zufluss der UO, was einem Verkalken der uo-Anlagen vorbeugt (Härtestabilisierung). In diesem Zusammenhang muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass bei einem Absenken des pH-wertes die Löslichkeit anderer chemischer Verbindungen (2.8. Kieselsäure, SiOr) vermindert werden kann und damit dem Verblocken der Membrane Vorschub geleistet wird. Eine weitere Möglichkeit des Membranschutzes stellt die kontinuierliche Zudosierung von Komplexierungsmitteln (EDTA-Salze) dar. Diese Mittel verhindern ein Auskristallisieren schwer wasserlöslicher Salze, indem sie gelöste Metallionen räumlich umfassen und damit für chemische Reaktionen unzugänglich machen. Ein Vorteil der so gebildeten Komplexsalze ist ihre Beständigkeit gegenüber Temperatur- und hohen pH-Werten; nachteilig wirken sich die hohe Umwelttoxizität und langsame Abbaubarkeit der Komplexierungsmittel aus. Generell gilt jedoch, dass bei Frischwasseranlagen auf eine Zudosierung von Chemie verzichtet werden sollte, um die Belastung der Umwelt und die laufenden Betriebsmittelkosten gering zu halten. Sollten Zweifel hinsichtlich der Wasserqualität des Frischwassers bestehen, ist es in jedem Falle ratsam, vom Kunden eine Wasseranalyse (Ca2+, Al, Fe3+, Mn, SiO2) anzufordern und evtl. notwendige Konditionierungsmassnahmen mit dem Hersteller der UOSysteme abzuklären. 14.05.2016 14/21 m. fahrni 3. Hygiene Hygienische Aspekte bei der Trinkwasseraufbereitung mittels Umkehr-Osmose Das mittels UO aufgearbeitete Rohwasser ist in der Regel Leitungswasser aus der öffentlichen Trinkwasserversorgung. Dieses Wasser wird von Seiten der Wasserversorger und von öffentlichen Institutionen regelmässig sowohl auf seine chemischen Inhaltstoffe wie auch auf seinen Gehalt an Bakterien untersucht. Dabei gelten in Deutschland Grenzwerte, die bei regelmässiger Kontrolle des Wassers Hinweise auf Veränderungen der Wasserqualität geben. Die deutsche Trinhruasserverordnung schreibt vor, dass Trinkwasser frei sein muss von Krankheitserregern. Da der unmittelbare Nachweis, das Trinkwasser keine Krankheitserreger enthält, routinemässig kaum zu führen ist, werden Grenzwerte bzw. Richtwerte für bestimmte lndikatoren festgelegt, die auf ein mögliches Vorhandensein von Krankheitserregern hinweisen. Der Keim Escherichia coli, der als physiologischer Darmkeim mit dem Warmblüterstuhl in grossen Mengen ausgeschieden wird und leicht nachzuweisen ist, ist ein Indikator dafür, dass das Wasser mit menschlichen oder tierischen Ausscheidungen verunreinigt ist. Wenn Trinkwasser in 100 ml E.coli enthält, ist die Annahme gerechtfertigt, dass mit den Ausscheidungen auch Krankheitserreger in das Trinkwasser haben gelangen können, und somit eine Gefährdung der Gesundheit der Verbraucher vorliegt. Auch der Nachweis coliformer Keime kann einen Hinweis auf eine fäkale Verunreinigung des Trinkwassers geben. Coliforme Keime können jedoch auch auf anderem Wege ins Wasser gelangen. Für diese Keime gilt, dass sie in 95% aller gezogenen Wasserproben in 100 ml nicht nachweisbar sein dürfen. Als dritten Parameter für die Überprüfung der Wasserreinheit gilt die Koloniezahl, d.h. die Anzahl der aus 1 ml Wasser anzüchtbaren Keime bei 20 'C bzw. 36 "C, die den Wert 100 KBE (koloniebildende Einheiten) nicht überschreiten darf. Dieser Indikator gilt allgemein für die Reinheit des Wassers sowie als Massstab für die Wirksamkeit der Wasseraufbereitung. Spätestens hier wird deutlich, dass Leitungswasser keineswegs steril, d.h. frei von Mikroorganismen ist, sondern immer mit einer, wenn auch geringen, tolerierbaren Menge an Bakterien gerechnet werden muss. Der Wasserversorger garantiert eine im Rahmen der Gesetzgebung einwandfreie mikrobiologische Wasserqualität jedoch nur bis zum Hausanschluss des Wassers. Alle sanitären Installationen im Haus und jede Art der Wasseraufbereitung, zu der auch die UO und die luft- und klimatechnischen-lnstallationen gehören, erfolgen auf Verantwortung des Eigentümers oder des Betreibers. Ein wichtiger Unterschied zwischen der Ablagerung von Salzen oder Schmutzstoffen ist, dass Bakterien nach dem "Beimpfen,, einer Oberfläche dazu neigen, sich zu vermehren und ein schwer kontrollierbares "Eigenleben" führen. Deshalb bestehen z.Z. Bestrebungen, auch das in einer Luftbefeuchtung eingesetzte VE-Wasser hinsichtlich seiner mikrobiologischen Qualität zu definieren. Um mögliche gesundheitliche Gefahren beim Betreiben wassertechnischer Anlagen zu vermeiden, müssen verschiedene hygienische Gesichtspunkte bei der Planung von Anlagen berücksichtigt werden. Dazu ist jedoch notwendig, Wissen über das Wachstum von Bakterien in Wasserversorgungs- und – Aufbereitungssystemen zu haben und auf dieser Grundlage Strategien zu entwickeln, die ein Wachstum der Bakterien einschränken. Wenn Mikroorganismen sich an Oberflächen anlagern und dort vermehren, bilden sie Biofilme. lm angehefteten Zustand scheiden sie Schleimsubstanzen aus, die extrazelluläre, polymere Substanzen (EPS), die sie an der Oberfläche verankern und praktisch in eine Matrix einbetten . Zur Produktion der Biomasse verwenden sie die in geringsten Spuren auch im Trinkwasser vorhandenen Nährstoffe, und wandeln sie in Bakterienmasse und Haftmatrix um. Diese Schleimsubstanzen schützen die Bakterien wiederum vor Desinfektionsmassnahmen und können sogar die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Wasser erleichtern. Die Bildung eines geringen Biofilms lässt sich niemals ganz vermeiden. Allerdings gibt es eine Toleranzschwelle, bei der Gegenmassnahmen gegen ein weiteres Bakterienwachstums ergriffen werden müssen, um die Funktionsfähigkeit einer Anlage zu erhalten. Biofilme sind nicht als Deckschicht sondern als Belag organisiert. Charakteristisch für eine Deckschicht ist, dass sie auf einer Konzentrationspolarisation beruht und abspülbar ist, während ein Belag eine eigene strukturelle Stabilität besitzt. Biofilme verhindern die direkte, tangentiale Anströmung der Membranen, 14.05.2016 15/21 m. fahrni wodurch es zu einer Konzentrationspolarisation auf der Rohwasserseite kommt. Dadurch wiederum sinkt die Permeatausbeute und die Salzrückhaltung der Membrane verschlechtert sich. Gleichzeitig bildet sich jedoch auch ein mikrobieller Bewuchs in Rohrleitungen, Bögen, Ventilen. Aus diesen Biofilmen können sich jederzeit Mikroorganismen ablösen und auch in grosser Menge in das Prozesswasser gelangen. Von dort aus können Bakterien über die Klimatechnik/Raumbefeuchtung in die Luft gelangen und stellen ein potentielles Gesundheitsrisiko dar. Vorfilter und Vorfilterwechsel Wasseraufbereitungssysteme arbeiten mit Einwegvorfiltern. Aufgabe der Vorfilter ist es, grobe Wasserverschmutzungen (Rostpartikel, Sand, Kesselstein) von der Umkehrosmose fernzuhalten und damit die Lebensdauer der UO-Module zu verlängern. Vorfilter sind keine Sterilfilter, damit sie keine Mikroorganismen aufkonzentrieren und bei Filterdurchbrüchen freisetzen können. lm Rahmen des HygieneGesamtkonzeptes erfüllen diese Filtertypen alle Anforderungen, die an das Aufbereitungssystem zur Vermeidung von Partikelablagerungen gestellt werden. Durch regelmässiges Auswechseln der Filterkartuschen werden Ablagerungen auf der Filteroberfläche verhindert und die Gefahr eines Filterdruchbruchs minimiert. Vorfilter sind Verbrauchsmaterial und sollten monatlich, mindestens jedoch bei jedem Servicecheck, ausgewechselt werden. Enthärter Enthärterharze sind bevorzugte Schwerpunkte mikrobieller Besiedlung in Wasseraufbereitungsanlagen. Dabei stellen die technisch bedingte, grosse Oberfläche der Harzschüttung sowie lange Standzeiten und geringe Überströmungsgeschwindigkeiten optimale Voraussetzungen für eine mikrobielle Besiedlung und dem daraus resultierendem Biofouling dar. Die Pendelenthärtungsanlage ist auf eine Regeneration alle 4-8 h Betriebsdauer pro Enthärtersäule ausgelegt, was eine bis zwei Regenerationen je Enthärtersäule pro Tag garantiert. Dadurch wird langen Stillstandszeiten der Enthärterharze vorgebeugt und die Gefahr einer mikrobiellen Kontamination minimiert. Darüber hinaus wird der Platzbedarf der Anlage reduziert. Aufstellungsort Die Umkehrosmoseanlage sollte an einem kühlen Ort ohne direkte Sonneneinstrahlung aufgestellt werden. Dies verhindert starke Temperaturschwankungen im System und garantiert eine gleichbleibende Permeatqualität. Materialwahl Es werden ausschliesslich Materialien verwendet, deren Oberflächen in jahrelangen Praxisversuchen ihre Unempfindlichkeit gegenüber bakteriellem Bewuchs und Biofouling unter Beweis gestellt haben. Biofilmwachstum in Rohrleitungen Das gesamte System wird totraumminimiert. Ferner verhindert eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufgrund optimierter Rohrquerschnitte mit den daraus resultierenden hohen Schwerkräften einen Biofilmbewuchs an der Rohrwanderung in erheblichem Masse (physikalische Prävention). Totraumfreies Membranmodul in Einzeldruckrohrbauweise (pat.) Nur Aquaboss'Anlagen verfügen über diese Technologie, wobei der Totraum zwischen Wickelmembranaussenseite und Druckrohrinnenseite ständig durchspült wird. Dem in herkömmlichen Umkehrosmoseanlagen garantierten mikrobiellen Bewuchs in den Toträumen und der damit verbundenen Kontamination des Permeats sowie des Konzentrates mit Bakteriengiften wird effektiv entgegengewirkt. Reinigungs- und Desinfektionsmittel werden in kürzester Zeit ausgespült. Die Einzeldruckrohrbauweise (jede Membrane in einem separaten Druckrohr) sichert eine hohe Lebensdauer der Membranen, da eine exakte Passung ohne sich kumulierende Toleranzen, wie sie in Druckrohren mit 2-6 Membranelementen zwangsläufig vorkommen, ein ,.Hin- und Herschiessen,, der Membrane im Druckrohr mit daraus resultierenden Beschädigungen verhindern. 14.05.2016 16/21 m. fahrni Permeatverwerfung Die Permeatverwerfung erfolgt vor der Zuführung zum Reinwasserspeicher/- verbraucher nach Stillständen. Stillstandspermeat mit möglichen Keimen, Endo- oder Exotoxinen gelangt praktisch verlustfrei (hohe Ausbeute) in den Vorlagebehälter zurück. Diesem überlagert, sichert die Leitfähigkeitsüberwachung in gleicher Weise gegen Membranschäden und gegen Kontamination unerwünschter gelöster/ ungelöster Wasserinhaltstoffe. UV-C Entkeimung Hier gilt das Prinzip, dass alles Wasser, das in das Reinwasserspeicher- Versorgungsnetz gelangt, vorher sicherheitsentkeimt wird. Hierzu wird eine UV-Entkeimungsanlage genutzt, die das nachgespiesene Permeat aus der Umkehrosmose entkeimt, bevor es in den Reinwassertank gelangt. Dabei stellt die UVAnlage die letzte Behandlungsstufe dar. Die keimtötende Wirkung von UV-Strahlen beruht auf einer Schädigung des Erbguts der Mikroorganismen. Die Herstellung ultravioletter Strahlung erfolgt in Gasentladungsstrahlern, wobei die zur Verwendung kommenden Niederdruckgasentladungsstrahler dabei ca. 40% ihrer aufgenommenen Leistung im gewünschten UV-C Bereich bei 253,4 nm Wellenlänge emittieren. Die Leistung der UV-Strahler wird in entscheidendem Masse vom Grad der Durchdringung der Flüssigkeit mit Strahlen geprägt. Hier ist sowohl der Transmissionsgrad für das entsprechende Medium (Druchdringbarkeit für UV-Strahlen), wie auch die Sauberkeit der UV-Strahler und deren Alter von entscheidender Bedeutung. Für einen sicheren Betrieb der UV-Strahler ist deren Lebensalter von entscheidender Bedeutung. UVStrahler sollten nach 5000-8000 Betriebsstunden gewechselt werden und gehören genauso wie ein Vorfilterwechsel in ein Servicepaket. 14.05.2016 17/21 m. fahrni 4. Stichwortverzeichnis Abwasser: Durch Gebrauch verändertes, abfliessendes Wasser und jedes in die Kanalisation gelangende Wasser, welches in Menge und Zusammensetzung stark schwanken kann. Abwasser kann geteilt wurden in kommunales Schmutzwasser, industrielles Schmutzwasser und Regenwasser, welches entweder im Mischverfahren zusammen mit industriellem und kommunalen Abwasser oder separat abgeführt wird. Alkalimetalle: Metalle der 1. Hauptgruppe des Periodensystems, Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und das radioaktive Francium. Reagieren mit Wasser lebhaft unter Bildung von Wasserstoff und stark basischen Hydroxiden. Alkalisalze: Salze der Alkalimetalle Basen: Reaktionsprodukte von Metalloxiden mit einem Überschuss an Wasser. Beispiel: CaO + HzO = Ca(HO)2. Basen sind, im Gegensalz zu Säuren, Protonenakzeptoren. Biofilm: Unerwünschte Ablagerungen von Mikroorganismen auf der Oberfläche von Umkehrosmosemembranen und anderen Oberflächen. Biofouling: Aufgrund von Biofilmen einhergehender Leistungsverlust einer UO. Biofouling ist das Vorhandensein von Biofilmen an der falschen Stelle eines Systems. Biofouling liegt vor, wenn die Auswirkungen von Biofilmen in einem System eine gewisse Toleranzschwelle überschritten haben und sich auf die Leistung negativ auswirken. Carbonate: Salze der Kohlensäure (H2CO3), die ausser den Alkalisalzen der Kohlensäure schwer wasserlöslich sind. Carbonathärte: Die Carbonathärte entspricht der Stoffmengenkonzentration an Erdalkali-lonen, die der im Wasser enthaltenen Stoffmengenkonzentration an Carbonat- und Hydrogencarbonat-lonen äquivalent ist. Carbonathärte wird, da sie durch Kochen des Wassers entfernt werden kann, auch als temporäre oder vorübergehende Härte bezeichnet. Coliforme Keime: Gruppen von Keimen, die Hinweise auf Wasserverunreinigungen, die fäkaler und nichtfäkaler Herkunft sein können, geben. Coliforme Keime dürfen in 95,5% aller gezogenen 100 ml Wasserproben einer Herkunft nicht nachweisbar sein. Einwegionentauscher: Diese Mischbettharze tauschen positive Metallsalzionen gegen H+ und negative Metallsalzionen gegen OH-lonen aus, welche sich im restlichen Wasser zu H2O verbinden. Die Harze können mittels NaOH und HCI regeneriert werden. Wie bei allen Austauscherharzen besteht auch bei Mischbettaustauscherharzen die Gefahr der mikrobiellen Verkeimung. Einzeldruckrohrbauweise: Jede Wickelmembrane ist in einem eigenen totraumfreien Membranmodul untergebracht. Dies verhindert akkumulierende Toleranzen und ein ,,Hin- und Herschiessen' der Membranen, deren Lebensdauer sich durch diese Bauart deutlich verlängern lässt. Endotoxine: Bei Bakterien unlöslich mit der Zelle (meist als Zellwandbestandteile) verbundene Stoffe. Diese Substanzen können bei der Zerstörung der Bakterien (2.8. durch Desinfektion) freigesetzt werden und so beim Menschen Erkrankungen hervorrufen. 14.05.2016 18/21 m. fahrni Enthärter: Vorrichtung zum selektiven Entfernen der härtebildenden Ca- und Mg-Salze aus dem Wasser mit Hilfe von lonentauschern. Dabei werden Ca2+ und Mg2+ auf der Austauscherharzoberfläche gegen Na+-lonen ausgetauscht. Enthärter können mit einer konzentrierten Kochsalzsole regeneriert werden. EPS: Extrazelluläre Substanzen. Kitt- und Schleimsubstanzen von Bakterien in Biofilmen, die diese vor chemischer Desinfektion schützen und die Aufnahme von Nährstoffen erleichtern, Erdalkalimetalle: Metalle der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems. Die Metalle Berylium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und das radioaktive Radium werden Erdalkalimetalle genannt. ln Wasser bilden die Kationen dieser Elemente die Härte. ln der Natur kommen die E. in Form weisser Salze vor, von denen sich die Carbonate, Sulfate und Phosphate nur schwer lösen. Escherichia coli: Nach dem Arzt Th. Escherich benannte, grammnegative, stäbchenförmige Bakterien im Dickdarm gesunder Menschen und Tiere, die der Verdauung dienen. Der Keim zersetzt Kohlenhydrate der Nahrung unter Säure und Gasbildung. E. coli darf in 100 ml Wasserproben nie nachweisbar sein, da er als Indikator für eine fäkale Verschmutzung des Wassers angesehen wird. lst E. coli im Wasser nachweisbar, ist es möglich, dass auch andere krankmachende Keime ins Trinkwasser gelangt sind. Exotoxine: (auch: Ektotoxine) werden von einigen Bakterienarten ständig an die Umwelt abgegeben. Diese, im allgemeinen starken Zellgifte haben zumeist Protein(Eiweiss)charakter und können spezifisch auf einzelne Zelltypen im menschlichen Organismus wirken. Beispiel: Tetanustoxin - wirkt auf Nervenzellen (= Neurotoxin) und ruft Muskelkrämpfe hervor. Andere Exotoxine können durch Veränderungen auf den Blutkörperchen den Sauerstofftransport durch das Blut behindern (= Hämotoxine). Feed: Allgemeiner Begriff für den Zufluss einer Umkehrosmoseanlage; wird auch als Rohwassereintritt bezeichnet. Filterdurchbruch: Durch Überladung eines Filters (bes. des Vorfilters) mit Schwebstoffen und Bakterien oder durch falschen Einbau von Filterelementen kann es zu einem Riss in der Filteroberfläche kommen; die auf dem Filter im Laufe der Zeit abgeschiedenen Stoffe gelangen in das nachgeschaltete System und können dort zu Verblockungen und zu Verkeimungen führen. Zur Vermeidung von Filterdurchbrüchen sollen die Vorfilter bei jedem Service, mindestens jedoch zweimal jährlich gewechselt werden. Gesamthärte: Unter der Gesamthärte des Wassers versteht man die Stoffmengenkonzentration der Erdalkalimetallkationen Mg2+, Sr2+ und Ba2+. Die Gesamthärte wird in 0dH oder 0'fH ausgedrückt. Nach dem Waschmittelgesetz werden 4 Härtebereiche unterschieden. Grundwasser: Wasser, welches durch Gesteinsschichten oder Bodenbeschaffenheit am weiteren Versickern gehindert wird, sich in Kies oder lockerer Erde sammelt, abgepumpt werden kann oder als Quelle natürlich aus dem Boden austritt. Impulsrückspülung: Durch Rückwärtsbewegung der gelösten Salze und anderer Wasserinhaltstoffe werden auf konzentrierte Wasserinhaltstoffe von der Membrane abgehoben und mit der Hauptströmung vermischt. Ungelöste lnhaltstoffe, welche die Durchlässigkeit der Membrane bisher negativ beeinflussten, können sich nicht mehr ablagern. Kationen: lonen mit positiver Ladung, die bei der Elektrolyse zur Kathode wandern. Wasserstoffionen und Metallionen sind Kationen. 14.05.2016 19/21 m. fahrni Koloniezahl: Anzahl der Bakterien in einer definierten Menge Wasser, die befähigt sind, unter definierten Bedingungen zu wachsen und damit Kolonien zu bilden. Masseinheit sind die koloniebildenden Einheiten (KBE) pro ml Probevolumen. Die Koloniezahl bei 20 0C und 36 0C wird bei der mikrobiellen Überwachung des Trinkwassers erfasst, um Veränderungen in der Keimbelastung des Wasser zu dokumentieren. Grenzwert bei der Trinkwasserüberwachung sind 100 KBE/ml. Komplexierungsmittel: Organische oder anorganische Verbindungen, die Ca, Mg, aber auch Schwermetallionen komplex zu binden vermögen. Diese Mittel verhindern ein Auskristallisieren schwer wasserlöslicher Salze, indem sie gelöste Metallionen räumlich umfassen und damit für chemische Reaktionen unzugänglich machen. Als Komplexierungsmittel wird oftmals EDTA-Na2 (Ethylendinitrilotetraessigsäure-Dinatriumsalz) verwendet. Konzentrat: Der bei der UO anfallende Volumenstrom, in dem alle nicht durch die Membrane permittierten Substanzen aufkonzentriert sind. Konzentrationspolarisation: Konzentrationsüberhöhung von Salzen unmittelbar auf der Membrane die ensteht, weil der Stofftransport unmittelbar auf überströmten Oberflächen nur durch Diffusion bestimmt wird. Da die Überströmungsgeschwindigkeit mit zunehmender Entfernung vom Rohrmittelpunkt gegen Null geht, kann ein Stofftransport nicht durch die Strömung des Mediums erfolgen. Die lmpulsrückspülung wirkt der Konzentrationspolarisation wirkungsvoll entgegen. Lauge: Die wässrigen Lösungen von Basen sind Laugen. Leitfähigkeit: (LF) Entsteht durch in Wasser gelöste Säuren, Laugen und Salze und wird in S/cm gemessen. Die Leitfähigkeit wird mit Wechselstrom über zwei eingetauchte Elektroden gemessen. Über die Leitfähigkeit einer Flüssigkeit kann auch die Qualität der Wasseraufbereitung, mittels UO kontrolliert werden. Membranscaling: Verstopfen und Leistungsabfall einer UO-Membrane. i Osmose: Durchtreten von Flüssigkeiten durch eine halbdurchlässige Membran. Aufgrund von Konzentrationsunterschieden entsteht zwischen beiden Flüssigkeitsniveaus der osmotische Druck. Permeat: Ist das Filtrat aus Membrantrennprozessen. Dem Permeat sind alle gelösten und ungelösten Stoffe weitgehend entzogen. Diese wurden im Konzentrat entsprechend aufkonzentriert. Eine geringe Leitfähigkeit garantiert im Permeat gleichzeitig auch eine komplette Entfernung der Mikroorganismen und Partikel. Permeatverwerfung: (Bestandteil des Aquaboss Konzeptes.) Beim Anlaufen der UO dauert es einen kurzen Zeitraum, bis das volle Leistungsniveau der Anlage erreicht wird. Das Anfangspermeat der UO wird solange verworfen, bis aufgrund der kontinuierlich vorgenommenen Kontrolle der Leitfähigkeit seine Qualität für gut befunden wird. Polyphosphonsäure: Härtestabilisierendes Dispergiermittel zum Schutz und zur Reinigung von UO-Membranen. Wird unter unterschiedlichen Handelsnamen angeboten. Quellwasser: Natürlich aus dem Boden austretendes Grundwasser. Quellen befinden sich häufig am Schnittpunkt des Grundwasserspiegels mit der Erdoberfläche. 14.05.2016 20/21 m. fahrni Säure: Chemische Verbindungen, die, in Wasser gelöst, Wasserstoffionen (Protonen) abgeben. Starke Säuren sind z.B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure. Essigsäure oder Zitronensäure gehören zu den schwachen Säuren. Semipermeabel: (= halbdurchlässig) Membranen, die in der Umkehrosmose verwendet werden, sind semipermeabel. Sie sind durchlässig für Wassermoleküle, jedoch undurchlässig für Metallsalzionen und andere gelöste und ungelöste Substanzen. TDS: Totally dissolved salts. Gesamtmenge aller gelösten Salze. Totraumfreies Membranmodul: (pat.) (Bestandteil des Aquaboss" Konzeptes) Der Raum zwischen Wickelmodul und Rohrwandungsinnenseite wird zwangsüberströmt. Dadurch wird einem Biofouling wirkungsvoll vorgebeugt. Desinfektionsmittelreste werden in kürzester Zeit ausgespült. UV-C Strahlung: Strahlung im ultravioletten Bereich. Unsichtbare stark ionisierende und fluoreszenzerregende, biologisch hochwirksame elektrormagnetische Strahlung mit Frequenzen über denen des violetten Lichts. Strahlung im Wellenlängenbereich 254-260 nm (UV-C) wirkt zerstörend auf das Erbgut von Lebewesen und wird darum als Desinfektionszwecken eingesetzt. Licht dieser Wellenlänge wird gebräuchlicherweise in Niederdruckquecksilber- Gasentladunqsstrahlern erzeugt. VE-Wasser: (Vollentsalztes Wasser) Wasser, welches mittels eines Entsalzungsverfahrens von gelösten und ungelösten Salzen weitgehend befreit wurde. Dieser Begriff sagt nichts über die mikrobielle Qualität oder die Menge an Partikeln im Wasser (z.B. Abrieb von Austauscherharz) aus. 14.05.2016 21/21
