Wasseraufbereitung

Typische Trinkwasseraufbereitungsverfahren

Ziele

Die Ziele der Aufbereitung sind, unerwünschte Bestandteile im Wasser zu entfernen und es trinkbar zu machen oder für einen bestimmten Zweck in der Industrie oder in der Medizin zu verwenden. Zur Entfernung von Verunreinigungen wie feinen Feststoffen, Mikroorganismen und einigen gelösten anorganischen und organischen Stoffen oder persistenten pharmazeutischen Schadstoffen aus der Umwelt gibt es eine Vielzahl von Techniken. Die Wahl der Methode hängt von der Qualität des zu behandelnden Wassers, den Kosten des Aufbereitungsprozesses und den Qualitätsstandards ab, die von dem aufbereiteten Wasser erwartet werden.

Die nachstehenden Verfahren sind die in Wasseraufbereitungsanlagen üblicherweise verwendeten. Je nach Größe der Anlage und der Qualität des Rohwassers (der Quelle) werden einige oder die meisten Verfahren nicht verwendet.

Vorbehandlung

1. Pumpen und Rückhaltung – Der größte Teil des Wassers muss aus der Quelle gepumpt oder in Rohre oder Auffangbehälter geleitet werden. Um eine Verunreinigung des Wassers zu vermeiden, muss diese Infrastruktur aus geeigneten Materialien bestehen und so konstruiert sein, dass es nicht zu einer unbeabsichtigten Verunreinigung kommt.
2. Siebung (siehe auch Siebfilter) – Der erste Schritt bei der Reinigung von Oberflächenwasser besteht darin, große Verunreinigungen wie Stöcke, Blätter, Müll und andere große Partikel zu entfernen, die die nachfolgenden Reinigungsschritte behindern könnten. Das meiste Tiefengrundwasser braucht vor den anderen Reinigungsschritten nicht gesiebt zu werden.
3. Speicherung – Wasser aus Flüssen kann auch in Uferspeichern für Zeiträume zwischen einigen Tagen und vielen Monaten gespeichert werden, damit eine natürliche biologische Reinigung stattfinden kann. Dies ist besonders wichtig, wenn die Behandlung durch langsame Sandfilter erfolgt. Speicherbecken dienen auch als Puffer für kurze Dürreperioden oder zur Aufrechterhaltung der Wasserversorgung bei vorübergehenden Verschmutzungsereignissen im Quellfluss.
4. Vorchlorierung – In vielen Anlagen wurde das einströmende Wasser gechlort, um das Wachstum von Fäulnisorganismen auf den Rohrleitungen und Tanks zu minimieren. Wegen der möglichen nachteiligen Auswirkungen auf die Qualität (s. u. Chlor) wurde dies weitgehend aufgegeben.

pH-Einstellung

Reines Wasser hat einen pH-Wert nahe 7 (weder alkalisch noch sauer). Meerwasser kann einen pH-Wert zwischen 7,5 und 8,4 (mäßig alkalisch) haben. Süßwasser kann je nach Geologie des Einzugsgebiets oder des Grundwasserleiters und dem Einfluss von Schadstoffeinträgen (saurer Regen) sehr unterschiedliche pH-Werte aufweisen. Ist das Wasser sauer (unter 7), können Kalk, Soda oder Natriumhydroxid zugesetzt werden, um den pH-Wert bei der Wasseraufbereitung anzuheben. Durch die Zugabe von Kalk wird die Kalziumionenkonzentration erhöht, wodurch sich die Wasserhärte erhöht. Bei stark saurem Wasser können Zwangsentgaser eine wirksame Methode zur Anhebung des pH-Werts sein, indem sie dem Wasser gelöstes Kohlendioxid entziehen. Die Alkalisierung des Wassers trägt dazu bei, dass Koagulations- und Flockungsprozesse effektiv ablaufen und das Risiko, dass sich Blei aus Bleirohren und Bleilot in Rohrverbindungen löst, minimiert wird. Eine ausreichende Alkalität verringert auch die Korrosivität des Wassers gegenüber Eisenrohren. Unter bestimmten Umständen kann alkalischem Wasser Säure (Kohlensäure, Salzsäure oder Schwefelsäure) zugesetzt werden, um den pH-Wert zu senken. Alkalisches Wasser (über pH 7,0) bedeutet nicht unbedingt, dass Blei oder Kupfer aus dem Rohrleitungssystem nicht im Wasser gelöst werden. Die Fähigkeit des Wassers, Kalziumkarbonat auszufällen, um Metalloberflächen zu schützen und die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass giftige Metalle im Wasser gelöst werden, ist eine Funktion des pH-Werts, des Mineraliengehalts, der Temperatur, der Alkalinität und der Kalziumkonzentration.

Koagulation und Flockung

Einer der ersten Schritte in den meisten herkömmlichen Wasserreinigungsverfahren ist die Zugabe von Chemikalien, um die Entfernung von im Wasser suspendierten Partikeln zu unterstützen. Bei den Partikeln kann es sich um anorganische Partikel wie Ton und Schlamm oder organische Partikel wie Algen, Bakterien, Viren, Protozoen und natürliche organische Stoffe handeln. Anorganische und organische Partikel tragen zur Trübung und Färbung des Wassers bei.

Die Zugabe von anorganischen Koagulationsmitteln wie Aluminiumsulfat (oder Alaun) oder Eisen(III)-Salzen wie Eisen(III)-chlorid bewirkt mehrere gleichzeitige chemische und physikalische Wechselwirkungen auf und zwischen den Partikeln. Innerhalb von Sekunden werden die negativen Ladungen auf den Partikeln durch anorganische Koagulanzien neutralisiert. Ebenfalls innerhalb von Sekunden bilden sich Metallhydroxidausfällungen der Eisen- und Aluminiumionen. Diese Ausfällungen verbinden sich unter natürlichen Prozessen wie der Brownschen Bewegung und durch induzierte Vermischung, die manchmal als Flockung bezeichnet wird, zu größeren Partikeln. Amorphe Metallhydroxide werden als „Flocken“ bezeichnet. Große, amorphe Aluminium- und Eisen(III)-Hydroxide adsorbieren und umschließen Partikel in der Suspension und erleichtern die Entfernung von Partikeln durch nachfolgende Prozesse der Sedimentation und Filtration.:8.2-8.3

Aluminiumhydroxide werden innerhalb eines recht engen pH-Bereichs gebildet, typischerweise: 5,5 bis etwa 7,7. Eisen(III)-Hydroxide können sich über einen größeren pH-Bereich bilden, einschließlich pH-Werten, die niedriger sind als die für Alaun wirksamen, typischerweise: 5,0 bis 8,5.:679

In der Literatur gibt es viele Diskussionen und Verwirrung über die Verwendung der Begriffe Koagulation und Flockung: Wo endet die Koagulation und wo beginnt die Flockung? In Wasseraufbereitungsanlagen gibt es in der Regel einen energiereichen Schnellmischprozess (Verweilzeit in Sekunden), bei dem die Gerinnungschemikalien zugegeben werden, gefolgt von Flockungsbecken (Verweilzeiten von 15 bis 45 Minuten), in denen mit geringem Energieaufwand große Schaufeln oder andere sanfte Mischvorrichtungen gedreht werden, um die Bildung von Flocken zu fördern. Nach der Zugabe der Metallsalzkoagulanzien laufen die Koagulations- und Flockungsprozesse weiter.:74-5

Organische Polymere wurden in den 60er Jahren als Hilfsmittel für Koagulanzien und in einigen Fällen als Ersatz für die anorganischen Metallsalzkoagulanzien entwickelt. Synthetische organische Polymere sind Verbindungen mit hohem Molekulargewicht, die negative, positive oder neutrale Ladungen tragen. Wenn organische Polymere zu Wasser mit Partikeln hinzugefügt werden, adsorbieren die hochmolekularen Verbindungen an den Partikeloberflächen und verschmelzen durch Brückenbildung zwischen den Partikeln mit anderen Partikeln zu Flocken. PolyDADMAC ist ein beliebtes kationisches (positiv geladenes) organisches Polymer, das in Wasseraufbereitungsanlagen verwendet wird.:667-8

Sedimentation

Wasser, das das Flockungsbecken verlässt, kann in das Sedimentationsbecken gelangen, das auch als Klär- oder Absetzbecken bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um ein großes Becken mit geringer Wassergeschwindigkeit, so dass sich die Flocken am Boden absetzen können. Das Absetzbecken wird am besten in der Nähe des Flockungsbeckens angeordnet, damit der Übergang zwischen den beiden Prozessen kein Absetzen oder Aufbrechen der Flocken zulässt. Sedimentationsbecken können rechteckig sein, wobei das Wasser von einem Ende zum anderen fließt, oder kreisförmig, wobei der Durchfluss von der Mitte nach außen erfolgt. Der Abfluss aus dem Absetzbecken erfolgt in der Regel über ein Wehr, so dass nur eine dünne oberste Wasserschicht – diejenige, die am weitesten vom Schlamm entfernt ist – austritt.

Im Jahr 1904 zeigte Allen Hazen, dass die Effizienz eines Absetzprozesses von der Absetzgeschwindigkeit der Partikel, dem Durchfluss durch das Becken und der Oberfläche des Beckens abhängt. Absetzbecken werden in der Regel innerhalb eines Bereichs von Überlaufraten von 0,5 bis 1,0 Gallonen pro Minute pro Quadratfuß (oder 1,25 bis 2,5 Liter pro Quadratmeter pro Stunde) ausgelegt. Im Allgemeinen ist die Effizienz von Absetzbecken nicht von der Rückhaltezeit oder der Tiefe des Beckens abhängig. Allerdings muss die Beckentiefe ausreichend sein, damit die Wasserströmungen den Schlamm nicht stören und die Wechselwirkung zwischen abgesetzten Partikeln gefördert wird. Da die Partikelkonzentration im abgesetzten Wasser in der Nähe der Schlammoberfläche am Boden des Beckens zunimmt, können die Absetzgeschwindigkeiten aufgrund von Kollisionen und Agglomeration der Partikel ansteigen. Typische Absetzzeiten liegen zwischen 1,5 und 4 Stunden, und die Beckentiefen variieren zwischen 3 und 4,5 Metern.:9.39-9.40:790-1:140-2, 171

In herkömmlichen Absetzbecken können geneigte flache Platten oder Rohre eingesetzt werden, um die Leistung der Partikelentfernung zu verbessern. Geneigte Platten und Röhren vergrößern die Oberfläche, die für die Entfernung von Partikeln zur Verfügung steht, in Übereinstimmung mit der ursprünglichen Theorie von Hazen drastisch. Die von einem Absetzbecken mit geneigten Platten oder Rohren eingenommene Bodenfläche kann weitaus kleiner sein als die eines herkömmlichen Absetzbeckens.

Schlammlagerung und -entfernung

Wenn sich Partikel am Boden eines Absetzbeckens absetzen, bildet sich eine Schlammschicht auf dem Boden des Beckens, die entfernt und behandelt werden muss. Die Menge des anfallenden Schlamms ist beträchtlich und beträgt oft 3 bis 5 Prozent der gesamten zu behandelnden Wassermenge. Die Kosten für die Behandlung und Entsorgung des Schlamms können sich auf die Betriebskosten einer Wasseraufbereitungsanlage auswirken. Das Absetzbecken kann mit mechanischen Reinigungsvorrichtungen ausgestattet sein, die den Boden kontinuierlich reinigen, oder das Becken kann regelmäßig außer Betrieb genommen und manuell gereinigt werden.

Flockendeckenklärer

Eine Unterkategorie der Sedimentation ist die Entfernung von Partikeln durch Einschluss in einer Schicht aus suspendierten Flocken, wenn das Wasser nach oben gedrückt wird. Der Hauptvorteil von Flockenklärern besteht darin, dass sie weniger Platz benötigen als herkömmliche Sedimentationsanlagen. Nachteilig ist, dass die Effizienz der Partikelentfernung je nach Veränderungen der Wasserqualität und des Wasserdurchflusses stark schwanken kann.:835-6

Luftflotation

Wenn sich die zu entfernenden Partikel nicht leicht aus der Lösung absetzen, wird häufig die Luftflotation (DAF) eingesetzt. Nach dem Koagulations- und Flockungsprozess fließt das Wasser in DAF-Behälter, wo Luftdiffusoren am Boden des Behälters feine Blasen erzeugen, die sich an die Flocken anlagern und eine schwimmende Masse konzentrierter Flocken bilden. In Wasserversorgungen, die besonders anfällig für einzellige Algenblüten sind, und in Wasserversorgungen mit geringer Trübung und hoher Farbe wird häufig DAF eingesetzt.:9.46

Filtration

Nach der Abtrennung der meisten Flocken wird das Wasser im letzten Schritt gefiltert, um die verbleibenden Schwebstoffe und die nicht abgesetzten Flocken zu entfernen.

Schnellsandfilter

Schnittansicht eines typischen Schnellsandfilters

Der häufigste Filtertyp ist ein Schnellsandfilter. Das Wasser fließt vertikal durch den Sand, der oft eine Schicht aus Aktivkohle oder Anthrazitkohle über dem Sand hat. Die oberste Schicht entfernt organische Verbindungen, die zu Geschmack und Geruch beitragen. Der Raum zwischen den Sandpartikeln ist größer als die kleinsten Schwebeteilchen, so dass eine einfache Filtration nicht ausreicht. Die meisten Partikel passieren die Oberflächenschichten, bleiben aber in den Porenräumen hängen oder haften an den Sandpartikeln. Eine wirksame Filtration reicht bis in die Tiefe des Filters. Diese Eigenschaft des Filters ist entscheidend für seine Funktionsweise: Würde die oberste Sandschicht alle Partikel blockieren, würde der Filter schnell verstopfen.

Um den Filter zu reinigen, wird Wasser entgegen der normalen Richtung schnell nach oben durch den Filter geleitet (Rückspülung genannt), um eingebettete oder unerwünschte Partikel zu entfernen. Vor diesem Schritt kann Druckluft durch den Boden des Filters geblasen werden, um das verdichtete Filtermedium aufzubrechen und den Rückspülvorgang zu unterstützen; dies wird als Luftspülung bezeichnet. Das verunreinigte Wasser kann zusammen mit dem Schlamm aus dem Absetzbecken entsorgt oder durch Vermischung mit dem in die Anlage eintretenden Rohwasser wiederverwendet werden, obwohl dies oft als schlechte Praxis angesehen wird, da dadurch eine erhöhte Bakterienkonzentration wieder in das Rohwasser eingebracht wird.

In einigen Wasseraufbereitungsanlagen werden Druckfilter eingesetzt. Diese funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Schwerkraftfilter, mit dem Unterschied, dass das Filtermedium in einem Stahlbehälter eingeschlossen ist und das Wasser unter Druck hindurchgepresst wird.

Vorteile:

• Filtert viel kleinere Partikel heraus als Papier- und Sandfilter es können.
• Filtert praktisch alle Partikel heraus, die größer als die angegebene Porengröße sind.
• Sie sind recht dünn, so dass Flüssigkeiten recht schnell durch sie hindurchfließen.
• Sie sind recht stabil und können daher Druckunterschieden von typischerweise 2-5 Atmosphären standhalten.
• Sie können gereinigt (rückgespült) und wiederverwendet werden.

Langsame Sandfilter

Langsame „künstliche“ Filtration (eine Variante der Uferfiltration) in den Boden in der Wasseraufbereitungsanlage Káraný, Tschechische Republik

Ein Profil von Schichten aus Kies, Sand und Feinsand, die in einer Langsamsandfilteranlage verwendet werden.

Slow-Sandfilter können dort eingesetzt werden, wo genügend Land und Platz vorhanden ist, da das Wasser sehr langsam durch die Filter fließt. Die Wirkung dieser Filter beruht auf biologischen Behandlungsprozessen und nicht auf physikalischer Filtration. Sie werden sorgfältig aus abgestuften Sandschichten gebaut, wobei der gröbste Sand zusammen mit etwas Kies am Boden und der feinste Sand oben liegt. Abflüsse am Boden leiten das behandelte Wasser zur Desinfektion ab. Die Filtration hängt von der Entwicklung einer dünnen biologischen Schicht, der so genannten Zooglealschicht oder Schmutzdecke, auf der Oberfläche des Filters ab. Ein effektiver Langsamsandfilter kann viele Wochen oder sogar Monate in Betrieb bleiben, wenn die Vorbehandlung gut konzipiert ist, und produziert Wasser mit einem sehr niedrigen verfügbaren Nährstoffgehalt, der mit physikalischen Behandlungsmethoden nur selten erreicht wird. Dank des sehr niedrigen Nährstoffgehalts kann das Wasser sicher durch Verteilersysteme mit sehr niedrigen Desinfektionsmittelwerten geleitet werden, wodurch die Irritation der Verbraucher über unangenehme Mengen an Chlor und Chlornebenprodukten verringert wird. Langsame Sandfilter werden nicht rückgespült; sie werden gewartet, indem die oberste Sandschicht abgekratzt wird, wenn der Durchfluss schließlich durch biologisches Wachstum behindert wird.

Eine spezielle „groß angelegte“ Form des langsamen Sandfilters ist die Uferfiltration, bei der natürliche Sedimente in einem Flussufer verwendet werden, um eine erste Stufe der Schadstofffiltration zu gewährleisten. Das aus den entsprechenden Entnahmebrunnen gewonnene Wasser ist zwar in der Regel nicht sauber genug, um direkt als Trinkwasser verwendet zu werden, doch ist es wesentlich unproblematischer als Flusswasser, das direkt aus dem Fluss entnommen wird.

Membranfiltration

Membranfilter werden in großem Umfang sowohl für die Filterung von Trinkwasser als auch von Abwasser eingesetzt. Bei Trinkwasser können Membranfilter praktisch alle Partikel entfernen, die größer als 0,2 μm sind – einschließlich Giardien und Kryptosporidien. Membranfilter sind eine wirksame Form der Drittbehandlung, wenn das Wasser für die Industrie, für begrenzte Haushaltszwecke oder vor der Einleitung in einen Fluss, der von weiter flussabwärts gelegenen Städten genutzt wird, wiederverwendet werden soll. Sie sind in der Industrie weit verbreitet, insbesondere bei der Zubereitung von Getränken (einschließlich Flaschenwasser). Durch die Filtration können jedoch keine im Wasser gelösten Stoffe wie Phosphate, Nitrate und Schwermetallionen entfernt werden.

Entfernung von Ionen und anderen gelösten Stoffen

Ultrafiltrationsmembranen verwenden Polymermembranen mit chemisch gebildeten mikroskopisch kleinen Poren, mit denen gelöste Stoffe herausgefiltert werden können, ohne dass Koagulationsmittel eingesetzt werden müssen. Die Art des Membranmediums bestimmt, wie viel Druck erforderlich ist, um das Wasser hindurchzudrücken, und welche Größen von Mikroorganismen herausgefiltert werden können.

Ionenaustausch: Ionenaustauschsysteme verwenden mit Ionenaustauschharzen oder Zeolithen gefüllte Säulen, um unerwünschte Ionen zu ersetzen. Der häufigste Fall ist die Wasserenthärtung, bei der Ca2+- und Mg2+-Ionen entfernt und durch gutartige (seifenfreundliche) Na+- oder K+-Ionen ersetzt werden. Ionenaustauscherharze werden auch verwendet, um toxische Ionen wie Nitrit, Blei, Quecksilber, Arsen und viele andere zu entfernen.

Präzitative Enthärtung::13.12-13.58 Wasser, das reich an Härte (Kalzium- und Magnesiumionen) ist, wird mit Kalk (Kalziumoxid) und/oder Soda (Natriumkarbonat) behandelt, um Kalziumkarbonat aus der Lösung auszufällen, wobei der Common-Ion-Effekt genutzt wird.

Elektrodeionisation: Wasser wird zwischen einer positiven und einer negativen Elektrode hindurchgeleitet. Ionenaustauschermembranen lassen nur positive Ionen aus dem behandelten Wasser in Richtung der negativen Elektrode und nur negative Ionen in Richtung der positiven Elektrode wandern. Ähnlich wie bei der Ionenaustauschbehandlung wird kontinuierlich hochreines deionisiertes Wasser erzeugt. Die vollständige Entfernung von Ionen aus dem Wasser ist möglich, wenn die richtigen Bedingungen erfüllt sind. Das Wasser wird normalerweise mit einer Umkehrosmoseanlage vorbehandelt, um nichtionische organische Verunreinigungen zu entfernen, und mit Gasübertragungsmembranen, um Kohlendioxid zu entfernen. Eine Wasserrückgewinnung von 99 % ist möglich, wenn der Konzentratstrom dem RO-Einlass zugeführt wird.

Desinfektion

Pumpen, mit denen dem klaren Wasser in einer Wasseraufbereitungsanlage vor der Verteilung die erforderlichen Mengen an Chemikalien zugesetzt werden. Von links nach rechts: Natriumhypochlorit zur Desinfektion, Zinkorthophosphat als Korrosionsschutzmittel, Natriumhydroxid zur Einstellung des pH-Werts und Fluorid zur Kariesvorbeugung.

Desinfektion wird sowohl durch das Herausfiltern schädlicher Mikroorganismen als auch durch die Zugabe von Desinfektionsmitteln erreicht. Das Wasser wird desinfiziert, um alle Krankheitserreger abzutöten, die die Filter passieren, und um eine Restdosis an Desinfektionsmitteln bereitzustellen, um potenziell schädliche Mikroorganismen in den Lager- und Verteilungssystemen abzutöten oder zu inaktivieren. Zu den möglichen Krankheitserregern gehören Viren, Bakterien, darunter Salmonellen, Cholera, Campylobacter und Shigellen, sowie Protozoen, darunter Giardia lamblia und andere Kryptosporidien. Nach der Zugabe eines chemischen Desinfektionsmittels wird das Wasser in der Regel zwischengelagert – oft in einem Kontakttank oder einem klaren Brunnen -, damit die Desinfektionswirkung abgeschlossen werden kann.

Chlordesinfektion

Die gebräuchlichste Desinfektionsmethode beinhaltet eine Form von Chlor oder dessen Verbindungen wie Chloramin oder Chlordioxid. Chlor ist ein starkes Oxidationsmittel, das viele schädliche Mikroorganismen schnell abtötet. Da Chlor ein giftiges Gas ist, besteht bei seiner Verwendung die Gefahr einer Freisetzung. Dieses Problem wird durch die Verwendung von Natriumhypochlorit vermieden, einer relativ kostengünstigen Lösung, die in Haushaltsbleichmitteln verwendet wird und freies Chlor freisetzt, wenn sie in Wasser gelöst wird. Chlorlösungen können vor Ort durch Elektrolyse von Kochsalzlösungen hergestellt werden. Eine feste Form, Calciumhypochlorit, setzt bei Kontakt mit Wasser Chlor frei. Die Handhabung des Feststoffs erfordert jedoch mehr routinemäßigen menschlichen Kontakt durch das Öffnen von Beuteln und das Ausgießen als die Verwendung von Gasflaschen oder Bleichmittel, die sich leichter automatisieren lassen. Die Herstellung von flüssigem Natriumhypochlorit ist kostengünstig und auch sicherer als die Verwendung von gasförmigem oder festem Chlor. Chlorgehalte bis zu 4 Milligramm pro Liter (4 Teile pro Million) gelten im Trinkwasser als sicher.

Alle Formen von Chlor werden trotz ihrer jeweiligen Nachteile weithin verwendet. Ein Nachteil ist, dass Chlor aus jeder Quelle mit natürlichen organischen Verbindungen im Wasser reagiert und dabei potenziell schädliche chemische Nebenprodukte bildet. Diese Nebenprodukte, Trihalogenmethane (THM) und Halogenessigsäuren (HAA), sind beide in großen Mengen krebserregend und werden von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) und der britischen Trinkwasseraufsichtsbehörde reguliert. Die Bildung von THMs und Halogenessigsäuren kann minimiert werden, indem vor der Zugabe von Chlor so viele organische Stoffe wie möglich aus dem Wasser entfernt werden. Obwohl Chlor Bakterien wirksam abtötet, ist es nur begrenzt wirksam gegen pathogene Protozoen, die im Wasser Zysten bilden, wie Giardia lamblia und Cryptosporidium.

Chlordioxid-Desinfektion

Chlordioxid ist ein schneller wirkendes Desinfektionsmittel als elementares Chlor. Es wird relativ selten verwendet, da es unter bestimmten Umständen übermäßige Mengen an Chlorit erzeugen kann, ein Nebenprodukt, das in den Vereinigten Staaten auf niedrige zulässige Werte beschränkt ist. Chlordioxid kann als wässrige Lösung geliefert und dem Wasser zugesetzt werden, um Probleme bei der Handhabung des Gases zu vermeiden; Chlordioxidgasansammlungen können spontan detonieren.

Chloraminierung

Die Verwendung von Chloramin als Desinfektionsmittel wird immer häufiger eingesetzt. Obwohl Chloramin ein weniger starkes Oxidationsmittel ist, sorgt es wegen seines geringeren Redoxpotentials im Vergleich zu freiem Chlor für einen länger anhaltenden Rückstand. Außerdem bildet es nicht so leicht THMs oder Halogenessigsäuren (Desinfektionsnebenprodukte).

Es ist möglich, Chlor in Chloramin umzuwandeln, indem man dem Wasser nach der Zugabe von Chlor Ammoniak hinzufügt. Das Chlor und das Ammoniak reagieren zu Chloramin. In Wasserverteilungssystemen, die mit Chloraminen desinfiziert werden, kann es zu Nitrifikation kommen, da Ammoniak ein Nährstoff für das Bakterienwachstum ist, wobei Nitrate als Nebenprodukt entstehen.

Ozondesinfektion

Ozon ist ein instabiles Molekül, das leicht ein Sauerstoffatom abgibt und ein starkes Oxidationsmittel darstellt, das für die meisten Wasserorganismen giftig ist. Es ist ein sehr starkes Desinfektionsmittel mit einem breiten Spektrum, das in Europa und in einigen Gemeinden in den Vereinigten Staaten und Kanada weit verbreitet ist. Die Ozondesinfektion oder Ozonierung ist eine wirksame Methode zur Inaktivierung schädlicher Protozoen, die Zysten bilden. Sie wirkt auch gut gegen fast alle anderen Krankheitserreger. Ozon wird hergestellt, indem Sauerstoff durch ultraviolettes Licht oder eine „kalte“ elektrische Entladung geleitet wird. Um Ozon als Desinfektionsmittel zu verwenden, muss es vor Ort erzeugt und dem Wasser durch Blasenkontakt zugesetzt werden. Zu den Vorteilen von Ozon gehört, dass weniger gefährliche Nebenprodukte entstehen und dass es keine Geschmacks- und Geruchsprobleme gibt (im Vergleich zur Chlorierung). Es verbleibt kein Restozon im Wasser. Wenn kein Restdesinfektionsmittel im Wasser verbleibt, kann Chlor oder Chloramin im gesamten Verteilungssystem zugesetzt werden, um mögliche Krankheitserreger in den Verteilungsleitungen zu entfernen.

Ozon wird seit 1906 in Trinkwasseranlagen verwendet, wo die erste industrielle Ozonisierungsanlage in Nizza, Frankreich, gebaut wurde. Die U.S. Food and Drug Administration hat Ozon als sicher anerkannt, und es wird als antimikrobielles Mittel bei der Behandlung, Lagerung und Verarbeitung von Lebensmitteln eingesetzt. Obwohl bei der Ozonierung weniger Nebenprodukte entstehen, hat man entdeckt, dass Ozon mit Bromidionen im Wasser reagiert und dabei Konzentrationen des mutmaßlich krebserregenden Bromats erzeugt. Bromid kann in Süßwasservorräten in ausreichenden Konzentrationen vorkommen, um (nach der Ozonierung) mehr als 10 Teile pro Milliarde (ppb) Bromat zu erzeugen – der von der USEPA festgelegte Höchstwert für Schadstoffe. Die Ozondesinfektion ist außerdem energieintensiv.

Ultraviolette Desinfektion

Ultraviolettes Licht (UV) ist sehr wirksam bei der Inaktivierung von Zysten in Wasser mit geringer Trübung. Die Desinfektionswirkung des UV-Lichts nimmt mit zunehmender Trübung ab, was auf die Absorption, Streuung und Abschattung durch die Schwebstoffe zurückzuführen ist. Der Hauptnachteil der UV-Bestrahlung ist, dass sie, wie die Ozonbehandlung, kein Restdesinfektionsmittel im Wasser hinterlässt; daher ist es manchmal notwendig, nach dem primären Desinfektionsverfahren ein Restdesinfektionsmittel hinzuzufügen. Dies geschieht häufig durch die Zugabe von Chloraminen, die oben als primäres Desinfektionsmittel beschrieben wurden. Wenn sie auf diese Weise verwendet werden, bieten Chloramine ein wirksames Restdesinfektionsmittel mit sehr wenigen der negativen Auswirkungen der Chlorierung.

Über 2 Millionen Menschen in 28 Entwicklungsländern nutzen die solare Desinfektion für die tägliche Trinkwasseraufbereitung.

Ionisierende Strahlung

Wie UV-Strahlung wurde auch ionisierende Strahlung (Röntgen-, Gamma- und Elektronenstrahlen) zur Sterilisierung von Wasser verwendet.

Bromierung und Jodierung

Brom und Jod können ebenfalls als Desinfektionsmittel verwendet werden. Allerdings ist Chlor im Wasser als Desinfektionsmittel gegen Escherichia coli mehr als dreimal so wirksam wie eine entsprechende Konzentration von Brom und mehr als sechsmal so wirksam wie eine entsprechende Konzentration von Jod. Jod wird häufig für die tragbare Wasseraufbereitung verwendet, und Brom wird häufig als Desinfektionsmittel für Schwimmbäder eingesetzt.

Tragbare Wasseraufbereitung

Tragbare Wasseraufbereitungsgeräte und -methoden sind für die Desinfektion und Behandlung in Notfällen oder an abgelegenen Orten erhältlich. Die Desinfektion ist das vorrangige Ziel, da ästhetische Aspekte wie Geschmack, Geruch, Aussehen und chemische Spurenverunreinigungen die kurzfristige Sicherheit des Trinkwassers nicht beeinträchtigen.

Zusätzliche Behandlungsmöglichkeiten

1. Wasserfluoridierung: In vielen Gebieten wird dem Wasser Fluorid zugesetzt, um Karies zu verhindern. Fluorid wird in der Regel nach dem Desinfektionsverfahren zugesetzt. In den USA erfolgt die Fluoridierung in der Regel durch die Zugabe von Hexafluorkieselsäure, die sich im Wasser zersetzt und dabei Fluoridionen freisetzt.
2. Wasseraufbereitung: Dies ist eine Methode zur Verringerung der Auswirkungen von hartem Wasser. In Wassersystemen, die einer Erwärmung ausgesetzt sind, können sich Härtesalze ablagern, da bei der Zersetzung von Bikarbonationen Karbonationen entstehen, die sich aus der Lösung absetzen. Wasser mit hohen Konzentrationen von Härtesalzen kann mit Soda (Natriumkarbonat) behandelt werden, das die überschüssigen Salze durch den Common-Ion-Effekt ausfällt, wobei Kalziumkarbonat von sehr hoher Reinheit entsteht. Das ausgefällte Kalziumkarbonat wird üblicherweise an die Hersteller von Zahnpasta verkauft. Mehrere andere Methoden der Wasseraufbereitung für Industrie und Haushalte sollen (ohne allgemeine wissenschaftliche Anerkennung) den Einsatz von magnetischen und/oder elektrischen Feldern beinhalten, die die Auswirkungen von hartem Wasser verringern.
3. Verringerung der Plumbosolvenz: In Gebieten mit natürlich saurem Wasser mit geringer Leitfähigkeit (z. B. Oberflächenregen in Gebirgsregionen mit Eruptivgestein) kann das Wasser in der Lage sein, Blei aus den Bleirohren zu lösen, in denen es transportiert wird. Die Zugabe kleiner Mengen von Phosphat-Ionen und die leichte Erhöhung des pH-Wertes tragen beide dazu bei, die Plumbo-Solvabilität stark zu verringern, indem sie unlösliche Bleisalze auf den Innenflächen der Rohre bilden.
4. Radium-Entfernung: Einige Grundwasserquellen enthalten Radium, ein radioaktives chemisches Element. Zu den typischen Quellen gehören viele Grundwasservorkommen nördlich des Illinois River in Illinois, Vereinigte Staaten von Amerika. Radium kann durch Ionenaustausch oder durch Wasseraufbereitung entfernt werden. Die Rückspülung oder der Schlamm, der dabei entsteht, ist jedoch ein schwach radioaktiver Abfall.
5. Fluoridentfernung: Obwohl dem Wasser in vielen Gebieten Fluorid zugesetzt wird, gibt es in einigen Gegenden der Welt übermäßige Mengen an natürlichem Fluorid im Quellwasser. Ein zu hoher Fluoridgehalt kann giftig sein oder unerwünschte kosmetische Wirkungen wie Zahnverfärbungen hervorrufen. Methoden zur Verringerung des Fluoridgehalts sind die Behandlung mit aktiviertem Aluminiumoxid und Knochenkohlefiltermedien.