Grundlagen der Wasseraufbereitung

 
Pall-Hohlfaser-Filtrationssystem
Über ein Jahrhundert lang bildeten konventionelle Wasseraufbereitungsanlagen den wichtigsten Verbraucherschutz. Heutzutage können ältere Verfahren wie schnelle Vermischung (Rapid Mix), Koagulation und Flockung, Sedimentation oder Kies-/Sand-Filtration nicht länger einen Schutz des Trinkwassers vor Kontaminationen wie Cryptosporidium, Giardia lamblia und einer Vielzahl durch Wasser übertragender Viren gewährleisten.

Die Spezifikationen für aufbereitetes Wasser für Haushalte, gewerbliche oder industrielle Nutzer oder die Landwirtschaft unterscheiden sich erheblich voneinander. Haushalte benötigen ein Produkt, das nicht nur sicher ist, sondern zudem farblos und frei von Trübungen und unangenehmem Geschmack und Geruch. Industrielle Nutzer benötigen üblicherweise ein Produkt, das frei von Chloriden, Eisen, Mangan und gelösten Gasen ist. In der Landwirtschaft kann Qualität bedeuten, dass kein Natrium, Chloride, Selen und andere Elemente im Wasser vorhanden sind. Es gibt nur ein Verfahren zur Wasseraufbereitung, das die verschiedenen Anforderungen jedes Nutzers wirksam und wirtschaftlich erfüllen kann – die Membranfiltration.

Die Membrantechnologie setzt sich zur Zeit weltweit schnell als die wirksamste und wirtschaftlichste verfügbare Wasseraufbereitungsmethode durch. Der erforderliche Reinheitsgrad bestimmt üblicherweise den für eine bestimmte Anwendung geeigneten Filtrationsgrad:

  • Die Mikrofiltration eignet sich ideal zur Entfernung von Schwebstoffen und Bakterien aus Flüssigkeiten. Mikrofiltrationsmembranen weisen die höchste Porosität auf und werden bei einem Druck von 20 bis 100 psig betrieben. Mikrofiltrationstechnologie wird in der Pharmaindustrie zur Zellernte und in der Brauereiwirtschaft zur Kaltsterilisation von Bier verwendet.
  • Die Ultrafiltration entfernt Öle, kolloidale Feststoffe und weitere lösliche Verunreinigungen und ermöglicht eine Wiederaufbereitung von industriellem Wasser. Sie eignet sich gut für Abwässer mit unterschiedlicher Zusammensetzung und kann die Menge an zu behandelndem oder zu entsorgendem Abwasser um bis zu 98 % reduzieren. Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie können wirksam verarbeitet werden, um Öle zu entfernen und das Wasser aufzubereiten. Ultrafiltrationsmembranen entfernen Kolloide, Zucker und viele organische biologische Feststoffe.
  • Es wurden Nanofiltrationsmembranen mit einer Rückhaltung zwischen 100 und 1000 Molekulargewicht entwickelt. Da ein Molekulargewicht von 200 einem großen Molekül von ungefähr 1 Nanometer entspricht, werden diese Membranen als Nanofiltrationsmembranen bezeichnet. Der erforderliche Druck beträgt hier zwischen 75 und 450 psig (erheblich weniger, als bei Umkehrosmosemembranen für ähnliche Flussraten benötigt wird). Die Ionenselektivität ist ein wichtiges Merkmal der Nanofiltration. Salze mit monovalenten Anionen (z. B. Chloride) können die Membran passieren, während Salze mit polyvalenten Anionen (z. B. Sulfate oder Phosphate) zurückgehalten werden. Nanofilter werden in der Aufbereitung von Oberflächenwasser verwendet, um organische Substanzen im Wasser wie Humin- und Fulvinsäuren zu entfernen und so die Bildung unerwünschter Nebenprodukte der Desinfektion (z. B. Trihalogenmethan) zu verhindern. Mit Nanofiltrationstechnologie lässt sich eine 98-prozentige Rückgewinnung von Wasser aus Abwasser erzielen. Diese Technologie wird auf dem Gebiet der Wasserreinigung als neuester Stand der Technik angesehen.
  • Bei der Umkehrosmose handelt es sich um die Umkehr des Osmoseprozesses bei einem Druck von 400 bis 2.000 psig. Umkehrosmosesysteme werden zur Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser verwendet. Aufgrund der Fortschritte in der Membrantechnologie entwickelt sich die Umkehrosmose zu einem gebräuchlichen Verfahren in der Aufbereitung von Industriewasser zur Rückgewinnung von Nebenprodukten. Somit ist eine Wiederverwendung oder Ableitung von Wasser, das die Qualitätsanforderungen auch der striktesten behördlichen Richtlinien übertrifft, möglich geworden.