Der Wasserplanet Teil 3 - Trinkwasser
- Abb. 1: Brunnen in der Wüste (Foto: Christoph Rupprecht - focx.de)
Die Quellen galten als unerschöpflich
Die Oase von Taoudenni lag in einer Senke zwischen Basalthügeln, die sich aus dem Sand erhoben wie die Backenzähne eines halbverschütteten Riesen. Seit den Tagen des Propheten war es die wichtigste Wasserstelle auf dem Weg von Tamanrasset nach Dscharra. Die Quellen galten als unerschöpflich.
Als die Karawane in Sichtweite der Oase kam, hatten sie seit drei Tagen nichts mehr zu trinken gehabt, ihre Lider waren geschwollen, die Kehlen wund. Ihre Handelswaren – persische Teppiche, Salz, Musketen, Kif – lagen weit hinter ihnen in den Dünen verstreut, noch immer auf den verwesenden Packtieren festgeschnallt.
Als sie sich den Quellen näherten, stolperte das letzte Kamel und fiel zu Boden, wobei es mit den Beinen in der Luft ruderte. Einer der Männer stieß einen Schrei aus: Aufgespießt auf den Vorderbeinen des Kamels steckte der abgenagte Brustkorb eines Menschen. Die Knochen klapperten und rasselten, Würfel im Knobelbecher.
Die Händler sahen sich um. Der Sand formte kleine Hügelchen – Hunderte von ihnen -, aus denen hier eine Hand ragte, da eine Schädelplatte aufblitze. Taoudenni war trocken.
Text aus Wassermusik von T. C. Boyle
- Abb. 2: ... das Land ist eine öde trockene Wüste (puravida4cordi.wordpress.com - verändert)
Ohne Wasser geht nichts
- Abb. 3: Ohne Wasser geht nichts (azrainman.com)
Stellen Sie sich vor, Sie drehen den Wasserhahn auf, aber es kommt kein Wasser. Auch die anderen Wasserhähne in Ihrer Wohnung sind trocken. Da hat einer mal eben das Wasser abgesperrt, denken Sie, und nicht vorher Bescheid gesagt. Sie fragen den Nachbarn, er hat dasselbe Problem. Na ja, duscht man halt später.
Als dann am Nachmittag immer noch kein Wasser fließt, rufen Sie die Stadtwerke an. Dort sagt man Ihnen, man wisse nicht, wo die Ursache liegt, auch das Wasserwerk könne zurzeit kein Wasser liefern. Und am Abend bringen es die Nachrichten: Es gibt landesweit kein Wasser. Und auch in den benachbarten Regionen nichts, kein Wasser.
Schon am nächsten Tag setzt Panik ein, die Menschen versuchen, die Flüsse und Seen der Umgebung zu erreichen. Aber o Schreck, alles ist trocken. Einige besetzen die Wasserwerke, aber es hilft alles nichts, auch nicht, als die Verzweifelten die Wasserwerke in Brand setzen. Die ersten Menschen sterben, nach wenigen Tagen nimmt die Todesrate durch Verdursten vehement zu, das öffentliche Leben kommt zum Stillstand, nichts fährt, nichts läuft mehr, nichts rührt sich.
Nach einer Woche ist die Bevölkerung dezimiert, keiner begräbt die Toten, weil keiner mehr die Kraft dazu hat. Nach nicht einmal drei Wochen ist das Land leer, es gibt keine Menschen mehr, kaum noch Tiere. Und nach einigen Monaten ist auch die Vegetation abgestorben, das Land ist eine öde trockene Wüste.
Gottseidank ist das nur Fiktion, denn Deutschland ist ein wasserreiches Land und kennt bei der Versorgung mit Trinkwasser keine Mengenprobleme. Denn Wasser ist kein endlicher Rohstoff, sondern kehrt im Wasserkreislauf immer wieder zu uns zurück. Unsere öffentliche Trinkwasserversorgung nutzt nur 3% des vorhandenen Wasserdargebots. In Deutschland und Mitteleuropa ist deshalb – ganz im Gegensatz zu den aktuellen Bemühungen der EU in Brüssel - nicht die Einsparung von Wasser, sondern die Reinhaltung unserer Trinkwasserressourcen oberstes Gebot.
Was ist Trinkwasser?
- Abb. 4: Trinkwasseraufbereitung in einem Wasserwerk
Trinkwasser ist Süßwasser mit einem hohen Reinheitsgrad und einem Salzgehalt (Salinität) kleiner 0,1%. Trinkwasser darf keine krankheitserregenden Mikroorganismen enthalten und sollte eine Mindestkonzentration an Mineralstoffen enthalten. Mineralstoffe sind für den menschlichen Organismus lebensnotwendig. Man unterscheidet dabei zwischen Makromineralen und Spurenelementen.
Die am häufigsten im Trinkwasser gelösten Makrominerale sind die Kationen: Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium und die Anionen: Carbonate, Hydrogencarbonate, Chloride und Sulfate. Die Summe der Konzentration von Calcium- und Magnesiumsalzen wird als Wasserhärte bezeichnet.
Spurenelemente sind unter anderen Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Chrom, Molybdän, Selen, Kobalt, Fluor und Jod.
Die Trinkwasserverordnung
- Abb. 5: Der Rursee in der Eifel dient der Trinkwasserversorgung (Foto: Geog May, fotocommunity)
Nach der deutschen Trinkwasserverordnung wird Trinkwasser folgendermaßen definiert:
- Trinkwasser ist Wasser für den menschlichen Gebrauch und Wasser für Lebensmittelbetriebe.
- Trinkwasser ist alles Wasser, im ursprünglichen Zustand oder nach Aufbereitung, das zum Trinken, Kochen, zur Zubereitung von Speisen und Getränken oder insbesondere zu folgenden anderen häuslichen Zwecken bestimmt ist:
- Körperpflege und – reinigung
- Reinigung von Gegenständen, die bestimmungsgemäß mit Lebensmitteln in Berührung kommen
- Reinigung von Gegenständen, die bestimmungsgemäß nicht nur vorübergehend mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen.
- alles Wasser, das in einem Lebensmittelbetrieb verwendet wird für die Herstellung, Behandlung, Konservierung oder zum Inverkehrbringen von Erzeugnissen oder Substanzen, die für den menschlichen Gebrauch bestimmt sind.
Dies gilt ungeachtet der Herkunft des Wassers, seines Aggregatzustandes und ungeachtet dessen, ob es für die Bereitstellung auf Leitungswegen, in Tankfahrzeugen, in Flaschen oder anderen Behältnissen bestimmt ist.
Woher kommt unser Trinkwasser?
Trinkwasser stammt aus natürlichen Quellen (in Deutschland ca. 8%), aus Brunnen (ca. 66%), aus Oberflächengewässern (ca. 26%), aus Niederschlag, aus Meerwasser und aus Nebel.
Quellwasser
Quellwasser ist an der Erdoberfläche austretendes Grundwasser.
Eine Trinkwassergewinnung aus Quellen ist nur in Gebieten möglich, die dünn besiedelt sind oder die keiner intensiven landwirtschaftlichen Nutzung unterliegen. Denn wenn eine Quelle überwiegend aus oberflächennahem Wasser – aus sogenanntem Tagwasser – gespeist wird, besteht die Gefahr, dass Schadstoffe, Keime oder Bakterien in das Quellwasser gelangen. Durch Viehhaltung oder landwirtschaftliche Düngung kommen stets Nitrate ins Grundwasser.
- Abb. 6: Die Almequelle, eine Fließquelle und ... (Wikipedia)
- Abb. 7: ... der Blautopf bei Blaubeuren, eine Unterwasserquelle
Quellen, die aus tieferen wasserführenden Schichten gespeist werden, sind besser als Trinkwasserlieferanten geeignet, weil über der wasserführenden Schicht eine mächtige Bodenbedeckung liegt, die das Niederschlagswasser filtert und reinigt, das als Sickerwasser den Boden passiert und dem Grundwasser zufließt.
Unterschiedliche Quellentypen sind Fließquellen (Abb. 6), Sickerquellen und Unterwasserquellen (Abb. 7). Bei einer Fließquelle tritt das Quellwasser an einer klar definierten Stelle aus, bei einer Sickerquelle tritt Grundwasser aus, durchfeuchtet den Boden und sammelt sich an der tiefsten Stelle. Unterwasserquellen oder Teich- oder Tümpelquellen treten am Boden eines Teiches aus, an dessen Überlauf dann der eigentliche Bach beginnt.
- Abb. 8: Schichtquelle mit Wasserfassung ...
- Abb. 9: ... und Kontrollschacht
Für die Trinkwasserversorgung kommen nur Fließquellen in Frage.
Die Abb. 8 zeigt eine typische Fließquelle, hier eine sogenannte Schichtquelle: Das Grundwasser, das sich in der Kies- und Sandschicht dem Gefälle nach bewegt (5), staut sich über einer gering durchlässigen Lehmschicht (4). Durch die Topografie wird die wasserführende Schicht angeschnitten und das Wasser fließt frei aus.
Das Grundwasser wird hier bereits im Untergrund durch ein Filterrohr (7) gefasst und in ein Sammelbecken (9) geleitet. Dann passiert es ein Sieb (8), das grobe Bestandteile wie Reste von Bodenmaterial zurückhält. Das Wasser fließt weiter (11) zum Reservoir, wo es aufbereitet wird. Das Bauwerk einer Quellfassung wird Brunnenstube genannt. Der Einstieg in die Brunnenstube erfolgt über einen Kontrollschacht (Abb. 9).
Trinkwasser aus Brunnen
Die weitaus häufigste Art der Trinkwassergewinnung ist die Förderung von Grundwasser über Brunnen.
Die Herstellung eines Trinkwasserbrunnens ist eine aufwändige Angelegenheit.
Die Planung des Brunnens erfordert zunächst eine exakte Erkundung der geologischen und hydrogeologischen Verhältnisse des Untergrunds. Dazu werden alle vorhandenen Daten auswertet, z. B. Daten über Bohrungen, die im Umfeld bereits angelegt wurden und Daten über Wasserstände aus benachbarten Brunnen, aus Grundwassermessstellen und Oberflächengewässern. Weiterhin sind eine oder mehrere Probebohrungen erforderlich.
- Abb. 10: Bohrgerät im Einsatz
- Abb. 11: Rollenmeissel zum Bohren im Festgestein
Mit einem Bohrgerät wird eine Bohrung bis in die wasserführende Schicht getrieben. Wenn die Bohrung die gewünschte Endtiefe erreicht hat, wird sie im Bereich des Grundwasserleiters mit Filterrohren und Vollrohren aus Polyethylen (PEHD) (Abb. 14, 16) oder aus Edelstahl (Abb. 15) ausgebaut. Das Grundwasser wird dann mit Hilfe einer elektrischen Unterwasserpumpe, die in der Tiefe in das Filterrohr eingehängt wird, gefördert.
- Abb. 12: Bohrschnecke zum Bohren im Lockergestein
- Abb. 13: Bohrgestänge
Durch die Bohrung ist das Grundwasser im Untergrund zunächst durch feinste Bodenteilchen getrübt. Deshalb wird nach dem Ausbau der Bohrung der Brunnen entsandet und klargespült. Die am Grund des Brunnens gesammelten Sande und Kiese werden durch starke Wasserspülung entfernt. Beim Klarspülen wird der Brunnen so lange mit Wasser gespült, bis das geförderte Wasser nicht mehr trüb, sondern reines klares Grundwasser ist.
- Abb. 14: Brunnenverrohrung aus PEHD ...
- Abb. 15: ... und aus Edelstahl
Zur Ermittlung der Ergiebigkeit eines Brunnens, also zur Beantwortung der Frage, wie viel Wasser dem Brunnen dauerhaft entnommen werden kann, wird in der Brunnenbohrung oder in einer Probebohrung ein Pumpversuch gefahren. Dabei wird über einen Zeitraum von mehreren Stunden bis Tagen Grundwasser mit unterschiedlichen Fördermengen abgepumpt und gemessen, wie sich der Wasserstand im Brunnen in Abhängigkeit von der Fördermenge absenkt.
- Abb. 16: Ausbau einer Bohrung mit PEHD-Filter- und Vollrohren
Wenn das Grundwasser nicht weiter absinkt, wenn sich also ein Beharrungszustand des Grundwasserstands in der Bohrung einstellt, ist die Ergiebigkeit des Brunnes bei der definierten Fördermenge erreicht.
Während des Pumpversuchs wird auch in benachbarten Brunnen und Grundwassermessstellen kontinuierlich die Grundwasserabsenkung gemessen.
Aus den Absenkungsbeträgen kann die Reichweite der Grundwasserabsenkung bestimmt werden, die für benachbarte Brunnen und Wasserwerke, für Oberflächengewässer, Bauwerke und Naturschutzgebiete von Bedeutung ist.
Den Abschluss eines Brunnens nach oben bildet das Brunnen-Abschluss-Bauwerk, das als unterirdischer Brunnenkopf ausgebildet sein kann, der im Inneren der Brunnenstube einer Quellfassung ähnlich ist (Abb. 17). Einen bequemeren Einstieg bietet ein oberirdisches Brunnenabschlussbauwerk, z. B. eine Brunnen-Haube (Abb. 18).
- Abb. 17: Unterirdische Brunnenstube ...
- Abb. 18: ... und Brunnen-Haube
Trinkwasser aus Oberflächengewässern
Zur Trinkwassergewinnung dienen auch Oberflächengewässer wie Talsperren (Abb. 19), natürliche Seen oder Flüsse.
Talsperren werden zum Zweck der Regulierung von Flüssen, zur Energiegewinnung, zur Bewässerung und zur Gewinnung von Trinkwasser gebaut. Der Bau von Talsperren ist nur in gebirgigem Gelände möglich, denn nur dort kann ein Flusstal durch ein Staubauwerk abgeriegelt und der Fluss aufgestaut werden. Durch den Höhenunterschied des Wasseraufstaus zwischen der Wasserseite und der Luftseite der Staumauer entsteht potenzielle Energie, die zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden kann.
Auch aus größeren Flüssen und Seen kann Wasser zur Nutzung als Trinkwasser entnommen werden. Ein Beispiel für ein Wasserwerk, das Wasser aus einem großen See entnimmt, ist die Bodensee-Wasserversorgung (Abb. 20).
- Abb. 19: Die Oleftalsperre in der Eifel dient der Trinkwasserversorgung (wver.de)
- Abb. 20: Die Bodensee-Wasserversorgung (um.baden-württemberg.de)
Eine besondere Art der Trinkwassergewinnung aus Oberflächengewässern ist die Methode der Uferfiltrierung (Abb. 21). Uferfiltrat ist Wasser, das aus Brunnen in unmittelbarer Nähe von Flüssen oder Seen gewonnen wird. Es besteht deshalb zu einem größeren Anteil aus Wasser aus dem Oberflächengewässer und zu einem Teil aus Grundwasser (Abb. 22). Durch die Bodenpassage vom Oberflächengewässer zum Förderbrunnen wird das Wasser gereinigt.
- Abb. 21: Brunnenkette zur Förderung von Uferfiltrat entlang der Ruhr bei Hattingen (academic.ru)
- Abb. 22: Schema der Uferfiltrat-Gewinnung (wormser-zeitung.de)
Meerwasserentsalzung
- Abb. 23: Moderne Meerwasser-Entsalzungsanlage in Abu Dhabi (siemens.com)
In Gebieten mit wenig Grund- und Oberflächenwasser, auf Inseln, auf Schiffen und U-Booten wird Trinkwasser oft aus salzhaltigem Meerwasser gewonnen. Das meiste aus Meerwasser gewonnene Süßwasser wird für die Bewässerung in der Landwirtschaft genutzt, in vielen Staaten im nahen und mittleren Osten wird die Meerwasserentsalzung aber auch zur Trinkwassernutzung betrieben.
Die Meerwasserentsalzung ist ein sehr energieaufwändiges Verfahren, weshalb sie vor allem - zu ca. 50% - in den reichen, besonders den ölreichen Staaten Saudi-Arabiens genutzt wird (Abb. 23).
Zur Meerwasserentsalzung bieten sich 2 Verfahren an: die Destillation und die Umkehrosmose.
- Abb. 24: Schema der Destillation
Meerwasserentsalzung durch Destillation geschieht durch Verdampfen von Salzwasser und Auffangen des Kondensats (Abb. 24).
Wenn Salzwasser erhitzt wird, dann verdampft nur das reine Wasser, die im Wasser gelösten Salze verdampfen nicht mit, sondern verbleiben in der sogenannten Sole, wo sie sich aufkonzentrieren. Der Wasserdampft schlägt sich an kühleren Oberflächen nieder, wird aufgefangen und als Süßwasser gesammelt.
Meerwasser wird durch Kondensatorrohre dem System zugeführt, durchläuft mehrere Kammern und wird erhitzt. Das erhitzte Wasser verdampft, kondensiert und wird als salzarmes Wasser gewonnen. Die Sole wird ins Meer zurückgeführt und dient, solange sie noch im System ist, als Wärmequelle für das zugeführte Meerwasser.
- Abb. 25: Schema der Umkehrosmose (fumatech.com)
Osmose beschreibt den Ausgleich zweier salzhaltiger Lösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen durch eine semipermeable Membran. Die Fließrichtung geht von der schwächeren zur stärkeren Konzentration, bis die Konzentrationen ausgeglichen sind. Die Druckdifferenz wird als osmotischer Druck bezeichnet.
Bei der Umkehrosmose wird die stärker konzentrierte Lösung einem Druck ausgesetzt, der höher ist als ihr osmotischer Druck (Abb. 25). Dadurch fließt das Wasser in umgekehrte Richtung und verdünnt die schwächer konzentrierte Lösung. Es wird also auf mechanischem Wege reines Wasser aus einer salzhaltigen Lösung entfernt und als Süßwasser gewonnen. Der Energieaufwand ist dabei abhängig vom Salzgehalt.
Trinkwasser aus Niederschlag
Regionen mit sehr unregelmäßigen Niederschlägen, aber ausgeprägten Regenzeiten, die sich nur über wenige Wochen erstrecken, während in der restlichen Jahreszeit Trockenheit herrscht, werden aride Gebiete genannt. Dort ist übers Jahr gesehen die Verdunstung höher als der Niederschlag. Die Folge davon ist auch das Fehlen von ergiebigen Grundwasservorkommen.
In diesen Gebieten wird oft eine Trinkwassergewinnung aus Niederschlagswasser betrieben.
Regenwasser wird aufgefangen und in großen meist unterirdischen Sammelbehältern, sogenannten Zisternen, gespeichert.
Die wohl bekannteste Zisterne ist die Yerebatan-Zisterne in Istanbul, erbaut um 540 (Abb. 26).
- Abb. 26: Die Yerebatan-Zisterne in Istanbul
- Abb. 27: Zisterne zur Brauchwassernutzung für ein Wohnhaus (lenz-ag.ch)
Private Regenwassernutzung für Trinkwasser gibt es nur in entlegenen Gebieten, die nicht an die allgemeine Trinkwasserversorgung angeschlossen sind. Zu hoch wäre der Aufwand einer unbedingt erforderlichen Wasseraufbereitung für ein einzelnes Wohnhaus (Abb. 27).
Trinkwasser aus Nebel
- Abb. 28: Netz zum Auffangen von Trinkwasser aus Nebel (welt.de)
- Die Maschen haben eine dreieckige Form
- La Palma: Wassergewinnung aus den Wolken des Nordost-Passats
In den trockenen Hochländern von Chile und Äthiopien fangen feine Netze Wasser aus Nebel. Der Nebel wird vom Wind durch das Netz gedrückt, dabei lagern sich auf dem Gewebe kleinste Wassertröpfchen ab (Abb. 28). Auch auf der Kanareninsel La Palma gibt es auf der Cumbre Nueva eine Versuchsanlage zur Wassergewinnung aus den Wolken des Nordost-Passats.
Die Maschen haben eine dreieckige Form, so dass das Wasser zu immer größeren Tropfen nach unten zusammenlaufen kann. Das Gewebe kann dem Nebel unter optimalen Bedingungen 50 % der Feuchtigkeit entziehen.
Die Tropfen fallen in Kunststoffrohre am unteren Ende der Netze und werden von dort den Berg hinunter in die Zisternen des Ortes geleitet. Ein 50 m² großes Netz kann täglich bis zu 160 Liter Trinkwasser einfangen.
In den meist menschenleeren und industriefreien Gebieten, in denen diese Netze stehen, ist die Luft und damit auch die Luftfeuchtigkeit so sauber, dass es meist keiner weiteren Wasseraufbereitung bedarf.
Was sind Wasserschutzgebiete?
Quellfassungen, Wasserwerksbrunnen und Trinkwassertalsperren haben Wasserschutzgebiete. Ein Wasserschutzgebiet besteht aus mehreren Wasserschutzzonen (Abb. 29):
Wasserschutzzone I ist die unmittelbare Umgebung der Brunnen oder der Quelle: In diesem engen Bereich um die Wassergewinnungsanlage muss jede Verunreinigung unterbleiben, auf dieser Fläche ist keinerlei Nutzung erlaubt.
- Abb. 29: Wasserschutzzonen (WSZ) des Wasserwerks Mühlenbusch (dormagen.de): Nördlich und südlich schließen weitere Wasserwerke mit Wasserschutzzonen an. Legende: rot = WSZ I (unmittelbarer Bereich der Brunnen), grün = WSZ II, gelb = WSZ IIIA, braun = WSZ IIIB
Wasserschutzzone II ist die engere Schutzzone: Die Grenze der Schutzzone II bei Trinkwasserbrunnen ist so ausgelegt, dass die Fließzeit des Grundwassers von der äußeren Grenze der Zone II bis zum Brunnen mindestens 50 Tage beträgt. 50 Tage sind die Zeit, in der eventuell im Grundwasser enthaltene Krankheitskeime absterben. Die Grenzziehung der Schutzzone II wird deshalb 50 Tage-Linie genannt. In der Schutzzone II sind alle Nutzungen stark eingeschränkt oder verboten.
Wasserschutzzone III ist das weitere Wassereinzugsgebiet: Sie umfasst das gesamte Einzugsgebiet der Wassergewinnungsanlage und damit das gesamte dem Brunnen bzw. der Quelle zufließende Grundwasser. Ihre Grenzen sind die unterirdischen Wasserscheiden. Aus praktischen Gründen werden die Grenzen oft natürlichen Gegebenheiten wie Straßen, Wegen und Grundstücksgrenzen angepasst. In Schutzzone III sind alle Nutzungen genehmigungspflichtig.
Die Wasserschutzzonen II und III können je nach lokalen Verhältnissen noch einmal in die Schutzzonen IIA und IIB sowie in IIIA und IIIB unterteilt werden.
Die Aufbereitung des Rohwassers
- Abb. 30: Schema der Aufbereitung von Rohwasser mittels Ozon und Aktivkohle
Fluss- und Seewasser werden auch zu anderen Zwecken als zur Trinkwasserversorgung genutzt, z. B. zur Schifffahrt, zum Baden und zur Fischzucht. In Seen und Flüssen leben Wasserpflanzen und Wassertiere. Deshalb ist Oberflächenwasser niemals so sauber wie Grund- oder Quellwasser. Aber auch Grundwasser enthält meist eine ganze Reihe von unerwünschten Inhaltsstoffen. Nach der Förderung muss das Rohwasser zunächst aufbereitet werden.
Die Aufbereitung von Rohwasser ist die Verbesserung der Wasserqualität zur Gewinnung von Trinkwasser. Sie umfasst im Wesentlichen 2 Behandlungsschritte:
- 1. Entfernung von Stoffen aus dem Wasser. Hier sollen einige der gängigsten Verfahren genannt werden: Siebung, Sedimentation, Filtration, Adsorption, Flotation, Flockung, Fällung, Oxidation, Entsäuerung, Enthärtung, Entkarbonisierung, Enteisenung, Entmanganung, Entsalzung und Strippen.
- 2. Ergänzung von Stoffen und Einstellen von Parametern: Entkeimung durch Chlor-, Chloroxid-, oder durch Ozonzugabe, Ultrafiltration, Einstellen des pH-Werts.
- Abb. 31: Anlage zur Ultrafiltration
- Abb. 32: Verfahrensschema zur Aufbereitung im Wasserwerk Oberwerth
Nicht alle diese Schritte sind zur Aufbereitung notwendig, welche Verfahren zur Anwendung kommen, hängt von der Ausgangsqualität des jeweiligen Rohwassers ab.
Eine Siebung des Rohwassers wird bei Oberflächenwasser vorgenommen, wobei man zwischen Grobsiebung und Feinsiebung unterscheidet. Die Grobsiebung hält größere Partikel zurück, die Feinsiebung entfernt kleine Algen und feinste organische und anorganische Partikel.
Unter Sedimentation wird der langsame Absetzvorgang feiner Teilchen im Wasser auf der Sohle des Sedimentationsbeckens beschrieben.
Eine Filtration von Rohwasser kann in mehreren Stufen geschehen: In einer 1. Stufe wird als Filtermaterial meist ein Sand- und Kiesschicht unterschiedlicher Dicke von 0,5 - 2 m verwendet. Die 2. Stufe kann aus einer Filterschicht aus Aktivkohle bestehen, oft mehrere Meter dick und die 3. Stufe aus einer Kalkschicht, die die im Rohwasser vorhandene Kohlensäure abbindet und eine natürliche Aufhärtung erreicht.
Unter Flockung wird eine chemische Reaktion verstanden, die Partikel im Rohwasser unter Zugabe von Flockungsmitteln und Rühren zusammenlagern und ausfallen lässt.
Strippen bedeutet das Austreiben von leichtflüchtigen organischen Stoffen wie Chlorierten Kohlenwasserstoffen.
- Abb. 33: Rohwasseraufbereitung im Wasserwerk Waldfeucht ...
- Abb. 34: ... und im Wasserwerk Wittenhorst
Wenn mit pathogenen Bakterien und Viren im Wasser zu rechnen ist, ist eine Desinfektion zur Entkeimung erforderlich. Die Entkeimung kann durch eine sogenannte Ultrafiltration erfolgen, eine Feinstfilterung, oder durch Behandlung mit Ozon (Abb. 31). Der aggressive Sauerstoff des Ozons tötet die Keime ab. Eine übliche Form der Desinfektion ist die Zugabe von Chlordioxidlösung. Das bewirkt den typischen Chlorgeruch besonders beim Wasser in öffentlichen Schwimmbädern.
Die Trinkwasser-Verordnung legt für alle gängigen Inhaltsstoffe im Grundwasser Grenzwerte fest.
Verteilung des Trinkwassers
- Abb. 35: Netzschema einer Wasserverteilung (moosrain.de)
In Deutschland gibt es ca. 8.600 Wasserwerke, ca. 17.800 Wassergewinnungsanlagen und ca. 450.000 km Verteilungsnetze.
Nach der Gewinnung und Aufbereitung des Rohwassers wird das Trinkwasser zu den Verbrauchern geleitet (Abb. 35). Dabei wird es in Hoch- oder Tiefbehältern im Wasserwerk oder in Zwischenspeichern gespeichert, in früheren Zeiten auch in Wassertürmen (Abb. 39, 40), die aufgrund ihrer Hochlage den notwendigen Wasserdruck lieferten, um das Wasser durch Leitungen bis zu den Verbrauchern zu transportieren.
Bei der Wasserverteilung wird unterschieden in Fernleitungen (Abb. 37), Verbindungsleitungen, Versorgungsleitungen (Abb. 36) und Anschlussleitungen. Es gibt zwei unterschiedliche Formen der Leitungsnetze: Verästelungsnetze und Ringnetze.
Verästelungsnetze sind Verteilungsnetze mit einer baumartigen Struktur. Sie haben den Vorteil eindeutiger Fließverhältnisse und eines geringen Bauaufwands. Ihr Nachteil liegt in der hohen Störanfälligkeit des Systems, da bei einer Betriebsunterbrechung alle nachgelagerten Netzteile nicht mehr versorgt werden können.
Ringnetze bestehen aus miteinander vernetzten Einzelsträngen. Vorteilhaft ist dabei die hohe Versorgungssicherheit bei Betriebsstörungen und bei Spitzenlasten. Die Nachteile sind höhere Baukosten und nicht eindeutige Fließverhältnisse.
- Abb. 36: Verlegung einer Wasserleitung in Warburg (nw-news.de)
- Abb. 37: Verlegung einer betonummantelten Fernleitung (wahnbach.de)
- Abb. 38: Reinwasserpumpen im Pumpwerk Siegburg-Siegelsknippen (wahnbach.de)
Fernleitungen mit 300 - 400 mm Durchmesser verbinden das Wasserwerk mit den Städten. Verbindungsleitungen innerhalb der Städte haben üblicherweise Rohrdurchmesser von 150 - 250 mm und Versorgungsleitungen in Straßenzügen 80 - 100 mm. Anschlussleitungen zu den einzelnen Häusern schließlich haben Durchmesser von 25 - 70 mm.
Dazwischen sind Pumpenanlagen und Druckerhöhungsanlagen installiert, um einen ausreichenden Leitungsdruck zu gewährleisten (Abb. 38). Druckerhöhungsanlagen sorgen vor allem in Spitzenverbrauchszeiten für einen ausreichenden Druck.
- Abb. 39: Historische Wassertürme in Halle/Saale von 1898 ...
- Abb. 40: ... und auf der Gefängnisinsel Alcatraz/San Francisco/USA
Das Rohrmaterial kann aus Gusseisen, Stahl, Zement, Kunststoff (PE) oder Kupfer (Hausleitungen) bestehen.
2/3 der Investitionskosten der öffentlichen Wasserversorgung werden für Verteilersysteme benötigt
Die Trinkwasserverteilung muss folgenden Grundsätzen genügen:
- Die Verteilung des Trinkwassers muss zu jeder Zeit gewährleistet sein,
- mit ausreichendem Leitungsdruck von mindestens 3 bar und maximal 6 bar,
- in ausreichender Menge
- und in guter Qualität.
Wasserverluste im Leitungsnetz
- Abb. 41: Wasserverluste in Europa (abb.mu)
Als Wasserverlust wird die Differenz zwischen der ins Netz eingespeisten Wassermenge und der tatsächlich beim Verbraucher ankommenden Wassermenge bezeichnet. Die Wasserverluste setzen sich zusammen aus den tatsächlichen und den scheinbaren Wasserverlusten:
Tatsächliche Verluste sind:
- undichte Rohwasserleitungen und Aufbereitungsanlagen,
- Leckagen der Versorgungsleitungen
- und Rohrbrüche.
Scheinbare Verluste sind:
- Messungenauigkeiten beim Versorger und Verbraucher,
- Zeitverschiebungen zwischen Messung der Einspeisung und Abgabe
- und unerlaubte Anschlüsse (Diebstahl).
Angestrebte Werte für Wasserverluste liegen bei 5% für neue Anlagen und 10% für alte Anlagen (Abb. 41). Als Beispiel seien hier die Wasserverluste im Netzsystem von Sachsen genannt: 1995 waren es 29%, 2005 noch 18%. Das sind bei den zu verteilenden Wassermengen riesige Anteile, die einen hohen wirtschaftlichen Verlust darstellen.
Ein Beispiel: Die Stadt Köln speist eine jährliche Wassermenge von 2 Milliarden m³ in die Netze ein. Bei angenommenen 10% Verlust entspricht das 200 Millionen m³ Wasser. Wenn Trinkwasser 2,00 EUR/m³ kostet, dann beläuft sich der Verlust auf ungeheure 400 Millionen EUR pro Jahr.
Bemerkungen zu Mineralwasser
- Stilles Mineralwasser (W.J. Pilsak)
Trinkwasser ist in erster Linie ein Lösungs- und Reinigungsmittel, es soll Nährstoffe und Sauerstoff über die Blutbahnen zu den Zellen transportieren und überschüssige Rest- und Giftstoffe wie Milch- und Harnsäure über die Nieren aus dem Körper ausscheiden.
Wasser dient auch der Temperaturregulierung des Körpers.
Wasser ist kein Stoff, der dem Körper Minerale zuführen muss. Bei einem gesunden Menschen und bei normaler Ernährung macht es keinen Unterschied, ob man seinen Flüssigkeitsbedarf durch Mineralwasser oder Leitungswasser deckt.
Mineralwasser ist vor allem eine Marketing-Strategie, es ist in der Regel nicht besser als natürliches Trinkwasser. Oft enthält Mineralwasser weniger Minerale als Trinkwasser aus der Leitung, wird aber 50- bis 1.000-fach teurer als Leitungswasser verkauft.
Und Mineralwasser belastet - im Gegensatz zu Leitungswasser - durch Verpackung und Transport die Umwelt.