Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2 Chemische Natur des Wassers 2

Chemische Natur des Wassers „Trinkwasser: Unter Trinkwasser versteht man Süßwasser mit einem so hohen Grad an Reinheit, dass es für den menschlichen Gebrauch, insbesondere zum Trinken und zur Zubereitung von Speisen, geeignet ist. Zudem müssen technische Anforderungen (keine Aggressivität gegen Rohrleitungen, Vermeidung von Ablagerungen) gewährleistet sein. Im Trinkwasser dürfen keine krankheitsverursachenden (pathogenen) Mikroorganismen enthalten sein. Ebenso sollte eine Mindestkonzentration an Mineralstoffen enthalten sein. Die häufigsten in Wasser gelöst enthaltenen Mineralstoffe sind Calcium-, Magnesium-, Carbonat-, Hydrogencarbonat- und Sulfat-Ionen. Deren Konzentrationen werden summarisch als Härtegrad des Wassers angegeben. Trinkwasser sollte mindestens 5° und soll höchstens 25° deutscher Gesamthärte (dH) haben. Der pH-Wert muss zwischen 6,5 und 9,5 liegen.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Trinkwasserversorgung: Eine hygienische und sichere Wasseraufbereitung und -Versorgung ist ein entscheidender Beitrag zur Gesundheit und Seuchenvermeidung. Trinkwasser wird in Mitteleuropa meistens als Grundwasser aus Brunnen (siehe Brunnenbau, Artesischer Brunnen) und Quellen gewonnen. In einigen Gebieten (und weltweit überwiegend) wird aber auch Oberflächenwasser (etwa aus Talsperren, dem Bodensee oder Flüssen) verwendet. Dabei wird das Wasser entweder direkt aus dem Gewässer entnommen oder als Uferfiltrat aus Brunnen in Gewässernähe zu Trinkwasser aufbereitet. Der Transport zum Verbraucher erfolgt zumeist durch ein Wasserverteilungssystem, bestehend aus Behältern, Pumpen und Leitungen und in seltenen Fällen (zumeist in Notsituationen) durch Tankwagen oder mobile Gebinde (Flaschen, Fässer, Kunststoffsäcke). Steht das Wasser länger in den Wasserleitungen, so können sich Mikroorganismen in höherer Populationsdichte entwickeln, als dies nach der Trinkwasserverordnung zulässig ist. Voraussetzung für diese unerwünschte Belastung ist, dass das Wasser organische Stoffe enthält oder das Leitungsmaterial organische Stoffe abgibt. In wasserarmen Küstenländern kommen in Extremfällen auch energie-intensive Meerwasserentsalzungsanlagen zur Trinkwasseraufbereitung zum Einsatz“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Trinkwassergewinnung: Trinkwasser muss immer den höchsten Gütekriterien genügen und immer der höchstmöglichen Qualität entsprechen, denn sauberes Trinkwasser ist die Voraussetzung für ein gesundes Leben. Einwandfreies Trinkwasser muss folgende Anforderungen erfüllen: frei von Krankheitserregern geschmacklich einwandfrei farblos, geruchlos nicht gesundheitsschädigend geringer Anteil an gelösten Stoffen (mit Ausnahme der Wasserhärte). Trinkwasser wird hauptsächlich aus Grundwasser und Quellwasser gewonnen. Oberflächenwasser wird heute nur gelegentlich genutzt.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Zur Gewinnung von Trinkwasser aus Grundwasser dienen Brunnen. Es gibt die beiden Grundformen Schachtbrunnen und Bohrbrunnen. Der Schachtbrunnen wird senkrecht zum Wasser gebaut, sodass das Grundwasser in den Brunnen eintreten und daraufhin abgepumpt werden kann. Diese Technik ist allerdings für die Versorgung einer größeren Anzahl von Verbrauchern nicht rentabel, da die mögliche Liefermenge an Wasser zu gering ist. Da Schachtbrunnen nicht in große Tiefen reichen, kann zudem die Qualität des Wassers durch die nahe liegende Erdoberfläche beeinträchtigt sein. Beim Bohrbrunnen (Tiefbrunnen) wird ein Förderrohr durch Bohrung bis zur wasserführenden Schicht in die Erde eingebracht, wo das Brunnenrohr Öffnungen besitzt. Dort sind Filter befestigt, welche Sand, Erde und andere grobe Schwebeteilchen zurückhalten. Am oberen Ende des Brunnenrohrs befindet sich das Brunnenkopfbauwerk. Es verhindert das Eindringen von Oberflächenwasser und ist zusätzlich mit umfangreichen technischen Einrichtungen ausgestattet. Oberflächenwasser wird zur Trinkwassergewinnung aus Seen oder Flüssen gepumpt. Es muss dann zu Trinkwasser aufbereitet werden. Auch aus Meerwasser kann Trinkwasser gewonnen werden, es muss dazu entsalzt werden. Eine Entsalzung kann durch Destillation und durch umgekehrte Osmose erreicht werden.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Trinkwasseraufbereitung: Als Trinkwasseraufbereitung bezeichnet man die Gewinnung von Trinkwasser durch Reinigung von Grund- bzw. Oberflächenwasser mittels chemischer und physikalischer Aufbereitungsverfahren. Die Wasseraufbereitung hängt von der Güte des Rohwassers ab. Die Aufbereitungsverfahren richten sich nach den im Rohwasser enthaltenen und zu entfernenden Stoffen. Schwebstoffe werden durch Flockung zu voluminöseren Teilchen aggregiert und durch Filtration mit Kiesfiltern aus dem Wasser entfernt.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Kohlenstoffdioxid, Eisen, Mangan: Durch Belüftung wird korrosives Kohlenstoffdioxid ausgeblasen und eine Oxidation von gelösten Eisen(II)-Ionen zu unlöslichem Eisen(III)-oxidhydrat und von gelösten Mangan(II)-Ionen zu unlöslichen Mangan(IV)-Verbindungen erreicht. Die Eisenoxidation ist zum Teil abiotisch, zum Teil biotisch. Die biotische Oxidation wird durch Bakterien der Gattung Gallionella, im Wesentlichen G. ferruginea, bewirkt. Die Manganoxidation verläuft langsamer als die Eisenoxidation und ist ebenfalls zum Teil biotisch (spezifische Mangan-oxidierende Bakterien). Das ausgefallene Eisen(III)-oxidhydrat wird zum größten Teil in einer ersten Filtrationsstufe durch Kiesfilter entfernt (Enteisenung), in diesen Filtern befinden sich große Mengen an Gallionella ferruginea. Die ausgefällten Mangan(IV)-Verbindungen werden hauptsächlich in einer zweiten Filtrationsstufe mit Kiesfiltern entfernt.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Gelöste organische Stoffe werden durch Adsorption an Aktivkohle und durch biologischen Abbau in Langsamfiltern oder durch Bodenpassage (Versickerung) entfernt. Ist mit pathogenen Bakterien und Viren zu rechnen, so ist eine Desinfektion erforderlich. Das geschieht durch Zusatz von Chlor, Chlordioxid oder Natriumhypochlorit (Chlorung) oder durch Behandlung mit Ozon (Ozonisierung). Ozon tötet Bakterien und Viren schneller ab als Chlor. Es zersetzt sich aber sehr schnell, sodass keine Langzeitwirkung erreicht wird. Bei längeren Leitungssystemen wird deshalb oft zusätzlich gechlort. Wasser mit hoher Carbonathärte muss für viele Zwecke durch Entcarbonatisierung teilenthärtet werden. Grundwasser ist meist von so guter Qualität, dass es ohne Flockung und Desinfektion zu Trinkwasser aufbereitet werden kann. Weitergehende Verfahren der Trinkwasseraufbereitung sind Enthärtung und Vollentsalzung mit Hilfe von Ionenaustauschern.“ (4) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Wasserhärte: (1) Ursachen: Härtebildner sind Ca2+- und Mg2+-Ionen. Je mehr davon natürliches Wasser aus dem Erdboden und Gesteinen aufgenommen hat, desto härter ist es. Wasser, das aus Urgesteinen oder anderen wenig verwitterten Silikaten entspringt, ist weich, ebenso Regenwasser oder das Kondenswasser industrieller Anlagen. Härtegrade: Zur Angabe von Härtegraden werden die Ca2+- und Mg2+-Gehalt auf CaO umgerechnet. 1°dH (=1 Grad deutscher Härte) bedeutet einen Gehalt von 10 mg CaO in 1 l Wasser. Dies entspricht 7,19 mg Ca2+ bzw. 4,34 mg Mg2+. Man nennt Wasser mit den Härtegraden 0-4: sehr weich 4-8: weich 8-12: mittelhart 12-18: ziemlich hart 18-30: hart Über 30: sehr hart“ Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „ Gesamthärte = temporäre + permanente Härte vorübergehende + bleibende Härte Karbonat- + Nichtkarbonathärte Temporäre Härte: verschwindet beim Erhitzen Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Sie beruht auf den Gehalt an Kalzium- und Magnesiumhydrogencarbonat Ca(HCO3)2 und Mg(HCO3)2, d.h. also auf dem Anteil Ca2+ und Mg2+, der dem Gehalt an HCO3- entspricht. Permanente Härte: bleibt beim Erhitzen bestehen; Sie beruht auf den restlichen Gehalt an Ca2+ und Mg2+. Als zugehörige anionen betrachtet man willkürlich die im Wasser vorhandenen Sulfationen SO42-, so dass dieser Teil der Härte auf CaSO4 und MgSO4 beruht und auch Sulfathärte genannt wird.“ (1) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers „Auswirkungen von Harten Wasser: Kesselsteinbildung Kalkseifebildung Sonstige Wirkungen (Hülsenfrüchte können nicht in hartem Wasser weichgekocht werden, da die Pektine in den Zellwänden der Früchte mit den Härtebildnern unlösliche Verbindungen eingehen). Enthärtung (Entfernung der Ca2+ und Mg2+): Erhitzen Durch Zusatz niederschlagbildender Chemikalien Durch Ionenaustauscher Durch Zusatz von Komplexbildnern“ (1) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Trinkwasseruntersuchungsparameter (am Beispiel des Kreises Kleve): Warmwasser  Legionellen (jährlich/bei Mietobjekten alle 3 a) WW- Erwärmer: Eingang + Ausgang + eine Stelle am Ende eines Stranges WW- Erwärmer: Eingang + Ausgang + mehrere Stellen im System bei größeren Anlagen (z. B. Krankenhäuser, Altenheime) nach Festlegung durch den Sachbearbeiter der Abt. f. Gesundheitsangelegenheiten  Typ b): Routineuntersuchung z.B. Kliniken, Kindergärten, Seniorenheime, Mietshäuser, Sportvereine Typ C): nur auf besondere Veranlassung der Abt. f. Gesundheitsangelegenheiten (z. B. bei Auftreten von Legionelleninfektionen)   Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Kaltwasser, öffentliche Einrichtungen, Eingang: Wasserversorgung, jährlich (nur in besonders sensiblen Einrichtungen wie Krankenhäuser oder Altenheimen): Physikalisch – chemische Parameter Mikrobiologische Untersuchungen Analysenparameter Einheit Ergebnis Nachweis-grenze TrinkwV   Methode Temperatur (vor Ort) °C   DIN 38404 –C4 Koloniezahl bei 22 °C (in 1 ml) KBE / 1 ml   100 TrinkwV 2001 (2011) Anl. 5 l d) bb) Koloniezahl bei 36 °C TrinkwV 2001 (2011) Anl. 5 l d) bb). Coliforme Keime (in 100 ml) KBE / 100 ml DIN EN ISO 9308 – 1 K12 E.coli (in 100 ml) Pseudomonas aeruginosa DIN EN ISO 9308 – 1 K15 Kationen S1 Blei (Pb) mg/l   0,001 0,025 4) DIN EN ISO 17294 –2 - E 29 Cadmium (Cd) 0,0003 0,003 Nickel (Ni) 0,002 0,02 5) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Kaltwasser, öffentliche Einrichtungen, Eingang: Wasserversorgung, alle fünf Jahre (alle übrigen Einrichtungen wie Schulen, Kindergärten etc.): Physikalisch – chemische Parameter Mikrobiologische Untersuchungen Analysenparameter Einheit Ergebnis Nachweis-grenze TrinkwV   Methode Temperatur (vor Ort) °C   DIN 38404 –C4 Koloniezahl bei 22 °C (in 1 ml) KBE / 1 ml   100 TrinkwV 2001 (2011) Anl. 5 l d) bb) Koloniezahl bei 36 °C TrinkwV 2001 (2011) Anl. 5 l d) bb). Coliforme Keime (in 100 ml) KBE / 100 ml DIN EN ISO 9308 – 1 K12 E.coli (in 100 ml) Pseudomonas aeruginosa DIN EN ISO 9308 – 1 K15 Kationen S1 Blei (Pb) mg/l   0,001 0,025 4) DIN EN ISO 17294 –2 - E 29 Cadmium (Cd) 0,0003 0,003 Nickel (Ni) 0,002 0,02 5) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Kaltwasser, Eigenwasserversorgung, jährlich (rein privat genutzte Brunnen) Physikalisch – chemische Parameter Anionen Analysenparameter Einheit Ergebnis Nachweisgrenze TrinkwV   Methode pH – Wert (Labor)   1 6,5 – 9,5 DIN 38404 –C5 Temperatur (bei pH – Messung) ° C DIN 38404 – C4 Temperatur (vor Ort) Nitrat (NO3) mg/l   0,5 50) In Anlehnung an DIN EN ISO 13395 _D28 Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Kaltwasser, Eigenwasserversorgung, gewerblich genutzt, jährlich E. Coli Enterokokken Coliforme Bakterien Koloniezahl 22°C Koloniezahl 36°C Nitrat Nitrit Ammonium Eisen Färbung Geruch Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Trübung Elektrische Leitfähigkeit Mangan TOC pH- Wert Sulfat Chlorid Calcitlöslichkeit (bei Neubau oder Grundsanierung des Hauses) Blei (Nur bei entsprechendem Material erforderlich) Kupfer (Nur bei entsprechendem Material erforderlich) Nickel (nur in Kevelaer und Weeze) Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Wo findet man Normen und Vorschriften für den Bereich Trinkwasser? - WHO Guidelines for Drinking-water Quality, 2006 (World Health Organization) - EU-Trinkwasserrichtlinie 98/83/EG, 1998 (Europäische Union) - Deutsche Trinkwasserverordnung, 2001 Konkretisierungen (praktische Anwendung): DIN EN Normen VDI Normen DVGW Arbeitsblätter UBA – Empfehlungen Veröffentlichungen der Landesbehörden Veröffentlichungen der örtlichen Gesundheitsämter Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2

Chemische Natur des Wassers Literaturquellen: Es wurde als Quellen verwendet: Übernommen aus: Nachschlagebücher für Grundlagenfächer Chemie, Schröter, Lautenschläger, VEB Fachbuchverlag Leipzig Chemie, Hans Rudolf Christen, Verlag Sauerländer Kurzes Lehrbuch der anorganischen und allgemeinen Chemie, J. Fenner und H Siegers, Springer Verlag Chemie.de Rechnen in der Chemie, Walter-Wittenberger, Springer –Verlag Chempage.de Chemische und mikrobiologische Grundlagen der Wassertechnologie 4-2