Spurenstoffe und Gase

Spurenstoffe sind chemische Verbindungen, die in sehr geringen Konzentrationen im Wasser nachweisbar sind (im Mikro- oder Nanogrammbereich). Auch wenn sie nur in Spuren vorkommen, können einige dieser Stoffe Umwelt und Gesundheit beeinträchtigen.

Da belastete Wasserressourcen nicht in jedem Fall durch alternative, unbelastete Quellen ersetzt werden können, müssen bereits heute geeignete Strategien zur Reduzierung oder Entfernung von Spurenstoffen berücksichtigt werden.

Für viele dieser Herausforderungen stehen bereits bewährte und wirtschaftlich einsetzbare Verfahren der Wasseraufbereitung zur Verfügung. Je nach Art und Konzentration der Belastung kommen beispielsweise

- Adsorptionsverfahren
- Entgasungsverfahren
- Oxidationsverfahren
- Ionenaustausch
- Nanofiltration oder 
- Umkehrosmose 

erfolgreich zum Einsatz. Die Entfernung von Spurenstoffen erfordert meist mehrere Verfahrensschritte und ist abhängig von der Wassermatrix sowie von der späteren Wasserverwendung als Prozesswasser oder als Trinkwasser.

Die Radionuklide Uran und Radon sind in Gebieten mit erhöhter Radioaktivität auch im natürlichen Trinkwasser in geringen Konzentrationen nachweisbar. Radon ist ein radioaktives Edelgas, das weder sichtbar noch geruchlich oder geschmacklich wahrnehmbar ist. Es entsteht beim radioaktiven Zerfall von Uran.

Durch den Kontakt mit uranhaltigen Gesteinsschichten kann sich Radon (Richtdosis 100 Bq/l) im Grundwasser lösen und auf diesem Weg in Wasserversorgungssysteme gelangen. Als Edelgas geht Radon keine chemischen Verbindungen mit anderen Stoffen ein und lässt sich daher vergleichsweise einfach durch Belüftung oder Entgasung aus dem Wasser entfernen.

Durch intensiven Kontakt von Wasser mit Luft wird Radon ausgetrieben und anschließend mit der Abluft abgeführt. Eine ausreichende Belüftung der Anlagen ist dabei von besonderer Bedeutung. Im Freien verdünnt sich das freigesetzte Radon aufgrund der ständigen Luftbewegung rasch, sodass die Konzentrationen in der Umgebungsluft in der Regel sehr gering bleiben.

Während das Edelgas Radon leicht ausgast, muss Uran (Grenzwert 0,010 mg/l) mittels selektivem Ionenaustausch aus dem Wasser entfernt werden.

Wenn Schwermetalle im Wasser vorkommen, stammen diese häufig aus geologischen Formationen (z. B. arsenhaltige Gesteine), seltener auch aus industriellen Einträgen, Altlasten oder bergbaulichen Aktivitäten.
Zu den wichtigsten Schwermetallen im Trinkwasser zählen:

- Blei (Pb)
- Chrom (Cr)
- Nickel (Ni)
- Arsen (As) (streng genommen ein Halbmetall)

Bereits geringe Konzentrationen können gesundheitlich relevant sein. Deshalb gelten für Trinkwasser strenge gesetzliche Grenzwerte (z. B. Trinkwasserverordnung). Als geeignete Aufbereitungsverfahren gelten insbesondere:

Fällung und Filtration
→ Umwandlung gelöster Metalle in unlösliche Verbindungen und anschließende Entfernung durch Filtration (hoher Anfall von schwermetallhaltigen Schlämmen)

Adsorption an granuliertem Eisenhydroxid
→ besonders wirksam zur Entfernung von Arsen bis zu Nachweisgrenze

Adsorption an Mangandioxid
→ besonders wirksam zur Entfernung von Mangan und Blei bis zur Nachweisgrenze

Nanofiltration 
→ entfernt gelöste Metallionen teilweise, aber auch andere Substanzen

Umkehrosmose
→ sehr effektive Entfernung nahezu aller gelösten Schwermetalle und Substanzen

Arzneimittelrückstände, Pestizide und andere organische Mikroverunreinigungen sind häufig biologisch schwer abbaubar, chemisch stabil, hochmobil im Wasserkreislauf und bereits in sehr geringen Konzentrationen nachweisbar. 
Aktivkohle stellt ein bedeutendes Verfahren zur Spurenstoffentfernung dar. Die Entfernung erfolgt durch Adsorption an der großen inneren Oberfläche der Kohle. Eingesetzt werden sowohl:

Pulveraktivkohle (PAK)
Granulierte Aktivkohle (GAK)

Nachteilig ist, dass die Aktivkohle regelmäßig erneuert bzw. regeneriert werden muss. 

Durch Oxidation mit Ozon (Ozonung) werden zahlreiche organische Spurenstoffe teilweise abgebaut. Dabei wird die Molekülstruktur so verändert, dass ein biologischer Abbau in einer nachfolgenden Filterstufe ermöglicht oder verbessert wird. Vorteilhaft ist zudem eine zusätzliche hygienische Wirkung (Desinfektion).

Die Kombination aus Ozonung und biologisch aktiver Aktivkohlefiltration (Ozon-Biofiltration) gilt heute als besonders leistungsfähiges Verfahren.
Dabei werden:

- organische Reststoffe adsorbiert,
- biologisch abbaubare Oxidationsprodukte weiter abgebaut (mineralisiert),
- und die Wasserqualität nachhaltig verbessert.

Die erweiterte Oxidation (AOP = Advanced Oxidation Process) ist ein Kombinationsverfahren aus Ozon und Wasserstoffperoxid oder Ozon und UV. Durch diese Kombination entstehen reaktionsstarke OH-Radikale, welche auch schwer zu oxidierende Stoffe aufbrechen können.