Wo kommt Wasser vor?
Wasser kommt hauptsächlich als Salzwasser in den Meeren (enthält 3,6% Salze, ca. 2,7% NaCl) und nur in geringe Mengen (weniger als 3%) als Süßwasser vor, ein kleiner Teil davon ist Grundwasser.
Wasser und Lebewesen:
Menschen (zu 50%), Tiere und Pflanzen bestehen Großteils aus Wasser, alle Lebensvorgänge finden in einer wässrigen Lösung statt – Wasser dient als Lösungsmittel und Transportmittel in Organismen. Der Mensch scheidet täglich ca. 2,5 l Wasser aus, davon 0,3 l über die Atemluft und 0,6 l über den Schweiß.
Wasser und die Zivilisation:
Wasser dient als Transportmittel (Schiffsverkehr, Kanalisation), als Lösungsmittel (Waschen, Reinigen, etc.) und wird dabei verschmutzt.
Was ist die Voraussetzung für Leben?
Wasser ist eine elementare Voraussetzung für das Leben auf der Erde. Das Leben ist im Wasser entstanden, lange bevor die Atmosphäre ihre heutige Zusammensetzung hatte. Wasser ist unser wichtigstes Lebensmittel. Höhere Tiere bestehen zu 60 – 70% aus Wasser. Der menschliche Körper enthält etwa 60% Wasser, ein Wasserverlust von 10% führt zu empfindlichen Störungen im menschlichen Organismus, ein Wasserverlust von 20% bedeutet den Tod. Der Mangel an Trinkwasser, das frei von Schadstoffen und krank machenden Mikroben ist, bedroht das Leben von Millionen der ärmsten Menschen der Welt. Weltweit sind 80% der Infektionskrankheiten auf verseuchtes Wasser zurückzuführen.
Hintergund zu Wasser
Rohwasser ist der Rohstoff, aus dem Trinkwasser gewonnen wird; also Grund-, Quell- oder Oberflächenwasser vor der Aufbereitung. Trinkwasser ist für den menschlichen Genuss und unmittelbaren Gebrauch geeignetes Wasser, das höchste – in der Trinkwasserverordnung festgelegte – Qualitätsanforderungen erfüllen muss.
In unseren Bächen, Flüssen und Seen sammelt sich ein großer Teil des Wassers, das in Form von Regen, Schnee, Hagel oder Nebel vom Himmel fällt. Ein anderer Teil des Niederschlags verdunstet gleich wieder, der verbleibende Rest versickert im Boden und wird zu Grundwasser.
Faustformel:
1/3 des Niederschlags versickert und wird zu Grundwasser;
1/3 verdunstet;
1/3 sammelt sich an der Erdoberfläche und bildet das Oberflächenwasser.
In wasserdurchlässigen Bodenschichten, zum Beispiel aus Sand oder Kies, bewegt sich das Grundwasser ganz langsam auf Bäche und Flüsse zu, kann an manchen Stellen als Quellwasser wieder zum Vorschein kommen oder gelangt unterirdisch bis ins Meer.
Bei uns sind die Niederschlagsmengen in den verschiedenen Gegenden teilweise sehr unterschiedlich. Das gilt auch für die Ergiebigkeit der Grundwasservorkommen.
Gebiete mit bedeutenden Grundwasservorkommen sind der norddeutsche Raum, die Niederrheinische Bucht, der Oberrheingraben, die Fränkisch-Schwäbische Alb sowie das Alpenvorland (Nordwestbayern). Gebiete mit kleineren Grundwasservorkommen sind das Münsterland, das rheinischwestfälische Schiefergebirge, Nordostbayern, der Südschwarzwald sowie die Alpen und der südliche Teil des Alpenvorlandes.
Die Menschen haben durch ihre Lebens und Arbeitsweise im Laufe der Zeit die natürliche Umwelt erheblich verändert: Flüsse wurden begradigt und ausgebaggert, Wälder abgeholzt, Straßen gebaut, und die Städte immer größer. Der Abfall aus den Haushalten und Fabriken wurde lange Zeit einfach vergraben oder in die Flüsse geleitet. Felder wurden sorglos gedüngt und Pflanzen mit Schutzmitteln gespritzt. Der Natur und damit auch dem Wasser hat das erheblich geschadet. Die für die Wassergewinnung nutzbare Wassermenge wurde dadurch nicht nur geringer, auch die Qualität verschlechterte sich.
Wasser als Grundstoff des Lebens muss unbedingt geschützt werden. Dazu dienen zwar eine Reihe von Gesetzen, der Schutz des Wassers ist aber auch eine Aufgabe, die sich für jeden von uns aufs Neue stellt. Wie verhalten Sie sich? Landen bei Ihnen zu Hause Batterien, alte Farben und Öl-Dosen noch im Mülleimer? Verschwenden Sie auch kostbares Trinkwasser?
Von den rund 6500 Wasserwerken in den alten Bundesländern wird zu
• 65 % Grundwasser,
• 8 % Quellwasser und
• 27% Oberflächenwasser für die Trinkwasserversorgung genutzt.
Die rund 6500 Wasserwerke in den alten Bundesländern, die uns mit Trinkwasser versorgen, sind abhängig von der vorhandenen Menge und Qualität des Grund und Oberflächenwassers
Grundwasser eignet sich deshalb so gut zur Trinkwasseraufbereitung, weil es auf seinem Weg durch den Untergrund wie durch einen natürlichen Filter gesickert ist und dadurch eine erste Reinigung erfahren hat.
Grundwasser sickert in Sand oder Kiesschichten etwa 1 Meter pro Tag
Wechseln sich im Untergrund wasserdurchlässige Schichten aus Sand oder Kies mit Wasser stauenden aus Lehm oder Ton ab, so spricht man von Grundwasserstockwerken. Diese können bis in mehrere hundert Meter Tiefe reichen. Sind die Wasser stauenden Trennschichten stellenweise unterbrochen, gibt es einen Wasseraustausch zwischen den jeweiligen Grundwasserstockwerken.
Für die Grundwasserförderung werden Vertikal- und Horizontalfilterbrunnen eingesetzt:
Vertikalfilterbrunnen reichen in Tiefen von 20 bis fast 500 Metern. Sie bestehen aus einem langen Rohr, das in Höhe der Grundwasser führenden Schicht viele Schlitze hat. Durch diese kann das Grundwasser einströmen. Da es in größeren Tiefen unter Druck steht, steigt es im Brunnenrohr nach oben. Eine elektrische Unterwasserpumpe transportiert das Wasser ins Wasserwerk zur Aufbereitung.
Einen Horizontalfilterbrunnen muss man sich wie einen großen, runden Betonschacht von etwa vier Metern Durchmesser vorstellen. Dieser ist unten geschlossen und kann bis zu 30 Meter tief sein. Im unteren Bereich sind mit Schlitzen versehene Filterrohre bis zu 60 Meter weit sternförmig horizontal in das Grundwasserstockwerk vorgetrieben. Durch die Schlitze gelangt das Grundwasser in die Filterrohre und sammelt sich im Brunnenschacht, von wo aus es durch eine Unterwasserpumpe zur Aufbereitung ins Wasserwerk transportiert wird. Horizontalfilterbrunnen sind im Bau viel teurer, sie können aber 5- bis 10-mal mehr Grundwasser fördern als Vertikalfilterbrunnen.
Wie wird Wasser aufbereitet?
Sauberes und wenig belastetes Regen- oder Oberflächenwasser, das mindestens 50 Tage durch den Boden gesickert ist, enthält im Allgemeinen keine für den Menschen schädlichen Keime.
Wie Sie wissen , besitzt Wasser die Eigenschaft, viele Stoffe und Gase lösen zu können. Deshalb nimmt Grundwasser auf seinem oft langen Weg durch die Bodenschichten beispielsweise Eisen, Mangan, Kalk, Kohlensäure und verschiedene Mineralien in sich auf. Diese natürlichen Bestandteile oder Inhaltsstoffe sind für uns nicht gesundheitsschädlich. Treten sie aber im Übermaß auf, können sie den Geschmack verschlechtern oder sich in den Rohrleitungen absetzen. Enthält also Grundwasser zu viele dieser Inhaltsstoffe, werden sie im Wasserwerk größtenteils entfernt.
Bei der Aufbereitung wird das Rohwasser in offenen Anlagen belüftet, indem es durch Düsen fein zerstäubt wird. Dabei geschieht zweierlei: Die Gase Kohlensäure und Schwefelwasserstoff verflüchtigen sich, und gleichzeitig nimmt das Wasser Sauerstoff aus der Luft auf. Dieser erste Teil der Aufbereitung erfolgt in manchen Wasserwerken auch in geschlossenen Behältern mit reinem Sauerstoff. Der Sauerstoff verbindet sich (oxidiert) mit dem im Wasser gelösten Eisen und Mangan, und es bilden sich kleine Flocken. Diese bewirken, dass das Wasser trübe wird. Durch Zusatzstoffe kann die Flockenbildung unterstützt werden.
Das Entfernen der Flocken erfolgt in großen Filtern, die mit feinem Sand und Kies gefüllt sind. Während das Wasser hindurch sickert, werden das ausgeflockte Eisen und Mangan zurückgehalten, und das klare, fertige Trinkwasser fließt unten heraus.
Alle 2 -3 Tage wird ein Filter “gespült“. Dabei werden Luft und Trinkwasser von unten nach oben durch die Sand- und Kiesschicht gepresst, bis alle Eisen- / Mangan- (Oxid-) Flocken heraus gespült worden sind. Das dauert etwa 20 Minuten. Danach ist der Filter wieder einsetzbar.
Das Trinkwasser wird dann in großen Trinkwasserbehältern gesammelt, ehe es durch das unterirdisch verlegte Rohrnetz zum Kunden gelangt.
Oft ist die Grundwasserqualität so gut, dass darauf verzichtet werden kann, dem Trinkwasser eine geringe Menge Chlor zum Schutz gegen eine mögliche Verkeimung auf dem Transportwege hinzuzugeben. Grundwasser kann auch in Form von Quellen auf natürliche Weise zutage treten. In einigen gebirgigen Gegenden wird auch heute noch das Wasser gefasster Quellen zur Versorgung kleiner Orte genutzt. Hier ist bei guter Qualität eine Aufbereitung nicht notwendig.
Wie wird Oberflächenwasser genutzt?
Seit alters her ist den Menschen bekannt, dass Brunnen in Flusstälern besonders ergiebig sind. Wird die Wasserfördermenge zum Beispiel durch elektrische Pumpen, wie sie heute überall eingesetzt werden, erhöht, so fließt in gewissem Umfang auch Flusswasser durch das Flussbett dem Brunnen zu.
Diesen Vorgang nutzten manche Wasserwerke dort, wo der Bedarf an Trinkwasser größer ist, als die natürlichen Grundwasservorkommen: Sie haben im Uferbereich eine Reihe von Brunnen (Brunnengalerie) angelegt. Diese fördern Grundwasser, das durch nachsickerndes Flusswasser angereichert wird. Das Verfahren wirr Uferfiltration, das Wasser Uferfiltrat genannt. Das leider vielfach trotz aller Wasserschutzgesetze mit künstlichen, chemischen Stoffen belastete Flusswasser sickert oft wochenlang durch die Sand- und Kiesschichten unter der Flusssohle und wird dabei auf natürliche Weise gereinigt. Es vermischt sich mit dem “echten“ Grundwasser und gelangt erst dann in die Förderbrunnen und von dort aus ins Wasserwerk.
Auf ähnliche Weise erfolgt eine künstliche Grundwasseranreicherung (Infiltration). Oberflächenwasser wird in lange Sickerbecken geleitet, die einen Sandboden haben. Dadurch können große Mengen des Wassers in den Untergrund versickern. Sie werden dabei wie oben beschrieben im Untergrund gefiltert und vermischen sich mit dem “echten“ Grundwasser, ehe sie gefördert werden. Um die Reinigungskraft des Bodens nicht zu erschöpfen, wird das Oberflächenwasser häufig vorgereinigt und die Sandschicht im Sickerbecken erneuert.
Wie erfolgt die Wasseraufbereitung?
Die Fähigkeiten bestimmter Bodenschichten, Schad- und Schmutzstoffe aus dem Wasser herauszufiltern, haben Grenzen. So sind einige Stickstoffverbindungen, Schwermetalle, Salze und Kohlenwasserstoffe, die bereits im Oberflächenwasser enthalten waren, auch noch im geförderten Rohwasser nachzuweisen. Diese Wasserinhaltsstoffe können für den Menschen gesundheitsschädlich sein. Was also die Bodenschichten nicht herausfiltern, muss dann in den Wasserwerken durch zusätzliche, aufwendige Verfahren entfernt werden.
Zum Beispiel wird dieses Rohwasser zuerst mit Ozon vermischt. Es ist ein besonders aktives Sauerstoffgas, das sich in kurzer Zeit mit den schädlichen Inhaltsstoffen verbindet und sie so verändert, dass sie anschließend herausgefiltert werden können.
In einem zweiten Schritt wird das Wasser durch spezielle Filter geleitet. Sie sind nicht mit Sand oder Kies, sondern mit Aktivkohle gefüllt. Die besondere Eigenschaft dieser Aktivkohle ist, dass sie ähnlich einem Schwamm auf kleinstem Raum eine riesige Oberfläche hat, an der sich Stoffe anlagern. In den Aktivkohlefiltern wird nun der größte Teil der verbliebenen Schadstoffe aus dem Wasser entfernt.
Erst jetzt darf das Wasser als Trinkwasser bezeichnet werden. Vor dem Einspeisen in das Versorgungsnetz wird es falls erforderlich sicherheitshalber desinfiziert. Auf diese Weise beugen die Wasserwerke einer unerwünschten Keimbildung im Rohrnetz vor.
