Aktivkohle: Schlüsselfaktor in Trinkwasseraufbereitunganlagen

Wasserwerke sind die stillen Helden unserer Gesellschaft, die unermüdlich dafür sorgen, dass sauberes Trinkwasser in unsere Haushalte fließt. Angesichts der neuen EU-Trinkwasserrichtlinie und der Herausforderungen durch chemische Verunreinigungen wie PFAS sind sie heute mehr denn je gefordert, hohe Standards umzusetzen. Aktivkohle spielt hierbei eine wichtige Rolle, indem sie eine Vielzahl von Schadstoffen, einschließlich schwer abbaubarer Chemikalien, effektiv entfernt.

Wasserwerke: Die Hüter der Trinkwasserversorgung

Wasserwerke sind das Herzstück der Trinkwasserversorgung. Sie steuern die Wassergewinnung, überwachen kontinuierlich die Wasserqualität und sorgen bei Bedarf für die Aufbereitung des Trinkwassers. Der Aufwand für die Bereitstellung von Trinkwasser variiert je nach Verfügbarkeit und Qualität der lokalen Wasserressourcen (Quell-, Grund-, Oberflächenwasser), die wiederum durch Faktoren wie klimatische Bedingungen, Vegetation, Landnutzung (z.B. Landwirtschaft und Industrie) und geologisch bedingte Inhaltsstoffe wie Eisen und Mangan beeinflusst sind.

 

Der Weg des Wassers: Vom Grundwasser bis in die Haushalte

Grundwasser entsteht durch versickernde Niederschläge und ist Teil des natürlichen Wasserkreislaufs. Es fließt meist in einem natürlichen Gefälle unterirdisch zu Oberflächengewässern oder tritt als Quelle hervor. 

• Förderung von Grundwasser: Brunnenanlagen mit Pumpen unterhalb des Grundwasserspiegels werden installiert.
• Gewinnung von Quellwasser: Rohre werden in wasserführende Schichten verlegt, die das Wasser in Sammelschächte leiten.
• Transport: Das gewonnene Rohwasser wird über Zubringerleitungen zu den Wasserwerken geleitet. In höher gelegenen Versorgungsgebieten werden bei Bedarf Pumpstationen eingesetzt.
• Zwischenspeicherung: Wasserbehälter dienen zur Ausgleichung von Schwankungen im Tagesverbrauch.
• Verteilung: Nach der Aufbereitung in der Trinkwasseraufbereitungsanlage wird das Trinkwasser über ein unterirdisches Rohrleitungsnetz in die Haushalte geliefert und über Hausanschlussleitungen bereitgestellt.

 

Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Wasserversorgungssystems. Quelle: Generation Blue /ÖVGW¹
 

Vom Rohwasser zum Trinkwasser: Ein Blick hinter die Kulissen

Trotz der überwiegend hohen Qualität des Trinkwassers in Mitteleuropa ist es oft notwendig, das geförderte Wasser vor der Einspeisung in das Trinkwassernetzwerk aufzubereiten. Hierbei kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz, die je nach Bedarf und den spezifischen Verunreinigungen des Wassers in den verschiedenen Wasserwerken kombiniert werden. Die Wahl der Aufbereitungsmethoden hängt maßgeblich davon ab, woher das Wasser stammt und welche Verunreinigungen es enthält.

Wasserquellen und Verunreinigungen 

 

• Grundwasser: In der Regel von hoher Qualität, da es durch Bodenschichten vorgefiltert wurde. Es kann jedoch je nach Tiefe der Förderung durch Schadstoffe wie chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) oder Düngemittel verunreinigt sein.
• Oberflächenwasser: Wasser aus Flüssen und Seen muss aufwendiger gereinigt werden, um es als Trinkwasser nutzen zu können. Speziell Flusswässer enthalten auch als Uferfiltrat noch zahlreiche organische Verbindungen.

Typische Aufbereitungsstufen in Trinkwasseraufbereitungsanlagen

Eine beispielhafte Aufreinigung könnte wie folgt aussehen: 

1. Grobreinigung: Zu Beginn der Wasseraufbereitung wird das geförderte Wasser durch ein Rechensieb geleitet, um grobe Verunreinigungen wie Pflanzenrückstände zu entfernen.
2. Fällung: Nach der mechanischen Vorreinigung wird ein Fällmittel, häufig Eisen-III-Chlorid, zugegeben. Dieses bewirkt, dass kleinere Verunreinigungen agglomerieren und sich am Boden absetzen. Durch diesen chemischen Prozess wird das Wasser von feineren Partikeln befreit, die nicht durch das Rechensieb entfernt werden konnten.
3. Ozonierung: In der dritten Stufe wird Ozon, ein starkes Oxidationsmittel, dem Wasser zugeführt, um organische und anorganische Stoffe zu oxidieren und damit unschädlich zu machen. Gleichzeitig wirkt Ozon als Desinfektionsmittel und tötet Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen ab.
4. Mehrschichtfiltration: Anschließend wird das aufgereinigte Wasser durch mehrere Lagen von Filtermaterialien mit unterschiedlicher Körnung, um effektiv Schwebstoffe und andere Verunreinigungen zu entfernen.
5. Aktivkohleadsorption: Als letzte Stufe wird sowohl in der Oberflächenwasser- als auch Grundwasseraufbereitung eine Aktivkohlestufe eingesetzt, um organische und chemische Mikroverunreinigungen aus dem Trinkwasser zu entfernen.

Aktivkohle wird auch verwendet, um überschüssige Oxidationsmittel wie Ozon, Chlor oder Wasserstoffperoxid zu entfernen. Sie werden an der Oberfläche der Aktivkohle katalytisch zersetzt, wobei eine feinere Korngröße eine bessere Leistung bietet.
 

 
Abbildung 2: Exemplarische Darstellung der stufenweisen Aufbereitung von Trinkwasser in Wasserwerken. © Donau Carbon
 

Von Pestiziden bis PFAS: Aktivkohle in der Trinkwasseraufbereitung

Aktivkohle ist ein wesentlicher Bestandteil der Trinkwasserreinigung und wird meist in Kombination mit anderen Verfahren eingesetzt. Dank ihrer großen Oberfläche – vier Gramm Aktivkohle bieten eine Fläche so groß wie ein Fußballfeld – kann sie eine Vielzahl von Schadstoffen aus dem Wasser adsorbieren. Dazu gehören gelöste organische Substanzen und chemische Stoffe, einschließlich Pestiziden und PFAS (Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen).
 
Letztere sind eine Gruppe von Chemikalien, welche leider aktuell traurige Berühmtheit erlangt haben. Besorgniserregende Konzentrationen dieser Substanzen werden zunehmend im Trink- und Oberflächenwasser nachgewiesen. Aufgrund ihrer hohen Persistenz werden sie auch „Ewigkeitschemikalien“ genannt, da sie kaum abgebaut werden und dadurch die Umwelt sowie die menschliche Gesundheit langfristig belasten.
 

Steinkohle vs. Kokoskohle 

Traditionell wird Aktivkohle aus Steinkohle hergestellt, es gibt jedoch auch nachhaltigere Alternativen wie Aktivkohle aus Kokosnussschalen. Donau Carbon produziert Aktivkohle aus Kokosnussschalen und gewährleistet damit nicht nur Liefersicherheit, sondern auch hohe Qualitätsstandards gemäß den Europäischen Normen DIN EN 12 903 und 12 915.

• Steinkohle-Aktivkohle: Universell einsetzbar und vielseitig.
• Kokoskohle-Aktivkohle: Besonders hart und mit hohem Mikroporenanteil, ideal für die Adsorption kleinster Verunreinigungen. Erreichung langer Filterstandzeiten.

Die Wahl der geeigneten Aktivkohle hängt letztlich von den erwarteten Verunreinigungen ab, die durch die Fördermethode und den Standort des Wasserwerks beeinflusst werden.

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Effizienzzuwachs durch Reaktivierung 

Die Adsorptionsleistung von Aktivkohle kann durch eine Reaktivierung nahezu vollständig wiederhergestellt werden. Mehrfach reaktivierte Aktivkohle von Donau Carbon zeigt bei bestimmten neu auftretenden Schadstoffen bessere Ergebnisse in der Trinkwasseraufbereitung als frische Aktivkohle. Die Reaktivierung ist somit nicht nur wirtschaftlich und ökologisch vorteilhaft, sondern erhöht auch die Effizienz der Aktivkohle in der Trinkwasserreinigung.
 
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Abbildung 3: Kokoskohle ist nicht nur nachhaltig, sondern auch hervorragend geeignet für die Trinkwasseraufbereitung. Bildquelle: epixabay
 

Neue EU-Trinkwasserrichtlinie: Herausforderungen für Wasserwerke 

Mit der Verabschiedung der überarbeiteten Trinkwasserrichtlinie (TWRL (EU) 2020/2184) im Oktober 2020 traten umfassende Änderungen in Kraft, die sich derzeit in der Implementationsphase befinden und erhebliche Auswirkungen auf die kommunale Wasserwirtschaft haben. Wichtige Neuerungen sind: 

• Neue chemische Parameter und verschärfte Grenzwerte: Erweiterung der zu überwachenden chemischen Substanzen und Senkung zulässiger Grenzwerte für einige bereits bestehende Parameter.
• Risikobasierter Ansatz: Umfassende Überwachung der gesamten Versorgungskette – von der Entnahmequelle bis zum Wasserhahn.
• Strengere Überwachungs- und Berichtspflichten: Regelmäßige und detaillierte Berichte über die Wasserqualität, die öffentlich zugänglich zu machen sind.

Auswirkungen auf Wasserversorger

Die Anforderungen an die analytische Überwachung des Trinkwassers werden künftig steigen. In Hinblick auf die meisten der neuen und angepassten Grenzwerte sind in Deutschland und Österreich keine gravierenden Probleme für die Wasserversorgung zu erwarten, jedoch zeichnen sich bei bestimmten Parametern Herausforderungen ab:

• PFAS (Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen): Etwa 4 % des Trinkwassers in Deutschland weisen höhere PFAS-Konzentrationen auf als die neuen Grenzwerte erlauben.² Auch in Teilen Österreichs ist das Trinkwasser über die Grenzwerte hinaus mit PFAS belastet.³
• Arsen: Vor allem geogene Einflüsse führen dazu, dass das Rohwasser in einigen Gebieten den gesenkten Arsen Grenzwert überschreitet.
• Microcystin-LR: Besonders in Talsperren während der Algenblüte stellt dieses Toxin eine potenzielle Gefahr dar.

Speziell für diese Parameter könnten daher Anpassungen in der Wasserversorgung notwendig werden, etwa durch ein modifiziertes Rohwassermanagement oder eine technische Optimierung der Wasseraufbereitung durch Aktivkohlefilter.


Abbildung 4: Im Gegensatz zu Österreich gewinnt Deutschland auch aus Oberflächengewässern wie Seen und Talsperren Trinkwasser. ©BMLRT/Alexander Haiden
 

Neue Chemische Parameter (gültig ab 2026)

 

• PFAS: Ab 2026 darf die Summe von 20 PFAS-Stoffen 0,1 Mikrogramm pro Liter (µg/L) nicht überschreiten. Ab 2028 gilt für vier besonders bedenkliche PFAS-Verbindungen (PFOS, PFOA, PFHxS, PFNA) ein strengerer Grenzwert von 0,02 µg/L.
• Bisphenol A (2,5 µg/L): Ein endokriner Disruptor, der hormonelle Störungen verursachen kann.
• Microcystin-LR (1 µg/L): Ein gesundheitsschädliches Algentoxin.
• Desinfektionsnebenprodukte: Chlorit (200 µg/L), Chlorat (70 µg/L) und fünf Halogenessigsäuren (60 µg/L).

Veränderte Grenzwerte und Definitionen

 

• Schwermetalle: Die Grenzwerte für Chrom (5 µg/L), Arsen (4 µg/L), Blei (5 µg/L) werden mit langen Übergangsfristen gesenkt.
• Pestizid-Metaboliten: Der Grenzwert von 0,1 µg/L gilt nun auch für Metaboliten, die während der Wasseraufbereitung schädliche Transformationsprodukte bilden können.
• Geruch: Quantitative Analyse des Geruchs durch eine qualitative Prüfung ersetzt.

Links

• BGBl. II Nr. 57/2024 − Änderung der Trinkwasserverordnung
• BGBl. II Nr. 122/2024 − Änderung der Trinkwasserverordnung
• Trinkwasserverordnung (konsolidierte Fassung)
• Richtlinie (EU) 2020/2184 über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch

Fazit: Aktivkohle in der Trinkwasseraufbereitungsanlage

Die Anpassung an die neuen EU-Vorgaben bringt für Wasserwerke erhebliche technische und wirtschaftliche Herausforderungen mit sich. Aktivkohlefilter sind eine bewährte Lösung, um die neuen Standards zu erfüllen und schädliche Stoffe wie PFAS, Arsen und Microcystin-LR effektiv zu entfernen. Donau Carbon bietet hierbei nicht nur hohe Qualitätsstandards, sondern auch eine umweltfreundliche Alternative zur traditionellen Steinkohle in Form von kokosnussbasierter Aktivkohle. Durch kontinuierliche Weiterentwicklung und Reaktivierung der Aktivkohle kann diese Technologie sowohl die gesetzlichen Anforderungen erfüllen als auch zur nachhaltigen Sicherung der Trinkwasserversorgung beitragen.
Wenden Sie sich an uns, wenn Sie mehr über die Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Aktivkohle in der Trinkwasseraufbereitung erfahren möchten.
 
Kontaktieren Sie uns gerne unter www.donau-carbon.com.