Wasserreinigung

Das aus Flüssen und Seen geschöpfte Wasser enthält bisweilen gröbere Verunreinigungen, die sich in Klärbassins absetzen (s. Tafel ›Wasserleitungen‹), feinere Verunreinigungen, Tonpartikelchen, Bakterein etc. verharren schwebend, können aber mehr oder weniger vollständig durch Filtration beseitigt werden, indem man das Wasser durch dicke Schichten eines porösen Materials mit nicht zu großer Geschwindigkeit (0,1 m in einer Sekunde) sickern läßt. Bei Wasserwerken, die Wasser verschiedenster Herkunft filtrieren, benutzt man als Filtermaterial Sand (s. Tafel, ›Wasserleitungen‹), bei Filtrationen im kleinern Maßstab Sand, Kies, Quarzpulver, Wolle, Haare, Glaswolle, Badeschwamm, Kohle, Bimsstein etc. Die vollkommene Wirksamkeit eines neuen Sandfilters tritt erst nach mehreren Tagen ein, wenn sich die einzelnen Sandkörnchen mit einer schleimartigen Substanz überzogen haben und auf der Oberfläche des Filters eine Schmutzschicht (Filterhaut) sich gebildet hat. Bakterien gegenüber schätzt man den Filtrationsaffekt eines guten Sandfilters auf ¹/₇₀₀₀; von 7000 Keimen des Rohwassers geht 1 Keim durch das Filter. Eine vollständige Sicherheit vor Verbreitung pathogener Bakterien durch das Wasser gewährt die Sandfiltration nicht.

1. Reinigungsapparat für Kesselspeisewasser nach Dehne.

Man verlangt von filtriertem Wasser, das als Trinkwasser benutzt werden soll, daß es bei Untersuchung nach den vom kaiserlichen Gesundheitsamt aufgestellten Normen in der Regel nicht mehr als 100 Keime in 1 ccm enthält. Dies gilt für filtriertes Oberflächenwasser, nicht für Grundwasser, das ursprünglich keimfrei ist und nach der Enteisenung mehr als 100 Keime enthalten kann, die aber in der Regel harmlos sind. Im Haushalt benutzt man Filter verschiedenster Art (s. Filtrieren), von denen die meisten nicht mehr leisten als die Sandfilter. Für industrielle Zwecke, wo es auf die vollständige Beseitigung der Bakterien nicht ankommt, oder wo das Wasser nach der Filtration noch weiter gereinigt werden soll, hat man verschiedene Schnellfilter konstruiert. Sehr viel wirksamer sind Chamberlands Filter aus unglasiertem Ton, Breiers Mikromembranfilter und besonders Berkefelds Filter aus gebrannter Infusorienerde. Letztere lassen keine Bakterien durch, und bei Zusammenstellung vieler derartiger Filter zu Batterien (s. Filtrieren) erzielt man eine bedeutende Leistungsfähigkeit. Leider schwindet die Wirksamkeit dieser Filter nach einiger Zeit, indem die Bakterien durch die Filtermasse hindurchwachsen, und der Laie besitzt kein Kriterium, nach dem er zu entscheiden vermöchte, ob ein Filter noch gebrauchsfähig ist oder nicht. Wo die Filter beständig bakteriologisch überwacht werden können, ist ihre Verwendung einwandfrei. Sie werden nach längerer Benutzung durch Abbürsten mit Luffa und Kochen mit 2 proz. Sodalösung sterilisiert.

Eine sehr zuverlässige Methode der Zerstörung organischer Keime besteht im Erhitzen des Wassers, wobei alle Lebewesen getötet werden. Zugleich werden aber auch im Wasser gelöste Gase ausgetrieben, kohlensaures Ammoniak wird zersetzt und verflüchtigt, Bikarbonate von Kalk etc. werden ebenfalls zersetzt und unlösliche Karbonate gefällt, auch organische Substanzen werden mehr oder weniger verändert. Zur Ausführung dieser Methode sind verschiedene Apparate konstruiert worden. Der Sterilisierapparat von Pape-Henneberg in Hamburg besteht aus einem mit Kohle, Gas oder Dampf betätigten Heizapparat, bei dem ein Regulierhahn die Zuführung des Rohwassers selbsttätig regelt. Das Wasser kann den Apparat nur verlassen, wenn seine Temperatur auf mindestens 102° gestiegen ist, es gelangt in einen Wärmeaustauschapparat, in dessen oberm Teil das erhitzte Wasser seine Wärme an das zufließende Rohwasser abgibt, so daß dies mit 80° in den Heizapparat eintritt. In den untern Teil des Wärmeaustauschapparates tritt das sterilisierte Wasser mit einer Temperatur, die 20° höher liegt als die des Rohwassers, und wird vollständig auf dessen Temperatur abgekühlt. Bisweilen wird die Sterilisation des Wassers auch mit der Anwendung chemischer Fällungsmittel verbunden. Bei dem Apparat von Rietschel u. Henneberg wird das Rohwasser durch zwei Flügelpumpen in den Kessel getrieben und auf 105 bis 110° erhitzt. Die Konstruktion des Apparates bietet Garantie, daß auch bei kontinuierlichem Zufluß jedes Wasserteilchen längere Zeit auf obige Temperatur erhitzt wird. Das gasfreie gekochte Wasser hat einen faden Geschmack und wird nicht gern als Getränk aufgenommen. Man leitet deshalb das im Gegenstromapparat gekühlte Wasser durch eine Brause auf ein Filter aus grober Tierkohle und Bimsstein, wo es in innige Berührung mit von außen durch ein keimsicheres Wattefilter zugeführter Luft tritt.

Chemikalien sind zur Reinigung des Wassers mit verschiedenem Erfolg angewandt worden. Alle Mittel, die eine mechanische Ausfällung bewirken wie Alaun (eventuell unter Zusatz von Kalkwasser oder doppeltkohlensaurem Natron), geben einen groben flockigen Niederschlag, der wohl das Wasser klärt, auch entfärbt, aber nicht keimfrei macht. Am besten wirkt Eisenchloridlösung unter Zusatz von doppeltkohlensaurem Natron. Sehr empfehlenswert erscheint auch kolloidales Eisenhydroxyd, aus dessen Lösung durch das Wasser flockiges Eisenhydroxyd abgeschieden wird, ohne daß irgendeine fremde Substanz in das Wasser gelangt. Das Eisenhydroxyd vermindert die im Wasser enthaltene organische Substanz auf die Hälfte bis ein Viertel und die Bakterienzahl auf ein Viertel bis ein Zwanzigstel.

Mit günstigem Erfolg ist wiederholt Wasserstoffsuperoxyd angewandt worden, praktischer aber erscheint nach Blatz Natriumsuperoxyd, das bei der Zersetzung mit Wasser Ätznatron und (etwa die Hälfte) Wasserstoffsuperoxyd liefert. Zur Bindung des Ätznatrons eignet sich auf 1 g Natriumsuperoxyd 2 g Zitronensäure, die dann in geringem Überschuß vorhanden ist. Die Versuche ergaben, daß 1 pro Mille Natriumsuperoxyd sehr stark bakterienhaltiges Wasser in 24 Stunden sicher keimfrei macht. Cholerabazillen werden in 8, Typhusbazillen in 6 Stunden getötet, und bereits nach 15 Minuten wirkt das Wasserstoffsuperoxyd entwickelungshemmend, so daß nach dieser Zeit genossenes bakterienhaltiges Wasser wohl keine schädlichen Wirkungen mehr zu äußern vermag. Das damit behandelte Wasser ist geruch- und geschmacklos (der metallische Geschmack des Wasserstoffsuperoxyds ist nach 24 Stunden völlig verschwunden) und in keiner Weise der Gesundheit schädlich.

Schumburg empfahl freies Brom zur Tötung der Bakterien im Wasser. Man benutzt es am besten in der Form von Brombromkaliumlösung, läßt diese einige Minuten auf das Wasser wirken und bindet dann das Brom durch eine entsprechende Menge von schwefligsaurem Natron oder Ammoniak, wodurch das Wasser wieder völlig geschmacklos wird. Statt des Broms benutzt man auch Chlorkalk oder eine Lösung von Natriumhypochlorit und bindet das Chlor nach der Einwirkung durch schwefligsaures Natron. Durch Brom und Chlor werden zwar nicht immer alle Keime getötet, aber sie werden in ihrer Entwickelungsfähigkeit doch so stark geschädigt, daß das Wasser ohne Gefahr als Trinkwasser benutzt werden kann.

Moore hat mit Erfolg Kupfervitriol angewandt. Bei nur 1 Teil Kupfervitriol auf 100,000 Teile Wasser sterben Cholera- und Typhuskeime in 4–5 Stunden. Bei dieser Konzentration enthalten 4,5 Lit. Wasser 0,01 g Kupfer, was für den menschlichen Organismus vollkommen belanglos ist. Dies Verfahren ist bei amerikanischen Wasserwerken sehr in Aufnahme gekommen. Paterno und Cingolani haben gefunden, daß 0,003 g Silberfluorid mit pathogenen Bakterien stark verunreinigtes Wasser vollkommen und dauernd sterilisiert. Tierversuche haben gezeigt, daß so geringe Mengen Silberfluorid auch auf die Dauer vollkommen unschädlich sind.

Natürliche und künstlich dargestellte zeolithische Verbindungen tauschen ihre Basen leicht gegen andre Basen aus. Mit Calciumaluminiumsilikat (Permutit) kann man Mangansalze aus Trinkwasser entfernen. Durch Waschen mit Lösungen von Calciumchlorid wird die zeolithische Substanz regeneriert.

Seit langer Zeit benutzt man Eisen zum Filtrieren von unreinem Wasser.

2. Wasserreinigungsapparat Halvor Breda mit Filter.

Schüttelt man stinkende Kanaljauche 3–5 Minuten in einem nur zur Hälfte gefüllten Gefäß (so daß die Kohlensäure der Luft einwirken kann) mit Eisenfeilspänen, so verschwindet der üble Geruch, und nach dem Filtrieren erhält man eisenfreies, klares, farb- und geruchloses Wasser. Bakterien werden dabei größtenteils entfernt. Das Verfahren ist nur anwendbar bei Gegenwart von hinreichender Kohlensäure zur Bildung von doppeltkohlensaurem Eisenoxydul, das bei nachträglicher Lüftung einen Niederschlag von Eisenhydroxyd bildet, der gelöste Stoffe an sich reißt.

Seit der Entdeckung der keimtötenden Kraft des Ozons durch Fox 1873 haben Siemens u. Halske ein Verfahren zur Reinigung des Wassers ausgebildet, das sich vortrefflich bewährt hat. Das Rohwasser wird durch ein Kiesfilter filtriert, weil suspendierte Teile die Bakterien schützend einhüllen, dann läßt man es als Sprühregen mehrere Meter herabfallen oder leitet es auf einen mit Feldsteinen gefüllten Turm, so daß es in feiner Verteilung herabrieselt, während durch einen Wechselstrom von mehreren tausend Volt ozonisierte Luft ihm entgegenströmt. Ozon tötet die im Wasser vorhandenen Bakterien, und zwar die Cholera-, Typhus- und Ruhrerreger und die Fäulnisbakterien leichter als die harmlosen Wasserbakterien, von denen ein kleiner Teil (meist weniger als 100 in 1 ccm) sich der Einwirkung entzieht. Die keimtötende Wirkung des Ozons wird beeinflußt durch den Gehalt des Wassers an oxydierbaren Stoffen, und dieser Umstand muß bei der Anwendung des Ozonverfahrens berücksichtigt werden. Zeigt das gereinigte Wasser noch geringe Trübung, so muß es durch ein Kohlen- oder Kiesfilter geschickt werden. Es ist dann klar und wohlschmeckend. Für bestimmte Zwecke sind auch fahrbare Ozonapparate konstruiert worden. Vgl. Erlwein, Trinkwasserreinigung durch Ozon nach dem System von Siemens u. Halske (Leipz. 1901).

Die Grundwässer Norddeutschlands sind auf weite Strecken eisenreich, sie enthalten Bikarbonat von Eisenoxydul (2–8 mg Eisen in 1 Lit.), schmecken tintenartig und werden beim Stehen trübe und rostfarbig. Um das Wasser von Eisen zu befreien (Enteisenung), läßt man es aus einem Brausenkopf einige Meter herunterfallen oder man leitet es auf eine 2–3 m hohe Koksschicht, über die es in feiner Verteilung herabrieselt. Das Wasser sättigt sich unter Abscheidung von Kohlensäure mit Sauerstoff, und Eisenhydroxyd wird abgeschieden, das durch eine leichte und schnelle Sandfiltration beseitigt werden kann.

Für technische Zwecke handelt es sich sehr häufig um Beseitigung der Härte des Wassers, also um Ausscheidung von Kalk, der als doppeltkohlensaurer oder schwefelsaurer Kalk (Gips) im Wasser vorhanden ist und in Dampfkesseln Kesselstein bildet. Bei dem Apparat von Dehne in Halle (Fig. 1) durchfließt das Wasser, aus einer Druckleitung oder einem Hochbehälter f kommend, den mit Abdampf oder Frischdampf (Dampfleitung g) geheizten Vorwärmer a, in dem es auf 70–80° erhitzt wird. Das heiße Wasser tritt durch eine Rohrleitung in den Fällapparat b und mischt sich dort mit der von der Laugenpumpe d zugeführten Lauge, die den Kalk fällt.

3. Kiesfilter nach Halvor Breda.

Man leitet es dann durch die Filterpresse c, in deren Kammern der Schlamm sich absetzt und teigartige Kuchen bildet, die von Zeit zu Zeit entfernt werden müssen. Das aus der Presse austretende reine Wasser fließt durch das Rohr h und wird durch eine Pumpe in den Kessel gedrückt. Die Lauge wird in dem Rührbottich e mit solchen Chemikalien (meist Ätzkalk und Soda) hergestellt, wie sie die Zusammensetzung des Wassers erfordert. Die Laugenpumpe erhält ihren Antrieb von der Kesselspeisepumpe, so daß die zugeführte Laugenmenge zur geförderten Speisewassermenge immer im gleichen Verhältnis steht.

4. Evaporator von Pape, Henneberg u. Komp.

Bei dem Apparat von Halvor Breda in Berlin-Charlottenburg (Fig. 2) fließt das Rohwasser bei a zu und wird hier zunächst durch einen Stromteiler b in zwei Ströme zerlegt, von denen der eine nach dem Vorwärmer c und der andre nach dem Kalkwasserreiniger d fließt. Das Teilungsverhältnis wird nach der Analyse des Wassers bemessen und bleibt nach der ersten Einstellung konstant. Der Vorwärmer wird für die Benutzung von Abdampf oder von Frischdampf konstruiert.

5. Kondensator und Kühler.

Das zum Kalkwasserbehälter strömende Wasser wird abermals in zwei Teile zerlegt, der eine fließt direkt in den Behälter, der andre betätigt zunächst einen kleinen Kippkasten f, der durch das intermittierende Ausgießen in der Minute fünfmal etwas Luft in den Behälter treibt und bei jedem Hub etwas Sodalösung aus einem Behälter schöpft. In den Kalkwasserkasten tritt das Wasser am tiefsten Punkt ein, durchdringt den Kalk und laugt ihn um so vollständiger aus, als die hineingetriebene Luft ihn beständig lockert. Das erwärmte Rohwasser, das Kalkwasser und die Sodalösung aus dem Behälter g treffen im Mischraum e zusammen und fließen im Klärbassin h zunächst abwärts, dann langsam aufwärts, wobei der abgeschiedene Schlamm sich in dem Trichterboden des Bassins sammelt. Das abfließende Wasser passiert ein Kiesfilter i und aus diesem in den Reinwasserbehälter. Das Filter zeigt Fig. 3 im Durchschnitt: a ist der Einlauf, b der Ablauf, c die Ablaßleitung, d der Schlammablaß und e ein Röhrwerk zum Waschen der Filterschicht.

6. Dehnes Apparat zur Entfettung von Kondenswasser.

Für chemische Laboratorien, Apotheken, Mineralwasserfabriken, für Akkumulatorenbatterien, für Eisfabriken, Herstellung von Hefe etc., zur Erzeugung von Trink- und Kesselspeisewasser auf Seeschiffen, für Städte etc. braucht man Wasser, das auf keine andre Weise als durch Destillation hinreichend rein dargestellt werden kann. Zur Herstellung von Kristalleis muß das destillierte Wasser im Vakuum entlüftet werden, das als Trinkwasser zu benutzende destillierte Wasser wird dagegen durch ein Kohlen- oder Kieselgurfilter geleitet und ist dann klar, kühl und wohlschmeckend. Zur Ausführung der Destillation sind mehrere Apparate konstruiert worden. Der Evaporator von Pape, Henneberg u. Komp. ist für Verdampfung unter Druck wie auch unter Vakuum geeignet. Die Heizrohre im Verdampfapparat A (Fig. 4) sind übereinanderliegende, schlangenförmig gewundene Kupferrohre mit flachgedrücktem Querschnitt, so daß man eine große Heizfläche in verhältnismäßig kleinem Raum erhält. Der Heizdampf wird dem Apparat durch c zugeführt, der aus dem Rohwasser entwickelte Dampf gelangt durch d nach dem Kondensator und Kühler B. Das destillierte Wasser, das als Zusatzwasser in den Dampfkesseln benutzt werden soll, fließt durch f ab, das als Trinkwasser zu benutzende gelangt durch e in das mit präparierter Kohle gefüllte Filter C, aus dem es durch das Rohr e abfließt. Der Rückstand vom Rohwasser fließt durch 1, das in B verbrauchte Kühlwasser durch k und das Kondenswasser aus A durch m ab. Die Pumpe D fördert das Speisewasser für den Evaporator und das Zirkulationswasser für den Trinkwasserkondensator durch g, h und i und besitzt für diesen Zweck ein Verteilungsventil a, der Apparat b bewirkt eine automatische Speisung des Evaporators. Der Kondensator (Fig. 5) wird gebildet aus einer Anzahl von Plattenelementen mit auf beiden Seiten angegossenen Kanälen. Zwischen diesen Elementen befinden sich dünnwandige verzinnte Kupferscheiben, welche die Kanäle jedes Elements gegen die benachbarten abschließen. Durch seitliche Taschen werden die Kanäle der Elemente über und unter den Kupferplatten derart verbunden, daß zwei getrennte Kanalsysteme entstehen, die durch die Kupferplatten voneinander getrennt sind. Das eine System wird von oben mit Dampf, das andre von unten mit Kühlwasser beschickt. So findet nach dem Gegenstromprinzip eine energische Kühlung statt. Die Luft, die im Evaporator aus dem Seewasser ausgeschieden und dem Süßwasserdampf beigemengt wurde, wird im Kondensator von dem destillierten Wasser vollständig wieder absorbiert, und man erhält daher ein luftreiches, wohlschmeckendes Trinkwasser.

Abflußwasser aus Kondenstöpfen, Heizungseinrichtungen, Oberflächenkondensatoren etc. kann wegen seiner Temperatur und der Abwesenheit von Kesselstein bildenden Salzen mit Vorteil den Dampfkesseln wieder zugeführt werden, sein Ölgehalt verursacht aber leicht Schädigungen der Kesselwandungen und muß deshalb zuvor abgeschieden werden. Hierzu benutzt Halvor Breda ihrem Wasserreiniger ähnlich gebaute Apparate, in denen mit Soda oder Ätznatron und Aluminium- oder Eisensulfat ein Schlamm gebildet wird, der das Öl einschließt und mittels eines Filters abgeschieden werden kann. Dehne in Halle benutzt den Apparat Fig. 6. Das Kondenswasser tritt durch a in den Sammelkasten d, wo sich ein großer Teil des Öls an der Oberfläche sammelt, um durch e abzufließen. Das Wasser gelangt durch ein Rohr in den Mischraum c, in den aus dem Behälter b eine Kleinigkeit der Präparatmilch gelangt, indem durch a ein kleiner Teil des Kondenswassers zuströmt und den Inhalt von b zum Überfließen bringt. Das Präparat, schwefelsaure Tonerde mit Soda, erzeugt einen Niederschlag, der die feinen Öltröpfchen einhüllt und an sich reißt, so daß in der Filterpresse f mit dem Niederschlag auch das Öl vollständig abgeschieden wird. Das gereinigte Wasser fließt aus der Presse in das Reservoir h; g ist ein Schmutzwasserablauf.