Gesetzliche Grundlage für den Einsatz von Ultrafiltrationen zur Entfernung von Mikroorganismen ist die Trinkwasserverordnung 2001 (TrinkwV 2001), wonach Wasser für den menschlichen Gebrauch frei sein muss von Krankheitserregern (§ 1, Abs. 1). Im § 5 sind die mikrobiologischen Anforderungen und im § 7 die Indikatorparameter dargestellt. Weiterhin müssen die allgemein anerkannten Regeln der Technik eingehalten werden, deren Bedeutung in der TrinkwV 2001 wesentlich höher ist als zuvor. Die Ultrafiltration wird in der Liste der Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren nach § 11 der TrinkwV 2001 nicht als Desinfektionsverfahren aufgeführt. Im Teil I c sind die Aufbereitungsstoffe und im Teil II die Desinfektionsverfahren genannt. In der Einleitung der Liste heißt es „der Einsatz von Ionentauschern, Membranen und anderen Filtermaterialien ( ... ) zur Aufbereitung von Wasser für den menschlichen Gebrauch kann auch weiterhin nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik und nachgewiesener Wirksamkeit erfolgen.“ Ultrafiltration ist ein Aufbereitungs-, aber kein Desinfektionsverfahren. In der DIN 2001 vom Mai 2007 (Trinkwasserversorgung aus Kleinanlagen und nicht ortsfesten Anlagen, Teil 1: Kleinanlagen) werden Vorzugsverfahren für die Aufbereitung von mikrobiell belastetem Rohwasser genannt. Danach ist eine Filtration und Desinfektion als Kombination einzusetzen. Vorzugsverfahren für die Filtration sind Ultra- und Mikrofiltration, und für die Desinfektion ist es die UV-Bestrahlung.
Prinzip der Ultrafiltration
Bevorzugte Betriebsweise beim Einsatz der Ultrafiltration im Trinkwasserbereich ist die dead-end-Filtration. Hierbei wird die Membran von dem zu filtrierenden Medium orthogonal durchströmt. Alle zu filtrierenden Teilchen setzen sich auf der Membran ab, es bildet sich eine Deckschicht, die in zeitlichen Abständen durch Rückspülen der Membran entfernt wird. Dieses statisch diskontinuierliche Verfahren wird vorzugsweise bei Wässern mit geringen Trübstoffgehalten, wie sie im Trinkwasser vorkommen, eingesetzt. Die Module stellen ein Zwei-End-Modul dar. Treten höhere Trübstoffgehalte auf, ist die dead-end-Filtration unwirtschaftlich, dann sollte eine cross-flow-Filtration eingesetzt werden. Bei einer Trenngrenze von 0,01 µm werden Bakterien, Pilze, Amöben und teilweise auch Viren herausfiltriert. Die Membran kann mit Roh- oder Reinwasser rückgespült werden.
Vor- und Nachteile
Die Ultrafiltration wird immer häufiger als Alternative bzw. ergänzend zu Desinfektionsverfahren verwendet. Die Ursachen liegen in den Vorteilen dieser Technik:
- Komplette Entfernung von Partikeln, Kolloiden, Bakterien und Viren aus dem Wasser
- Auch Amöben werden entfernt
- Gleichbleibende Filtratqualität
- Trübungsentfernung
- Chemiefreies Verfahren
- Kann in kleineren und größeren Gebäuden eingesetzt werden
- Der gesamte Volumenstrom wird behandelt
- Geringer spezifischer Energiebedarf
Diesen Vorteilen stehen folgende Nachteile gegenüber:
- Verlust von filtriertem Rückspülwasser
- Wirkt nur am Ort des Einbaus
- Keine Depotwirkung
- Das Filtrat muss sofort verwendet oder keimfrei gelagert werden
- Fouling (dauerhafte Verschmutzungen) bei den Membranen möglich
- Nur bei geringem Feststoffanteil einsetzbar.
Hauptkomponenten
Je nach Wasserqualität (außer der Entfernung von Trübstoffen) ist eine Voraufbereitung notwendig. Ein Feinfilter ist obligatorisch. In Abhängigkeit von der Wasserhärte ist eine Enthärtungsanlage und bei Bedarf eine Enteisenungs- oder Entmanganungsanlage notwendig. Kernstück der Anlage ist das Modul (oder auch mehrere) mit den UF-Membranen. Reinwasserbehälter, Schaltschrank und Druckerhöhungsanlage sind weitere Komponenten einer UF-Anlage.
Spülen und Reinigen der Membranen
Bei der dead-end-Filtration lagern sich die Stoffe als Deckschicht auf der Membran ab. Durch regelmäßige Spülintervalle wird die Deckschicht entfernt und die ursprüngliche Leistung ist wieder vorhanden. Es kann jedoch auch ein „fouling“ auftreten. Darunter versteht man eine dauerhafte und deutlich leistungsmindernde Verschmutzung der Membranen. Die Folgen sind eine Porenverblockung und Porenverengung. Dieses fouling kann durch organische Substanzen, Biofilme, Öle, Fette oder Silikate verursacht werden. Die Membran kann dann zum einen durch Spülung und zum anderen durch eine chemische Behandlung gereinigt werden. Je nach verursachendem „foulant“ werden saure, alkalische, oxidierende/reduzierende Chemikalien oder Tenside bzw. Enzyme eingesetzt. Das Freispülen der Membranen ist wesentlich abhängig von der Art des eingesetzten Reinigers, der Reinigungszeit, der Temperatur und den hydrodynamischen Verhältnissen in der Membran.
Einsatzgebiete von Ultrafiltrationen
Ultrafiltrationen können als Kleinanlage, als mobile Anlage und als kundenprojektierte Anlagen gebaut werden. Als Kleinanlage mit Filtratleistungen bis zu 1 m³/h werden diese in Ferienanlagen, Ausflugslokalen, Ein-/Mehrfamilienhäuser, in Berghütten und generell bei Eigenwasserversorgern eingesetzt. Die Ultrafiltration ist zwischenzeitlich auch eine bewährte Technik in mobilen Anlagen, die z.B. zur Trinkwasseraufbereitung in Katastrophenfällen eingesetzt werden.
Die Ultrafiltration wird als dead-end-Filtration zur Aufbereitung und damit zur Entfernung von Mikroorganismen aus dem Trinkwasser in kleineren und größeren Gebäuden zunehmend eingesetzt. Hotels, Ferienanlagen, Berghütten, Eigenwasserversorger und auch in mobilen Anlagen sind die Haupteinsatzgebiete. Bei einer abgestimmten Aufbereitungstechnik und einem regelmäßigen Spülen und Reinigen können die UF-Anlagen vollautomatisch betrieben werden und garantieren eine komplette Entfernung von Trübstoffen und vor allem pathogenen Mikroorganismen.
Weitere Informationen
Unser Autor Dr. Heinz Rötlich referierte zu diesem Thema beim 1. Deutschen Forum Innenraumhygiene Mitte Oktober 2007 in Bochum. Dr. Rötlich ist bei Grünbeck Wasseraufbereitung für die Geschäftsbereiche Hygiene und Gesundheitswirtschaft zuständig. 89420 Höchstädt, Telefon (0 90 74) 41-3 42, Telefax (0 90 74) 41-7 03 42, E-Mail: heinz.roetlich@gruenbeck.de
