WASSER IN DER INDUSTRIE - ANWENDUNGSBEREICHE

Süßwasser, Salzwasser, Meerwasser, Brackwasser

Unterteilung nach Salzgehalt – Süß-, Salz- und Brackwasser

Die Wasser der Erde kommen als Salzwasser und Süßwasser vor. Wissenschaftler teilen die Wasservorkommen darüber hinaus, entsprechend ihrem Salzgehalt (Salinität), in drei Gruppen ein und unterscheiden zwischen Süß-, Salz- und Brackwasser.

Idealerweise besteht Reinstwasser nur aus Wasserstoffmolekülen sowie Hydroxidionen und Wasserstoffkationen im Gleichgewicht. Daraus resultiert eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit (Konduktivität), die bei einer Wassertemperatur von 25 Grand Celsius maximal 0,055 µS/cm beträgt. Anhand der Konduktivität lässt sich also die tatsächliche Qualität des Reinstwassers bestimmen.

Herstellung
So pur kommt Wasser in der Natur nicht vor, es muss hergestellt werden. Als Ausgangsprodukt dienen häufig Quellwasser oder Leitungswasser. In einem aufwendigen Verfahren werden diesem Ausgangswasser alle organischen und anorganischen Fremdstoffe entzogen, es wird demineralisiert und entkeimt. Dies geschieht in der Regel durch Filtration, mittels UV- oder Ozonbehandlung oder mit Ionenaustauschern.

Die Reinstwasserqualität ist nur kurz haltbar, denn wie alle Wasser ist auch Reinstwasser enorm lösungsfreudig. Schon im Kontakt mit dem Material des Vorratsbehälters und mit der Luft kann es wieder Fremdstoffe aufnehmen. Deshalb wird es häufig kurz vor Gebrauch und direkt vor Ort hergestellt und sollte nicht länger gelagert werden.

Demineralisiertes Wasser

Demineralisiertes Wasser ist ein technisches Wasser, kein Naturprodukt. Es wird hergestellt, indem einem Ausgangswasser die gelösten Mineralstoffe entzogen werden. Dabei können verschiedene Verfahren angewendet werden, deren Auswahl sich auch an der Beschaffenheit des Ausgangswassers orientiert. Als Ausgangsprodukt können natürliche Wasservorkommen, Trinkwasser und auch Brauchwasser dienen. 

Wasser und Mineralstoffe
Wasser enthält von Natur aus eine Reihe von aufgelösten Substanzen, zu denen Mineralstoffe gehören. In bestimmten Bereichen wie Industrie, Wissenschaft und Haushalt werden mineralstofffreie Wässer bevorzugt oder dringend benötigt, die künstlich erzeugt werden. Diese Produkte sind auch als vollentsalztes Wasser, deionisiertes Wasser und Dionat bekannt und lassen sich kostengünstiger herstellen als destilliertes Wasser.

Geologen definieren Mineralien als natürlich vorkommende kristalline Feststoffe. Im Wasser sind allerdings keine Kristalle enthalten, sondern deren lösliche Bestandteile in Form von Kationen und Anionen. Alle Metall-Ionen sowie einige Anionen werden unter dem Begriff Mineralstoffe zusammengefasst. Beim Demineralisieren werden dem Ausgangswasser nur diese Mineralstoffe entzogen, während bei der Destillation auch organische Substanzen entfernt werden.

Einsatzbereiche und Eigenschaften
Auf Grund der fehlenden Ionen ist demineralisiertes Wasser ein schlechter elektrischer Leiter. Deshalb wird sein Reinheitsgrad durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt. Außerdem ist es ein gutes Lösungsmittel und besitzt einen niedrigen PH-Wert. Je nach Anwendungsbereich und Branche werden an die Zusammensetzung von Wasser andere Anforderungen gestellt, die häufig in DIN oder anderen Normen festgelegt sind.

Im Alltag wird demineralisiertes Wasser zum Beispiel in der Autobatterie, in der Scheibenwaschanlage oder im Dampfbügeleisen verwendet. Getränkehersteller demineralisieren oft Trink- oder Quellwasser und reichern es nach eigener Rezeptur mit Mineralstoffen an. Weitere  Einsatzbereiche von demineralisiertem Wasser sind unter anderem Heizungs- und Kraftwerksanlagen, die Elektrotechnik aber auch Chemie und Biologie.

Zum Demineralisieren von Trinkwasser eignen sich Ionenaustauscher. Größere Mengen an Dionaten werden häufig aus Brauchwasser oder Quellwasser gewonnen. Dies geschieht zum Beispiel durch Umkehrosmose und Restentsalzung über Mischbettfilter. Wird das Endprodukt zusätzlich entkeimt, darf es als destillatgleiches Wasser bezeichnet werden.

Destilliertes Wasser – frei von Fremdstoffen

Destilliertes Wasser ist reines H2O. Es wird mit der physikalischen Methode Destillation, hergestellt. Dabei werden dem Ausgangswasser durch verdampfen und kondensieren alle anderen Inhaltsstoffe entzogen. Anders als beim Demineralisieren werden beim Destillieren nicht nur Mineralstoffe, sondern auch organische Substanzen und Verunreinigungen entfernt.

Reines Wasser
In der Praxis ist einmal destilliertes Wasser allerdings selten hundertprozentig rein. Manchmal lösen sich aus den verwendeten Glasgefäßen winzige Teilchen oder flüchtige Stoffe verdampfen mit. Außerdem reagiert das kondensierte Wasser mit dem Kohlendioxid aus der Luft. Für absolut reines Wasser wird eine zweite und eventuell dritte Destillation in Quarz- oder Platingefäßen durchgeführt.

Da Wasser im natürlichen Wasserkreislauf verdunstet und kondensiert, könnte destilliertes Wasser theoretisch in der Natur vorkommen. Das ist jedoch unwahrscheinlich oder nur in hohen Schichten der Atmosphäre möglich. Denn nach der Kondensation zu Niederschlagswasser nimmt es wieder Stoffe aus der Umgebung, also der Luft, auf. Genau wie Reinstwasser und demineralisiertes Wasser weist auch destilliertes Wasser eine geringe elektrische Leitfähigkeit aus.

Destillationsverfahren
Destilliertes Wasser wird in einer Destille erzeugt, die aus Verdampfer und Kondensator besteht. Im Verdampfer wird das Ausgangswasser bis zum Siedepunkt erhitzt. Der entstehende Wasserdampf wird im Kondensator abgekühlt und kondensiert zu Kondenswasser. Wegen des Energiebedarfes ist dieses Verfahren kostspielig. Wo es möglich ist, werden deshalb reine Wasser immer häufiger mit anderen Methoden wie Filtration und Ionenaustauscher produziert.

Anwendungsgebiete für destilliertes Wasser finden sich unter anderem im Labor, im Haushalt und in der Industrie. Es wird für Batterien, als Kühlwasser, in Bügeleisen und in vielen anderen Bereichen eingesetzt.

Enteisentes Wasser – für klare Optik und guten Geschmack

Enteisentes Wasser, ist kein enteisendes Wasser, sondern ein Wassertyp, dem zweiwertiges Eisen entzogen wurde. Dies geschieht vorwiegend aus optischen und geschmacklichen Gründen und wird durch Belüften und Filtrieren oder durch eine Ozonbehandlung erreicht. Eine Enteisenung ist bei Wassern üblich, die zum Trinken, in der Reinigung und als Tränkewasser in der Tierhaltung gedacht sind. Darüber hinaus werden viele Anlagen mit enteisentem Wasser betrieben, damit die Systeme weniger verschlammen.

Enteisent gegen braunes Wasser und Rostflecken
Ein Grund, warum Wasser enteisent wird, lässt sich oft an natürlichen Quellen und an Heilwasserbrunnen beobachten. Denn dort wo das Quellwasser aus dem Untergrund an die Oberfläche kommt, bildet sich ein brauner Film, zumindest wenn das Wasser viel lösliche Fe2+ Verbindungen enthält. Dieses zweiwertige Eisen oxidiert mit dem Sauerstoff der Luft, es rostet sozusagen. Genau dieser Effekt würde eintreten, wenn betroffenes Trinkwasser und Mineralwasser nicht enteisent würden. Aus der Leitung käme womöglich braunes Wasser und Mineralwasser bekäme braune Flocken.

Heilwasser mit einem indikationsspezifischen Gehalt an Eisen-II-Verbindungen werden nicht enteisent.
Der Anteil an zweiwertigen Eisenverbindungen im Wasser ist nicht toxisch, beeinträchtigt aber den Geschmack. Außerdem könnten braune Flecken auf der Wäsche, in Waschbecken und auf Oberflächen zurückbleiben. Eventuell lagern sich die Rückstände in Rohren und Armaturen ab.

Weitere Einsatzbereiche für enteisentes Wasser
Während in Oberflächenwasser wenige Eisenverbindungen enthalten sind, sind unterirdische Wasservorkommen häufig reich an zweiwertigem Eisen. Viele Landwirte beziehen das Tränkewasser aus eigenen Brunnen. Wenn dieses Brunnenwasser viele gelöste Eisenionen enthält, schmeckt es auch den Tieren nicht – sie trinken zu wenig. Deshalb wird auch dieses Wasser enteisent, was unterirdisch aber auch oberirdisch geschehen kann.

Darüber hinaus gibt es auch in Industrie- und Gewerbebetrieben Bereiche, wo die Fe2+ Verbindungen im Wasser unerwünscht und störend sind. Dazu gehören die Gastronomie, Laserschneidemaschinen, Wäschereien und Schwimmbäder. Wo kein enteisentes Wasser aus der Leitung verfügbar ist, kann bei Bedarf eine Wasserenteisenungs-Anlage eingesetzt werden.

Prozesswasser

Prozesswasser – aufbereitetes Wasser für Prozesse und Verfahren
Genau genommen ist Prozesswasser ein Sammelbegriff, der für speziell aufbereitetes Ausgangswasser steht. Wasser wird in unzähligen Prozessen und Verfahren der Produktion, in Anlagen und in anderen Bereichen benötigt. Die Verwender entnehmen es dem Trinkwassernetz, Brunnen oder anderen Wasservorkommen. Häufig entspricht jedoch die Qualität des verfügbaren Wassers nicht den konkreten Erfordernissen der Prozesse. Deshalb wird es, oft direkt vor Ort, in einer Wasseraufbereitungsanlage entsprechend aufbereitet.

Anforderungen und Einsatzbereiche
So mannigfaltig wie die Einsatzbereiche von Wasser, so unterschiedlich sind die Anforderungen an die Wasserqualität. Während in sensiblen Bereichen Reinstwasser benötigt wird, reicht bei anderen Verfahren enthärtetes oder demineralisiertes Wasser. Manchmal ist ein spezifischer Gehalt an Mineralstoffen erwünscht, mal ist der PH-Wert wichtig und in anderen Prozessen ist die elektrische Leitfähigkeit entscheidend. Zur Gruppe der Prozesswasser gehören beispielsweise Produktwasser, Kühlwasser, Kesselspeisewasser und Laborwasser.

Produktwasser geht während des Produktionsprozesses direkt in ein neues Produkt ein, zum Beispiel in Getränke oder Reinigungslösungen. Kühlwasser wird zum Kühlen von Maschinen und Aggregaten eingesetzt und Kesselspeisewasser wird in Dampfkessel eingespeist. Laborwasser wird zum Beispiel für die Reinigung der Laborutensilien aber auch als Reinstwasser für Analysen benötigt.

Wiederaufbereitung und Nachbehandlung
Naturgemäß verbraucht sich Produktwasser, andere Prozesswasser-Sorten befinden sich in geschlossenen Systemen und werden längere Zeit genutzt, wieder andere gelangen direkt nach Gebrauch ins Abwassersystem oder in den natürlichen Wasserkreislauf. Stark verschmutzte oder mit Schadstoffen belastete  Wasser werden allerdings gefiltert beziehungsweise anderweitig behandelt, bevor sie als Abwasser eingeleitet werden dürfen. Drüber hinaus gibt es große Wassermengen, die nach dem Nutzungsprozess wiederaufbereitet und erneut als Prozesswasser dienen.

Nutzwasser - Wasser im Gebrauch

Nutzwasser wird oft auch als Betriebswasser, veraltet als Brauchwasser, bezeichnet. Diese Namen deuten bereits auf mögliche Verwendungszwecke hin, die vor allem in der Landwirtschaft, in technischen und gewerblichen Bereichen sowie im Haushalt liegen. Obwohl Nutzwasser nicht für den direkten menschlichen Gebrauch bestimmt ist, muss es ein Minimum an hygienischen Standards erfüllen.

Herkunft und Einsatzbereiche
Gewonnen wird Nutzwasser aus verschiedenen Wasservorkommen zu denen Niederschläge und Fließgewässer gehören. Ein gängiges Beispiel ist das Sammeln von Regenwasser in Fässern, das später zum Gießen von Pflanzen dient. Außerdem hat sich das weiche Niederschlagswasser beim Waschen von Wäsche beliebt gemacht.

Nutzwasser kann aber auch aus sogenanntem Grauwasser aufbereitet werden. Dabei handelt es sich um gering verschmutztes, fäkalienfreies Abwasser, das unter anderem bei der Körperhygiene und beim Wäschewaschen anfällt. Zu diesem Zweck werden beispielsweise in Wohnhäusern und Hotels Wasserrecyclinganlagen und separate Rohrsysteme installiert.
Mögliche Einsatzbereiche für Nutzwasser ergeben sich unter anderem als Löschwasser bei der Feuerwehr, Gießwasser für Gärten und Landwirtschaftsflächen oder bei der Reinigung von Gebäuden und Straßen. Für bestimmte Verwendungszwecke wie der Bewässerung sind gewisse Qualitätskriterien für Nutzwasser festgelegt, nachzulesen in der ISO 16075, Teil 1 – 4.

Weitere Anforderungen
An technische Betriebswasser wie Kühlwasser werden häufig weitere Anforderungen gestellt. Damit sich in Aggregaten und Anlagen beispielsweise keine Rückstände wie Kalk oder Eisenoxid ablagern, wird das entsprechende Nutzwasser enthärtet und enteisent. Je nach Verwendungszweck wird eine andere Aufbereitung des Ausgangswassers durchgeführt.

Abwasser – durch Gebrauch verändertes Wasser

Abwasser ist im Prinzip abfließendes Wasser, das durch Gebrauch in seinen ursprünglichen Eigenschaften und seiner Zusammensetzung verändert ist. So ist es im deutschen Abwasserabgabengesetz beschrieben. Diese Definition gilt für Wasser aus häuslichem, gewerblichem, landwirtschaftlichem und sonstigem Gebrauch, das in eine Abwasserleitung oder einen Kanal fließt.

Herkunftsarten
Dementsprechend lassen sich also Abwässer entsprechend der Herkunft in drei große Gruppen einteilen – Haushalts-Abwässer, landwirtschaftliche Abwässer und Industrie-Abwässer. Darin ist auch Niederschlagswasser eingeschlossen, das von befestigten oder bebauten Flächen in das Abwassersystem einfließt. Unter anderem, weil die abfließenden Niederschläge Schmutz von den betreffenden Flächen mit ins Abwassersystem spülen.

Haushaltsabwasser
Haushaltsabwässer sind sowohl Fäkalwasser aus der Toilette wie auch Waschwasser aus Sanitäranlagen, Waschmaschinen und Küchen. Solche Schmutzwässer entstehen nicht nur in Privathaushalten, sondern auch in öffentlichen Bereichen, Institutionen und Betrieben. Sie werden meist in das öffentliche Abwassersystem eingeleitet und in Kläranlagen gereinigt.
Abwasser aus Industrie, Gewerbe und Landwirtschaft

Prozesswasser aus Industrie und Gewerbe, Kühlwasser und andere Nutzwasser sind oft stärker verschmutzt und mit anderen Stoffen belastet, als Wasser aus häuslichem Gebrauch. Ähnlich verhält es sich mit landwirtschaftlichem Abwasser. Je nach Schadstoffen und Verschmutzungsgrad müssen industrielle und landwirtschaftliche Abwässer vorgereinigt werden, bevor sie in Gewässer oder in die Kanalisation gelangen. Die Bestimmungen sind in der Abwasserverordnung festgelegt.

Abwasserbehandlung
Zu diesem Zweck betreiben Verursacher oft eigene Wasserbehandlungsanlagen. Außerdem nutzen immer mehr Unternehmen wiederaufbereitetes Schmutzwasser erneut und reduzieren damit Abwassermengen und Kosten. Die Auswahl der Aufbereitungsverfahren richtet sich auch nach den Abwasserinhaltsstoffen. Diese Substanzen werden im Allgemeinen in die Kategorien Zehrstoffe, Nährstoffe, Schadstoffe und Störstoffe unterteilt.

Regenwasser – ein Naturprodukt

Regenwasser, Niederschläge im Allgemeinen, sind Teil des natürlichen Wasserkreislaufes und Produkte der Natur. Niederschlagswasser versickert im Boden, füllt die Gewässer auf oder fließt in die Kanalisation. Darüber hinaus kann es aufgefangen und für unterschiedliche Zwecke verwendet werden.
Viele Kleingärtner sammeln Regenwasser in Tonnen und verwenden das kalkarme Wasser zum Gießen. Schon lange bewähren sich Regenwasserzisternen um Wasservorräte für unterschiedliche Zwecke anzulegen. Inzwischen werden Niederschlagswasser immer häufiger als Nutzwasser zur Toilettenspülung oder auch zum Reinigen und Wäschewaschen verwendet.
Da Regenwasser durch Destillation, also verdunsten und kondensieren entsteht, ist es relativ rein und weich. Allerdings nimmt es bereits auf dem Weg von den Wolken zur Erde Stoffe aus der Luft auf. Trifft es dann auf Dächer oder andere Flächen, löst es auch dort Feststoffe und wird verschmutzt. Dabei können unerwünschte und schädliche Substanzen wie Keime ins Wasser gelangen.

Regenwasser aufbereiten
Bei Gießwasser Spülwasser von Toilettenanlagen sind gewisse Verunreinigungen kaum problematisch. Dagegen ist bei anderen Einsatzbereichen oft eine Aufbereitung des Regenwassers ratsam. Zu diesem Zweck können beispielsweise Regenwasserfilter direkt im Fallrohr der Regenrinne installiert werden. Für Industrie- und Gewerbeanlagen mit Regenwassernutzung sind entsprechende Großfilter verfügbar.

Wenn Niederschlagswasser aus überbauten und befestigten Flächen wie Terrassen oder Garageneinfahrten direkt in die Abwasserkanäle fließt, gilt es als Abwasser und wird damit abgabenpflichtig. Auf unbefestigten, naturbelasteten Böden versickern Niederschläge oder verdunsten langsam. Versiegelte Oberflächen, Straßen und Plätze werden über die Kanalisation entwässert, die als Misch- oder Trennsystem angelegt sein kann. Während in Mischsystem Regenwasser zusammen mit Abwässern in die Klärwerke gelangt, kann es durch Trennsystem direkt in Gewässer fließen.

Grundwasser – Trinkwasser, Nutzwasser und Lebensraum

Grundwasser sind unterirdische Süßwasser-Vorkommen und Bestandteil des natürlichen Wasserkreislaufes. Es entsteht vor allem aus Niederschlagswasser, das im Boden versickert. Der Schwerkraft folgend, bewegt es sich durch Hohlräume der Gesteins- und Erdschichten, bis es auf eine wasserundurchlässige Schicht trifft. Dort sammelt es sich und bildet einen geschlossenen Grundwasserkörper. Dieser ist nach oben durch den Grundwasserspiegel und nach unten durch die Grundwassersohle begrenzt.
Es ist ein langwieriger Prozess. Unterwegs verändert das Wasser seine Zusammensetzung, löst anorganische und organische Stoffe, wird filtriert und enthaltene Mikroorganismen sterben ab. Wie das Grundwasser letztlich beschaffen ist, hängt wesentlich von den durchflossenen Böden und Gesteinsschichten ab.

Ökosystem Grundwasser
Jeder Grundwasserkörper ist auch ein Ökosystem und Lebensraum, in den Grundwässern Deutschlands sind etwa 500 Tierarten heimisch, europaweit sind es rund 2000 Arten. Es sind vorwiegend durchsichtige, blinde Lebewesen, die mit wenig Sauerstoff, ständiger Dunkelheit, Enge und gleichbleibenden Temperaturen auskommen müssen. Grundwassertiere halten das Grundwasser sauber, weil sie empfindlich auf Verschmutzungen reagieren, gelten sie als Indikator für die Grundwassergüte.
Die Verweildauer des Wassers unter der Erde ist unterschiedlich, kann Jahrzehnte oder auch Millionen Jahre dauern. In letzterem Fall wird es fossiles Grundwasser genannt, solche uralten Vorkommen befinden sich zum Beispiel tief unter der Sahara. In den oberen zwei Kilometern der Erdkruste verweilt das Grundwasser meist kürzere Zeit und tritt in Quellen oder Brunnen wieder an die Oberfläche.

Nutzung von Grundwasser
In vielen Regionen ist Grundwasser das wichtigste Rohwasser für die Trinkwassergewinnung, vor allem in regenarmen Zeiten. Zu Trinkwasser wird es in Wasserwerken aufbereitet. Direkt aus dem Gartenbrunnen darf Grundwasser in der Regel nur als Gießwasser genutzt werden. Darüber hinaus wird Grundwasser in Landwirtschaft und Industrie als Nutzwasser eingesetzt und kann mit Hilfe eine Grundwasserwärmepumpe Gebäude beheizen.