mini|Grobwasserfilter, Einlauf zu einer Zisterne auf Burg Ochsenstein (12. Jahrhundert) mini|Detailaufnahme mini|Betonfilter mit Filtereinsatz im ehemaligen Wasserwerk in Bautzen-Strehla, erbaut um 1893, heute technisches Baudenkmal mini|Informationstafel über ein Retentionsbodenfilter der Berliner Wasserbetriebe (2009) Ein Wasserfilter ist eine Vorrichtung zur Verbesserung der Wasserbeschaffenheit. Diese Verbesserung besteht im Allgemeinen darin, Partikel wie Trübstoffe bzw. Mikroorganismen oder unerwünschte im Wasser gelöste Substanzen zu entfernen oder ihre Konzentration zu senken.

Zu unterscheiden ist zwischen rein physikalischen, mechanisch mittels Sieben arbeitenden Filtern und solchen, die chemisch-physikalische Effekte zur Entfernung von gelösten Substanzen ausnutzen: Zur ersten Gruppe gehören z. B. Kies-, Stein-, Kunststoff-, Metall-, Sand- oder Polstofffilter usw. sowie die Ultra- bzw. Mikrofiltration. In diesen Systemen werden im Wesentlichen partikuläre Inhaltsstoffe abgetrennt, die für ein Passieren der Filterschüttung bzw. der Membrane zu groß sind (Siebeffekt). Im Wasser gelöste Stoffe werden hingegen im Falle von organischen Substanzen durch Adsorption bspw. an Aktivkohle aus dem Wasser entfernt oder aber, sofern es sich um Ionen handelt, durch Ionenaustausch an Ionenaustauschermaterialien sowie beispielsweise Calcium- oder Magnesium-Kationen.

Eine gewisse Sonderstellung nehmen die Diffusionsmembranen der Nanofiltration und Umkehrosmose ein: Mit diesen Membranen ist es möglich, sowohl einen Großteil der gelösten organischen Inhaltsstoffe als auch einen Großteil der gelösten Salze (Ionen) aus dem Wasser zu entfernen.

Trinkwasserfilter mini|links|Wasserwerk Weiler, Stahlfilter-Brunnen (Infotafel) mini|Historisch: Rotierendes Wasser-Grobfilter-Sieb im Yosemite Hydroelectric Power Plant, Yosemite Village, Mariposa County, Kalifornien, USA Das in Deutschland abgegebene Trinkwasser muss den Anforderungen der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) entsprechen und wird regelmäßig nach deren Vorgaben untersucht. Dadurch ist eine relativ gute Wasserqualität flächendeckend gewährleistet. Von der Trinkwasserverordnung bisher nicht geregelte und daher auch nicht untersuchte Stoffe können vor allem in Oberflächenwasser, seltener auch im Grundwasser enthalten sein. Mit fortschreitender Analysentechnik und aufgrund diverser Screeninguntersuchungen werden solche Stoffe gelegentlich in Oberflächenwässern und manchmal auch im Trinkwasser gefunden. Ist dies der Fall, erfolgt stets eine Bewertung dieser Stoffe durch das Umweltbundesamt bzw. die Trinkwasserkommission, mit entsprechenden Empfehlungen für die Wasserversorger. Dennoch sind, nicht zuletzt aufgrund des sogenannten analytischen Fensters, Restrisiken nicht mit Sicherheit auszuschließen, da es nicht möglich ist, ein Wasser auf wirklich „alle“ Substanzen zu untersuchen. Solche Restrisiken sind, zumindest in Deutschland, als sehr gering einzustufen. Trotzdem besteht bei manchen Menschen das Bedürfnis, durch zusätzliche Filtereinrichtungen das Wasser zusätzlich zu behandeln und somit bspw. gelöste organische Substanzen weitergehend aus dem Wasser zu entfernen.

Ferner wird in einem Teil der Trinkwasserversorgungsgebiete vergleichsweise hartes Wasser mit einer Trinkwasserhärte von über 12 °dH bzw. 21 °fH eingespeist. Diese Wasserhärte wird von einem Teil der Bevölkerung als nachteilig empfunden, da die Härte zum einen zu einem erhöhten Aufwand bei der Wartung von Warmwassergeräten und zum anderen zu einem Mehrverbrauch bei Wasch- und Reinigungsmitteln führt. Nicht zuletzt kann eine hohe Wasserhärte den Geschmack von Getränken, wie Tee oder Kaffee, beeinträchtigen.

Ort der Wasserbehandlung Wasserwerk mini|links|Offene Filter im Wasserwerk auf der ostfriesischen Nordseeinsel Juist

Grobfilter in der häuslichen Installation mini|Eine mit Rostpartikeln zugesetzte Metallsieb-Wasserfilter-Patrone (inklusive Feinfilter) Zum Schutz vor dem Eintrag etwaiger aus dem lokalen Versorgungsnetz gelöster Teile und Substanzen (z. B. Rostpartikel aus älteren Gusseisenrohren) können Grobfilter z. B. vor der Wasseruhr an der Hauptabnahmestelle installiert werden.

Wasserbehandlung im Haushalt Um sich vor möglicherweise im Trinkwasser vorkommenden Substanzen zu schützen, ist es ausreichend, nur das Wasser zu behandeln, das tatsächlich getrunken wird, d. h. direkt an der Entnahmestelle. Zum Einsatz kommen fest installierte Anlagen oder „Kannensysteme“, bei denen das Trinkwasser zunächst gezapft und dann „portionsweise“ aufbereitet wird. Es werden vorwiegend Systeme verwendet, die gelöste organische Substanzen aus dem Wasser entfernen wie Aktivkohlefilter, Umkehrosmosemembranen oder eine Kombination aus beiden Verfahren. Zum Teil werden Ionenaustauscher eingesetzt.

Offene Systeme mini|hochkant|Kannenfilter und Filter-Kartusche (bzw. -Patrone) (vorn) Länger bekannt sind bereits auf Ionentauschern basierende, sog. offene Filtersysteme, die ähnlich einem Getränkekrug mit Leitungswasser gefüllt werden und gefiltertes Wasser beim Ausgießen abgeben (Kannenfilter). Die Filterleistung der Kannenfilter ist aufgrund ihres Aufbaus allerdings sehr eingeschränkt – so veröffentlichen die großen Hersteller auch keine genauen Zahlen zur Reduzierung einzelner Schadstoffe aus dem Trinkwasser. Kannenfiltersysteme bergen zudem die Gefahr der Verkeimung in nicht rechtzeitig gewechselten Filterkartuschen oder unsauberen Kannen. Auch zum Produzieren größerer Mengen sind sie wenig geeignet, ihre Stärke liegt in der Herstellung von Kaffee- oder Teewasser. In Gebieten mit hoher Wasserhärte sind bei der Benutzung von Kannenfiltern deutlich weniger Kalkablagerungen in Geräten zur Heißwasserbereitung und anderen Gefäßen zu beobachten. Für Wasser, das in Behältnisse abgefüllt wird, müssen die Grenzwerte am Punkt der Abfüllung eingehalten werden, d. h. am Zapfhahn ( der Trinkwasserverordnung). Damit gelten die strengen mikrobiologischen Parameter der Trinkwasserverordnung nicht für Wasser aus Wasserfiltern im Privat-Haushalt.

Untertisch-Filter mini|Aktivkohle-Blockfilter und Filtergehäuse für die feste Untertischinstallation Für die Filterung von Trinkwasser können auch fest „untertisch“ installierte Filter verwendet werden, so dass über einen gesonderten Wasserhahn oder einen speziellen Wasserhahn mit einem extra-Auslauf gefiltertes Wasser bezogen werden kann. Die Durchflussmenge dieser entnahmestellenbezogenen Filter ist für das Zapfen einzelner Portionen ausreichend, für die Haushaltsversorgung mit 2 bis 3 l/min jedoch zu gering. Auch bei diesen Filtern ist der regelmäßige mindestens halbjährliche Filtertausch obligatorisch.

Hauswasseranlagen

Eine andere Möglichkeit besteht in der Behandlung des gesamten in einem Haushalt verwendeten Wassers. Hier wird eine Aufbereitungsanlage direkt hinter dem Hausanschluss bzw. der Wasseruhr installiert. Im Vordergrund steht bei diesen Anlagen häufig die Enthärtung, so dass hier hauptsächlich Ionenaustauscheranlagen zur Anwendung kommen. Seltener werden hier Systeme eingesetzt, die auch gelöste organische Substanzen entfernen.

Aufbereitungsverfahren

Aktivkohle Aktivkohle ist in der Lage, gelöste organische Spurenstoffe, wie z. B. Pestizidwirkstoffe und deren Metabolite oder Medikamentenrückstände durch Adsorption dieser Stoffe aus dem Wasser zu entfernen. Je unpolarer die Stoffe sind, desto besser werden sie an Aktivkohle adsorbiert. Ionische Substanzen, wie Mineralien, Salze und Kalk, verbleiben dagegen im Wasser.

Ionenaustauscher Wie der Name sagt, sind Ionenaustauscher in der Lage, bestimmte Anionen bzw. Kationen im Wasser durch andere Ionen zu ersetzen. Je nach Ionenaustauschertyp können bspw. die Härtebildner Calcium- und/oder Magnesium-Ionen gegen andere Kationen ausgetauscht werden. In Geschirrspülmaschinen sind bspw. Ionenaustauscher integriert, die die Härtebildner durch Natriumionen ersetzen, um unerwünschte Kalkablagerungen zu verhindern. Ungeladene organische und anorganische Substanzen passieren den Ionenaustauscher ungehindert. Die Rückhaltung suspendierter Partikel ist ein eher unerwünschter Nebeneffekt, der das Ionenaustauscherharz verunreinigt. Ionenaustauscher werden in der Regel mit Natronlauge bzw. Salzsäure oder „Salzlaugen“ (im Geschirrspüler ist dies Natriumchlorid) regeneriert, d. h. die aufgenommenen Ionen aus dem Wasser werden wieder durch Hydroxid- bzw. Hydroniumionen bzw. Natrium-Ionen ersetzt.

Elektroentionisierung (EDI) mini|Diagramm: EDI (Elektrodeionisation) Die Elektroentionisierung oder kontinuierliche Elektroentionisierung (CEDI) ist eine Kombination aus Ionentauscher und Dialysegerät. Aus dem Wasser entfernt werden CO2, Ionen, Silikate und Borate. Während des Prozesses entsteht eine konzentrierte (Konzentrationskanal) und eine gereinigte (Produktwasserkanal) Lösung.

Aufbau und Funktion: Mehrere wasserdurchströmte, sich zwischen einem elektrischen Feld befindliche Ionentauscherschichten sind durch ionenselektive Membranen von den benachbarten Konzentratkanälen getrennt. Auf einer Seite der Ionentauscherharzschicht befinden sich jeweils anionenselektive auf der anderen kationenselektive Membranen. Nun wird eine Spannung angelegt. Positiv geladene Kationen bewegen sich zur negativ geladenen Kathode und Anionen zur Anode. Allerdings kommen sie nicht weit: Den Produktwasserkanal können sie verlassen und in den Konzentrationskanal eindringen, aber dann wird diesen der Weg durch eine für sie nicht permeable Membran versperrt und sie werden im Konzentratwasser weggespült. Die Ionenaustauscherharze sind notwendig, da das Wasser mit zunehmender Reinheit auch seine Leitfähigkeit verliert. So bildet das Harz eine Leitungsbrücke.Rudolf Voigt, Alfred Fahr: Pharmazeutische Technologie. 11. Auflage. S. 140, Deutscher Apotheker Verlag, Stuttgart 1010, ISBN 978-3-7692-5003-9. Die Regeneration des Ionentauschers erfolgt kontinuierlich durch Dissoziation des Wassers im elektrischen Feld. Bei diesem Verfahren werden weder chemische Regenerationsmittel benötigt, noch giftige Abfälle oder pH-Sprünge im Produktwasser produziert.

Umkehrosmose mini|Umkehrosmoseanlage zur Wasseraufbereitung für Aquarien