Inhaltsverzeichnis

1  Einleitung.  1

2  Rechtsvorschriften  3

2.1  Wasserhaushaltsgesetz (WHG)  3

2.2  Trinkwasserverordnung (TrinkwV)  3

2.3  Düngemittelgesetz (DMG)  4

2.4  Düngeverordnung  4

2.5  Die EU-Verordnung 2092/91.  4

2.6  Die EU-Verordnung 2078/92.  5

3  Aufbereitungsanlagen.  7

3.1  Einführung  7

3.2  Aufbereitungsverfahren.  7

3.2.1  Umkehrosmoseanlagen  7

3.2.2  Ionenaustauschanlagen  9

3.2.3  Biologische Aufbereitungsverfahren  10

3.3  Für diese Arbeit berücksichtigte Untersuchungen  11

3.4  Ergebnisse  11

3.4.1  Umkehrosmoseanlagen  12

3.4.2  Ionenaustauschanlagen  15

3.5  Bewertung der Ergebnisse.  18

3.6  Zusammenfassung und Schlußfolgerung  19

4  Anschluß an die öffentliche Versorgung  23

4.1  Einführung  23

4.2  Anschlußpreise der Wasserversorger.  23

4.3  Berechnung der Kosten  24

4.3.1  Vorgehensweise zur Kostenberechnung  24

4.4  Ergebnisse  28

4.5  Wirtschaftliche Bewertung der Maßnahme  29

4.6  Ökologische und gesundheitliche Bewertung der Maßnahme  30

4.7  Zusammenfassung und Diskussion  31

5  Verlagerung von Brunnen und Tieferbohren.  35

5.1  Brunnenarten.  35

5.2  Nitrat-Entlastungspotential  35

5.3  Kosten  35

5.4  Bewertung der Maßnahme.  36

5.5  Zusammenfassung und Diskussion  37

6  Nutzungsänderungen.  39

6.1  Einführung  39

6.2  Ursachen der Nitratbelastung des Grundwassers  41

6.3  Stickstoff-Reduktionspotentiale in der Pflanzenproduktion  43

II  Inhalt  

6.3.1  Pflanzengerechte Düngung.  44

6.3.2  Ausbringungstermin und -technik.  47

6.3.3  Verbesserung der Fruchtfolgegestaltung  48

6.4  Stickstoff-Reduktionspotentiale in der Tierproduktion.  50

6.4.1  Begrenzung des Viehbesatzes bzw. der Höhe der Wirtschaftsdüngung  50

6.4.2  Verbesserung der N-Ausnutzung des Futters.  51

6.4.3  Verteuerung von Importfuttermitteln.  51

6.4.4  Zwischenbetrieblicher Ausgleich von Wirtschaftsdüngern.  52

6.5  Düngepraxis und Einsparmöglichkeiten im Landkreis Osnabrück.  52

6.5.1  Methodik der Bilanzierung bei BECKER  54

6.5.2  Modifizierung des Modells von BECKER  56

6.5.3  Bestimmung der Modellparameter  57

6.5.4  Beschreibung des verwendeten Modells  60

6.5.5  Anwendung des Modells auf den Landkreis Osnabrück.  61

6.6  Ökologischer Landbau  70

6.6.1  Definition des Begriffs „ökologischer Landbau“  70

6.6.2  Verbände des ökologischen Landbaus  72

6.6.3  Stickstoffbelastungen durch ökologischen Landbau.  73

6.6.4  Anwendung des modifizierten Modells von BECKER auf den ökologischen Landbau  74

6.6.5  Wirtschaftliche Folgen (Kosten, Erträge)  80

6.7  Flächenstillegungen  83

6.7.1  Stillegungsauflagen  83

6.7.2  Stillegungsprämien.  84

6.7.3  Stickstoff-Reduktionspotentiale  84

6.7.4  Bewertung der Maßnahme.  85

6.8  Zusammenfassung und Auswertung aller Maßnahmen zur Änderung der Flächennutzung  85

6.9  Schlußfolgerung und Ausblick.  86

7  Vergleichende Bewertung aller Maßnahmen  87

7.1  Halbwertszeit des Nitrats im Grundwasser  87

7.2  Wirtschaftlicher Vergleich der kurzfristigen Maßnahmen.  87

7.3  Wirtschaftlicher Vergleich der langfristigen, vorsorgenden Maßnahmen  90

7.4  Ökologischer Vergleich der kurzfristigen Maßnahmen  90

7.5  Ökologischer Vergleich der langfristigen Maßnahmen  91

7.6  Schlußfolgerung und Ausblick.  91

7.7  Zusammenfassung des Vergleichs  92

8  Diskussion und Ausblick  93

9  Zusammenfassung  95

Danksagung   97

Literatur   99

Anhang 103   

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Stromkosten durch verschiedene Umkehrosmoseanlagen............................................. 14 Tabelle 2: Wasserkosten in DM bei Umkehrosmoseanlagen (UO).................................................. 15 Tabelle 3: Salzkosten bei verschiedenen Ionenaustauschanlagen ................................................. 17 Tabelle 4: Wasserkosten in DM bei Ionenaustauschern (IA) ........................................................... 17 Tabelle 5: Zusammenfassung der Vor- und Nachteile verschiedener Aufbereitungsverfahren....... 21

Tabelle 6: Anzahl der Brunnen im Buffer und Kosten ...................................................................... 28 Tabelle 7: Vergleich der Anschlußkosten in Agglomerationen und einzeln für den Bereich des Wasserbeschaffungsverbandes Bersenbrück .................................................................. 29 Tabelle 8: Jährliche Wasserkosten bei einem Anschluß an die öffentliche Versorgung.................. 30 Tabelle 9: Wasserkosten in DM bei Tieferbohrung oder Verlagerung eines Brunnens ................... 36 Tabelle 10: Abhängigkeit der Verdunstung von der Bodenbedeckung nach ROHMANN UND

SONTHEIMER (1985, S. 116) ............................................................................................... 43 Tabelle 11: N-Freisetzung im Boden durch langjährige Anwendung organischer Dünger (nach

DÖHLER, 1996, S. 11) ........................................................................................................ 46 Tabelle 12: Nitratentlastungspotentiale in der Pflanzenproduktion .................................................. 53 Tabelle 13: Nitratentlastungspotentiale in der Tierproduktion.......................................................... 54 Tabelle 14: Erträge, Stickstoffgehalte und -bedarf und Anrechnung der N-Einträge von

Anbaufrüchten (nach BECKER, 1996, S. 45)...................................................................... 58 Tabelle 15: N-Anfall (BECKER, 1996, 35), N min -Anteil (DÖHLER, 1996, S. 8 und LANDWIRTSCHAFTSKAMMER, 1997) und Volatilisation (Döhler, 1996, S. 12) nach Vieharten 59 Tabelle 16: N min -Gehalte in kg/ha am Ende der Vegetationszeit bei Ernten mit optimalem Ertrag

(DÖHLER, 1996, S. 14) ....................................................................................................... 59 Tabelle 17: Ergebnisse der Szenarien ............................................................................................. 66 Tabelle 18: Ökologischer und koventioneller Landbau im Vergleich (BML, 1997a) ........................ 76 Tabelle 19: Umrechnungsfaktoren für den ökologischen Landbau.................................................. 77 Tabelle 20: Viehzahlen und Anbauflächen der Öko-Szenarien im Vergleich zum konventionellen

Basis-Szenario .................................................................................................................. 79 Tabelle 21: Ergebnisse der Szenarien Öko-1 bis Öko-3 im Vergleich mit dem konventionellen Basis-Szenario und dem konventionellen Szenario 1+2 .................................................. 79 Tabelle 22: Betriebe des ökologischen Landbaus (Haupterwerbsbetriebe 1995/96), BML (1997) . 81 Tabelle 23: Wirtschaftlicher Vergleich von kurzfristigen Maßnahmen in einem Zeitraum von 30

Jahren ............................................................................................................................... 88 Tabelle 24: Wirtschaftlicher Vergleich von kurzfristigen Maßnahmen in einem Zeitraum von 30 ³ sortiert ............................................................................................. 89 Jahren, nach DM/m

Tabelle 25: Alle Agglomerationen in Leitungsbuffern im Nordkreis Osnabrück ............................. 103 Tabelle 26: Vieheinheiten für ausgewählte Tierarten (nach ALSING, 1992, S. 638) ....................... 106

IV

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Das Prinzip der Umkehrosmose.  

Abbildung  2: Veranschaulichung der Abstandsberechnungsformel.  

Abbildung  3: Brunnenagglomeration in verschiedenen Buffer-Zonen.  

Abbildung  4: Schema zur Berechnung der Durchschnittsradien.  

Abbildung  5: Stickstoffkreislauf im Boden (ROHMANN UND SONTHEIMER, 1985, S. 165)  

Abbildung  6: N-Charakteristik verschiedener Wirtschaftsdünger (nach DÖHLER, 1996, S. 8)  

Abbildung  7: Stickstoffüberschüsse verschiedener Szenarien im Vergleich.  

Abbildung  8: Beispieltabelle für das Berechnungsmodell von BECKER (1996)  

Einleitung 1

1 Einleitung

Wasser ist der Hauptbestandteil lebender Materie und stellt für den Menschen das wichtigste Lebensmittel dar. Deshalb werden hohe Anforderungen an die Qualität des Trinkwassers gestellt. ³ Wasser, die sich auf der Erde befinden, sind etwa 92,2% Prozent Von den rund 1,4 Milliarden km

Salzwasser und weitere 2,2% als Eis fest gebunden und somit nicht direkt nutzbar. Nur 0,6% der gesamten irdischen Wassermenge sind als Süßwasser in Flüssen, Seen und Grundwasser verfüg- ¹ bar . Wasser gibt es somit nur scheinbar im Überfluß.

Da Deutschland sich jedoch in einer gemäßigten Klimazone befindet und sich ein mittlerer Jahres- ² niederschlag von 768 mm ergibt , gehört es zu den Gebieten der Erde, die ausreichend mit Wasser versorgt sind. Dies kann sich jedoch nur auf die prinzipiell verfügbare Wassermenge beziehen. Von viel entscheidenderer Bedeutung ist die Wasserqualität. Durch Überdüngung, Versalzung, Aufwärmung und viele andere Faktoren nimmt die Belastung der Gewässer ständig zu, was dazu führt, daß auch im wasserreichen Deutschland die Versorgung mit einwandfreiem Trinkwasser nicht überall garantiert werden kann.

In Deutschland sind 97,7% der Bevölkerung an die öffentliche Trinkwasserversorgung angeschlossen. Wie in vielen ländlich geprägten Gebieten Deutschlands auch, ist der Anschlußgrad im Land- ³ kreis Osnabrück mit 87,9% (1994) geringer als der Durchschnittswert . Nicht angeschlossene

Haushalte müssen ihr Trinkwasser aus eigenen Hausbrunnen beziehen, die natürlich auch mit Schadstoffen belastet sein können. Einer dieser Belastungsfaktoren ist das Nitrat. Nitrate sind die Salze der Salpetersäure und gehören zu den Hauptnährstoffen im Boden. Sie werden dort von Mikroorganismen aus dem Luftstickstoff oder aus stickstoffhaltigen organischen Stoffen gebildet. Die Primärtoxizität von Nitrat selbst ist gering. Im menschlichen Körper oder in der Nahrung kann Nitrat jedoch zu Nitrit reduziert werden, welches bei Säuglingen Methämoglobinämie hervorrufen kann. In Verbindung mit Aminen kann es in Nitrosamine umgewandelt werden, die im ⁴ Verdacht stehen, krebserregend zu wirken .

Durch die übermäßige Ausbringung von Stickstoff auf die landwirtschaftlichen Nutzflächen kann Nitrat ins Grundwasser gelangen. Dieses Problem besteht auch im Landkreis Osnabrück. Hier befinden sich etwa 7.500 private Trinkwasserbrunnen, von denen rund 25% Nitratwerte von mehr als 50 mg/l aufweisen. In dieser Arbeit sollen die grundsätzlichen Entlastungsmöglichkeiten vorgestellt, erläutert und aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht miteinander verglichen werden. Zu den möglichen Maßnahmen gehören auf der einen Seite solche, die der Brunnenbetreiber selbst durchführen bzw. veranlassen kann und die nichts an der generellen Grundwasserqualität ändern. Zu diesen nachsorgenden „End-of-pipe“-Maßnahmen gehören die Installation von Was-

¹ UMWELTBUNDESAMT (1993), S. 193

² UMWELTBUNDESAMT (1994), S. 320

³ FIP (1996), S. 12

⁴ VERBRAUCHER-ZENTRALE (1993), S. 8

Einleitung 2

seraufbereitungsanlagen, der Anschluß an die öffentliche Trinkwasserversorgung und das Verlagern oder Tieferbohren des Trinkwasserbrunnens (Kapitel 3 bis 5). Zum anderen gibt es, neben diesen kurzfristigen und symptomatisch wirkenden Maßnahmen, Möglichkeiten, die Nitratbelastung des Grundwassers ursächlich zu bekämpfen. Zu den wichtigsten gehört die Reduktion der aufgebrachten Stickstoffmenge. In Kapitel 6 wird dargestellt, inwiefern die Landwirtschaft zu den der Nitratbelastungen beiträgt. Die verschiedenen Ansatzpunkte, die zu einer Reduktion der ausgebrachten Stickstoffmenge führen können, werden erläutert sowie wirt- schaftlich und ökologisch bewertet.

Rechtsvorschriften 3

2 Rechtsvorschriften

5 2.1 Wasserhaushaltsgesetz (WHG)

Im Wasserhaushaltsgesetz (WHG) vom 23.9.1986 wird der grundsätzlichen Bedeutung des Wassers für die belebte Natur Rechnung getragen. Ebenso finden die wichtigen Funktionen des Wassers für die Wirtschaft Beachtung.

Das Wasserhaushaltsgesetz gilt für oberirdische Gewässer (Flüsse, Seen), Küstengewässer und das Grundwasser. Es enthält den Grundsatz, daß die Gewässer als Bestandteil des Naturhaushaltes so zu bewirtschaften sind, daß sie dem Wohl der Allgemeinheit und im Einklang mit ihm auch dem Nutzen einzelner dienen und daß jede vermeidbare Beeinträchtigung unterbleiben muß (WHG, § 1a Abs. 1). Ebenfalls Grundsätzliches regelt § 1a, Abs. 2: „Jedermann ist verpflichtet, bei Maßnahmen, mit denen Einwirkungen auf ein Gewäs-ser verbunden sein könnten, die nach den Umständen erforderliche Sorgfalt anzu-

wenden, um eine Verunreinigung des Wassers oder eine sonstige nachteilige Verän-

derung seiner Eigenschaften zu verhüten und um eine mit Rücksicht auf den Wasser-

haushalt gebotene sparsame Verwendung des Wassers zu erzielen.“

Die Ziele des Wasserhaushaltsgesetzes werden von § 1, Abs.1, §§ 19a ff. (wassergefährdende Stoffe) und § 34 (Reinhaltung des Grundwassers) bestimmt. Die vorgeschriebenen Maßnahmen sollen Verunreinigungen erst gar nicht entstehen lassen. Für Landwirte von besonderer Bedeutung ist § 34, Abs. 2. Hier wird bestimmt, daß Stoffe nur so gelagert oder abgelagert werden dürfen, daß eine schädliche Verunreinigung oder sonstige nachteilige Veränderung des Grundwassers nicht stattfinden kann. Speziell für Gülle- und Jauchegruben und Futtersilos gilt § 19g, Abs. 2: Beschaffenheit, Bauweise, Unterhalt und Betrieb müssen so sein, daß der bestmögliche Schutz der Gewässer gegeben ist. Ebenfalls von besonderer Bedeutung für die Landwirtschaft ist § 22. In Absatz 1 wird haftbar gemacht, wer „in ein Gewässer Stoffe einbringt oder einleitet oder wer auf ein Gewässer derart einwirkt, daß die physikalische, chemische oder biologische Beschaffenheit des Wassers verändert wird (…)“. Nach Absatz 2 besteht auch dann Schadensersatzverpflichtung, wenn keine direkte Einbringung erfolgt, sondern Stoffe aus einer Anlage in ein Gewässer gelangen. Diese Verpflichtung gilt nicht in Fällen höherer Gewalt.

Verstöße gegen Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes können als Ordnungswidrigkeiten mit einer Geldbuße von bis zu 100.000 DM belegt oder als Straftaten geahndet werden.

2.2 Trinkwasserverordnung (TrinkwV)

Die Trinkwasserverordnung wurde am 5.12.1990 auf der Grundlage des Bundesseuchengesetzes ⁶ und des Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetzes (LMBG) erlassen . Sie enthält u.a. Bestimmungen über die Beschaffenheit des Trinkwassers, die Pflichten des Unternehmers oder sonstigen Betreibers einer Wasserversorgungsanlage, die Überwachung durch das Gesundheitsamt,

⁵ BECK (1995), S. 191 ff.

⁶ UMWELTBUNDESAMT (1993), S. 181

Rechtsvorschriften 4

Grenzwerte für gesundheitsschädliche chemische Stoffe, Angaben über chemische und bakterielle Untersuchungsverfahren sowie Angaben über Art und Häufigkeit von Wasseruntersuchungen. Die Grenzen für Wasserinhaltsstoffe sind so festgelegt, daß bei lebenslanger Aufnahme keine schädlichen Folgen zu erwarten sind.

1990 wurde die Trinkwasserverordnung neu formuliert, um sie an die EG-Richtlinie „Qualität des Wassers für den menschlichen Gebrauch“ anzupassen. Zu den wichtigsten Änderungen gehört die Absenkung des Nitrat-Grenzwertes von 90 mg/l auf 50 mg/l.

2.3 Düngemittelgesetz (DMG)

⁷ vom 15.11.1977 in der Fassung vom 12.7.1989 regelt die Zulassung von Das Düngemittelgesetz

Düngemitteln und deren Typisierung und dient gleichzeitig dem Bodenschutz, indem die Zulassung von Düngemitteln davon abhängig gemacht wird, ob diese bei sachgerechter Anwendung den Naturhaushalt stören oder die Bodenfruchtbarkeit beeinträchtigen. Es beinhaltet ebenfalls die Grundsätze einer guten fachlichen Praxis (§1a, Absatz 2). In Absatz 3 wird der Bundesminister für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten ermächtigt, im Einvernehmen mit dem Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Grundsätze der guten fachlichen Praxis näher zu bestimmen. Eine solche Verordnung liegt mit der Düngeverordnung vor.

2.4 Düngeverordnung ⁸ wurde neu gefaßt Die Verordnung über die Grundsätze der guten fachlichen Praxis beim Düngen und trat mit ihren grundsätzlichen Regelungen am 6.2.1996 und mit ihren besonderen Regelungen am 1.7.1996 in Kraft. Sie ist bundeseinheitlich und ersetzt die entsprechenden Regelungen für die landwirtschaftliche Düngung nach dem Abfallrecht (Abfallgesetz, § 15), wonach die Länder hierzu ⁹ eigenverantwortlich Rechtsverordnungen erlassen konnten .

Die Düngeverordnung „(…) gilt für landwirtschaftlich und gartenbaulich genutzte Flächen. Ausgenommen sind Haus- und Nutzgärten sowie bodenunabhängige Kulturen, wie sie z.B. in Gewächshäusern anzutreffen sind.“ (§ 1)

An dieser Stelle soll die Düngeverordnung nicht eingehender erläutert werden. Dies wird in Kapitel 6, wo die Problematik der Stickstoffbelastung durch die Landwirtschaft dargelegt wird, in den entsprechenden Zusammenhängen geschehen.

2.5 Die EU-Verordnung 2092/91

Die „Verordnung (EWG) Nr. 2092/91 des Rates vom 24. Juni 1991 über den ökologischen Landbau ¹⁰ und die entsprechende Kennzeichnung der landwirtschaftlichen Erzeugnisse und Lebensmittel“ wurde erlassen, weil Produkte aus ökologischem Landbau beim Verbraucher immer beliebter werden und der Verbraucher vor Produkten geschützt werden sollte, die zu Unrecht mit dem Attribut „ökologisch“ versehen sind.

⁷ BECK (1995), S. 852 ff.

⁸ DÜNGEVERORDNUNG (1996)

⁹ BECK (1995), S. 259

¹⁰ EU (1991)

Rechtsvorschriften 5

Die Verordnung regelt u.a. die Etikettierung von Ökoprodukten, die Erzeugungsvorschriften und Kontrollverfahren.

An dieser Stelle sind die Erzeugungsvorschriften von besonderer Wichtigkeit. Anhang I dieser Verordnung stellt die Grundregeln des ökologischen Landbaus für Agrarbetriebe auf. Die ökologische Tierhaltung und Maßgaben für tierische Erzeugnisse werden noch nicht geregelt.

Für Pflanzen und Pflanzenerzeugnisse gelten folgende Vorschriften:

1. Betriebe, die ihre Bewirtschaftung von der konventionellen auf die ökologische umstellen, müssen einen Umstellungszeitraum von mindestens zwei Jahren beachten. Bis dahin dürfen die Produkte nicht als „ökologisch“ gekennzeichnet werden.

2. Die Verwendung von Mineraldünger ist nicht erlaubt. Wirtschaftsdünger dürfen nur dann verwendet werden, wenn die Exkremente von ökologisch gehaltenen Tieren stammen. Produkte aus der Intensivtierhaltung sind nicht gestattet.

3. Chemisch-synthetische Pflanzenbehandlungsmittel sind nicht gestattet. Zusatzstoffe wie Hornmehl und ähnliches, die der biologisch-dynamische Landbau vorsieht, sind aber zugelassen. Die Erhaltung und Steigerung der Fruchtbarkeit und biologische Aktivität soll sonst durch eine geeignete Fruchtfolge, wie z.B. die Einbeziehung von Leguminosen, erzielt werden.

Die Verordnung sieht ein Kontrollverfahren vor, das mindestens einmal jährlich von einer amtlich zugelassenen neutralen Kontrollstelle durchgeführt wird. Im Gegensatz zu den AGÖL-Richtlinien, die Teilumstellungen ausdrücklich verbieten, läßt die EU-Verordnung hier einen Spielraum zu: „Die Erzeugung muß in einer Betriebseinheit erfolgen, die hinsichtlich ihrer Parzellen, der Produktionsstätten sowie ihrer Lagerplätze eine von jeder anderen Einheit, die nicht nach den Produktionsregeln dieser Verordnung arbeitet, deutlich getrennte Einheit darstellt; Verarbeitungs- und/oder Verpackungsanlagen können Teil dieser Betriebseinheit sein, soweit ihre Tätigkeit sich auf die Verarbeitung und/oder Verpackung der eigenen landwirtschaftlichen Erzeugung beschränkt.“ (Anhang III, Absatz A.1)

2.6 Die EU-Verordnung 2078/92

Die „Verordnung (EWG) Nr. 2078/92 des Rates vom 20. Juni 1992 für umweltgerechte und den ¹¹ regelt die Fördenatürlichen Lebensraum schonenden landwirtschaftliche Produktionsverfahren“ rung von umweltgerecht wirtschaftenden landwirtschaftlichen Betrieben. Nach Artikel 2, Absatz 1 der Verordnung 2078/92 sind Betriebe u.a. dann beihilfefähig, wenn sie sich verpflichten, Dünge- und Pflanzenschutzmittel nur eingeschränkt anzuwenden und biologische Anbauverfahren zu bevorzugen. Ebenso wird die Extensivierung von Flächen, die Pflege aufgegebener Flächen und eine 20-jährige Stillegung gefördert. Die Förderungshöhen betragen nach Artikel 4, Absatz 2, z.B. 250 ECU/ha für bestimmte einjährige Kulturen und Grünland, 210 ECU je verringerte Großvieheinheit des Rinder- oder Schafbestandes, 250 ECU/ha für die Pflege aufgegebe-

¹¹ EU (1992)

Rechtsvorschriften 6

ner Flächen, 600 ECU/ha für die Stillegung von Ackerflächen und 250 ECU/ha „für den Anbau und die Vermehrung von an die lokalen Bedingungen angepaßten und von der genetischen Erosion bedrohten Nutzpflanzen“.

Aufbereitungsanlagen 7

3 Aufbereitungsanlagen

3.1 Einführung

Bereits durchgeführte Untersuchungen ergaben, daß knapp 1.900 private Trinkwasserbrunnen im Landkreis Osnabrück Nitratbelastungen von über 50 mg/l aufweisen. Dies sind etwa 25% aller Hausbrunnen im Landkreis Osnabrück. Für die Besitzer dieser Brunnen stellt sich das Problem, daß sie binnen kurzer Zeit Wasser benötigen, das frei von Belastungen ist und die von der Trink-wasserverordnung geforderte Qualität hat. Es bedarf also einer Lösung, die schnell durchzuführen ist und sofortige Wirkung zeigt. Eine Möglichkeit bietet die Installation einer Aufbereitungsanlage. Hierbei wird das Trinkwasser wie bislang aus dem Privatbrunnen gefördert und mittels eines chemischen, physikalischen oder biologischen Verfahrens so verändert, daß das Endprodukt die geltenden Grenzwerte erfüllt.

Die möglichen Verfahren und deren Vor- und Nachteile sollen im folgenden erläutert werden.

3.2 Aufbereitungsverfahren

Grundsätzlich kommen drei verschiedene Verfahren zur Aufbereitung von mit Nitrat belastetem Trinkwasser in Frage. Dies sind:

• Umkehrosmose,

• Ionenaustausch und

• biologische Verfahren.

Alle Verfahren bieten sich prinzipiell für Besitzer von privaten Trinkwasserbrunnen an. Aufbereitungsanlagen werden jedoch nicht nur durch ihr Verfahren charakterisiert, sondern auch durch ihre Dimensionierung unterschieden. Es gibt auf der einen Seite sogenannte Kleinanlagen, die das Trinkwasser einer Zapfstelle und somit nur geringe Mengen, d.h. bis ca. 15 Liter am Tag, aufbereiten. Auf der anderen Seite stehen die Komplettanlagen, die so dimensioniert sind, daß sie das gesamte Wasser eines Haushaltes reinigen können. Sowohl Ionenaustauscher als auch Umkehrosmoseanlagen gibt es als Klein- oder Komplettanlagen. Mit biologischen Verfahren arbeitende Ablagen sind für die Aufbereitung größerer Wassermengen ausgelegt.

3.2.1 Umkehrosmoseanlagen

3.2.1.1 Verfahren

Das physikalische Verfahren der Umkehrosmose oder Hyperfiltration spielt großtechnisch besonders bei der Meerwasserentsalzung eine Rolle. Dabei wird das Rohwasser von seinen gelösten Inhaltsstoffen getrennt, indem es durch eine für die gelösten Substanzen nahezu undurchlässige Membran gepreßt wird. Während bei der Osmose das Lösungsmittel, zum Beispiel Wasser, auf-grund der osmotischen Druckdifferenz durch die Membran zur anfangs höher konzentrierten Lösung diffundiert, findet bei der Umkehrosmose genau der gegenteilige Prozeß statt. Durch Anlegen eines Drucks, der über dem osmotischen Druck liegt, wird das Lösungsmittel aus der konzentrier-

Aufbereitungsanlagen 8

ten Lösung verdrängt und durch die Membran in Richtung der weniger stark konzentrierten Lösung transportiert. Dabei teilt sich das Wasser auf in das an Inhaltsstoffen arme Permeat und das mit Inhaltsstoffen angereicherte Konzentrat. Das Permeat kann im Anschluß daran, je nach Qualität, wieder mit Rohwasser verschnitten werden und muß eventuell aufgehärtet, im pH-Wert korrigiert und desinfiziert werden.

Theoretisch ist durch die Umkehrosmose eine völlige Entsalzung des Trinkwassers möglich, während in Praxis der Druck dafür jedoch meist nicht ausreicht. Dennoch ist das Permeat sehr salzarm.

3.2.1.2 Aufbau

Umkehrosmoseanlagen sind meist mit einem Vorfilter ausgestattet, der grobe Verunreinigungen aus dem Rohwasser entfernt. Die Membran ist in einer durchströmbaren und druckfesten Einheit, dem Umkehrosmosemodul, angeordnet. Hier findet die Trennung des Rohwassers in Permeat (P) und Konzentrat (K) statt. Das Verhältnis P:K ist je nach Anlagetyp verschieden und kann zwischen ca. 1:1 und 1:10 und sogar höher liegen. Das heißt, daß für einen Liter aufbereitetes Wasser zwischen einem und zehn Liter Wasser und mehr zusätzlich verbraucht werden. Da bei der Umkehrosmose auch die im Wasser gelöste freie Kohlensäure die Membran gut passieren kann, ihre Salze (Carbonate, Hydrogencarbonate) jedoch mit dem Konzentrat abgeleitet werden, sinkt der pH-Wert im Permeat. Dies bedeutet, daß eine Nachbehandlung des Permeats erforderlich ist. Hierzu wird oft ein Filter zur Anhebung des pH-Wertes eingesetzt. Er besteht aus Calciumcarbonat oder einem Gemisch aus Calcium- und Magnesiumcarbonat und bewirkt die Bindung der freien Kohlensäure und die Erhöhung des Gehalts an Calcium, Magnesium und Hydrogencarbonat.

Umkehrosmoseanlagen können mit einer Druckerhöhungspumpe ausgerüstet sein, die die Permeatleistung der Anlage erhöht. Bei Komplettanlagen ist eine Druckerhöhung von in der Regel 14 bar erforderlich. Das Verhältnis P:K kann bei Komplettanlagen je nach Rohwasserqualität auf ma- ximal 1:1 eingestellt werden. Bei einem durchschnittlichen Gesamtwasserbedarf von ca. 144 Litern

Aufbereitungsanlagen 9

¹² ist ein 500 bis 1.000 Liter großer Speichertank erforderlich, um auch den am Tag pro Person Spitzenbedarf decken zu können.

Kleinanlagen können zwar ebenfalls mit einer Druckerhöhung ausgerüstet sein, es reicht jedoch ein Druck von drei bis fünf bar aus, der in der Regel schon von der Brunnenpumpe erzeugt wird. Das maximale Verhältnis von Permeat zu Konzentrat beträgt bei Kleinanlagen 1:2. Kleinanlagen besitzen zur Deckung des Spitzenbedarfs entweder geschlossene Druckbehälter oder drucklose offene Behälter zur Aufbewahrung von Trinkwasser. Druckbehälter haben den Nachteil, daß bei zunehmendem Füllungsgrad der Druck auf der Permeatseite zunimmt, der Druckunterschied dadurch sinkt und somit die Salzpassage durch die Membran erhöht wird. Dies führt zu einer Verschlechterung der Permeatqualität.

Viele Anlagen sind mit einem zusätzlichen Desinfektionsfilter ausgerüstet, der Silber oder Jodverbindungen enthält. Der Einsatz eines UV-Strahlers stellt eine weitere Möglichkeit zur Entkeimung dar.

Des weiteren gibt es häufig einen Nachfilter (meist Aktivkohle) zur Entfernung von weiteren Schadstoffen (z.B. Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmittel sowie gelöste organische Wasserinhaltsstoffe).

Die Membran einer Umkehrosmoseanlage ist äußerst empfindlich und kann durch Scaling und Fouling beschädigt werden. Scaling bedeutet, daß durch das Überschreiten der Löslichkeitsgrenze Salze auskristallisieren und sich an der Membran anlagern. Durch die Hinzugabe von Scalinginhi-bitoren oder durch vorhergehenden Kationenaustausch wird dieser Vorgang unterbunden. Fouling ist die Bezeichnung für den Prozeß der Ablagerung von Metallhydroxiden oder kolloidalen organischen und anorganische Stoffen an der Membran oder aber durch biologische Vorgänge im Membransystem.

3.2.2 Ionenaustauschanlagen

3.2.2.1 Verfahren

Beim Ionenaustauschverfahren durchläuft das Rohwasser ein Austauschharz, in das funktionelle Gruppen eingebaut sind. Zwischen den funktionellen Gruppen und der wäßrigen Lösung können Gegenionen gleicher Ladung ausgetauscht werden. Da der Austauscher ein Ion absorbiert und dafür ein anderes abgibt, ist seine Kapazität durch die Menge der vorhandenen Gegenionen begrenzt. Ist der Austauscher erschöpft, muß eine Regenerierung durchgeführt werden, d.h. der Austauscher wird in seinen Ausgangszustand zurückversetzt. Je nach Ladung der Ionen unterscheidet man zwischen Anionen- und Kationenaustauschern, außerdem je nach funktionellen Gruppen zwischen stark- und schwachbasischen Anionenaustauschern und stark- und schwachsauren Kationenaustauschern.

¹² UMWELTBUNDESAMT (1994) S. 321

Aufbereitungsanlagen 10

^- Beiden hier in Frage kommenden starkbasischen Anionenaustauschern werden NO 3 -Ionen meist

gegen Chloridionen ausgetauscht, was ein Ansteigen der Chloridkonzentration im Wasser zur Folge hat. Als Regeneriermittel wird Natriumchlorid oder Natriumhydrogencarbonat verwendet. In Anionenaustauschern wird neben Nitrat auch Sulfat ersetzt, was bei hohen Sulfatkonzentrationen im Rohwasser zu Problemen führt, da die meisten Austauschharze Sulfat mit größerer Präferenz als Nitrat binden.

Wird der Austauschharz über seine Kapazität hinaus ohne Regenerierung benutzt, besteht die Gefahr des Durchbruchs, d.h. zuvor gebundene Ionen lösen sich wieder aus dem Harz und verursachen eine Erhöhung der Ionenkonzentration im Wasser, anstatt sie zu verringern. Ein Mischbettionenaustauscher stellt eine Kombination aus Kationen- und Anionenaustauscher ⁺ -Form vorliegt. Hier dar. Das Wasser durchläuft zunächst einen Kationenaustauscher, der in H ⁺ -Ionen ausgetauscht. Im Anschluß fließt der stark saure Abfluß über werden alle Kationen gegen H

^- einenschwachbasischen Anionenaustauscher, der die Anionen gegen OH -Ionen ersetzt. Da das

Wasser nun vollkommen salzfrei ist, muß es mit Rohwasser verschnitten werden, um den Salzgehalt wieder anzuheben. Die Regenerierung der Austauschharze erfolgt beim Kationenaustauscher mit Salzsäure, beim schwachbasischen Anionenaustauscher mit Natronlauge.

3.2.2.2 Aufbau

Ionenaustauscher besitzen einen oder mehrere Behälter, in denen sich das Austauschharz befindet. Die Größe des Behälters richtet sich nach der Dimensionierung der Anlage. Zudem verfügen alle Ionenaustauscher über einen zusätzlichen Behälter mit Regenerierungssalz. Die Regenerierung erfolgt entweder automatisch zeitabhängig bzw. wassermengenabhängig oder „von Hand“ direkt durch den Verbraucher. Er muß den Regenerationszeitpunkt dabei durch Messen der Nitratwerte mit Hilfe von Meßstäbchen selbst ermitteln oder kann diesen mit Hilfe einer gegebenenfalls eingebauten Wasseruhr je nach entnommener Menge bestimmen.

Falls die Anlage nur einen Harzbehälter hat, ist für die Dauer der Regenerierung die Wasseraufbereitung nicht möglich. Bei zwei Behältern wird das Harz in zwei Phasen nacheinander regeneriert, so daß immer ein Behälter zur Aufbereitung zur Verfügung steht.

Zur Entkeimung des aufbereiteten Wassers besitzen einige Anlagen UV-Strahler oder Desinfektionsfilter, die Silber oder Jodverbindungen enthalten.

Vorratsbehälter sind für den Ionenaustausch nicht unbedingt erforderlich, da die Geschwindigkeit des Vorgangs häufig ausreicht, um das Wasser erst zum Entnahmezeitpunkt aufzubereiten.

3.2.3 Biologische Aufbereitungsverfahren

Beim biologischen Denitrifikationsverfahren wandeln Bakterien Nitrat in elementaren Stickstoff um. Dadurch verändert sich das Wasser prinzipiell nur im Parameter Nitrat und bleibt sonst weitgehend unverändert.

Die denitrifizierenden Bakterien benötigen zur Reduktion des Nitrats zum Stickstoff und zum Aufbau von Biomasse Nährstoffe, die kontinuierlich dem Rohwasser zudosiert werden müssen. Der Nitratabbau findet in einem Reaktionsraum oder Reaktor auf einem Trägerfilm statt, wo die Bakte-

Aufbereitungsanlagen 11

rien einen Biofilm bilden. Das denitrifizierte Wasser ist sauerstofffrei und kann erhöhte Gehalte an Mikroorganismen, Stoffwechselprodukten oder Restsubstrat enthalten. Daher ist eine Nachbe-handlung erforderlich, die das Wasser wieder mit Sauerstoff anreichert, es filtriert und desinfiziert.

3.3 Für diese Arbeit berücksichtigte Untersuchungen

Zur Beurteilung der Vor- und Nachteile von Aufbereitungsanlagen dienten die Ergebnisse von zwei Untersuchungen und einer Befragung.

In der von LINSSEN (1990) durchgeführten Untersuchung wurden acht Umkehrosmoseanlagen, vier Anionenaustauscher, ein Mischbettaustauscher und eine biologische Denitrifikationsanlage getestet. Dabei wurden sowohl Kleinanlagen als auch Komplettanlagen untersucht. Die andere Untersuchung von Trinkwasser-Aufbereitungsanlagen wurde 1993 von der österreichischen Verbraucherzeitschrift Konsument ¹³ durchgeführt. Es wurden elf Umkehrosmoseanlagen, ¹⁴ und ein Kleinstgerät ¹⁵ getestet. drei Anionenaustauscher, fünf Filtergeräte

Die vom USF durchgeführte Befragung erfaßte insgesamt 59 der 122 im Landkreis Osnabrück installierten Anlagen. Von diesen sind 20 Umkehrosmoseanlagen und 32 Ionenaustauscher. Die restlichen sieben sind Enteisungsanlagen, Wasserenthärter und reine Aktivkohlefilter und spielen für die Nitratreduktion keine Rolle. Die Anlagen sind in den Jahren 1981 bis 1995 in den Haushalten installiert worden. Die meisten von ihnen sind Kleinanlagen, lediglich elf Ionenaustauscher sind Komplettanlagen.

3.4 Ergebnisse

² großen Kellerraum und simulierte über 21 Monate LINSSEN testete die Anlagen in einem 100 m

hinweg einen typischen Verbrauch. Die einzelnen Anlagen wurden mit Rohwasser bestückt, dessen Parameter gegebenenfalls mit einer Dosieranlage verändert werden konnten. Die Nitratbelastung des Test-Rohwassers betrug in den ersten knapp 15 Monaten 100 mg/l und wurde dann auf 200 mg/l erhöht.

Zusätzlich wurden Experimente durchgeführt. So testete man die Aufbereitungswirkung bei Zugabe von Pflanzenschutzmitteln, eine geringe tägliche Entnahme und das Verhalten bei Stagnati- ¹⁶ onsphasen . Letzteres ist sinnvoll, um z.B. die Reinigungswirkung nach einem Urlaub abschätzen zu können.

KONSUMENT (1993) ließ die Anlagen vom jeweiligen Hersteller selbst im Keller eines Einfamilienhauses installieren und testete die Aufbereitungswirkung im Normalbetrieb mit Wasser, das eine Nitratbelastung von 100 mg/l aufwies. Wartung und Anwendung wurden exakt nach den Anweisungen der Hersteller durchgeführt. Über die Dauer des Tests gibt es keine Angaben. Auch in die- ¹³ KONSUMENT (1993)

¹⁴ Als Filtergeräte wurden im Test Geräte bezeichnet, die sowohl mit Aktivkohlefilter als auch mit einem Ionenaustauscher

arbeiten, jedoch keine Regeneriermöglichkeit besitzen.

¹⁵ Das Kleinstgerät enthielt ein Filtermedium und einen Vorratsbehälter. Die auswechselbare Filterpatrone enthielt ein

Gemisch aus Aktivkohle und Kunstharzkügelchen.

¹⁶ Drei Phasen: Phase 1 im Winter mit 11-tägiger Dauer, Phase 2 im Frühjahr mit 13-tägiger Dauer und Phase 3 im Som-

mer mit 18-tägiger Dauer.

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¹⁷ auf die Aufbereitungswirkung auswirkt. sem Test wurde untersucht, wie sich eine Urlaubsphase Weitere Experimente wurden nicht durchgeführt.

Lediglich 36 der 59 vom USF untersuchten Aufbereitungsanlagen wurden hinsichtlich ihrer Aufbereitungswirkung überprüft. Von diesen Anlagen waren zwölf Umkehrosmoseanlagen und 24 Ionenaustauscher. Zehn der zwölf Umkehrosmoseanlagen wiesen im Rohwasser Nitratwerte von mehr als 50 mg/l auf (62 mg/l bis 146 mg/l; Durchschnittswert 97,1 mg/l). Bei den Ionenaustauschern waren es 20 Anlagen (54,2 mg/l bis 216,5 mg/l; Durchschnittswert 83,9 mg/l).

Des weiteren wurden bei ungefähr der Hälfte der untersuchten Anlagen Leitfähigkeit und pH-Wert im Ein- und Auslauf gemessen. Außerdem wurden die Besitzer über einige relevante Punkte, wie z.B. Kosten, Wartung und Zufriedenheit, befragt.

3.4.1 Umkehrosmoseanlagen

3.4.1.1 Aufbereitungswirkung und Probleme

Sowohl die Untersuchung von LINSSEN als auch die vom USF durchgeführten Messungen ergaben, daß Umkehrosmoseanlagen nicht immer in der Lage sind, das Trinkwasser ausreichend von zu hohen Nitratwerten zu befreien. Der prozentuale Nitratschlupf war bei allen von LINSSEN untersuchten Anlagen nahezu konstant (5% bis 45%), was aber bei hohen Belastungen nicht immer ausreicht. Alle acht getesteten Anlagen konnten den Grenzwert von 50 mg Nitrat/l bei einer Belastung des Rohwassers mit 100 mg/l zwar einhalten, drei scheiterten jedoch bei einer Belastung von ¹⁸ 200 mg Nitrat/l .

Bei den in Osnabrück untersuchten Anlagen lag der Nitratschlupf zwischen 4% und 71%. Drei Anlagen besaßen zu hohe Nitratwerte im Permeat (54,7 mg/l bis 61,7 mg/l). Im KONSUMENT-Test hingegen zeigten alle Umkehrosmoseanlagen gute Reinigungswirkungen. Bei organischen Stoffen, Pflanzenbehandlungs- und Schädlingsbekämpfungsmitteln, leichtflüchtigen Halogenkohlenwasserstoffen, PCB, PAK, Metallen und Metalloiden konnte LINSSEN keine Be- ¹⁹ anstandungen feststellen .

Problematisch ist bei vielen Anlagen die Belastung mit Keimen. Bei LINSSEN traten erhöhte Keimzahlen für zwei bis drei Monate nach Inbetriebnahme und einige Tage lang nach den Stagnati- ²⁰ onsphasen auf . Dies war im KONSUMENT-Test bei zehn von elf Anlagen auch der Fall. Viele Umkehrosmoseanlagen verwenden keimhemmende Substanzen, die Silber oder Jod enthalten. Dennoch gab es weder in der Untersuchung von LINSSEN noch im KONSUMENT-Test Silber- ²¹ oder Jodbelastungen im Permeat .

Ein weiteres Problem bei durch Umkehrosmose aufbereitetem Trinkwasser ist die Nitritbelastung. Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung von 0,1 mg/l wurde bei LINSSEN nur nach Stagnati-

¹⁷ Die Länge der Urlaubsphase war nicht angegeben.

¹⁸ LINSSEN (1990), S. 31 f.

¹⁹ LINSSEN (1990), S. 49 ff.

²⁰ LINSSEN (1990), S. 54 ff.

²¹ LINSSEN (1990), S. 51

Aufbereitungsanlagen 13

²² onsphasen für einen Tag überschritten , während im KONSUMENT-Test bei drei von elf Anlagen die Nitritbelastung über diesem Wert lag.

Durch Umkehrosmose aufbereitetes Wasser ist sehr salzarm. Nicht nur Nitrat, sondern auch Calcium, Chlorid, Sulfat und Hydrogencarbonat werden von der Membran zurückgehalten. Die Reduzierung von Calcium und Hydrogencarbonationen ist aus gesundheitlicher Sicht nicht wünschenswert, kann aber auch mit pH-Wert-Anhebungsfiltern nicht ausgeglichen werden. Ionenarmes Wasser kann, in großen Mengen zu sich genommen, den Elektrolythaushalt des menschlichen Körpers stören. Deshalb sollte durch Umkehrosmose aufbereitetes Wasser vor allem zum Kochen benutzt und große Mengen nur dann getrunken werden, wenn gleichzeitig weitere Nahrungsmittel konsumiert werden.

3.4.1.2 Wartung

Umkehrosmoseanlagen sind relativ wartungsarm. Es ist lediglich eine regelmäßige Kontrolle des Vorfilters und des pH-Wert-Anhebungsfilters erforderlich. Allerdings kann es Probleme mit dem Verschneidungsventil geben, das die Menge Rohwasser festlegt, die dem Permeat wieder zuge- ²³ führt wird. LINSSEN stellte fest, daß sich dieses bei einigen Anlagen leicht verstellt . Vom Verbraucher ist die Öffnung dieses Ventils nur durch Messung des Nitratwerts zu kontrollieren. Auch wurde festgestellt, daß es bei Komplettanlagen mit Druckerhöhungspumpe zu Veränderungen des Verhältnisses von Permeat zu Konzentrat kommen kann.

Die Membran muß entweder regelmäßig (je nach Typ halbjährlich oder jährlich) vom Kundendienst mit Säure gespült oder aber ausgetauscht werden. Bei einer in Osnabrück untersuchten Anlage wird die Membran sogar wöchentlich gespült.

Außerdem ist bei Anlagen mit vorgeschaltetem Wasserenthärter ein regelmäßiges Nachfüllen des Regeneriersalzes erforderlich.

3.4.1.3 Kosten und Wirtschaftlichkeit

Die Kaufpreise für Umkehrosmoseanlagen liegen zwischen ca. 1.000 DM für einfache Kleinanlagen und ca. 3.000 DM für gut ausgestattete Kleinanlagen mit Druckerhöhungspumpe, Aktivkohlefilter und pH-Wert-Anhebung. Komplettanlagen, die das gesamte Trinkwasser eines Haushalts aufbereiten, kosten je nach der aufzubereitenden Wassermenge zwischen 9.000 und 15.000 DM. Die von 1987 bis 1995 im Landkreis Osnabrück installierten Umkehrosmoseanlagen sind Kleinanlagen und kosteten 1.000 bis 2.500 DM. Weitere Kosten von ca. 500 DM entstehen durch die Installation.

Zusätzlich zu den einmaligen Anschaffungs- und Installationskosten entstehen Kosten für die Spülung und den Wechsel der Membran. Diese hängen vom Anlagentyp ab und betragen bei den in Osnabrück installierten Kleinanlagen zwischen 100 und 1.000 DM im Jahr. Außerdem erhöhen alle Umkehrosmoseanlagen den Wasserverbrauch. Für einen Liter Trinkwasser werden zwischen einem und mehr als zehn Liter Wasser zusätzlich verbraucht. Bei einem

²² LINSSEN (1990), S. 52

²³ LINSSEN (1990), S. 55

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Vierpersonenhaushalt, der täglich ca. 600 Liter Wasser benötigt, steigt bei einer Komplettanlage ^{3 3} am Tag an. , maximal sogar mehr als 6 m der Wasserverbrauch also auf 1,2 m

Hinzu kommt bei Anlagen mit Druckerhöhung der Stromverbrauch (siehe Tabelle 1). Dieser beträgt bei den von LINSSEN untersuchten Komplettanlagen zwischen 3,9 und 10,9 kWh pro Kubikmeter ^{24 3} aufzubereitenden Wassers . Legt man wieder einen Vierpersonenhaushalt, der ungefähr 220 m Wasser im Jahr benötigt und einen Strompreis von 0,25 DM/kWh zugrunde, erhöhen sich die ³ sind dies zwi-Stromkosten des Haushalts um 214,50 DM bis 599,50 DM im Jahr. Für jeden m schen 0,98 und 2,73 DM. Bei der von LINSSEN untersuchten Kleinanlage mit Druckerhöhung be- ³²⁵ trägt der Stromverbrauch 27,5 kWh/m . Da diese Anlage jedoch nur für einen täglichen Bedarf ³ von zehn bis 15 Litern ausgelegt ist, werden im Jahr auch lediglich zwischen ca. 3,7 und 5,5 m ³ Wasser aufbereitet. Dementsprechend betragen die zusätzlichen Stromkosten zwar 6,88 DM/m ,

aber nur zwischen 25,44 DM und 37,81 DM im Jahr.

Nimmt man eine Lebensdauer von 10-15 Jahren für Umkehrosmoseanlagen an und kalkuliert die Anschaffung, Installation, Wartung, Membranen und Strom ein, lassen sich die Kosten für jeden ³ Wasser berechnen. Dazu werden alle Kosten auf zehn bzw. 15 Jahre aufgeteilt, aufbereiteten m ³ berechnet. Bei Komplettanlagen kostet daraus die jährlichen Kosten und dann die Kosten pro m ³ zwischen 5,60 DM und 7,05 DM. Kleinanlagen verursachen für einen m ³ aufbereitetes so ein m ³ und 86,00 DM/m ³ Wasser Kosten zwischen 66,00 DM/m . Kalkuliert man bei diesen Anlagen ein,

daß das restliche Wasser kostenlos ist, ergibt sich ein durchschnittlicher Wasserpreis von 1,49 ³ bis 1,82 DM/m ³ (Tabelle 2). DM/m

²⁴ LINSSEN (1990), S. 57

²⁵ LINSSEN (1990), S. 57

Aufbereitungsanlagen 15

3.4.2 Ionenaustauschanlagen

3.4.2.1 Aufbereitungswirkung und Probleme

Die Aufbereitungswirkung von Ionenaustauschern ist abhängig von der bis dahin aufbereiteten Wassermenge. Viele Anlagen liefern nur kurzzeitig akzeptable Ergebnisse, um dann rapide schlechter zu werden und - bei einem Durchbruch - die Belastung des Wassers sogar noch zu erhöhen. Bei einem Nitratgehalt von 200 mg/l ist keine der bei LINSSEN getesteten Anlagen fähig, ²⁶ die Belastung auf unter 50 mg/l zu verringern . Bei einer geringeren Grundbelastung von 100 mg/l ²⁷ sind die meisten Ionenaustauscher in der Lage, das Wasser ausreichend aufzubereiten . Wegen

der kontinuierlichen Verschlechterung der Aufbereitungswirkung ist bei den meisten Kleinanlagen allerdings eine ständige Kontrolle des Wassers durch den Verbraucher erforderlich. Auch verschlechtert sich im Laufe der Zeit die Regenerierungsfähigkeit des Austauschharzes. Dies ist be- ²⁸ sonders bei einem erhöhten Sulfatgehalt im Trinkwasser der Fall .

Sowohl bei LINSSEN als auch bei KONSUMENT wiesen einige Anlagen erhebliche Unterschiede zwischen der vom Hersteller versprochenen und der real festgestellten Kapazität des Austauschhar-

²⁶ LINSSEN (1990), S. 61

²⁷ LINSSEN (1990), S. 60, KONSUMENT (1993)

²⁸ Viele Harze tauschen bevorzugt Sulfat aus, so daß Nitrationen früher durchbrechen als Sulfationen.

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zes auf. Eine von LINSSEN getestete Anlage hatte z.B. bei einer Nitratbelastung von 100 mg/l eine Kapazität von 130 Litern, die sogar auf 65 Liter sank, obwohl der Hersteller 570 Liter angegeben ²⁹ hatte . In noch extremerer Weise unterschritt eine von KONSUMENT getestete Anlage die Herstellerangaben: Anstatt der angegebenen 22.700 Liter lag die Kapazität bei nur 20 Litern. Die im Landkreis Osnabrück installierten Ionenaustauscher sind ebenfalls nicht alle in der Lage, mit Nitrat belastetes Wasser zufriedenstellend aufzubereiten. Vier der Anlagen wiesen im Ablauf Nitratwerte von über 50 mg/l auf. Eine Anlage, die im Zulauf mit 216,5 mg/l die höchste Belastung aller Anlagen hatte, war praktisch gar nicht in der Lage, die Nitratmenge zu reduzieren (215,5 mg/l im Auslauf).

Wie schon Umkehrosmoseanlagen haben auch Ionenaustauscher Probleme mit der Keimbela- ³⁰ alsauch im normalen Betrieb ³¹ können erhöhte Keimstung. Sowohl nach Stagnationsphasen zahlen auftreten.

Ebenfalls problematisch ist bei einigen Ionenaustauschern die Nitritbelastung. Während die Komplettanlagen bei LINSSEN keine oder nur geringe Nitritbelastungen verursachten, schnitten die Kleinanlagen weitaus schlechter ab. In beiden Tests wurden bei solchen Anlagen erhöhte Nitrit- ³² werte gemessen .

3.4.2.2 Wartung

Bei Ionenaustauschanlagen muß regelmäßig der Salzvorrat kontrolliert und ergänzt werden. Bei Anlagen ohne Automatisierung muß zusätzlich noch durch Messung der durchgeflossenen Wassermenge der richtige Zeitpunkt zur Spülung und Regeneration bestimmt werden. Damit die Anlage so gut wie möglich arbeitet, sind die Regenerationsintervalle von herausragender Bedeutung. Durch die bei fast allen Anlagen festzustellende Verschlechterung der Austauschkapazität mit zunehmender Menge aufbereiteten Wassers kann eine tägliche Regeneration nötig sein. Dies ist bei Anlagen mit nur einem Harzbehälter ein großer Nachteil, weil sie während der Austauschzeit nicht zu nutzen sind.

3.4.2.3 Kosten und Wirtschaftlichkeit

Die Anschaffungskosten für Ionenaustauscher liegen je nach Dimensionierung und Ausstattung zwischen 1.000 und ca. 12.000 DM. Die im Landkreis Osnabrück installierten Anlagen dieses Typs kosteten im Durchschnitt ca. 3.500 DM.

Laufende Kosten fallen bei Ionenaustauschern durch den Salzverbrauch an. Dieser ist abhängig von der Anlage und den Regenerationsintervallen. Der Bedarf liegt bei den von LINSSEN getesteten ³ für Komplettanlagen ³³ Anlagen zwischen 0,54 und 3,75 kg/m . Bei einem Salzpreis von 15 DM für

einen 25 kg Sack entstehen so Kosten zwischen 71,28 und 495,00 DM im Jahr. Die Salzkosten ³ aufbereitetes Wasser zwischen 0,32 und 2,25 DM. Die Kleinanlage bei betragen damit für einen m

²⁹ LINSSEN (1990), S. 74 f.

³⁰ LINSSEN (1990), S. 68 ff., KONSUMENT (1993)

³¹ KONSUMENT (1993)

³² LINSSEN (1990), S. 78, KONSUMENT (1993)

³³ LINSSEN (1990), S. 82

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^{3 3} LINSSEN benötigte 1,18 kg Salz pro m . Daraus ergeben sich Salzkosten von 0,71 DM/m . Die jährlichen Kosten sind aufgrund der geringen Wassermenge mit weniger als 4 DM sehr niedrig.

Auch für Ionenaustauscher lassen sich die durchschnittlichen Wasserkosten für jeden aufbereite- ³ errechnen,indem Anschaffung, Installation, Wartung, Salz und Austauschharz auf zehn ten m

bzw. 15 Jahre aufgeteilt werden. Bei Komplettanlagen ergeben sich je nach Lebensdauer Wasser- ³ bis4,32 DM/m ³ kosten von 3,41 DM/m . Der Preis für von Kleinanlagen aufbereitetes Wasser liegt ³ und 86,00 DM/m ³ zwischen 66,00 DM/m . Auf den gesamten Wasserverbrauch bezogen kostet ein ³ zwischen 1,50 DM und 1,95 DM (Tabelle 4). m