Hygiene im Trinkwasserspeicher

Hinter dieser Tür befindet sich Trinkwasser
Einbruchhemmende Jalousie
Feinstaub und Schwebstofffilter sorgen für saubere Luft


1. Lufteigenschaften über der Wasserfläche
Hier spielen die Temperatur in Relation zum Wasser und Gebäude, sowie Luftaustausch-rate und Verschmutzung mit Keimen, Stäuben und anderen Fremdstoffen eine entsprechende Rolle.

2. Durchströmung des Behälters
Dies umfasst alle Strömungsvorgänge im Wasserspeicher, welche definiert werden durch die Gestaltung des Zu –und Ablaufs, der Behälterform bezüglich Länge, Breite bzw. Durchmeser und Wasserstandshöhe, sowie deren Verhältnis zueinander, der Bewirtschaftung als Ergebnis der zeitlichen Veränderung der Zu – und Ablaufströme und der daraus resultierenden Verweilzeitverteilung.
Aufgrund sinkender Verbrauchszahlen und/oder überdimensionierter Wasserspeicher ergeben sich immer häufiger hohe Verweilzeiten mit der erhöhten Gefahr einer unkontrollierten Aufkeimung.

Gefährdungspotential verschmutzte Luft
Luft enthält eine Mischung an Fremdstoffen aus natürlichen Prozessen, wie zum Beispiel Erosion oder Zersetzung von Organismen, sowie menschlicher Tätigkeit, wie zum Beispiel aus Landwirtschaft oder Industrie.
Darin sind Organismen wie Keime, Sporen, Pollen und Pilze enthalten. Diese sind teilweise krankheitserregend und dürfen nach der Trinkwasserverordnung in keinem Fall zum Verbraucher gelangen.
Luftverschmutzung ist jahreszeitlich und abhängig vom Standort enorm unterschiedlich. Die mittlere Staubbeladung normaler Luft von 20 mg/m3 mag im Vergleich zu industriellen Prozessen sehr gering erscheinen. Doch aufgrund der Partikelgrößenverteilung (90% < 1 µm) lassen sich pro m3 Luft viele Millionen kleiner Teilchen nachweisen. Immerhin errechnet sich bei einem 500 m3-Reinwasserbehälter unter der Voraussetzung eines kompletten Wasseraustausches innerhalb von drei Tagen ein Eintrag von vier Billionen Partikeln pro Jahr. Da aber gerade die hygienisch belastenden Partikel wie Bakterien, Viren, Keime, Pollen und Pilze sehr klein sind, stellen einfache Grobfilter keinen wirkungsvollen Schutz dar.
Während der Einatmungsphase von Trinkwasserspeichern schlagen sich diese Partikel an Wand, Decke und Wasseroberfläche nieder. Durch den ständigen Kondensationseffekt gelangen die meisten Luftverunreinigungen in das Trinkwasser und fördern dort die Verkeimung.

Eine zuverlässige Luftfilterung hingegen bedeutet geringere Desinfektionskosten, damit geringere Betriebskosten und sichere Einhaltung der Trinkwasserqualität.

3. Welche Luftfilter sind zu empfehlen?
Luftfilter werden in verschiedene Klassen eingeteilt :
Insektengitter sind eindeutig nicht ausreichend. Hier werden nur Insekten, Kleinlebewesen und gröbere Partikel wie zum Beispiel Blätter abgeschieden. Alle anderen Verunreinigungen gelangen ungehindert in den Behälter. Selbst bei Anschlägen mit giftigen Flüssigkeiten ist kein wirksamer Schutz gegeben.

Eine zuverlässige Abscheidung der kleinen, hygienisch belastenden Partikel gewährleisten nur Schwebstoff-Filter. Aufgrund der geringen Unterschiede in den Anschaffungskosten zwischen Q-, R- und S-Filtern empfiehlt sich der Einsatz von S-Filtern mit einem Abscheidegrad von über 99,99%. Damit werden gerade auch die kleinsten, hygienisch sehr belastenden Partikel wie Bakterien, Viren, Keime, Pollen und Pilze zurückgehalten.

Zwar wäre dies theoretisch ausreichend, doch empfiehlt sich die Vorschaltung eines Feinfilters zum Beispiel der Klasse F 5 mit einem Abschiedegrad von über 96%. Dieser schützt den S-Filter bei hoher Staubbeladung vor zu schneller „Überladung“ und verlängert damit seine Standzeit. Ebenso wird hier Kondensat zurückgehalten, was im S-Filter zu höheren Druckverlusten führen würde. Und bei Bertriebsstörungen bietet er zusätzlich Sicherheit. Der Abscheidegrad von Filtern ist abhängig von der Anströmgeschwindigkeit. Dies liegt am unterschiedlichen Anteil der verschiedenen Wirkmechanismen, nämlich Sperr-, Diffusions-, Sieb- und Trägheitseffekt. Ohne Zwangsbelüftung bei freier Konvektion arbeiten die Filter - abhängig von der Bewirtschaftung - überwiegend im sogenannten Schwachlastbereich. Die Luftgeschwindigkeiten durch den Feinfilter sind dann häufig so gering, dass die Teilchen im Luftstrom nicht mehr dem Trägheitseffekt unterliegen, sondern die Filterfasern umströmen. Also ist der Abscheidegrad bei kleinen Luftgeschwindigkeiten im Feinfilter nicht ausreichend. Der Schwebstofffilter hingegen arbeitet überwiegend mit dem Diffusionseffekt und reagiert auf Geschwindigkeitsänderungen toleranter.

Oben genannte Filter bewältigen feste und flüssige Verunreinigungen. Falls auch noch gasförmige Stoffe abzuscheiden sind, zum Beispiel bei Geruchsbelästigungen, müssen sogenannte Adsorptionsfilter eingesetzt werden. Meist verwendet man Aktiv-Kohle-Filter. Diese sind jedoch nicht als Staubabscheider zu verwenden und dürfen auf keinen Fall als letzte Stufe direkt vor dem Behälter eingesetzt werden.

Weitere konstruktive Erfordernisse
Der Luftfilterkasten sollte in jedem Fall mit mindestens einer Druckdifferenzüberwachung mit Maximalanzeige ausgerüstet sein. Die Druckdifferenz ist abhängig von der Beladung der Filter und der Luftgeschwindigkeit. Erfolgt die Kontrolle bei geringen Luftgeschwindigkeiten, würde auch bei vollbeladenen Filtern nur eine geringe Druckdifferenz angezeigt werden. Erst die Maximalanzeige ergibt eine zuverlässige Anzeige über den optimalen Zeitpunkt des Filterwechselns. Die zulässige Maximalbeladung ergibt sich aus der Belastbarkeit des Bauwerks sowie aus den Empfehlungen des Filterherstellers.
Die Auslegung der Luftfilteranlage erfolgt nach der maximal möglichen Zu- und Abluftmenge. Nachdem der Druckausgleich im Trinkwasserspeicher nur noch über die Luftfilteranlage erfolgt, kann bei Rohrbruch oder Filterüberladung der zulässige Über- bzw. Unterdruck des Behälters überschritten werden. Deshalb muss der Gefahr von Implosion oder Bersten mit einem Sicherheitsventil vorgebeugt werden. In jedem Fall ist eine statische Gefahrenabschätzung notwendig.

Schutz vor mutwilligen mechanischen Beschädigungen ist durch eine stabile, einbruchgesicherte Ausführung von Jalousie bzw. Lüftungskamin sicherzustellen. Anschlägen mit Flüssigkeiten oder Aerosolen ist ebenfalls vorzubeugen. Das Insektengitter versperrt Injektionen mit Spritzen oder Schläuchen den Weg. Spätestens am Feinfilter kondensieren gefährliche Dämpfe. Und die im Gefälle verlegte Luftleitung sammelt sämtliche Flüssigkeiten am Kondenswasserablauf. Zusätzliche Sicherheit bietet ein Absorptionsfilter.

Auslegung der Luftfilteranlage
Die maximal auftretenden Zu- bzw. Abluftmengen wird gemäß der hydraulischen Behälterauslegung vom Planer festgelegt. Weiteren Einfluss hat die Bewirtschaftung durch den Betreiber. Im Zuluftkanal gilt eine Luftgeschwindigkeit von max. 6-8 m/s als Obergrenze, den darüber können unangenehme Luftgeräusche auftreten und es besteht die Gefahr von Kavitation und damit Beschädigung der Werkstoffoberfläche.

Moderne Hochleistungsfilter aus hydrophoben Material stellen für Mikroorganismen keinen Nährboden dar. Nur wenige Keimarten sind überlebensfähig, doch findet kein Wachstum oder Durchwachsen der Filter statt. Eine sichere Rückhaltung aller bekannten Mikroorganismen ist somit gewährleistet.


Die optimierte Durchströmung

Gewünscht ist eine möglichst kurze Verweilzeit, damit das Trinkwasser ständig gleichmäßig erneuert werden kann. Im Umkehrschluß bedeutet dies, daß kein Wasserteilchen unnötig lang im Trinkwasserspeicher verbleiben darf. Diese Forderung ist auch verständlich. Trinkwasser beinhaltet meist eine, wenn auch geringe Zahl an Keimen. Biologische Reaktionen, d.h. eine Keimvermehrung findet dann statt, wenn neben den äußeren Bedingungen wie z.B. Nährstoffangebot genügend Zeit zur Verfügung steht. Damit lassen sich folgende strömungstechnischen Forderungen ableiten

  • Vermeiden von Tot- und Stagnationszonen, damit dort keine unkontrollierte Verkeimung entsteht
  • Vermeidung von Kurzschlußströmungen, weil dadurch als Folge die anderen Wassermassen noch länger im Trinkwasserspeicher verbleiben.

Diesen Ansprüchen wird die ideale Verdrängerströmung vollkommen gerecht. Anders als bei der Durchmischungsströmung ist hier gewährleistet, daß alle Wasserteilchen wirklich nur solange als nötig im Wasserspeicher verweilen. Aus den Erfahrungen vieler Untersuchungen lassen sich einige allgemein gültige Regeln für die hygienisch optimale Auslegung der Durchströmung von Wasserspeichern zusammenfassen:

  • Kurzschlußströmungen vermeiden:
    Zu- und Ablauf sollten so gelegt werden, daß bei gleichzeitigem Zulauf und Entnahme keine Kurzschlußströme auftreten. Dies gilt auch bei der Durchmischungsströmung
  • Wasserpegel an die Bewirtschaftung anpassen:
    Üblicherweise werden Trinkwasserspeicher meistens im Nachtbetrieb bis zu einem bestimmten Wasserpegel gefüllt. Doch bei geringerem Verbrauch zum Beispiel in den Wintermonaten führt dies zu hohen Verweilzeiten. Daher sollte der Wasserpegel unter Berücksichtigung von Sicherheitsreserven bei Betriebsstörungen und im Brandfall angepasst werden.
  • Vermeidung von Temperaturschwankungen:
    Unterschiedliche Temperatureinflüsse von außen (Rohwasser, Luft, Gebäude) auf das gespeicherte Trinkwasser führen zu Dichte-strömungen, welche unkontrollierte Sekundärströmungen zur Folge haben. Daher sollten sowohl die Temperatur des Rohwassers als auch die Gebäudeaussenhaut oder die zugeführte Luft keine kurzfristigen Temperaturveränderungen verursachen.

Diese Forderungen sind auf alle Wasserspeicher anwendbar. Darüber hinaus gibt es spezielle Auslegungskriterien, die sich auf bestimmte Geometrien beziehen.

Zusammenfassung
Der Wasserspeicher darf Trinkwasser in seiner Beschaffenheit nicht verändern. Daraus leiten sich in seiner theoretischen Betrachtung verschiedene Kriterien ab. Zur Vermeidung von unerwünschten Reaktionen wie Verkeimung ist die Verdrängungsströmung gegenüber der Durchmischungsströmung zu bevorzugen. Nur mit einer sorgfältigen Auslegung kann bei Neubau und Sanierung die optimale Lösung gefunden werden:

Von Stefan Wittl

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