Warum ist Brunnenwasser trüb und wie werden Sedimente gefiltert?

Was ist Wassertrübung?

Trübung (Turbidity) ist eine optische Eigenschaft des Wassers, die anzeigt, wie stark im Wasser vorhandene Partikel das freie Durchdringen von Licht behindern.

Mit anderen Worten: Je mehr feine Schwebstoffe im Wasser vorhanden sind, desto mehr verliert es seine Transparenz.

Trübung kann durch Ton, Schlamm, feine mineralische Partikel, organische Substanzen und mikroskopisches Material verursacht werden. Laut der technischen Definition des USGS absorbieren oder streuen solche Partikel Licht in verschiedene Richtungen, wodurch das Wasser trüb erscheint.

Die Trübung wird üblicherweise in NTU – Nephelometric Turbidity Units gemessen. Allerdings gibt NTU nicht direkt an, wie viele Milligramm Sand oder anderes festes Material im Wasser sind. Trübung ist eine optische Messung, während die Konzentration der Schwebstoffe ein separater Parameter ist. Daher kann die Zusammensetzung und Größe der Partikel in zwei Gewässern mit dem gleichen NTU-Wert unterschiedlich sein.

Warum wird Brunnenwasser trüb?

Der häufigste Grund bei Brunnenwasser sind Sand, Schlamm, Ton und andere mineralische Partikel, die aus unterirdischen Schichten in das Wasser gelangen.

Ein Brunnen entnimmt Wasser aus einer wasserführenden geologischen Schicht – dem Aquifer. Wenn diese Schicht Sand, Kies, Schlamm oder anderes loses Material enthält, können kleine Partikel unter bestimmten Bedingungen zusammen mit dem Wasser in den Brunnen gelangen.

Bei ordnungsgemäß gebauten Brunnen werden zur Reduzierung dieser Problematik Brunnenwände, spezielle Brunnenfilter (Well Screens) und in einigen Fällen Kiesschichten verwendet, deren Funktion es ist, Wasser durchzulassen und Sand sowie grobe Partikel zurückzuhalten. Laut der Cooperative Extension der North Carolina State University ist eine der Hauptfunktionen des Brunnenfilters, das Eindringen von Sand und Sedimenten in den Brunnen zu begrenzen.

Wenn Sand dauerhaft in großen Mengen im Wasser auftritt, muss die Ursache nicht nur die natürliche Wasserqualität sein. Schäden am Filter, eine Erweiterung seiner Öffnungen oder andere technische Probleme des Brunnens können die Sandmenge im Wasser ebenfalls erhöhen. Penn State Extension weist darauf hin, dass korrodierte oder erweiterte Öffnungen des Brunnenfilters ähnliche Verunreinigungen verursachen können.

Daher sollte dauerhaftes und großes Auftreten von Sand nicht nur als Filtrationsproblem betrachtet werden – manchmal sollte zuerst der Zustand des Brunnens selbst überprüft werden.

Warum ändert sich die Trübung je nach Regen oder Jahreszeit?

Die Qualität des Brunnenwassers ist nicht immer absolut unveränderlich.

Starke Niederschläge, Überschwemmungen, Erdarbeiten, Änderungen des Grundwasserspiegels oder andere hydrologische Prozesse können die Wasserzusammensetzung beeinflussen. Besonders wichtig sind Fälle, in denen Grundwasser direkt von Oberflächenwasser beeinflusst wird.

Staatliche technische Handbücher weisen darauf hin, dass einige Grundwasserquellen saisonal durch starke Regenfälle, Überschwemmungen, Erdarbeiten und andere Umweltfaktoren variieren können.

Wenn Brunnenwasser normalerweise klar ist, aber nach Regen plötzlich trüb wird, ist die Klärung der Ursache besonders wichtig, da in einem solchen Fall eine bloße Filtration der Niederschläge möglicherweise nicht ausreicht.

Sind Sediment und Trübung dasselbe?

Nein – sie hängen zusammen, sind aber nicht genau dasselbe.

Sediment ist ein spezifisches festes Material, wie z.B. Sand, Schlamm oder andere Partikel, die sich im Wasser bewegen und nach einiger Zeit auf dem Boden ablagern können.

Trübung ist dagegen ein Maß für die Transparenz des Wassers.

Zum Beispiel kann grober Sand im Wasser schnell absinken und sich am Boden eines Gefäßes ablagern. Sehr feine Ton- oder kolloidale Partikel bleiben jedoch viel länger in schwebendem Zustand im Wasser und verleihen dem Wasser ein insgesamt trübes Aussehen.

Genau dieser Unterschied bestimmt auch, welche Art von Filtration erforderlich sein wird.

Bedeutet alles trübe Wasser Sediment?

Nein.

Manchmal erscheint das Wasser aus dem Wasserhahn milchig oder weißlich trüb, wird aber innerhalb weniger Sekunden völlig klar.

Dies muss überhaupt kein Sediment sein.

Laut USGS ist die häufigste Ursache für einen solchen Effekt mikroskopisch kleine Luftbläschen im Wasser. Wenn Sie ein Glas mit Wasser füllen und das Wasser innerhalb weniger Sekunden oder Minuten von unten nach oben allmählich klar wird, handelt es sich höchstwahrscheinlich um Luftbläschen und nicht um feste Sedimente.

Wenn sich Partikel am Boden des Glases ablagern oder das Wasser nach mehreren Minuten immer noch trüb ist, muss eine andere Ursache gesucht werden.

Wie hängen Eisen und Mangan mit trübem Wasser zusammen?

Die Ursache für Trübung und Farbe im Brunnenwasser ist nicht immer Sand oder Ton.

Grundwasser kann Eisen und Mangan enthalten. Unter bestimmten Bedingungen sind sie im Wasser gelöst und bilden nach Kontakt mit Sauerstoff feste Verbindungen, die als Sediment ausfallen.

Dadurch kann das Wasser gelb, orange, rötlich-braun oder dunkel werden.

Technische Richtlinien für staatliche Wassersysteme weisen darauf hin, dass Eisen oft rotbraune Ablagerungen bildet, während Mangan dunklere oder schwarze Ablagerungen verursacht; beides kann Flecken auf Sanitäranlagen hinterlassen und mit der Zeit die Durchflusskapazität in Rohren verringern.

Dies ist wichtig, da in solchen Fällen das bloße Installieren eines mechanischen Filters mit geringer Mikronzahl das Problem nicht immer löst. Wenn Eisen noch in gelöstem Zustand vorliegt, kann es zunächst erforderlich sein, es zu oxidieren und erst danach die entstandenen Partikel zu filtrieren. In technischen Materialien der EPA wird die Filtration von Sedimenten nach der Oxidation als ein Ansatz zur Behandlung von Eisen und Mangan beschrieben.

Ist trübes Wasser gesundheitsschädlich?

Trübung an sich ist keine Bezeichnung für einen spezifischen Schadstoff.

Die Ursache der Trübung können einfach natürliche mineralische Partikel sein. Doch allein durch visuelle Beurteilung des Wassers lässt sich dessen Sicherheit nicht feststellen.

Die WHO (World Health Organization) weist darauf hin, dass Trübung sowohl ästhetische als auch sicherheitsrelevante Bedeutung für das Wasser haben kann, da sie durch verschiedene chemische und biologische Partikel verursacht werden kann.

Darüber hinaus ist eine hohe Trübung auch für die Wasserdesinfektion von Bedeutung. Schwebstoffe können die Wirksamkeit des Desinfektionsprozesses beeinträchtigen. In den technischen Empfehlungen der WHO wird für eine effektive Desinfektion eine niedrige Trübung gewünscht, und für eine effektive Chlordesinfektion wird eine Trübung von weniger als 1 NTU, möglichst noch geringer, empfohlen.

Diese Zahl sollte nicht als Ersatz für die spezifischen Trinkwassernormen in Georgien verstanden werden – es handelt sich um eine technische Anweisung der WHO bezüglich der Effizienz der Desinfektion.

Daher ist die Schlussfolgerung „Wir haben das Sediment entfernt, das Wasser ist sicher“ nicht korrekt. Im Falle von Trinkwasser aus Brunnen müssen dessen mikrobiologische und chemische Parameter separat bewertet werden.

Wie lässt sich feststellen, was die Trübung verursacht?

Schon die erste Beobachtung liefert uns viele Informationen:

• Wenn Sandkörner im Wasser sichtbar sind und sich schnell absetzen – handelt es sich wahrscheinlich um relativ grobe mechanische Partikel;
• Wenn das Wasser lange Zeit gleichmäßig trüb bleibt – ist möglicherweise sehr feiner Schlamm, Ton oder kolloidale Partikel vorhanden;
• Wenn das Wasser zunächst klar ist und dann rötlich oder braun wird – ist eine mögliche Ursache Eisen;
• Wenn das Wasser milchig ist und sich im Glas schnell von unten nach oben klärt – handelt es sich höchstwahrscheinlich um Luftbläschen und nicht um Sediment.

Allerdings kann eine visuelle Beurteilung keine endgültige Diagnose sein.

Für Brunnenwasser ist eine Wasseranalyse besonders wichtig. Das CDC empfiehlt, das Wasser aus privaten Brunnen regelmäßig zu testen, einschließlich auf Kolibakterien, Nitrate, pH-Wert und Gesamtlöslicher Feststoffe; zusätzliche Parameter sollten entsprechend den lokalen Gegebenheiten und festgestellten Veränderungen im Wasser bestimmt werden. Eine Veränderung der Wasserfarbe, des Geschmacks oder des Geruchs wird ebenfalls als Grund für eine erneute Prüfung genannt.

Im Falle von Trübungsproblemen sind Trübung/NTU sowie je nach spezifischer Situation auch die Bestimmung von Eisen, Mangan und anderen relevanten Parametern praktisch nützlich.

Wie werden Sand und mechanische Sedimente gefiltert?

Wenn die Analyse und der Zustand des Wassers ergeben, dass das Problem mechanische Partikel sind, ist das Grundprinzip ihrer Entfernung die physikalische Filtration.

Das Wasser durchläuft ein Filtermedium, durch das feste Partikel aus dem Wasserstrom abgetrennt werden.

Die EPA beschreibt die Filtration als einen Prozess, bei dem Wasser ein poröses Filtermedium durchläuft und feste Partikel physikalisch darin zurückbleiben.

Doch genau hier wird die richtige Auswahl des Systems wichtig.

Wasser mit einer großen Menge Sand direkt durch einen sehr feinen Filterpatrone zu leiten, ist technisch ein schlechter Ansatz – der Filter wird schnell überlastet, der Druckverlust steigt und ein häufiger Austausch wird erforderlich.

Daher wird bei hoher mechanischer Belastung häufig eine stufenweise Filtration eingesetzt: Zuerst werden relativ grobe Partikel entfernt, dann feinere Sedimente, und bei Bedarf erfolgt in der letzten Stufe eine präzisere Wasserreinigung.

Warum ist ein Ein-Mikron-Filter nicht in jedem Fall richtig?

Weil die Größe und Menge der Partikel im Brunnenwasser völlig unterschiedlich sein kann.

In einem Wasser kann Sand dominieren, in einem anderen Schlamm, und in einem dritten so feine Tonpartikel, dass sie stundenlang nicht absinken.

Je kleiner die Poren des Filters sind, desto feinere Partikel kann er zurückhalten, aber gleichzeitig steigt bei trübem Wasser das Risiko einer schnellen Verstopfung.

In staatlichen technischen Richtlinien wird die Mikrofiltrationstechnologie als eine Methode zur Entfernung von Partikeln der Größe von Sand, Schlamm und Ton beschrieben, jedoch wird auch darauf hingewiesen, dass ein hoher Gehalt an Schwebstoffen Membransysteme schnell verstopft und eine Vorbehandlung erforderlich sein kann.

Daher gibt es auf die Frage „Welchen Mikronfilter benötige ich?“ ohne Kenntnis des Wasserzustands keine richtige Antwort.

Was passiert, wenn sehr feiner Ton oder kolloidale Partikel im Wasser sind?

Dies ist ein schwierigerer Fall.

Einige Partikel sind so fein, dass sie lange im Wasser bleiben und durch normale Sedimentation praktisch nicht entfernt werden. Solches Wasser kann dauerhaft eine milchige, graue oder bräunliche Trübung aufweisen.

Bei der Behandlung von stark trübem Wasser kann es notwendig sein, nicht nur eine Patronenfiltration, sondern auch Medienfiltration, Sedimentation und in bestimmten Fällen Koagulation/Flockung einzusetzen, bei der sehr kleine Partikel zu größeren, leichter zu entfernenden Partikeln zusammengefügt werden.

In den technischen Richtlinien der WHO für Trinkwasser werden mehrstufige Ansätze zur Trübungsreduzierung beschrieben, die Kombinationen aus Sedimentation, Koagulation, Medienfiltration und Membranverfahren umfassen.

Bei einem Hausbrunnen hängt die Notwendigkeit einer solchen Lösung bereits von der spezifischen Trübung des Wassers und der Art der Partikel ab.

Filter oder Brunnenreparatur?

Das ist eine der wichtigsten Fragen.

Wenn im Wasser natürlich eine geringe Menge mechanischer Sedimente vorhanden ist, ist eine richtig ausgewählte Filtration eine völlig logische Lösung.

Wenn der Brunnen jedoch plötzlich beginnt, große Mengen Sand zu fördern, liegt das Problem möglicherweise im Brunnen selbst.

Die Funktion eines Brunnenfilters besteht gerade darin, Wasser durchzulassen und einen Großteil des Sandes und Kieses aus der Formation zurückzuhalten. Entsprechend kann kontinuierliches Sandpumpen auf den Zustand des Filters, der Kiesschicht, der Pumpenposition oder anderer Brunnenkomponenten hinweisen, die überprüft werden müssen.

In einem solchen Fall kann das bloße Installieren eines größeren Filters die Ursache des Problems nicht beseitigen.

Wie wählt man das richtige Filtersystem aus?

Für Brunnenwasser gibt es kein universelles System.

Um die richtige Entscheidung zu treffen, muss zunächst Folgendes geklärt werden:

Was verursacht die Trübung → Welche Partikelgröße liegt vor → Wie hoch ist ihre Menge → Ändert sich das Problem saisonal → Ist Eisen oder Mangan im Wasser vorhanden → Ist das Wasser mikrobiologisch sicher → Welche Wassermenge muss aufbereitet werden?

Erst danach kann entschieden werden, ob eine einfache mechanische Filtration ausreicht, ob mehrere Stufen erforderlich sind oder ob das Wasser eine zusätzliche Behandlung benötigt.

Auch die EPA weist darauf hin, dass die Wahl der Wasseraufbereitungstechnologie direkt von der chemischen Zusammensetzung und Trübung des Ausgangswassers abhängt – dieselbe Technologie kann nicht automatisch für alle Quellen korrekt sein.

Die richtige Behandlung von trübem Wasser beginnt mit der Ursachenermittlung

Beim Anblick von Sediment im Brunnenwasser ist die erste Reaktion oft die Installation des feinsten Filters.

Tatsächlich beginnt ein effektives System mit einer anderen Frage:

Was ist dieses Sediment?