Venturi und Vortex als effektvolles Doppel gegen Kalk im Trinkwasser

Kalk aus dem Trinkwasser zu entfernen, ist eine Sisyphus-Aufgabe, aber notwendig:

Ab etwa 14° dH (2,5 bis 3,8 Millimol Calciumoxid pro Liter) steigt das Risiko massiv an, dass sich Rohrleitungen für Trinkwasser warm zusetzen und Verkrustungen im Wärmetauscher den Energieeinsatz für die Warmwas-serbereitung nach oben treiben. Der Bandbreite möglicher Wasserbehandlungsanlagen fügt der französische Hersteller Drag’eau jetzt eine physikalische Variante auf Basis des Vortex-Effekts hinzu: „Damit Wasserbehandlung in Zukunft chemiefrei und damit nachhaltiger wird.“

Es gibt bestimmte Regionen in Deutschland, die sind bezüglich der Trinkwasserqualität fast schon strukturell benachteiligt: Wenn die Wasserhärte wie in München bei etwa 15,6° dH liegt, im Großraum Brandenburg durchschnittlich sogar 18° dH, in der Spitze auch 25° dH erreicht – dann besteht nicht nur aus Sicht des Installateurs Handlungsbedarf. Denn hartes Wasser mag zwar wegen der darin enthaltenen Mineralien für manchen wohlschmeckender sein. Auf Strecke, also beispielsweise im Rohrleitungsnetz für Trinkwasser warm, wird es aber problematisch, wenn der für die Wasserhärte maßgeblich verantwortliche Kalk unter Temperatur „ausfällt“ und sukzessive den freien Rohrquerschnitt verengt. Den Lebensadern des Gebäudes droht dann der „Rohrinfarkt“. Oder der Wärmetauscher setzt sich zu, was sich zunächst weitestgehend unbemerkt vollzieht, aber schon sehr schnell unangenehm auf der Energiekostenrechnung niederschlägt. Und letztlich führt hartes Wasser zu „einem erhöhten Verbrauch an zum Teil schwer abbaubaren Wasch- und Reinigungsmitteln sowie an Regeneriersalzen (zum Beispiel bei Geschirrspülmaschinen)“, sagt der DVGW.

Dr. Sebastian Hesse (Technologiezentrum Wasser; TZW): „Hartes Wasser schmeckt wegen der enthaltenen Mineralstoffe vielen Menschen besser. Demgegenüber wird Tee oder Kaffee meist als aromatischer empfunden, wenn er mit weicherem Trinkwasser aufgebrüht wird.“ (Quelle: dvgw)

Andreas Braun, Referent Sanitär beim Zentralverband Sanitär Heizung Klima (ZVSHK): „Ein Belag von einem Millimeter Kalk erhöht den Energieverbrauch um etwa 10 Prozent.“ (Quelle: Redaktionsnetzwerk Deutschland)

Den daraus resultierenden Handlungsbedarf zu erkennen, ist das eine. Etwas anderes ist – wie so häufig – die Frage nach dem „Wie?“. Und spätestens hier scheiden sich, bisweilen sogar im verbissenen Diskurs, die Geister: Enthärtungsanlagen, sagen die einen, sind das Nonplusultra. Vereinfacht gesagt filtern die üblicherweise mittels eines Kunstharzes die Härtebildner, wie Calcium und Magne­sium, aus dem Wasser aus. Das Wasser wird „weicher“; aber das Kunstharz muss regelmäßig erneuert werden. Der DVGW fordert deswegen in seiner aktuellen Kompaktinfo aus März 2024: „Die Anlagen müssen die geforderte Effizienz in Bezug auf Salz- und Wasserverbrauch aufweisen, zum Beispiel Salzausnutzung von mindestens 4 mol/kg Regeneriermittel.“ Mit dem ergänzenden Hinweis: Moderne Anlagen erreichen eine höhere Salzausnutzung. Aus Gründen der Trinkwasserhygiene müssen die Anlagen außerdem „das Austauscherharz regelmäßig, spätestens nach drei Tagen, desinfizieren.“

Alternativ könnten auch Dosiergeräte installiert werden, um Härtebildner durch Zusatz von phosphatbasierten Mineralstoffen so zu stabilisieren, dass sie bei Erwärmung für einen gewissen Zeitraum in Lösung bleiben. Als dritte Variante sieht der DVGW schließlich Kalkschutzgeräte, um die Steinbildung in der Trinkwasserinstallation durch Impfkristall- oder Impfpartikelbildung zu verringern. „Im Gegensatz zur Enthärtung und Dosierung von Mineralstoffen werden dem Trinkwasser hierbei weder Inhaltsstoffe entzogen noch Stoffe zugesetzt. Die Wirkung dieser Geräte wird durch die Bildung mikroskopisch kleiner Impfkristalle erzielt, die aufgrund ihrer sehr großen Oberfläche die Anlagerung von Härtebildnern begünstigen, sodass die Steinbildung an Heizwendeln, Rohrinnenwandungen oder anderen wasserberührten Flächen verringert wird.“

Mit der novellierten Trinkwasserverordnung (TrinkwV) 2023 sind die Möglichkeiten der Trinkwasserbehandlung durch das Minimierungsgebot (§7 TrinkwV, Abs. 4) allerdings deutlich enger gefasst: „Chemische Stoffe, die das Trinkwasser verunreinigen oder seine Beschaffenheit nachteilig beeinflussen können, dürfen in Trinkwasser nur in Konzentrationen enthalten sein, die so niedrig sind, wie dies mit im Einzelfall angemessenem Aufwand unter Einhaltung mindestens der allgemein anerkannten Regeln der Technik möglich ist.“

„Bei der Trinkwasseraufbereitung und Verteilung dürfen durch die Aufbereitungschemikalien und die verwendeten Materialien nur so wenig Verunreinigungen wie technisch möglich und wirtschaftlich vertretbar in das Trinkwasser übergehen. Damit stellt das Minimierungsgebot eine Vorgabe dar, welches auf ein natürliches und anthropogen unbelastetes Trinkwasser abzielt.“ (Quelle: Umweltbundesamt; UBA)

Wirknachweis – aber wie, ohne Prüfverfahren?

Umso interessanter werden vor diesem Hintergrund alternative Verfahren zur Wasserbehandlung, die ohne chemische Zusätze Kalkablagerungen verhindern sollen. Magnet- und Elektrofeldsysteme gehören ebenso dazu wie elektrochemische und elektrogalvanische Systeme sowie die heterogene Katalyse. Deren Wirksamkeit in der Praxis wird über Prüfungen gemäß den DVGW-Arbeitsblättern W 510 und W 512 belegt.

„Eine ausreichende Wirksamkeit im Sinne des Arbeitsblattes ist bei einem Wirksamkeitsfaktor f ≥ 0,8 gegeben, d. h. die Kalkabscheidungen dürfen gegenüber einer Blindstrecke ohne Gerät nur 20 % oder weniger betragen (bzw. unter Berücksichtigung der Fehlerbreite f ≥ 0,66).“ (Quelle: Bayer. Landesamt für Umwelt)

Aber was ist vor diesem Hintergrund mit Systemen wie jenen des französischen Anbieters Drag’eau, die „kalktechnisch“ gesehen das Trinkwasser zwar ebenfalls behandeln, aber den Kalk nicht entfernen, also auch der Wirksamkeitsfaktor f ≥ 0,8 nicht greifen kann? Die Antwort sei durch Santino Macagnino, Seniorpartner und Vertriebsleiter von Drag’eau international, vorweggenommen: „Im ersten Schritt haben wir selbstverständlich die generelle Eignung unserer Geräte zur sonico-physikalischen Wasser­behandlung für den Einsatz in Trinkwasserinstallationen unter anderem über Prüfungen des TÜV und des UBA, vor allem aber des österreichischen Prüf- und Forschungs­instituts OFI nachgewiesen. Und ganz aktuell gibt es die Zertifizierung durch den DVGW. Dadurch war es im zweiten Schritt dann möglich, die Wirksamkeit unserer Wasser­behandlung auch ganz ein-fach in der Praxis unter Real­bedingungen nachzuweisen.“ Ein Nachweis, der aufgrund der Besonderheiten der sonico-physika­lischen Wasser­behandlung von Drag’eau system­bedingt in einem Mehrfamilienhaus mit zehn Wohneinheiten allerdings ein wenig Zeit benötigen sollte, und zwar durchaus mehrere Wochen...

Um diese Zeitspanne nachzuvollziehen, ist ein Blick auf die Technologie notwendig, mit der Drag’eau kalk­belastetes Trinkwasser behandelt: Bei Eintritt in den zylinderförmigen Wasserenthärter („Defikalk“; DN 15 bis DN 600) werden die Wassermoleküle über den Venturi-Effekt beschleunigt, über den Vortext-Effekt verwirbelt und versetzen so im Gerät inte­grierte Edelstahl-Elemente in Schwingung. Diese Schwingungen generieren wiederum starke nieder­frequente Wellen, die verkrustende Kalkstruktur in ein sehr feines, nicht verkrustendes Pulver umwandeln, so der Hersteller. Der im Warmwasser potentiell ausfallende Kalk wird dem Wasser also nicht entzogen, sondern nach dem Prinzip „Nierenstein-Behandlung“ so weit zermahlen, dass er über die Zapfstellen ausgespült werden kann. Santino Macagnino: „Und genau das braucht nach der Installation in ein bestehendes System einfach Zeit, weil das turbulent strömende Wasser gleichzeitig die Rohrinnenwandungen von Inkrustrationen befreit. Verschmutzungen, die natürlich ebenfalls erst ausgespült werden müssen, dafür aber umso nachhaltiger zu einer sauberen Trinkwasserinstall­ation beitragen.“

In Zahlen: Beim Start der Anwendung lag die Kalkbelastung in der Trinkwasserinstallation bei 205 Mikrogramm (µg) pro Liter. Nach sechs Wochen war der Wert auf 3.670 µg angestiegen – um dann knapp 14 Tage später auf etwa 10 µg abzusinken. Für Santino Macagnino eine typische Belastungskurve, die sich – wenn auch je nach Anlage in unterschiedlichen Größenordnungen – reproduzieren lässt: „Sowohl der signifikante Abstieg wie die dauerhaft niedrigen Werte nach dem Einschwingen des Systems bestätigen aber letztlich nur eindrucksvoll die Wirksamkeit unserer sonico-physikalischen Wasser­behandlung. Wenn auch mit der Notwendigkeit, dass in diesem Zeitraum insbesondere die Perlatoren regelmäßig gereinigt werden müssen. Dafür treten aber später definitiv keine Verschmutzungen oder Rohrinkrustrationen durch Kalk mehr auf.“

Um den turbulenten Schwingungseffekt in der gesamten Trinkwasserinstallation nutzen zu können, ist bei der Installation auf eine unterbrechungsfreie Wasserstrecke zu achten. Idealerweise werden die wartungsfreien „Defikalk“-Kalkbehandler deswegen immer im Vorlauf einer Zirkula­tion beziehungsweise nach einem eventuell vorhandenen Trinkwasserspeicher hinter der Pumpe montiert. Die Einsatzgrenzen liegen bei 75 °C und einem maximalen Härtegrad von 38° dH.

„Gibt kein Freibrief für Chemie!“

Für Drag’eau als französischer Hersteller, der in Italien produzieren lässt, ist die von Firmengründer Jean Drago entwickelte Wasserbehandlung über sonico-physikalische Wellen ein wesentlicher Schritt, die Umweltauswirkungen in der Wasserbehandlung generell nachhaltig zu verändern: „Die ,traditionellen‘ Technologien zur Kalkbehandlung sind sehr umweltbelastend und erfordern häufig oft kostspielige chemische Zusatzprodukte und Betriebsstoffe. Die geltenden Vorschriften stellen zudem keinen Freibrief für die Freisetzung chemischer Produkte für die Wasser­behandlung dar. Und bis heute übernimmt keine Branche die Rück­gewinnung der Mittel, die häufig in der Kanalisation landen. Mit der Drag’eau Wasserenthärtung gibt es jetzt jedoch einen wirksamen Ansatz, die Wasserbehandlung generell nachhaltiger und umweltfreundlicher aufzustellen“, so Santino Macagnino.

Im Übrigen, und hier schließt sich der Kreis, nicht zuletzt über den intensiven Austausch mit Zulassungsgremien wie dem DVGW, der beispielsweise wertvolle Hinweise für den Einsatz von Materialien in Kontakt mit Trinkwasser gab – und so unbeabsichtigt zugleich für eine nochmalige Steigerung des Wirkungsgrades der „Defikalk“-Komponenten sorgte ...