Gießwasser

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Inhaltsstoffe des Wassers

Pflanzenbauliche Beurteilung des Gießwassers

Trotz bedarfsgerechter Nachdüngung kommt es vor, dass die Pflanzen Fehlernährung aufweisen. Das können sowohl Mangel- als auch Überschusssymptome sein. Die Verfügbarkeit von Nährstoffen ist neben dem absoluten Gehalt im Boden von Faktoren wie pH-Wertveränderung, Austauschkapazität und Gießwasserqualität abhängig.

Grundsätzlich sind alle auf der Erdoberfläche vorkommenden Wässer niemals chemisch rein, sondern immer mehr oder weniger salzhaltig durch die enthaltenen gelösten Ionen und besitzen einen gewissen Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt. Die Konzentration der Inhaltsstoffe richtet sich nach den geologischen Gegebenheiten, und zwar sind Anzahl und Art der gelösten Ionen abhängig von dem jeweils anstehenden Gestein, das der Verwitterung unterliegt.

Wasser aus einem Gebiet, in dem Sandstein ansteht, ist verhältnismäßig arm an gelösten Ionen, hat einen niedrigen pH-Wert und wird als weiches Wasser qualifiziert. Dagegen enthält Wasser aus Gebieten mit Kalkstein als anstehendem Gestein sehr viele Calcium- und Magnesiumionen, hat einen hohen pH-Wert und wird als hartes Wasser bezeichnet. Eine Reihe der Salzbestandteile wie Kalium, Calcium, Magnesium, Nitrat, Phosphat, Sulfat und einige Spurenelemente sind Pflanzennährstoffe. Andere wie Natrium und Chlorid sind für die Pflanze nicht notwendig, erhöhen den Salzgehalt und schädigen in höheren Konzentrationen. Zu hohe Salzgehalte, unabhängig von der Zusammensetzung des Wassers, behindern die Wasseraufnahme durch die Wurzeln und führen zu Ernährungsstörungen. Salzhaltiges Gießwasser erhöht langfristig den Salzgehalt in Böden und Substraten, so dass Ertragsminderungen auftreten. Diese Gefahr besteht besonders im Gewächshaus. Dazu enthalten manche Gießwasser Stoffe, die Korrosion (saures Wasser) und Verstopfung von Rohren und Düsen (Calcium, Eisen) verursachen. Im Freiland werden die Salze in unserem humiden Klima aufgrund der Niederschläge verdünnt und ausgewaschen. Ein negativer Effekt der Auswaschung ist jedoch, dass in manchen Gebieten oberflächennahes Grundwasser einen durch unsachgemäße Bewirtschaftung oder übermäßigen Streusalzeinsatz derart hohen Salzgehalt besitzt, dass es für Bewässerungszwecke ungeeignet ist. Das gilt auch für die Wasserentnahme im Einzugsbereich verunreinigter Flüsse.

Regenwasser

Regenwasser ist für die Pflanzenbewässerung sehr gut geeignet. Es ist salzarm (Salzgehalt bis 100 mg pro l), die Wasserhärte liegt zwischen 2 und 4° dHKH und der pH-Wert zwischen 4 bis 6. Regional können je nach Industriestandorten und Windrichtung erhebliche Unterschiede bestehen. Im Jahresmittel ist es in unseren Breiten immer in ausreichender Menge vorhanden und das Sammeln bereitet wegen des Versiegelungsgrades der Gewächshausflächen keine technischen Probleme. Das einfachste Verfahren zum Bau eines Sammelbeckens ist ein Teich mit Folienauskleidung. Dabei ist schwarze PE-Folie mit mindestens 1 mm Stärke geeignet. Die Haltbarkeit beträgt ca. 10 Jahre. Bei größeren Becken ist Betonarmierung empfehlenswert.
Bei hohem Grundwasserstand oder als platzsparende Alternative sind Hochbehälter einsetzbar. Sie bestehen aus verschraubten Wellblechringen und sind innen mit Folie ausgekleidet.
Probleme bereitet Algenwachstum bei hoher Temperatur und hohem Licht- und Nährstoffangebot. Schutz dagegen bieten die Bedeckung mit lichtundurchlässiger Folie und das Ansäuern des Wassers mit schwefelsaurem Kalimagnesia mit 12 kg pro m³. Die Menge ist auf die Düngung anzurechnen.
Die Beckengröße ist abhängig von der Gewächshausfläche und der Niederschlagsverteilung. Für die Kalkulation der Größe gibt es mehrere Möglichkeiten.
Als Faustzahl werden pro m³ Beckengröße 10 m² Gewächshausfläche zugrunde gelegt. Für 2000 m² Gewächshausfläche beträgt die Beckengröße 200 m³. Die Berechnung eines Regenauffangbeckens über den Jahresbedarf ist nicht möglich. Der Jahresniederschlag ist die Bezugsgröße, nicht der Jahresbedarf .

Ein zweiter Weg geht über die Berechnung nach dem Bewässerungssystem:

Beckengröße nach dem Bewässerungssystem

	Gewächshausfläche [m2]
	1000		4000		10000
	Matte	Anstau	Matte	Anstau	Matte	Anstau
maximaler Wasserbedarf pro Tag [m3]	4,2	2,5	17	10	42	25
Mindestbeckengröße für wöchentlichen Bedarf [m3]	30	18	120	70	300	180
Vorratsbeckengröße [m3]	200	120	800	480	2000	1200

Dann gibt es noch die Berechnung über die auffangbare Regenmenge. Ausgehend von der durchschnittlichen natürlichen Niederschlagsmenge pro m² errechnet sich die auffangbare Regenmenge durch Multiplikation mit der zur Verfügung stehenden Auffangfläche unter Berücksichtigung der Niederschlagsverteilung.
Beckengröße = natürlicher Niederschlag [mm] x Glasfläche [m²] x Verteilungsfaktor
Der Verteilungsfaktor beschreibt die Gleichmäßigkeit der Regenverteilung im Jahr zwischen 1/6 (ungleichmäßige Verteilung) bis 1/9 (gleichmäßige Verteilung).

Rechenbeispiel:
Eine Gärtnerei hat eine Glasfläche von 2000 m², die jährliche Niederschlagsmenge beträgt 600 mm (ungleichmäßige Regenverteilung). Wie groß muss das Wasserbecken sein?

Beckengröße = 2000 x 600 x 1/6 = 200 m³

Wasserqualität

Die Ansprüche des Wassers in der gärtnerischen Praxis sind unterschiedlich und hängen z.B. vom Kulturverfahren, der Pflanzenart und der Kulturdauer ab. Die Anforderungen an die Wasserqualität steigen mit zunehmender Kulturdauer und bei geschlossenen Bewässerungssystemen, so dass tolerierbare Gehalte nach Verwendungszweck festgelegt werden müssen.
Die drei wichtigsten Kriterien für die Gießwasserbeurteilung sind:

• Gesamtsalzgehalt
• Bewertung des Gehalts einzelner Ionen
• Wasserhärte

Die chemische Analyse ermöglicht zuverlässig die Beurteilung der Zusammensetzung des Wassers. Die Messergebnisse sind jedoch erst dann zur Beurteilung der Wasserqualität verwendbar, wenn Richtwerte herangezogen werden. Bei der Interpretation müssen Zusammensetzung des Substrats und Salzverträglichkeit der Kultur einfließen.

Grenzwerte für die Wasserqualität

	Grenzwerte der Salztoleranz in
	Erdkultur		geschlossene Systeme	Trinkwasser
	sehr niedrig	niedrig
Leitfähigkeit [µS/cm] Gesamtsalzgehalt [mg/l]	400 250	800 500	500 250	2000
Einzelionen [mg/l]
- Calcium - Natrium - Chlorid & - Sulfat - Nitrat - Eisen - Mangan - Zink - Bor	50 50 50 100 5 1 1 2 0,5	100 100 100 200 5 1 1 2 0,5	150 30 30 80 50 0,5 0,35 0,35 0,25	400 150 250 240 50 0,2 0,05 5 1

Gesamtsalzgehalt

Dieser gibt die Summe aller im Wasser gelösten Ionen an, darunter sind auch solche, die nicht zu den Nährionen zählen. Über die Zusammensetzung der Lösung kann keine Aussage gemacht werden. Die einzelnen Pflanzenarten besitzen unterschiedliche Salztoleranzen in ihrer Wurzelumgebung. Der Grenzwert des Salzgehalts im Gießwasser muss daher nach der Salzverträglichkeit der Pflanze differenziert werden.

Salzempfindlichkeit einiger Zierpflanzen unter Glas

sehr niedrig	niedrig	mittel	hoch
Orchideen Farne Bromelien Azaleen	Cyclamen (Winter) Ericaceae Gesneriaceae Araceae Anthurien Primeln	Begonien Cyclamen (Sommer) Freesien Rosen Gerbera Poinsettien Hydrangea	Chrysanthemen Nelken Asparagus

Der Gesamtsalzgehalt wird als elektrische Leitfähigkeit z.B. in Mikro-Siemens/cm gemessen und kann in mg Salz/l (als KCl, 20° C) umgerechnet werden. Das geschieht nach der Formel:
mg KCl/l = µS/cm x 0,64
Alle gelösten Ionen binden einen Wassermantel um sich. Die Pflanzenverfügbarkeit des so gebundenen Wassers nimmt mit dem Abstand von der Ionenoberfläche zu, wobei die Menge des gebundenen Wassers von der Ionenart und von der Menge der im Wasser gelösten Ionen abhängig ist. Mit zunehmender Leitfähigkeit des Wassers wird der Pflanze die Wasseraufnahme erschwert, so dass negative Erscheinungen wie Welke, Verbrennungen und Absterbeerscheinungen auftreten. Das Aneignungsvermögen für Wasser entscheidet mit über die Eingruppierung nach der Salzverträglichkeit.

Jedem Gärtner sollte jedoch klar sein, dass für das Gedeihen der Pflanzen die Salzkonzentration der Bodenlösung maßgebend ist und nicht die des Gießwassers. Die Salzkonzentration des Gießwassers und die Düngermenge aus Grund- und Nachdüngung sind in Verbindung mit dem Sorptionsverhalten des Substrats die Ursache für den Salzgehalt.

Das Sorptionsverhalten wird bestimmt durch die Menge der organischen und anorganischen Austauscher im Substrat wie sie z.B. in Einheitserden, aber auch in Betriebskomposten und Landerden mit nennenswerten Tonanteilen enthalten sind. Substrate mit hohem Sorptionsvermögen binden große Teile der aus dem Wasser und Dünger stammenden Ionen, so dass der Salzgehalt der Bodenlösung kleiner ist als in Böden mit geringer Sorptionsfähigkeit. Solche Substrate sind reich an Weißtorf, Rindenkompost oder Sand.
Der aus natürlichem Salzgehalt und Düngerbeigabe resultierende Salzgehalt des Gießwassers lässt mit Hilfe der Richtwerte eine grobe Vorausschätzung des Verlaufs der Salzkonzentration im Boden zu. Ein schematisches Vorgehen ist aber problematisch, da es durch Pflanzen- und Bodenverdunstung - beides abhängig von der Witterung - zur Anreicherung und durch Auswaschung, Pflanzenentzug sowie Sorption an Tonmineralen zur Erniedrigung der Salzkonzentration der Bodenlösung kommen kann.
Einen Aufschluss über den jeweils vorhandenen Salzgehalt gibt nur die Messung der Leitfähigkeit im Substrat. Als Faustzahl für Kulturen mit normaler Salzverträglichkeit kann von einem Salzgehalt von 750 mg/l im Gießwasser ausgegangen werden, bei dem es zu keiner kritischen Salzanreicherung im Substrat kommt. Oberhalb dieses Wertes sollte sich ein Betrieb überlegen, ob eine Aufbereitung des Gießwassers durchgeführt werden muss. Ein einfaches Beispiel verdeutlicht, welche Werte die Salzanreicherung im Substrat in Abhängigkeit vom Salzgehalt des Gießwassers erreichen kann.

Salzanreicherung durch das Gießwasser bei Poinsettien

Salzgehalt des Gießwassers [mg/l] Wasserbedarf/Pflanze [l]	250 8	500 8	1000 8
Salzzufuhr durch Gießwasser [mg/l] (12 cm Topf) Salzgehalt durch Grunddüngung [mg] Salzzufuhr durch Nachdüngung [mg]	2000 2400 4000	4000 2400 4000	8000 2400 4000
Salzzufuhr gesamt [mg] Pflanzenentzug [mg]	8400 7500	10400 7500	14400 7500
Salzgehalt am Kulturende [mg] Grenzwert [mg]   (12 cm Topf)	900 3200	2900 3200	6900 3200

Salzanreicherung durch das Gießwasser bei Gerbera

Salzgehalt am Jahresanfang [g/m2] (30 cm Bodenschicht)	600	600	600
Salzgehalt des Gießwassers [mg/l] Wasserbedarf/m2 [l]	250 500	500 500	1000 500
Salzzufuhr durch Gießwasser [g/m2]	125	250	500
Salzzufuhr durch Düngung [g/m2] (50 g N-Entzug /m2, 15 % N im Dünger)	335	335	335
Salzzufuhr gesamt [g/m2] Pflanzenentzug [mg]	460 450	585 500	835 600
Salzgehalt am Jahresende [g/m2]	610	685	835

Pflanzennährstoffe als Inhaltsstoffe

Die Gehalte an Nitrat, Phosphat, Kalium, Calcium und Magnesium können Werte erreichen, die eine Anrechnung auf die Düngermenge notwendig machen. Gleichzeitig wird damit die Salzbelastung des Substrats vermindert. Wenn der Gesamtsalzgehalt überwiegend von Calcium- und Magnesiumverbindungen verursacht wird, ist trotz des hohen Salzgehalts das Wasser weniger kritisch zu beurteilen wegen des niedrigen osmotischen Werts dieser Ionen.

Nitrat: Die Gehalte können in Gebieten mit intensiver Bodennutzung Werte über 100 mg/l erreichen. Gehalte über 5 mg/l sollten bereits bei der Düngung berücksichtigt werden.

Kalium: hier gilt wie beim Nitrat, Gehalte über 5 mg/l K₂O sind auf die Düngung anzurechnen.

Calcium und Magnesium: bei Ca-Gehalten zwischen 50 und 100 mg/l und Mg-Gehalten zwischen 20 und 40 mg/l wird der Bedarf der Pflanze allein durch das Gießwasser gedeckt, so dass keine zusätzlichen Gaben erforderlich sind.

Grenzwerte von Nährstoffen für die Anrechnung auf die Düngung

Nährstoff	Grenzwert [mg/l]
Nitrat Ammonium Kalium Calcium Magnesium	5 2 5 50-100 20- 40

Aus der folgenden Tabelle ist die Nährstoffanreicherung im Boden in Abhängigkeit vom Nährstoffgehalt im Gießwasser und dem jährlichen Wasserverbrauch bei Schnittblumen zu erkennen.

Düngerwirkung nährstoffhaltigen Gießwassers

Wasserverbrauch [l/m2]	Nährstoffgehalt im Gießwasser [mg/l]
	1	10	20	100
	g Nährstoff/m2
100 500 1000 1500 2000	0,1 0,5 1,0 1,5 2,0	1 5 10 15 20	2 10 20 30 40	10 50 100 150 200

Es wird deutlich, dass bei einer ganzjährigen Schnittblumenkultur (1000-1500 l Wasserverbrauch/m²) ein beträchtlicher Anteil bis zum vollständigen Nährstoffbedarf mit der Bewässerung zugeführt werden kann. Ein Berechnungsbeispiel für Topfpflanzen ist aus der folgenden Tabelle zu entnehmen.

Düngerwirkung nährstoffhaltigen Gießwassers bei Topfpflanzen (6 l Wasser/Pflanze)

Wasserbedarf: 70 ml/Tag = 6 l in drei Monaten Nitratgehalt:100 mg/l = 23 mg N/l Stickstoffgabe: 6 x 23 = 138 mg/Pflanze

In dieser Rechnung für Elatior-Begonien wird bei einem Nitratgehalt von 100 mg/l fast 30% des gesamten Stickstoffbedarfs über das Gießwasser gedeckt. Nichtberücksichtigung führt zu unerwünschten Effekten wie übermäßige Pflanzengröße, Mastwuchs und Kulturzeitverlängerung.

Eisen: Gehalte bis zu 2 mg/l sind allgemein ohne Belang. Sind gleichzeitig nennenswerte Mangangehalte (über 2 mg/l) im Wasser, gilt ein Richtwert von 5 mg/l für die Summe der Eisen- und Mangangehalte. Werden Blüten und Blätter benetzt, sollen nicht mehr als 1 mg Eisen/l enthalten sein. Darüber entstehen braune Flecken, die das Aussehen der Pflanze beeinträchtigen. Eisen liegt gewöhnlich im Wasser in zweiwertiger Form vor und oxidiert bei Berührung mit Sauerstoff in die dreiwertige Form, die unlöslich und rotbraun gefärbt ist. Bei mehr als 5 mg Fe/l führt dieses Eisen zur Verockerung von Leitungen und Verstopfen von Düsen.

Bor: Werte ab 0,5 mg/l können schädlich wirken. Mit zunehmendem Tongehalt im Substrat wird die Überdüngung gemindert. Die Schadgrenze ist sehr niedrig. Bei geringfügiger Überschreitung werden bereits erhebliche Schäden verursacht.

Schädlich wirkende Ionen
Natrium: Gehalte ab 50 mg/l sind kritisch zu beurteilen, bei Werten über 50 mg/l können bereits Pflanzenschäden auftreten. Natrium hat eine starke Salzwirkung und wirkt auf die Pflanzen unmittelbar osmotisch ein, indem es die Wasseraufnahme behindert. Besonders durch Streusalz gelangt dieses Ion in das Brunnenwasser.
Natrium ist auch deswegen nachteilig, weil es die Neigung des Bodens zur Verschlämmung erhöht. Das muss jedoch in Zusammenhang mit den Ca- und Mg-Gehalten im Wasser gesehen werden, da diese Ionen der Verschlämmung entgegenwirken. Hohe Natriumgehalte sind daher in Verbindung mit niedrigen Ca- und Mg-Gehalten bedenklich. Größere Schwierigkeiten sind in gewachsenen Böden nicht zu erwarten, da durch eine Kalkung der Nachteil leicht zu beheben ist.

Chlorid: Gehalte ab 50 mg/l erhöhen bereits den osmotischen Wert des Wassers. In salzreichen Wässern ist es oft der Hauptbestandteil und spielt deshalb von den einzelnen im Wasser gelösten Schadstoffen die wichtigste Rolle.
Neben der Behinderung der Wasseraufnahme durch Natrium- und Chloridionen kommt es auch zu schädlicher Anreicherung in der Pflanze. Bei leicht überhöhten Gehalten treten Wachstumsdepressionen auf, mit zunehmendem Gehalt folgen zunächst Chlorosen, später Verbrennungen.

Sulfat: Gehalte bis zu 200 mg/l haben keine nachteilige Wirkung auf das Pflanzenwachstum.

Aufbereitung

Nach Molitor ist die Entscheidung für eine Aufbereitung des Gießwassers sorgfältig zu prüfen. Dies gilt im Hinblick auf die Notwendigkeit dieser Maßnahme genauso wie für die Wahl des Verfahrens. Erfahrungsgemäß wird die Notwendigkeit häufig falsch eingeschätzt und viel Geld in teure und nicht selten falsche Anlagen investiert. Aufbereitetes Gießwasser ist relativ teuer. Aus diesem Grund sollten vorher alle Alternativen zu einer Wasseraufbereitung bedacht werden.

Entscheidend für die Wahl des richtigen Verfahrens ist das zu lösende Problem:

• hohe Leitfähigkeit (hoher Salzgehalt)
  
• hohe Carbonathärte (hoher Gehalt an HCO₃-Ionen)
  
• hoher Eisen- und/oder Mangangehalt
  
• hoher Zinkgehalt
  

Die Wasseraufbereitung ist mit erheblichen Kosten für die Investition und für den laufenden Betrieb verbunden. Je nach Verfahren und Wasserdurchsatz können Kosten pro m³ aufbereitetes Wasser zwischen etwa 0,50 und 7,- € entstehen. Am preiswertesten ist dabei die Säurebehandlung, da sie ohne aufwändigen Geräteeinsatz auskommt. Besonderheiten beim Betrieb und bei der Rohwasserqualität können im Einzelfall zu einer deutlich höheren Kostenbelastung führen. Dies gilt besonders für die Umkehrosmose und bei der Haltbarkeit der vergleichsweise teueren Membranen.
Sofern durch die Wasseraufbereitung Calcium entfernt wird und durch das Verschneiden mit Rohwasser keine ausreichenden Gehalte sichergestellt werden können, ist eine Anpassung der Düngung zwingend notwendig. In der Regel kann das nur durch den Einsatz von Kalksalpeter in Verbindung mit einem N-armen Basisdünger erfolgen. Gleichzeitig wird dabei durch die Nitraternährung einem unerwünschten pH-Abfall entgegengewirkt.
Da die Wasseraufbereitung teuer ist und direkt oder indirekt, etwa über den Energieverbrauch oder den Einsatz von Chemikalien, die Umwelt belastet, wird zunächst nach Alternativen gefragt. Sofern lediglich die Carbonathärte vermindert werden soll, ist eine gesonderte Wasseraufbereitung nicht erforderlich. Grundsätzlich ist zu prüfen, inwieweit man auf die aufwändige und teure Wasseraufbereitung durch Sammeln von Regenwasser ersetzten kann. Regenwasser weist im allgemeinen die beste Wasserqualität auf und kann sowohl alleine als auch zum Verschneiden schlechter Wasserqualitäten eingesetzt werden. Dabei ist jedoch auf ein möglichst konstantes Mischungsverhältnis zu achten, um ständige Anpassungen des Ammonium-/Nitrat-Verhältnisses beim N-Angebot zu vermeiden. Beim Regenwasser ist mit einer Kostenbelastung zu rechnen, die sich im wesentlichen durch den Aufwand bei der Speicherung ergibt.

Vollentsalzung

Leitfähigkeit:
Eine hohe Leitfähigkeit des Gießwassers erfordert nicht grundsätzlich eine Wasseraufbereitung. Es kommt vielmehr auf die Art der Ionen an, die diese Leitfähigkeit verursachen. Besonders kritisch zu bewerten sind Natrium und Chlorid, da beide Ionen osmotisch hoch wirksam sind. Im Vergleich dazu sind Calcium, Magnesium und Sulfat sehr gut pflanzenverträglich und eine Anreicherung im Wurzelbereich ist in der Regel unbedenklich. Allerdings kann es zu technischen Problemen infolge eines Verstopfens von Tropfsystemen durch Ablagerung schwer löslicher Verbindungen kommen. Außerdem sind die betreffenden Salze verantwortlich für Flecken auf den Blättern.
Sollen sowohl Kationen wie Natrium, Calcium und Magnesium als auch Anionen wie Chlorid und Sulfat entfernt werden, bietet sich die Umkehrosmose oder Vollentsalzung mittels Ionenaustauschs an. Bei der Teilentsalzung (Entcarbonisierung) kommen nur Kationenau-stauscher in Betracht.

Ionenaustaucher:

Vollentsalzer mit Ionenaustauschern

Bei der Vollentsalzung mittels Kunstharz-Ionenaustauschern wird das Wasser zunächst durch einen mit H-Ionen beladenen stark sauren Kationenaustauscher geleitet. Dabei werden alle Kationen entfernt und gegen H-Ionen ausgetauscht, auch wertvolle wie Calcium und Magnesium. Anschließend wird das Wasser durch einen mit OH-Ionen beladenen stark basischen Anionenaustauscher geleitet. Hier werden die im Wasser vorhandenen Anionen wie Chlorid, Sulfat u.a. gegen OH-Ionen ausgetauscht. Die freigesetzten H- und OH-Ionen verbinden sich zu Wasser, so dass der pH-Wert nicht nennenswert beeinflusst wird.
Die Funktion der Anlage wird über die Messung der Leitfähigkeit überwacht und gesteuert. Je nach Ausstattung der Anlage werden die erschöpften Harze halb- oder vollautomatisch mit Salzsäure (Kationenaustauscher) und Natronlauge (Anionenaustauscher) regeneriert.
Die Vollentsalzung ist bis zu einem Salzgehalt des Wassers von etwa 0,6 g/l sinnvoll. Höhere Salzgehalte zu entfernen wird zunehmend unwirtschaftlicher. Die Filterleistung der Anlage kann durch hohe Eisengehalte im Rohwasser gemindert werden, so dass eine vorherige Enteisenung notwendig werden kann. Nachteilig kann sich auch eine Belastung mit organischen Stoffen auswirken. Vorteil der Ionenaustauschermethode ist, dass keine nennenswerten Wasserverluste auftreten.

Umkehrosmose:

Prinzip der Umkehrosmose

Das Prinzip der Umkehrosmose beruht darauf, aus einer salzreichen Lösung (Rohwasser) salzfreies Wasser (Permeat) zu gewinnen unter gleichzeitiger Entstehung stark salzhaltigen Restwassers (Konzentrat). Dabei wird das salzhaltige Wasser mit hohem Druck längs einer semipermeablen Membran gepresst. Im Handel befinden sich zwei Typen von Membranen, Cellulosefilter für pH-Werte von 6 bis 8 mit etwa zwei Jahren und Polyamidfilter für pH-Werte von 4 bis 11 mit ca. vier Jahren Haltbarkeit.

Die Leistung der Umkehrosmose ist abhängig von der Höhe des angelegten Drucks, meist 14 bis 28 bar, und der Temperatur des Rohwassers. Je ° C erhöht sich die Durchflussrate der Membranen um etwa 3 %. Es ist möglich, die Leistungsfähigkeit einer Anlage mit Hilfe von Sonnenkollektoren zu verbessern und dabei Energie einzusparen. Allerdings darf die Wassertemperatur 40° C bei Polyamid- und 30° C bei Zelluloseazetatmembranen nicht übersteigen um Beschädigungen zu vermeiden. Die Funktionsfähigkeit einer Anlage wird außerdem durch den pH-Wert des Rohwassers und bestimmte gelöste und ungelöste Inhaltsstoffe beeinflusst. Bei niedrigem pH-Wert erhöht sich der ungewollte Durchgang von gelösten Stoffen, weshalb unter Umständen eine pH-Regulierung des Rohwassers erforderlich wird. Grundsätzlich werden aus dem Rohwasser zum Schutz des Geräts mittels feinporiger Filtersysteme zunächst unlösliche Feststoffe und Algen entfernt. Das gilt besonders für Eisen.
Die Umkehrosmose ist dort sinnvoll, wo ausreichend Rohwasser zur Verfügung steht, da je nach gewünschtem Reinheitsgrad des aufbereiteten Wassers größere Mengen Spülwasser anfallen. Durch die Umkehrosmose werden auch Krankheitskeime entfernt. Das Verfahren ist geeignet für höhere Salzgehalte im Gießwasser über 1 g/l. Um die Anlagekosten niedrig zu halten, werden Geräte mit kleinem Durchsatz gewählt, die kontinuierlich arbeiten.

Carbonathärte

Zur Entfernung einer hohen Carbonathärte bieten sich folgende Verfahren an:

Entcarbonisierung durch Ionenaustauscher:

Enthärtung mit Kationenaustauscher

Der HCO₃-Gehalt des Gießwassers kann auch durch Ionenaustauscher gesenkt werden. Dabei wird das Wasser ähnlich wie bei der Vollentsalzung mittels Ionenaustauscherharzen aufbereitet. Im Unterschied zur Vollentsalzung durchläuft das Rohwasser allerdings nur einen stark sauren Kationenaustauscher. Diese tauschen Wasserstoff (H)-Ionen gegen im Gießwasser enthaltene Calcium-, Magnesium-, Kalium- und Natrium-Ionen ein. Das Wasser wird dadurch sauer und darf deshalb nicht mit Metallen in Berührung kommen. Die H-Ionen setzen sich mit den im Wasser vorhandenen HCO₃ -Ionen unter Bildung von Kohlensäure um, die in Wasser und Kohlendioxid zerfällt. Trotz ihrer Effizienz bei der Entcarbonisierung besitzen Ionenaustauscher Nachteile. Neben den hohen Kosten für die Regeneration und der Entsorgung des stark salzbelasteten Wassers gehen im Gießwasser die durchaus erwünschten Ca- und Mg-Ionen verloren und müssen zusätzlich gedüngt werden.
Dieser auch als ‚Teilentsalzung‘ bezeichnete Vorgang ist grundsätzlich von der sogenannten Enthärtung des Wassers zu unterscheiden, die völlig ungeeignet zur Gießwasseraufbereitung ist. Hier sind die Ionenaustauscher mit Natriumionen beladen. Diese werden gegen die im Rohwasser enthaltenen Kationen ausgetauscht, so dass das Gießwasser wegen der hohen Natriumgehalte unbrauchbar ist.

Neutralisation mittels Säurezusatz:
Diese Methode ist in der Praxis weit verbreitet. Dabei werden dem Rohwasser definierte Mengen von Mineralsäuren zugeführt, die das Wasser auf eine gewünschte Carbonathärte enthärten. In der Vergangenheit wurde vorzugsweise Schwefelsäure eingesetzt, weil dadurch das Nährstoffangebot nicht beeinflusst wurde. Nachteilig ist, dass Gips gebildet wird, der zur Verstopfung von Rohrleitungen und Tropfern führen kann. Aus diesem Grund wird heute meist Salpetersäure bevorzugt. Da nennenswerte Stickstoffmengen in Form von Nitrat in das Wasser gelangen, sind sie bei der Düngung anzurechnen. Vorhandenes Calcium bleibt gut löslich erhalten.
Die Neutralisation von Hydrogencarbonat kann vollautomatisch durchgeführt werden, wobei der pH-Wert (z.B. 5,8 bis 6,2) als Regelgröße verwendet wird. Bei einfachen Düngerbeimischanlagen ohne pH-Regelung kann diesen zur Säuredosierung ein Mischbehälter vorgeschaltet sein und über pH-Meter überwacht werden.
Es kann auch zweckmäßig sein, einen Teil der Salpetersäure durch Phosphorsäure zu ersetzen. Der Zusatz ist allerdings auf den notwendigen P-Gehalt der Nährlösung begrenzt. Der Einsatz ist dann sinnvoll, wenn das Rohwasser einen hohen Gehalt an Hydrogencarbonat bei gleichzeitig niedrigem Calciumgehalt aufweist und deshalb Nitratstickstoff in Form von Kalksalpeter zur Abdeckung des erforderlichen Ca-Gehalts eingesetzt werden muss.
Von organischen Säuren ist abzuraten, da es sich um für Mikroorganismen leicht zersetzbare C-Quellen handelt. Bei deren Mineralisation würden beträchtliche Sauerstoffmengen verbraucht und der Nährlösung entzogen.

Oxalsäurebehandlung:
Durch Zusatz definierter Mengen Oxalsäure zum Wasser werden Calcium- und Magnesiumionen durch Bildung schwer löslicher Oxalate ausgefällt und somit gleichzeitig eine deutliche Verminderung der Leitfähigkeit des Gießwassers erreicht. Die zugesetzte Oxalsäure wird mit entfernt, so dass es nicht zu Sauerstoffproblemen kommen kann. Je nach Temperatur des Wassers dauert die chemische Reaktion und das Absetzen des Oxalats im Wasserbecken ca. 30 Minuten.
Dieses vergleichsweise aufwändige und wegen des Umgangs mit giftiger Oxalsäure bedenkliche Verfahren wird nur noch selten angewendet. Es ist ein Zweikammerverfahren erforderlich, ein Becken wird für die langsame Ausfällung des Oxalats (Schlammbildung) benötigt. Ein zweites Becken dient zum Umpumpen des entsalzten Wassers. Das Oxalat muss entsorgt werden. Das Verfahren eignet sich nur für kleinere Wassermengen.
Anwendung: 1° dH KH wird durch 22,5 g technische Oxalsäure/m³ beseitigt, bei 20° dH 450 g Säure benötigt. Die H⁺-Ionen der Säure reagieren mit Hydrogencarbonat zu Kohlendioxid und Wasser, wobei gleichzeitig der pH-Wert des Wassers sinkt.

Hoher Eisengehalt

Ein hoher Eisengehalt des Wassers (2 mg/l) ist aus Sicht der Pflanzenernährung meist nicht unmittelbar problematisch. Vielmehr ist in Nährlösungen ein Fe-Gehalt in dieser Größenordnung sogar notwendig. Bei zu hohen Gehalten kann es allerdings leicht zur Ausfällung von Phosphat und zur Verstopfung von Filter- und Wasserverteilsystemen durch Eisenoxidablagerung kommen. Aus diesem Grund muss die Enteisenung gegebenenfalls auch anderen Verfahren der Wasseraufbereitung vorgeschaltet werden. Somit ist die Enteisenung aus technischen Gründen notwendig. Zusammen mit hohen Eisengehalten können auch hohe Mangangehalte auftreten, die in gleicher Weise wie das Eisen entfernt werden.
Das Prinzip beruht darauf, die gelösten Eisen- und Manganverbindungen durch Oxidation in schwer lösliche Verbindungen zu überführen. Dies geschieht am einfachsten durch intensives Belüften des Rohwassers in offenen Behältern oder Teichen, an deren Oberfläche das Wasser versprüht wird. Das sich bildende dreiwertige Eisenoxid setzt sich am Boden ab.

Hoher Zinkgehalt

Hohe Gehalte finden sich häufig in gesammeltem Regenwasser. Als Ursache kommen verzinkte Gewächshausteile, Regenrinnen oder Rohre in Betracht. Als vorbeugende Maßnahme sollten solche Kontaminationsquellen beseitigt werden, etwa durch Schutzanstriche und den Ersatz durch Kunststoffteile. Wo dies nicht möglich ist, bleibt nur das Zink wieder aus dem Wasser zu entfernen. Dies ist am einfachsten durch den Einsatz eines stark sauren Kationenaustauschers zu erreichen. Von der Industrie wurden dazu speziell selektiv wirkende Ionenaustauscherharze entwickelt, die Schwermetalle besonders stark binden.
Da Regenwasser sonst in der Regel keine hohen Anteile an anderen Kationen enthält, dauert es vergleichsweise lange, bis der Ionenaustauscher erschöpft ist. Entsprechend gering sind die Unterhaltungskosten der Anlage.

Einzelnachweise

Quelle

Ulrich Harm (2007): Neustadter Heft: Bodenanalyse und Düngung im Zierpflanzenbau. Herausgeber DLR Rheinpfalz. Neustadt an der Weinstraße.