Umkehrosmose bei Arsen und Uran: Warum die Form des Schadstoffs wichtig ist

Wenn ein Wassertest Arsen oder Uran nachweist, gehört die Umkehrosmose zu den wenigen häuslichen Aufbereitungsverfahren, die allgemein als wirksam gegen beide Stoffe gelten. Die ehrliche Antwort auf die Frage „Entfernt eine Umkehrosmose Arsen?“ hängt jedoch von einem Detail ab, das in den meisten Kaufberatungen völlig übergangen wird: Welche chemische Form von Arsen ist tatsächlich im Wasser enthalten? Arsen kommt in der Natur in zwei unterschiedlichen Spezies vor, die sich innerhalb einer Membran sehr verschieden verhalten. Daher kann dieselbe Frage je nach betroffenem Brunnen oder kommunaler Wasserversorgung zwei unterschiedliche Antworten haben. Bei Uran sieht die Sache wieder anders aus: Dafür gelten ein eigener Grenzwert und eigene Abwägungen bei der Aufbereitung. In diesem Artikel erfahren Sie, worin sich die beiden Schadstoffe unterscheiden, warum eine Laboranalyse jeder Entscheidung über eine Anlage vorausgehen muss und welche Rolle die technischen Daten des Hydrion Purity RO600 spielen, sobald die Analyse vorliegt.

• Arsen im Grundwasser ist fast immer natürlichen Ursprungs. Je nachdem, wie sauerstoffreich der Aquifer ist, liegt es als Arsenit, As(III), oder Arsenat, As(V), vor.
• Umkehrosmosemembranen weisen größere, elektrisch geladene gelöste Stoffe viel besser zurück als kleine, neutrale Stoffe. Deshalb werden die beiden Arsenformen in sehr unterschiedlichem Maß entfernt.
• Ein gewöhnlicher Laborbefund für „Gesamtarsen“ gibt nicht an, welche Form vorliegt. Wenn eine schlechte Rückhaltung festgestellt wird, fügt ein Wasserversorger daher üblicherweise einen Oxidationsschritt vor der Membran hinzu, statt die Membran auszutauschen.
• Auch Uran kommt natürlich vor, unterliegt einem eigenen EPA-Grenzwert und wird im Allgemeinen gut durch Umkehrosmose entfernt. Dabei gelangt jedoch ein beträchtlicher Teil des Zulaufwassers in den Abfluss.
• Angaben zur Reduktion von Arsen oder Uran auf einer Produktseite sind Anbieterangaben und keine unabhängig überprüften Testergebnisse. Das ist beim Vergleich verschiedener Systeme wichtig.

Warum Arsen in zwei verschiedenen chemischen Formen vorkommt

Arsen, das bei einem Wassertest nachgewiesen wird, stammt fast nie aus industrieller Verunreinigung. Es löst sich auf natürliche Weise aus dem Gestein und Sediment, in dem sich ein Brunnen befindet. Welche chemische Form es annimmt, hängt vor allem davon ab, wie viel Sauerstoff ins Grundwasser gelangt. Ein Informationsblatt der Oregon Health Authority zu Trinkwasser erklärt, dass flachere, sauerstoffreichere Aquifere Arsen meist als Arsenat, As(V), enthalten, während es in tieferem, sauerstoffarmem Grundwasser eher als Arsenit, As(III), vorliegt (Quelle: Informationsblatt der Oregon Health Authority zu Trinkwasser).

Dieser Unterschied ist nicht bloß eine chemische Kuriosität. Im pH-Bereich, der in typischem Trinkwasser vorkommt, tragen As(V)-Spezies laut demselben Informationsblatt eine negative elektrische Ladung, während die vorherrschende As(III)-Spezies nahezu elektrisch neutral ist. Ein gewöhnlicher Laborbericht, der „Gesamtarsen“ in Mikrogramm pro Liter angibt, verrät nicht, mit welcher der beiden Formen Sie es zu tun haben. Wie der nächste Abschnitt erklärt, entscheidet dieser Unterschied jedoch darüber, wie gut eine Umkehrosmosemembran das Arsen entfernen kann. Beide Aufsichtsbehörden behandeln Gesamtarsen unabhängig von seiner Form gleich: Der aktuelle Richtwert der Weltgesundheitsorganisation beträgt 10 Mikrogramm pro Liter. Er wird als vorläufig bezeichnet, weil sich Arsen in der Praxis nur schwer aus Wasser entfernen lässt. Der in den Vereinigten Staaten verbindliche EPA-Höchstwert für Schadstoffe liegt bei umgerechnet 0,010 mg/L (Quellen: WHO-Informationsblatt zu Arsen; EPA-Vorschriften für die primäre Trinkwasserqualität).

Warum die Arsenform beeinflusst, was eine Membran zurückhalten kann

Umkehrosmosemembranen halten gelöste Stoffe zurück, die zu groß oder elektrisch zu stark geladen sind, um zusammen mit Wassermolekülen hindurchzutreten. Ein negativ geladenes Ion wie As(V) wird genau aus diesem Grund gut zurückgehalten. Ein nahezu neutrales Molekül wie As(III) kann dagegen viel leichter hindurchtreten, weil der Membran nur eine geringe elektrische Triebkraft zur Verfügung steht, um es aufzuhalten. Das Informationsblatt der Oregon Health Authority beziffert diesen Unterschied: Unter günstigen Bedingungen kann die Umkehrosmose bis zu 95 % des As(V) entfernen. Die Entfernung von As(III) fällt dagegen durchweg geringer aus, weil die vorherrschende Spezies nahezu ungeladen bleibt (Quelle: Informationsblatt der Oregon Health Authority zu Trinkwasser). Die Angabe von 95 % beschreibt einen Optimalfall unter Laborbedingungen, keine Garantie für ein bestimmtes Zuhause und dessen Wasserchemie. Sie sollte daher als Obergrenze und nicht als Versprechen verstanden werden.

Ein Praxisbeispiel aus der Wasserversorgung veranschaulicht denselben Punkt. Eine Fallstudie der American Membrane Technology Association beschreibt, wie El Paso Water Utilities feststellte, dass herkömmliche Umkehrosmosemembranen mit hoher Rückhalterate an den meisten Standorten seiner Brackwasserbrunnen Arsen gut entfernten. An einem Standort sank die Rückhalterate jedoch unter 40 %, weil das Arsen hauptsächlich als As(III) vorlag. Die Lösung des Versorgers war keine andere Membran, sondern ein großtechnisches Verfahren mit Vorchlorung und anschließender Entchlorung, das das Arsen zu As(V) oxidierte, bevor das Wasser überhaupt die Membranen erreichte (Quelle: AMTA-Fallstudie zur Oxidation von Arsen vor der Umkehrosmose). Deshalb lässt sich auch die pauschale Frage „Entfernt eine Umkehrosmose Arsen?“ nicht allgemein beantworten: Es kommt darauf an, welche Form im zu behandelnden Wasser gelöst ist und ob sie zuvor oxidiert wird.

Warum eine Laboranalyse jeder Entscheidung über eine Anlage vorausgehen muss

Da die Arsenform das Ergebnis so stark beeinflusst, sollte nach einem bedenklichen Befund zunächst eine zertifizierte Laboranalyse auf Gesamtarsen erfolgen. Fällt das Ergebnis ungewöhnlich aus, sollte eine weitere Analyse folgen – nicht ein Kauf. Wenn eine Speziationsanalyse angeboten wird, zeigt die Feststellung, ob hauptsächlich As(III) oder As(V) vorliegt, unmittelbar, ob vor dem Einbau eines Membransystems wahrscheinlich eine Oxidationsvorbehandlung nötig ist. Auch das Informationsblatt der Oregon Health Authority empfiehlt aus Sicht der zuständigen Behörde, eine staatlich zertifizierte Laboranalyse durchführen zu lassen und sich vor der Auswahl eines Verfahrens an eine Fachkraft für Wasseraufbereitung zu wenden, statt zuerst eine Anlage auszuwählen und zu hoffen, dass sie zum Wasser passt.

Es ist sinnvoll, bei derselben Untersuchung auch auf Eisen und Mangan testen zu lassen, da beide die Arsenentfernung beeinträchtigen und die Entscheidung beeinflussen können, ob eine Vorbehandlung sinnvoll ist und, falls ja, welche. Ein TDS-Messgerät für Verbraucher ist hier kein Ersatz: Es erfasst die gesamten gelösten Feststoffe als groben Gesamtwert und kann Arsen nicht gezielt nachweisen – geschweige denn feststellen, in welcher chemischen Form es vorliegt. Ein niedriger oder normaler TDS-Wert sagt daher nichts über das Arsenrisiko aus. In unserem Erklärartikel dazu, was TDS tatsächlich misst erfahren Sie, warum dieser Wert für manche Fragen nützlich ist und für andere nicht.

Uran: Ein anderer Schadstoff, der anders behandelt wird

Uran ist ein anderes Thema als Arsen und sollte auch so behandelt werden, statt beide unter „natürliche Schadstoffe“ zusammenzufassen. Auch Uran kommt in Brunnenwasser fast immer natürlich vor. Laut einem Informationsblatt der Ohio State University Extension zu Uran in Brunnenwasser stammt es aus der allmählichen Verwitterung des örtlichen Gesteins und Bodens, nicht aus einer konkreten Verschmutzungsquelle (Quelle: OSU Extension / Ohio Watershed Network, Uran in Brunnenwasser). Der verbindliche EPA-Grenzwert für Uran im Trinkwasser beträgt 30 Mikrogramm pro Liter (Quelle: EPA-Vorschriften für die primäre Trinkwasserqualität). Dass ein Messwert über diesem Grenzwert liegt, gilt laut demselben Informationsblatt der Extension als Handlungsbedarf: Es empfiehlt eine Aufbereitung, da eine langfristige Belastung oberhalb des Grenzwerts in der Forschung mit einem erhöhten Krebsrisiko in Verbindung gebracht wurde. Ein nachweisbarer, aber unter dem Grenzwert liegender Wert hingegen macht eine Aufbereitung optional statt dringend. Diesen Unterschied sollte man im Blick behalten, statt jede Spur Uran als Krise zu behandeln.

Anders als bei Arsen zerfällt das elektrische Verhalten von Uran im Wasser nicht in zwei problematische Formen. Dieselbe Quelle der Extension führt die Umkehrosmose als wirksame Uranaufbereitung auf. Der darin genannte Nachteil betrifft den Wasserverbrauch und nicht die Chemie: Die Umkehrosmose zur Uranentfernung wird als vergleichsweise langsam beschrieben und leitet für jede Gallone aufbereiteten Wassers mehrere Gallonen in den Abfluss. Ein herkömmlicher Wasserenthärter wird überhaupt nicht als Verfahren zur Uranentfernung aufgeführt, denn bei der Enthärtung werden Härtebildner wie Kalzium und Magnesium gegen Natrium ausgetauscht. Sie ist nicht dafür ausgelegt, ein gelöstes Radionuklid wie Uran zu behandeln.

Die technischen Daten des RO600 im Hinblick auf diese beiden Schadstoffe

Sobald ein Laborbefund vorliegt, ist es sinnvoll, mit dem Vergleich von Anlagen zu beginnen. Hier werden die technischen Daten des Hydrion Purity RO600 relevant. Die Membran mit einer Porengröße von 0,0001 Mikrometern und die Anordnung aus drei Kartuschen – eine PPC-Stufe für Sedimente und Kohle, die 600G-Umkehrosmosemembran und ein TC-Nachfilter – sind auf der Produktseite des Systems angegeben. Angaben zur Reduktion von Arsen, Uran oder anderen gelösten Stoffen auf dieser Seite sind Anbieterangaben und stammen nicht aus einem unabhängig geprüften Testzertifikat. Es lohnt sich daher, sie unter Berücksichtigung dieses Unterschieds zu lesen und nicht als im Labor bestätigte Tatsachen.

Das Reinwasser-Abwasser-Verhältnis von 2:1 beim RO600 ist der praktische Preis für denselben Rückhaltemechanismus, der weiter oben in diesem Artikel beschrieben wurde: Eine Membran, die gelöste, geladene Stoffe wirksam zurückhält, leitet auch einen Teil des Zulaufwassers in den Abfluss, um die zurückgehaltenen Stoffe auszuspülen. Das entspricht dem Nachteil, den die Quelle der Extension auch für die Uranaufbereitung im Allgemeinen beschreibt. Das System ist für kaltes, aufbereitetes kommunales Wasser vorgesehen. Es wird hier nicht als alleinige Lösung für eine unbehandelte Brunnenwasserversorgung mit einem noch nicht bestätigten Arsen- oder Uranbefund dargestellt. Ein Brunnen, der eine eigene Vorbehandlung benötigt, ist ein separates Thema, das wir in unserem Artikel zur Umkehrosmose bei Brunnenwasser behandeln. Keine der oben genannten technischen Angaben ändert an der Reihenfolge etwas, auf die dieser Artikel hinausläuft: Eine Laboranalyse – bei Arsen idealerweise eine Speziationsanalyse – muss weiterhin an erster Stelle stehen.

Was bei einem bestätigten Befund zu tun ist

Der richtige Weg ist einfacher, als die Chemie vermuten lässt: zuerst testen, bei Arsen – sofern eine Speziationsanalyse angeboten wird – die vorliegende Form bestimmen, das konkret nachgewiesene Problem behandeln (was einen Oxidationsschritt vor der Membran bedeuten kann und nicht nur die Membran selbst) und erst dann die Anlagen anhand des Befunds vergleichen. Wer sich zunächst genauer damit befassen möchte, wie die Umkehrosmose funktioniert, kann mit unserem umfassenden Leitfaden zur Umkehrosmose beginnen. Wer wissen möchte, welche weiteren gelösten Mineralstoffe die Umkehrosmose aus dem Wasser entfernt oder nicht entfernt, findet mehr dazu in unserem Artikel darüber, was die Umkehrosmose aus dem Wasser entfernt.

Wenn ein Test eine aufbereitete kommunale Wasserversorgung mit einem Profil gelöster Schadstoffe bestätigt, für das sich die Umkehrosmose gut eignet, ist der RO600 ein System, dessen technische Daten sich Punkt für Punkt mit denen anderer Systeme auf der engeren Auswahlliste vergleichen lassen. Die Wahl der Anlage folgt auf den Test. Sie ersetzt ihn nicht.