Ramsch, B. & Sellner, B.R. 1995: Wie wichtig ist der Aktivkohlefilter bei Umkehrosmoseanlagen? DISKUS BRIEF 4: 134-138.

Wie wichtig ist der Aktivkohlefilter bei Umkehrosmoseanlagen?

von Burkhard Ramsch* und Beate R. Sellner*

Für die Hälterung und insbesondere für die Zucht von Diskus-Buntbarschen ist weiches, von Schadstoffen befreites und leicht saures Wasser unbedingt erforderlich. Neben der Wasseraufbereitung mit Ionenaustauschern (meist Vollentsalzung) hat sich die Umkehrosmose einen festen Platz in der Aquaristik gesichert. Beide Techniken haben sowohl Vor- als auch Nachteile. Den etwas geringeren Anschaffungs- und Betriebskosten sowie der schnelleren Wasserproduktion bei Vollentsalzung steht die chemiefreie (keine Entsorgungskosten), einfache und sichere Entfernung aller Wasserinhaltsstoffe bei der Umkehrosmosetechnik gegenüber. Dieser Artikel soll kein Plädoyer für die eine oder andere Technik sein - sowohl mit Vollentsalzung als auch mit Umkehrosmose werden hervorragende Zuchtergebnisse bei Diskus und anderen empfindlichen Fischen erzielt.
Tatsache ist, dass das Trinkwasser wegen natürlicher Faktoren (z.B. Härte), wegen menschlicher Beeinflussungen (z.B. Nitrat und Pestizide aus der Landwirtschaft) oder aus Gründen des Korrosionsschutzes (Phosphate und Silikate) meist nicht für den direkten Gebrauch im Weichwasseraquarium verwendet werden kann.
Bei der Umkehrosmosetechnik wird mit Hilfe des Wasserleitungsdrucks ein Teil des Leitungswassers durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Membran gedrückt. Das erhaltene Reinwasser ist zu 90-98% von allen Trinkwasserinhaltsstoffen - auch von den wenig oder nicht geladenen Stoffen - befreit. (Schlüter 1990; Ramsch 1994)
Nachteilig ist, dass die wertvolle Umkehrosmosemembran vor einigen wenigen Stoffen geschützt werden muss, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten:

1. Partikel, die durch Reparaturarbeiten am Wassernetz oder durch Korrosionsvorgänge ins Wasser gelangen können, setzen sich auf die Membran und können dort eine undurchlässige Kruste verursachen. Um dies zu verhindern, muss unbedingt ein Feinfilter vor die Membran geschaltet werden. Die Porengröße bzw. Nominalgröße sollte bei 3 bis 10 µm liegen.
2. Gelöste Stoffe wie Eisen und Mangan dürfen laut Trinkwasserverordnung nur bis zu 0,1 mg/l im Trinkwasser enthalten sein (Aurand et al. 1991). Sollten dennoch höhere Konzentrationen im Wasser gelöst sein, besteht die Gefahr, dass Eisen und Mangan in der Umkehrosmoseanlage oxidieren und eine schwer lösliche Schicht auf der Membran bilden - genauso wie die Oberfläche der Ionenaustauschharze bei Voll- oder Teilentsalzern durch diese Stoffe unbrauchbar gemacht wird. Bis zu dem oben genanntem Grenzwert besteht jedoch nicht die Gefahr einer oft irreparablen Verblockung.
3. Andere membranverblockende Substanzen, wie z.B. Strontium und Barium, bilden bei Aufkonzentrierung sehr schnell unlösliche Salze. Die Verblockung wird durch die anderen Gesamthärtebildner Calcium und Magnesium unterstützt. Allgemeine Konzentrationsangaben, ab wann ein Stoff die Membran durch Ausfällung zusetzt, gibt es nicht (vergleiche Landhäußer 1990). Der sogenannte Verblockungsindex zur exakten Beurteilung der Verwendbarkeit des Wassers kann nur von wenigen Spezialisten gemessen werden. Ansonsten bleibt nur die sehr grobe Faustregel: je härter (Summe Erdalkalien, nicht KH) das Wasser, desto höher sollte das Abwasser-Reinwasser-Verhältnis der Umkehrosmoseanlage sein. Hat das Rohwasser Trinkwasserqualität nach Norm (DIN 2000, DIN 2001), halten Umkehrosmosemembranen bei richtiger Pflege im allgemeinen mehrere Jahre.
4. Starke Oxidationsmittel wie Ozon, Chlor, Chlordioxid, Kaliumpermanganat, Wasserstoffperoxid, Natriumperoxidsulfat und Kaliummonopersulfat können Umkehrosmosemembranen aus Kunststoff, wie sie in Mitteleuropa vorwiegend benutzt werden, zerstören. Zum Schutz vor diesen Stoffen ist ein Aktivkohlefilter unerlässlich.

Die Aktivkohlefilterung zur Aufbereitung von Leitungswasser ist eine Alternative zur Umkehrosmose- bzw. zur Ionenaustauschtechnik, ergänzt sie aber auch. Der Faktor, der die Wasserqualität entscheidend verändert, ist die Aufenthaltzeit des Wassers im Filter. Je länger das Wasser an der Aktivkohle verweilt, desto niedrigere Auslaufkonzentrationen der Giftstoffe werden erreicht. Problematisch ist die Standzeit des Filters. Wird sie überschritten "bricht" der Filter "durch", d.h. die in ihm angesammelten Giftkonzentrationen gelangen in das Aquarienwasser. Die aufbereitete Wassermenge muss deswegen genau protokolliert und die Aktivkohle bei Erreichen der theoretischen Kapazität sofort ausgetauscht werden. (Krause 1992, Ramsch 1992)
Die Fähigkeit des Aktivkohlefilters, alle unerwünschten Inhaltsstoffe des Leitungswassers zu binden, steht jedoch bei der Umkehrosmoseanlage nicht im Vordergrund. Denn für eine wirksame Bindung der Giftstoffe sind die Größe des eingesetzten Aktivkohlefilters und damit die Kontaktzeit des Wassers viel zu gering. Die Aktivkohle hat nur dafür zu sorgen, dass Oxidationsmittel im Wasser zerstört werden. Andernfalls könnten sie die Umkehrosmosemembran beschädigen und ins Aquarienwasser gelangen. Chlor und Ozon werden nicht! - wie oft behauptet (z.B. Landhäußer 1990) - wie organische Stoffe im Aktivkohlefilter adsorbiert, also an der Oberfläche der Aktivkohle gebunden, sondern an der Oberfläche katalytisch gespalten. Zum Beispiel zerfällt im Leitungswasser gelöstes Chlor nach der Formel:

Cl₂ + H₂O <-> HOCl + HCl
gelöstes Chlorgas + Wasser <-> hypochlorige Säure + Salzsäure

Die hypochlorige Säure reagiert weiter zu Salzsäure und einem Sauerstoffradikal:

HOCl <-> HCl + O
hypochlorige Säure <-> Salzsäure + Sauerstoffradikal

Das Sauerstoffradikal hat die durch die Chlorung gewünschte bakterientötende Wirkung. Es kann an der katalytischen Aktivkohle zu molekularem Sauerstoff reagieren und damit unschädlich gemacht werden. Der ganze Prozess der Chlorzerstörung kann bei einer Kontaktzeit von nur 2-3 Sekunden ablaufen, so dass ein kleiner Aktivkohlefilter ausreicht.
Theoretisch hielte der Aktivkohlefilter unbegrenzt, da sich Katalysatoren nicht verbrauchen. In der Praxis aber setzen Partikel oder Ablagerungen aus dem Trinkwasser die Oberfläche der Aktivkohlekörnchen zu und nehmen ihnen damit die katalytische Wirkung. Als einfache Faustregel gilt: funktioniert der Feinfilter einer Umkehrosmoseanlage nicht mehr, muss auch der Aktivkohlefilter gewechselt werden.
Der Zustand der Aktivkohlefilter ist nicht leicht zu beurteilen. Deshalb sollten die Feinfilter (oder Kombifilter) regelmäßig kontrolliert werden. Dazu notiere man Färbung und Zustand des Filters vor dem ersten Gebrauch und vergleiche sie alle 2 bis 6 Monate je nach Benutzung der Anlage. Schlammige rotbraune oder schwarze Beläge und ein fauliger Geruch sind untrügliche Zeichen für einen zu weit hinausgeschobenen Vorfilterwechsel. - Alte und verstopfte Vorfilter mindern Quantität und Qualität des Reinwassers. Deswegen sollten diese beiden Parameter regelmäßig (alle 1 bis 3 Monate) gemessen und notiert werden. Nur dann kann, wenn sich Reinwasserquantität und -qualität erheblich verschlechtern, mit dem Hersteller der Anlage sachgerecht geklärt werden, ob die Membran der Anlage überholt werden kann oder ausgetauscht werden muss.
Soll nun der Aktivkohlefilter vor oder nach der Membran eingebaut werden? - Dies hängt vor allem vom Membranmaterial ab. Wird die in Mitteleuropa wenig verbreitete Celluloseacetatmembran benutzt, ist gechlortes (ozonisiertes) Wasser Voraussetzung, da die Oxidationsmittel alle Bakterien töten, die die Celluloseacetatmembran zerstören können. Bei diesem Membrantyp muss also der Aktivkohlefilter unbedingt hinter die Umkehrosmosemembran montiert werden. Außerdem dürfen diese Anlagen nie abgestellt werden, da sonst die Bakterien eine Chance erhalten, die Membran zu "zernagen".

Abb. 1: Fließschema von Umkehrosmoseanlagen mit unterschiedlichen Membranen

Bei Kunststoffmembranen aus Polyamid-Polysulfon (Thin Film Composit = TFC) hingegen muss der Aktivkohlefilter vor die Membran gebaut werden, da dieser Membrantyp etwas empfindlicher gegenüber Chlor und anderen Oxidationsmitteln ist (ca. 1000 ppm*h) ist.
Auch bei Kunststoffmembranen aus Polyvinylalkohol sollte, wenn das Wasser gechlort ist, unbedingt ein Aktivkohlefilter benutzt werden. Erstens ist die Konzentration an Chlor oder anderen Oxidationsmitteln nur mit Aufwand zu ermitteln (Chlortests gibt es zwar, aber bei Ozon und den anderen üblichen Oxidationsmitteln hat man kaum eine Chance, verlässliche Werte zu bekommen) und zweitens werden gasförmige Oxidationsmittel wie z.B. Chlor nicht von der Umkehrosmosemembran zurückgehalten. Diese Stoffe tauchen im Reinwasser auf und müssen unbedingt katalytisch mittels Aktivkohle gespalten werden, um einer Kiemenverätzung der Aquarienfische vorzubeugen.
Nachgeschaltete Aktivkohlefilter (RO-Anlagen mit Celluloseacetat- oder Polyvinylalkoholmembranen) haben zwar den Vorteil, dass sie wesentlich länger ihre katalytische Oberfläche behalten, aber die Beurteilung, wann die Aktivkohle nicht mehr Oxidationsmittel spalten kann, ist dem Hobbyaquarianer nicht möglich. Sicherheitshalber sollte der Aktivkohlefilter deshalb mit jedem oder bei jedem zweiten Feinfilterwechsel mitausgetauscht werden. Nachgeschaltete Aktivkohlefilter bieten ferner Bakterien eine große Aufwuchsfläche. Die Bakterien werden nach und nach in das Reinwasser entlassen, denn sie können bei der Wartung nicht abgespült werden. Der Reinwasserstrom ist nämlich schwächer als z.B. das Spülwasser an der Umkehrosmosemembran.
Bei vorgeschalteten Filtern werden Bakterien aus dem Leitungswasser und Bakterien, die in den Vorfiltern wachsen, von der Umkehrosmosemembran zurückgehalten. Im Reinwasserteil steht keine Aufwuchsfläche in Form eines Aktivkohlefilters zur Verfügung - die Belastung durch Bakterien ist somit geringer. Aber auch mit nachgeschaltetem Aktivkohlefilter ist die bakterienverfügbare Fläche weitaus geringer als bei Ionenaustauschharzen. Gerade in der Diskuszucht sollte dieser Bakterienaspekt mitbeachtet werden (siehe Köhler 1995). 100%ige Sicherheit vor Bakterien bieten indessen nur weitere Aufbereitungsmethoden wie z.B. UV-Bestrahlung des Wassers.
Nur wenn der Betreiber einer Umkehrosmoseanlage wirklich sicher ist, dass keine (< 0,1 mg/l) starken Oxidationsmittel im Leitungswasser enthalten sind, kann er auf einen Aktivkohlefilter verzichten. Die Wasserwerke geben auf Anfrage Analysen des Trinkwassers heraus. Zu beachten ist dabei, dass gerade große Wasserversorgungsunternehmen eine Vielzahl von Brunnen betreiben und versorgungstechnisch entscheiden, welche(r) Brunnen benutzt werden (wird). Die Angaben aus der Wasseranalyse sind deshalb Mittelwerte. Aussagen über Maximalkonzentrationen gibt es zumeist nicht. Besonders Chlorkonzentrationswerte unterliegen großen Schwankungen, da es bei diesem Parameter von Bedeutung ist, ob man nah oder entfernt von der Chlorungsstelle sein Wasser zapft. Im Zweifelsfalle sollte ein Aktivkohlefilter verwendet werden - denn eine neue Membran kostet ein Vielfaches des Preises eines Aktivkohlefilters bzw. Aktivkohlefiltereinsatzes.

Literatur
Aurand et al. (Hrsg.) 1991: Die Trinkwasserverordnung - Einführung und Erläuterungen für

Wasserversorgungsunternehmen und Überwachungsbehörden. 3. Aufl.. Erich Schmidt.

Köhler, W. 1995: Probleme mit meinen Diskus-Wildfängen. Teil II: Resistente Krankheitserreger. Diskus Brief 2: 44-46.

Krause, H.J. 1992: Aktivkohlefilterung bei Verdacht auf schadstoffhaltiges Wasser - Eigenschaften und richtige Dimensionierung. Diskus Brief 4: 106-110.

Landhäußer, D. 1990: Vergleich einiger gängiger Wasseraufbereitungssysteme. Diskus Brief 1: 17-20.

Ramsch, B. 1992: Was bewirkt Aktivkohle? D. Aqu. u. Terr. Z. (DATZ) 11: 730-733.

Ramsch, B. 1994: Wasseraufbereitung als Basis für die Pflege und Zucht von Aquarienfischen. D. Aqu. u. Terr. Z. (DATZ) 12: 802 - 807.

Schlüter, M. 1990: Qualitätsunterschiede bei Umkehrosmoseanlagen. Diskus Brief 1: 27.