Abkochen

Durch Abkochen von Wasser werden Bakterien und Mikroorganismen wie Protozoen getötet. Bei Wassertemperaturen über 70 °C werden die meisten pathogene Keime innerhalb von 30 min. und bei 85 °C bis 100 °C innerhalb weniger Minuten abgetötet. In großen Höhen sinkt der Siedepunkt des Wassers, so dass 100 °C nicht erreicht und die Abkochzeit verlängert werden muss. Höhere Siedewassertemperaturen können in Druckkochtöpfen erreicht werden.

Verschmutzungen wie fast alle anorganischen Inhaltsstoffe (beispielsweise Schwermetallsalze, kolloidal verteilte Metalle und deren Oxide) sowie giftige nichtflüchtige organische Substanzen können durch Flockung und anschließender Filterung weitgehend eliminiert werden. Viele giftige organische Verunreinigungen lassen sich mit Aktivkohlefiltern entfernen.

Filtration

Tragbare Filterpumpen mit Keramikfiltern, die 5000 bis 50.000 Liter je Filterkartusche liefern und bis zu minimal 0,2 bis 0,3 µm große Krankheitserreger herausfiltern, sind im Handel erhältlich. Manche verwenden auch Filter mit Aktivkohle zur Reinigung. Die meisten Systeme dieses Typs entfernen fast alle Bakterien und Protozoen, aber keine Viren. Deshalb ist zusätzlich eine Desinfektion mit keimtötenden Chemikalien oder UV-Licht erforderlich. Weiterhin werden auch nicht alle fadenförmigen Bakterien (z. B. Leptospira spp. Durchmesser etwa 0,1 µm, die Leptospirose auslösen) mit dem 0,2 µm-Filter von rein mechanischen Systemen, wie dem bleistiftdünnen LifeStraw, abgetrennt. Um technische Unzulänglichkeiten und sonstige Probleme auszugleichen, sollten zusätzlich Chemikalien wie Chlor, Chlordioxid, Silberchlorid, Iod und Natriumhypochlorit dem aufbereiteten Wasser zugesetzt werden.

Früher wurden häufig Polymer- und Keramikfilter, die eine eingebaute Iodquelle enthielten, für die Nachbehandlung verwendet. Die meisten derartigen Filter werden aber, wegen des unangenehmen Wassergeschmacks und der gesundheitsschädigenden Wirkung des Iods bei längerer Einnahme und bestimmten Vorerkrankungen, nicht mehr angeboten und verwendet.

Die Filter funktionieren, wenn sie neu sind, ausgezeichnet und entfernen viele Bakterien und Pilze. Es besteht aber ein Risiko, dass sie selbst von Mikroorganismen befallen werden. In den letzten Jahren werden deshalb vor allem Keramikelemente und/oder mit Silbernanopartikel behandelte Aktivkohle verwendet, um das Wachstum der Krankheitserreger zu verhindern. Bei höheren Gehalten an ungelösten und kolloidalen Verunreinigungen im Rohwasser besteht die Gefahr, dass sie durch Abfilterung dieser Substanzen verschlammen. Hierdurch kann der Filterwiderstand zu schnell ansteigen und die erzeugte Reinwassermenge unzulässig stark absinken. Lediglich Systeme mit rückspülbaren Filter sind von diesem Problem weniger betroffen.

Größere Containeranlagen besitzen überwiegend für die Filterung folgende Anlagekomponenten:

• Rohwasserpumpe(n)
• eine Flockungseinrichtung
• eine Filtereinrichtung, bestehend aus Feinfilter (aus Keramik oder Kunststoff) oder rückspülbare Filter mit Kies oder/und Aktivkohle oder Anschwemmfilter
• eine Dosierstation für den Zusatz eines Chemikals zur Desinfektion des Reinwassers

Membranverfahren

Die Membrantechnik eignet sich für verschiedene mobile Wasseraufbereitungsanlagen, da sie modular aufgebaut werden kann und mit der Wahl der Porenweite an die entsprechenden Bedingungen angepasst werden kann.

Adsorption an Aktivkohle

Aktivkohle besitzt eine große Oberfläche und adsorbiert viele gelöste und kolloidale Verbindungen. Zu berücksichtigen ist, dass neben für den menschlichen Genuss giftige auch sehr viele ungiftige organische Verbindungen aufgenommen werden. Hierdurch kann das Aufnahmevermögen sich zu schnell erschöpfen. Überwiegend wird Aktivkohle nur eingesetzt, um organische Verbindungen zu entfernen, die für Geschmack und/oder Geruch stark störend sind. Wegen der guten Abfilterwirkung für kolloidale und ungelöste Substanzen erfolgt der Verwendung üblicherweise nur nach einer vorgeschalteten anderen Filtervorrichtung.

Aktivkohle wird normalerweise deshalb nur zusätzlich für mobile Systeme verwendet, ausgenommen wenn Geschmacks- und Geruchsverbesserung das Hauptziel ist. Letzteres ist beispielsweise bei Haushaltsfilter überwiegend der Fall. Besonders Chloramine, die bei gechlortem Wasser gebildet werden und den Geschmack des Wassers deutlich verschlechtern, werden von derartigen Filtern weitgehend entfernt.

Ionentauscher

Ionenaustauscher sind in der Lage, bestimmte Anionen und Kationen (Anionentauscher, Kationentauscher, Mischbettverfahren = beide) im Wasser durch andere Ionen zu ersetzen. Echt gelöste nichtionogene organische und anorganische Substanzen passieren den Ionenaustauscher ungehindert. Suspendierte Partikel und ungelöste Partikel führen aber schnell zu einer Verstopfung. Da mit Natronlauge, Salzsäure oder einer Kochsalzlösung die Ionentauscher – je nach Typ – regeneriert werden müssen, werden nur in Sonderfällen Ionenaustauschfilter für mobile Systeme eingesetzt. Beim Einsatz derartiger Filter werden dann aber häufig auswechselbare Ionenaustauschfüllungen verwendet. Hierdurch wird der Umgang mit den nicht ungefährlichen Regenerierchemikalien, stark ätzende Säuren und Laugen, vor Ort vermieden.

Grundsätzlich dürfen nur besonders reine Ionenaustauschharze für die Aufbereitung von Trinkwasser verwendet werden. Die Abgabe von organischen Bestandteilen ist für TOC auf max. 3,0 mg/l begrenzt.

Für Gegenden in denen das Trinkwasser hohe Gehalte an Karbonathärte enthält, kann mit speziellen Haushaltsfiltern die Wasserqualität verbessert werden. Diese enthalten regeneriertes schwach saures Kationenaustauschharz und zusätzlich Aktivkohle. Mit diesen Filtern kann das Wasser teilentsalzt und zusätzlich im Geschmack und Geruch verbessert werden.

Chemische Wasserentkeimung

„Es ist zu beachten, dass niemals allein durch Zusatz von Desinfektionsmitteln eine Desinfektion bewirkt wird, sondern immer nur in Kombination mit einer [anderen] Aufbereitungsmaßnahme.“ Deshalb ist die bloße Chlorung von Wasser keine, aber die Filtration zur Trübstoffentfernung und anschließende Chlorung, eine Wasseraufbereitungsmaßnahme.

UV-Lichteinwirkung

UV-Licht induziert die Ausprägung kovalenter Quervernetzungen (crosslinks) auf DNA (Thymin) und RNA (Uracil) und verhindert somit die Vermehrung von Mikroben, welche dadurch unschädlicher werden. Keimtötende UV-C-Strahlung (100–280 nm) wird von Thymin, (durch seinen aromatischen Strukturbestandteil) absorbiert. Bei benachbarten Molekülen auf der DNA-Helix, wird dann eine kovalente Bindung zwischen den beiden gebildet. Dadurch kann die DNA an diesen Stellen nicht mehr gelesen und in mRNA übersetzt werden, was bei proteienkodierenden Genen dazu führt, dass das Protein nicht mehr hergestellt werden kann.

UV-Wasseraufbereiter werden auch – meist um Algen zu töten – an kleinen Teichen im Garten und Aquarien eingesetzt. Vorteil sind die Langlebigkeit und Kompaktheit der Geräte. Nachteilig ist der Stromverbrauch und die Notwendigkeit klaren Wassers ohne Sedimente. Außerdem leben immer noch einige Mikroben, und wenn das Wasser sichtbarem Licht ausgesetzt wird, beginnen Reparaturenzyme (Photolyasen) die DNA der Mikroorganismen wieder zu reparieren. Daher darf UV-behandeltes Wasser keinem Licht ausgesetzt werden, wenn man nicht vorhat, es gleich zu verwenden.

Ein weiteres Problem besteht in einer gewissen Resistenz einiger Krankheitserreger gegen UV-Strahlung. Früher ging man davon aus, dass Zysten von Protozoen am wenigsten durch UV-Strahlung angegriffen werden, was aber durch eine neuere Studie widerlegt wurde. Es war lediglich eine Dosis 6 mJ/cm² nötig. Dagegen sollen nun Viren das Problem durch den 10- bis 30 Mal höheren Bedarf an Strahlendosis darstellen. Daher wird die vorherige Filtrierung – vor allem um Farbstoffe zu entfernen – vorgeschlagen.

Wasserentkeimung durch Sonnenlicht

SODIS (Abkürzung für Solar Water Disinfection) ist ein Verfahren zur Wasserentkeimung und beruht auf der keimtötenden Wirkung der UV-A-Strahlung (indirekte DNA Schäden) des Sonnenlichts. Die Mikroben werden durch Temperatur und UV-A-Licht (Wellenlänge 320–400 nm) innerhalb farbloser PET-Plastikflaschen eliminiert. Dazu wird das Wasser in den Flaschen mit Sauerstoff angereichert, indem sie – unvollständig gefüllt – geschüttelt werden. Anschließend wird aufgefüllt und die Flaschen werden direktem Sonnenlicht ausgesetzt, wozu sich zur Sonne ausgerichtete Wellblechdächer (Wegrollschutz) gut eignen. Sechs Stunden unter prallem Sonnenlicht oder zwei Tage bei unbeständigem Wetter mit Sonne reichen, um nahezu alle möglichen Mikroben abzutöten. Dieses Verfahren ermöglicht die kostengünstige Trinkwassergewinnung in Entwicklungsländern und in Ausnahmesituationen. Glasflaschen können nicht verwendet werden, weil diese im UV-Bereich stark absorbieren.

Destillation durch Sonnenstrahlung

Solardestillation kann in bereits vorgefertigten Sonnen-Destillationsapparaturen oder behelfsmäßig mit Hilfe oft verfügbarer Bestandteile, die über eine in den Boden gegrabene Vertiefung deponiert werden. Eingestrahlte Sonnenenergie erwärmt das Wasser, bis es verdampft. Der Wasserdampf kondensiert normalerweise an einer Kunststofffolie, die als umgedrehter Kegel aufgehängt ist und tropft in ein Auffangbehältnis, das unterhalb der Mitte angebracht ist. Um eine kontinuierliche Arbeitsweise zu erreichen, wird das Wasser aus dem Behältnis mit einem Schlauch nach außen geleitet. So wird ein häufiges Öffnen der Apparatur, bei dem die Wasserdampfatmosphäre unter der Abdeckung verloren geht, überflüssig. Es besteht ferner die Möglichkeit, einen Plastikbeutel über einen bewachsenen Flecken zu stülpen und das Atmungswasser der Pflanzen damit aufzufangen. Diese Methode, auch wenn viele gleiche Materialien verwendet werden, sollte nicht mit SODIS verwechselt werden. Durch Destillation lässt sich im Extremfall sogar aus Salzwasser oder dem eigenen Urin brauchbares Trinkwasser herstellen. Durch die große benötigte Verdampfungsenthalpie und die hohe spezifische Wärmekapazität des Wassers ist diese sichere Methode aber recht ineffizient. Hier eine Beispielrechnung: Die Fragestellung: „Wie viel Wasser kann pro Zeiteinheit verdampft und damit idealerweise gewonnen werden.“

Beispielrechnung: Legende
${\displaystyle S_{0}\colon }$ Sonnenbestrahlungsstärke, ${\displaystyle \beta \colon }$ Einfallswinkel, ${\displaystyle q_{v}(\mathrm {H_{2}O} )\colon }$ spezifische Verdampfungsenthalpie von Wasser, ${\displaystyle c(\mathrm {H_{2}O} )\colon }$ spezifische Wärmekapazität von Wasser, ${\displaystyle \Delta {\text{T}}\colon }$ angenommene Temperaturdifferenz: aktuelle Temperatur zur Siedetemperatur, ${\displaystyle d\colon }$ Durchmesser der Anlage, ${\displaystyle P\colon }$ Solar-Leistung, ${\displaystyle t\colon }$ Zeit, ${\displaystyle E\colon }$ Energie, ${\displaystyle Q\colon }$ Wärme
Beispielwerte
${\displaystyle S_{0}=350\,\mathrm {W/m^{2}} ,\beta =70^{\circ },q_{v}(\mathrm {H_{2}O} )=2256\,\mathrm {kJ/kg} ,c(\mathrm {H_{2}O} )=4{,}19\,\mathrm {kJ/(kg\cdot K)} ,\Delta T=70\,\mathrm {K} ,d=1\,\mathrm {m} }$
Nr.	Herleitung	Rechnung
(1)	${\displaystyle S=S_{0}\cdot \sin(\beta )}$	${\displaystyle {\text{Berechnung der Kreisfläche:}}}$
(2)	${\displaystyle P_{\text{Sonne}}=S_{0}\cdot \sin(\beta )\cdot A}$	${\displaystyle A=d^{2}\pi /4}$${\displaystyle =1m^{2}\pi /4=\pi /4m^{2}}$
(3)	${\displaystyle {\text{Energiebilanz:}}}$	${\displaystyle {\text{Einsetzen in Herleitung (10):}}}$
(4)	${\displaystyle E_{\text{gebraucht}}=E_{\text{Sonne}}}$	${\displaystyle {\frac {m(\mathrm {H_{2}O} )}{t}}=\mathrm {\frac {350\,{\frac {W}{m^{2}}}\cdot \sin(70^{\circ })\cdot {\frac {\pi }{4}}\,m^{2}}{4{,}19\,{\frac {kJ}{kg\cdot K}}\cdot 70\,K+2256\,{\frac {kJ}{kg}}}} }$
(5)	${\displaystyle Q_{\text{heiz}}+Q_{\text{verdampf}}=P_{\text{Sonne}}\cdot t}$	${\displaystyle {\frac {m(\mathrm {H_{2}O} )}{t}}\approx 0{,}1\cdot 10^{-3}\mathrm {\frac {kg}{s}} ={\underline {\underline {0{,}1\,\mathrm {\frac {g}{s}} }}}}$
(6)	${\displaystyle Q_{\text{heiz}}+Q_{\text{verdampf}}=P_{\text{Sonne}}\cdot t}$	Einheitenbetrachtung
(7)	${\displaystyle c(\mathrm {H_{2}O} )\cdot m(\mathrm {H_{2}O} )\cdot \Delta T+q_{\text{v}}\cdot m(\mathrm {H_{2}O} )=P_{\text{Sonne}}\cdot t}$	${\displaystyle {\frac {[m(\mathrm {H_{2}O} )]}{[t]}}={\frac {[S_{0}\cdot \sin(\beta )\cdot A]}{[c(\mathrm {H_{2}O} )\cdot \Delta T+q_{\text{v}}]}}}$
(8)	${\displaystyle m(\mathrm {H_{2}O} )\cdot (c(\mathrm {H_{2}O} )\cdot \Delta T+q_{\text{v}})=P_{\text{Sonne}}\cdot t}$	${\displaystyle \mathrm {{\frac {kg}{s}}={\frac {{\frac {W}{m^{2}}}\cdot m^{2}}{{\frac {J}{kg\cdot K}}\cdot K+{\frac {J}{kg}}}}} }$
(9)	${\displaystyle {\text{Durch Umstellen und mit (2) ergibt sich:}}}$	${\displaystyle \mathrm {{\frac {kg}{s}}={\frac {W}{{\frac {Ws}{kg}}+{\frac {Ws}{kg}}}}={\frac {W}{W\left({\frac {s}{kg}}+{\frac {s}{kg}}\right)}}} }$
(10)	${\displaystyle {\frac {m(\mathrm {H_{2}O} )}{t}}={\frac {S_{0}\cdot \sin(\beta )\cdot A}{c(\mathrm {H_{2}O} )\cdot \Delta T+q_{\text{v}}}}}$	${\displaystyle \mathrm {{\frac {kg}{s}}={\frac {1}{\frac {s}{kg}}}={\frac {kg}{s}}} }$

Wie die Rechnung zeigt, dauert die Gewinnung 300 ml Wassers unter Idealbedingungen, die niemals erreicht werden, unter der Annahme 1 g = 1 ml Wasser, (300 g / (0,1 g/s) = 3000 s = 50 min) fast eine Stunde. In der Praxis ist sogar noch mit weitaus größeren Wartezeiten durch Verluste (Wärmeverlust an die Umgebung, Entweichen von Wasserdampf, Reflexion von Sonnenstrahlung) zu rechnen. Auch Verdunstung ist hier nicht erfasst.

Selbstgefertigte Wasserfilter

Wasserfilter können an Ort und Stelle aus zur Verfügung stehenden Materialien, wie Gras, Holzkohle und Sand gebaut werden. So verfuhren früher etwa Soldaten und „Naturfreunde“. Gründend auf ihrer Simplizität, ist ihre Nutzung auch durch Arme, die meist keinen Zugang zu sicherem Trinkwasser haben, ebenso möglich. Bedauerlicherweise können diese Filter, wenn überhaupt, die Zahl der Krankheitserreger oder anderer schädlicher Inhaltsstoffe nur mindern und geben so ein trügerisches Sicherheitsgefühl.

Presssäfte

Prinzipiell ist es auch möglich Pflanzen für die Gewinnung keimarmen Wassers zu nutzen. Allerdings sind die enthaltenen Mengen gerade in Wüstenregionen zu klein, um den Wasserbedarf zu decken. Zudem kann die Verwendung unbekannter Pflanzen zu Erbrechen und Durchfall führen, so dass mehr Wasser verloren als aufgenommen wird.