Meerwasser.Feeling

Vorab: Ein sorgfältig und gut aufbereitetes Schwimmbeckenwasser muss mit entsprechenden Wasserpflegemittel versetzt und aufbereitet werden. Dies geben alleine schon die technischen Regelwerke für die öffentlichen Schwimmbäder (DIN 19643 – Aufbereitung von Schwimm- und Badebeckenwasser in öffentlichen Bädern) oder für private Schwimmbäder (DIN EN 16713 und die bsw Richtlinie Nr. 2020/01 – Planung der Wasseraufbereitung für Privatschwimmbäder) vor. Sämtliche Regelwerke haben gemeinsam, dass die Desinfektion auf Basis von Chlor bzw. oxidierenden Chlorverbindungen erfolgen soll. Wie kommt man nun von der Desinfektion auf salzhaltiger Basis zum Chlor?

Wenn von Salzen im Schwimmbeckenwasser die Rede ist, spricht man von Natriumchlorid (chemisch NaCl, auch bekannt als Kochsalz). Natriumchlorid ist zum Beispiel auch im Meerwasser das ausschlaggebende Salz. Der durchschnittliche Salzgehalt im Meerwasser beträgt etwa 3,5 % (entspricht 35 g Salz je Liter Wasser), wobei der Anteil von Natriumchlorid dabei rund 90 % beträgt. Werden in eine Natriumchloridlösung zwei Elektroden eingetaucht und daran eine Gleichspannung angelegt, wird das Natriumchlorid entsprechend der Ladung aufgespalten. Diesen Vorgang nennt man Elektrolyse (griechisch: mittels Elektrizität trennen). Die positiv geladenen Natriumionen Na⁺ (Kationen) wandern zur negativen Elektrode (Kathode) und die negativ geladenen Chloridionen Cl^- (Anionen) wandern zur positiven Elektrode (Anode). Auch das Wassermolekül H₂O wird entsprechend elektrolytisch in H⁺ und OH^- Ionen aufgespalten.

Aus diesen entstehenden Elektrolyseprodukten wird nun je nach Verfahrensvariante das eigentliche Desinfektionsmittel, nämlich freies wirksames Chlor (chemisch HClO bzw. hypochlorige Säure) erzeugt und dem Schwimmbeckenwasser zugegeben. Dieser Schritt kann direkt oder aber auch indirekt erfolgen. Denn bei der Elektrolyse von Natriumchloridlösungen entstehen je nach Verfahrensvariante im entsprechendem chemischen Verhältnis auch Natronlauge (NaOH), Salzsäure (HCl) und Wasserstoff (H₂). Der prozessbedingt entstehende Wasserstoff muss dabei ins Freie abgeleitet werden. Entweder über eine manuelle Abführung bei kleineren Mengen (konvektive Strömung) oder mittels eines geeigneten Ventilators. Aufgrund der Herstellung des Desinfektionswirkstoffes vor Ort spricht man auch von der „in-situ-Herstellung“. Die gängigen Verfahrensvarianten werden im Folgenden erläutert.

• Herstellung von Natriumhypochloritlösung mittels Elektrolyse vor Ort

Die entstehende hypochlorige Säure sowie die Natronlauge werden nach der Elektrolysezelle in eine Vermischungseinrichtung geführt und reagieren dort zu einer dünnen Natriumhypochloritlösung (chemisch NaClO, häufig auch als Chlorbleichlauge bezeichnet). Die Natriumhypochloritlösung wird in einem separaten Kunststoffbehälter zwischengelagert und von dort mittels einer Dosierpumpe nach Bedarf dem Filtrat zudosiert. Je nach Anlagenleistung und Behältergröße kann dabei für eine gewisse Zeit eine Bevorratung erfolgen. Zudem besteht die Möglichkeit, durch weitere Dosierpumpen auch mehrere Becken gleichzeitig zu bedienen. Aufgrund der Alkalität von Natriumhypochlorit ist eine pH-Wert-Korrektur notwendig.

• Herstellung von hypochloriger Säure am Verwendungsort durch Natriumchloridlösung

Ausgehend von den erzeugten Elektrolyseprodukten Chlor und Natronlauge werden diese beiden Produkte getrennt abgeführt. Während das Chlor ohne Zwischenlagerung mit Wasser zu hypochloriger Säure reagiert und dem Filtrat zudosiert wird, muss die Natronlauge in einem separaten Behälter aufgefangen und zwischengelagert werden. Bei diesem Verfahren erfolgt keine Bevorratung von chlorhaltigen Produkten. Die Anlagenleistung muss dem maximal möglichen Bedarf entsprechend ausgelegt werden. Die bevorratete Natronlauge kann je nach Reinheit entweder zur pH-Wert-Korrektur verwendet oder aber mit ausreichend Wasser verdünnt abgeführt werden. Die bei der Einmischung von Chlor in Wasser entstehende Salzsäure muss dabei neutralisiert werden. Die Entsäuerung kann zum Beispiel mittels Marmorkies  oder Zugabe von pH-Wert-Wasserpflegemittel erfolgen.

Bei den bisher genannten Verfahren spricht man auch von den indirekten Elektrolyseverfahren. Gekennzeichnet sind diese vor allem dadurch, dass das entstehende Desinfektionsmittel über eine separate Dosiereinrichtung (ob Dosierpumpe oder Injektorprinzip) dem Filtrat zugemischt wird und die Elektrolyse „extern“ und nicht unmittelbar im Beckenwasserkreislauf stattfindet. Diese indirekten Elektrolyseverfahren werden überwiegend mit Elektrolysezellen ausgerüstet, dessen Elektroden (Anode- und Kathode) mittels Membranen voneinander getrennt sind (auch als geteilte Zellen bezeichnet). Man spricht dann auch von der Membranelektrolyse oder Membranzellenelektrolyse. Diese Membran trennt die beiden Elektroden insofern, als dass die Selektivität bezüglich der auftretenden Ionen und damit schließlich der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird. Damit Härtebildner wie Calcium oder Magnesium die Membranen nicht belegen, werden bei Membranverfahren überwiegend Enthärtungsanlagen benötigt, die entweder extern angeschlossen oder in der Elektrolyseanlage bereits integriert sind. Neben den mittels Membranen getrennten Elektrolysezellen gibt es auch Elektrolysezellen ohne Membrantrennung (auch als ungeteilte Zellen bezeichnet). In diesem Fall ist der Wirkungsgrad meist geringer sowie die Möglichkeit des Salzeintrages in den Beckenwasserkreislauf höher.

• Herstellung von hypochloriger Säure mittels Elektrolyse im salzhaltigen Filtrat

Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein sog. direktes Elektrolyseverfahren. Dabei wird der Salzgehalt des kompletten Beckenwasser bzw. im gesamten Kreislauf durch manuelle oder automatische Zugabe von Salz angehoben. Die Konzentrationen betragen je nach Herstellerangaben etwa 0,1 bis 0,5 % (entsprechend 1 bis 5 mg Salz je 1 Liter Wasser). Die Elektrolysezelle, bestehend aus Anode und Kathode, wird hierbei direkt in die Filtratleitung installiert und vollständig oder in einem Teilstrom durchströmt. Dabei bildet sich an der Anode Chlor, welches im Wasser zu hypochloriger Säure und Salzsäure reagiert und sich damit direkt im Filtrat ohne weitere Dosiereinrichtungen befindet.

Wichtig bei diesem Verfahren ist, dass aufgrund des dauerhaft hohen Salzgehaltes sämtliche verwendeten Werkstoffe im Schwimmbecken, der Anlagentechnik und auch in der Schwimmhallenkonstruktion, wenn es sich um ein Hallenbad handelt, in entsprechend beständiger Qualität ausgewählt werden. Damit eine ausreichende Desinfektionskapazität vorhanden ist, muss regelmäßig der Salzgehalt überprüft und angepasst werden, da aufgrund der Filterspülung mit Beckenwasser und Nachspeisung mit Trinkwasser der Salzgehalt verringert wird. Der Einfluss der Härtebildner ist auch bei diesem Verfahren bemerkbar. Deswegen müssen die Elektroden in regelmäßigen Abständen gespült und/oder durch eine elektrische Umpolung einem zu starken Belag vorgebeugt werden.

Einige Worte zur Salzqualität: Die Hersteller der Elektrolyseanlagen machen je nach Verfahren Angaben über die Mindestqualität des Salzes. Diese Angaben sollten in jedem Falle beachtet werden, da durch unterschiedliche Zusammensetzungen und Nebenbestandteile in den Salzen der Wirkungsgrad der Elektrolyseleistung abnehmen kann und zudem eine häufigere Reinigung und Wartung mit einhergehen kann.

Hinweise zu Begrifflichkeiten und Falschdarstellungen

Häufig tauchen Begriffe wie Hydrolyse oder anodische Oxidation auf, die insbesondere im Zusammenhang mit den Elektrolyseverfahren im salzhaltigen Filtrat verwendet werden.

• Hydrolyse: Es handelt sich um einen chemischen Begriff, der genaugenommen besagt, dass bei einer chemischen Reaktion in Anwesenheit von Wasser das Wassermolekül (H₂O) aufgespalten wird und das entstehende Wasserstoffion (H⁺) im vorliegenden Fall an das Chlor (Entstehung der hypochlorigen Säure HClO und das ebenfalls entstehende OH^- Anion an einen weiteren „Partner“ gebunden wird – im vorliegenden Fall an positiv geladene Gegenionen wie Na⁺, Ca²⁺). Es handelt sich also um einen chemischen Vorgang, der ohnehin bei einer Elektrolyse in Anwesenheit von Wasser und Salze abläuft.
• Anodische Oxidation: Auch dieser Begriff wird gerne verwendet, um möglicherweise ein besonderes Alleinstellungsmerkmal zu generieren. Auch hier handelt es sich um nichts anderes als um eine Teilreaktion, die bei der Elektrolyse abläuft. Der Name besagt es schon: an der Anode (Pluspol bei der Elektrolyse) werden die negativ geladenen Teile „oxidiert“, indem Elektronen, die die negative Ladung eines Elementes charakterisieren, abgegeben werden. In unserem Fall wird das negativ geladene Chloridion (Cl^-) aus dem Kochsalz (NaCl) oxidiert, und es entsteht das Chlorgas (Cl₂), welches in Anwesenheit von Wasser wiederum zu dem bekannten Desinfektionswirkstoff hypochlorige Säure (HClO) reagiert.

Genaugenommen sind beide Begrifflichkeiten bei den hier aufgeführten Elektrolyseverfahren fachlich richtig, stellen jedoch jeweils nur einen „Ausschnitt“ aus der Gesamtheit aller ablaufenden Reaktionen dar. Am Ende laufen die genannten Reaktionen immer ab und liefern den für den Beckenwasserkreislauf zwingend erforderlichen Desinfektionswirkstoff – die hypochlorige Säure – oder einfach gesprochen, das freie wirksame Chlor!

 

Verwendung der Bezeichnungen „chlorfreies Verfahren“ oder „Desinfektion auf Salzbasis“

Zur Klarstellung: Bei Anwesenheit von Natriumchlorid – auch bei geringen Konzentrationen – entsteht bei Verwendung eines Elektrolyseverfahrens der Wirkstoff hypochlorige Säure. Es mag durchaus sein, dass die Konzentration gering ist – sie ist aber dennoch vorhanden. Der Begriff „chlorfreies Verfahren“ ist daher fachlich nicht richtig. Die Begrifflichkeit „Desinfektion auf Salzbasis“ hingegen ist zunächst fachlich nicht zu beanstanden. Im Grunde ist das Salz (Natriumchlorid) der Ausgangsstoff, führt aber durch eine Elektrolyse wiederum zu dem bekannten Wirkstoff – der hypochlorigen Säure.

Fazit: Elektrolyseanlagen zur Desinfektion des Schwimmbeckenwassers liegen im Trend. Dies nicht zuletzt, da diese Verfahren wie eingangs erwähnt tatsächlich überwiegend mit dem völlig ungefährlichen Kochsalz betrieben werden. Der Entfall von Transport, Lagerung und Handhabung von Chlorprodukten (gasförmig, flüssig oder fest) ist für viele Schwimmbadbesitzer ein gewichtiges Argument. Welche Variante letztendlich bevorzugt wird, liegt einerseits beim Kunden selbst, aber auch bei der Beratung durch ein Schwimmbadbaufachunternehmen. Auch die Bedienung der Elektrolyseanlagen hat sich vereinfacht. Manche Geräte zeigen zum Beispiel schon frühzeitig an, ob eine Wartung erforderlich ist, so dass ein reibungsloser Betrieb sichergestellt ist. Das Argument der geringeren Betriebskosten spielt eine große Rolle. Denn trotz der etwas höheren Investition in eine solche Anlage können sich über die Betriebskosten (Salz, Wasser, Strom und Wartung) auch bei kleineren Anlagen bereits günstige Amortisationszeiten ergeben.

Ein Hinweis noch zur pH-Wert Korrektur: Generelle Aussagen, ob und in welcher Höhe eine pH-Wert-Korrektur erforderlich ist, lassen sich bei den unterschiedlichen Elektrolyseverfahren nicht machen. Der Einfluss der jeweiligen Säurekapazität und des pH-Wertes im Füllwasser sowie die Beckenbelastung geben neben dem verwendeten Elektrolyseverfahren den Ausschlag. In diesem Falle hat die Beratung durch das Schwimmbadfachunternehmen entsprechend fachkundig zu erfolgen.

Frank Eisele Dipl.-Ing./Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH)

*Von der IHK Region Stuttgart öffentlich bestellt und vereidigt als Sachverständiger für Schwimmbad- und Wellnesstechnik sowie Technische Gebäudeausrüstung für Schwimmhallen. (www.wws-eisele.de)