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Filtrationstechnologien und Filterverfahren im Überblick ‒ Was wird womit gefiltert?

Wasserfilter werden allgemein dazu eingesetzt, unser Wasser sauber und schmackhaft zu machen. Denn trotz der deutschen Trinkwasserverordnung lassen sich im Trinkwasser immer wieder bedenkliche Inhaltsstoffe finden. [1]

Dabei gibt es eine Reihe unterschiedlicher Filtrationstechnologien, die aufgrund diverser Filterverfahren unser Wasser reinigen. Dass man hier schnell einmal den Überblick verliert, ist kein Wunder.

Wir klären Sie in diesem Beitrag daher darüber auf,...

  • … welche Filtrationstechnologien (bzw. Wasserfilter) es gibt, 
  • … welches Filterverfahren diesen Technologien zu Grunde liegt, 
  • … und welche Stoffe Sie mit welchem Wasserfilter aus dem Trinkwasser entfernen können.

Inhalt dieses Artikels

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Aktualisiert am: 27.04.2022

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Filtrationstechnologien und wo sie zum Einsatz kommen

Auf dem Wasserfilter-Markt gibt es mittlerweile die unterschiedlichsten Filtrationstechnologien. Sie alle machen sich diverse Filterverfahren zu eigen und zielen so darauf ab, unser Trinkwasser so rein wie möglich zu machen. Zu den bekanntesten Filtrationstechnologien gehören: 

  • Aktivkohlefilter
  • Umkehrosmose
  • Ionenaustausch-Filter
  • Destillation

Aktivkohlefilter

Eine der am weitesten verbreiteten und ältesten Filtertechnologien ist jene der Aktivkohle. Dieses Filtermedium kommt entweder als Granulat oder in Blockform zum Einsatz.

Tisch- bzw. Kannenfilter

Diese Art von Aktivkohlefiltern verwendet meist geschüttetes loses Aktivkohlegranulat. Das Granulat filtert zum einen auf adsorptive sowie auf katalytische Art, jedoch weniger auf mechanische Weise.

Durch seine poröse, brüchige Struktur hat Aktivkohle eine sehr große Oberfläche. Dadurch kann sie auch gelöste Stoffe wie Chlor oder organische Verunreinigungen, die den Geschmack und Geruch beeinträchtigen, binden bzw. umwandeln. 

Aktivkohle ist meistens geschüttetes granuliertes Pulver

Doch im Vergleich zu gesinterten Aktivkohle-Blockfiltern ist die Leistungsfähigkeit von Tischkannenfiltern stark limitiert, da das Wasser das Granulat lediglich umströmt. Zudem kann bei Erschöpfung der Kapazität ein Filter auch „ausbluten“. Das heißt, Verunreinigungen und Schadstoffe werden wieder an das Frischwasser abgegeben und das Verkeimungsrisiko steigt. [2]

Was filtern ... 

Tischkannenfilter

Was filtern Tisch- bzw. Kannenfilter?

WAS FILTERN TISCH- BZW. KANNENFILTER nicht (oder kaum)? 

Aktivkohle-Blockfilter

Besonders leistungsfähig sind innovative Aktivkohle-Blockfilter. Diese werden in einem hochmodernen Sinterprozess zu einem festen Block gepresst und bei hohen Temperaturen aktiviert. Bei dieser Filtertechnologie wird das Wasser durch den Wasserdruck dazu gezwungen, den Aktivkohlefilter zu durchdringen, wodurch eine wesentliche höhere Filterleistung erreicht wird.

Gut zu wissen

Der Aktivkohle-Block besitzt eine enorme Anzahl feinster Poren und Kanäle auf engstem Raum. So hat ein Kubikzentimeter Aktivkohle eine ähnlich große Fläche wie ein Fußballplatz. Deshalb sind Aktivkohle-Blockfilter losem Granulat in Filterleistung und Schadstoffrückhaltung bei weitem überlegen. Sie werden sowohl in der kommunalen Trinkwasseraufbereitung als auch in der Industrie eingesetzt.

Aktivkohle-Block besitzt eine enorme Anzahl feinster Poren und Kanäle auf engstem Raum

Was filtern ... 

Tischkannenfilter

Was filtern Aktivkohle-blockfilter?

WAS FILTERN AKTIVKOHLE-BLOCKFILTER nicht (oder kaum)? 

  • Nitrat
  • Ammoniak
  • Hormone
  • Kalk (nur bedingt)

Umkehrosmose

Das Aufbereitungsverfahren der Umkehrosmose wurde ursprünglich zur Entsalzung von Meerwasser entwickelt. Das Verfahren ist relativ komplex, bietet jedoch einen hohen Reinigungsgrad von nahezu 99,9%. Der Wirkungsgrad liegt meistens jedoch nur zwischen 70% und 99% .

Gut zu wissen

Umkehrosmose basiert auf einem wichtigen Prinzip der Natur – der Osmose. Das Osmose-Prinzip reguliert den Wasserhaushalt einer Zelle, indem der Zelleninnendruck ausgeglichen wird. Zwei Lösungen mit unterschiedlich hoher Teilchenkonzentration, die durch eine halbdurchlässige Membran getrennt werden, streben nach einem Ausgleich ihrer Teilchenkonzentration, so entsteht der sogenannte osmotische Druck.

Aktivkohle-Block besitzt eine enorme Anzahl feinster Poren und Kanäle auf engstem Raum

Die Wasseraufbereitung via Umkehrosmose kehrt diesen Prozess um. Unter Druck wird das Leitungswasser gegen eine halbdurchlässige Membran der Osmoseanlage mit extrem feinen Poren gedrückt. Da durch diese Membran nur die Wassermoleküle selbst durchpassen, werden alle Verunreinigungen aus dem Wasser gefiltert. 

Jedoch hat die Umkehrosmose einen großen Nachteil: es wird radikal nahezu alles aus dem Wasser entfernt. Auch wertvolle Inhaltsstoffe wie Mineralien und Salze. Osmosewasser kann zwar getrunken werden, schmeckt aufgrund der fehlenden Mineralien aber bei weitem nicht so gut. Zudem ist es durch einen abgesenkten pH-Wert sauer und damit aggressiv. Deshalb werden zumindest die Mineralien anschließend oft wieder künstlich zugesetzt, um trinkfähiges Wasser zu erhalten. [3]

Tipp

Während die Umkehrosmose im technischen Einsatz unter kontrollierten Einsatzbedingungen (z.B. in der Medizintechnik und Industrie) sinnvoll ist, ist sie als Filtrationsmethode für Trinkwasser im Haushalt eher ungeeignet. Eine Filtermethode, die das Trinkwasser in seiner natürlichen Zusammensetzung und Struktur belässt, ist hier sinnvoller. 

Was filtert ... 

Tischkannenfilter

Was filtert Umkehrosmose?

  • Nahezu 99% aller Stoffe, inklusive Nitrat, Kalk, Mineralien und Spurenelemente.

WAS FILTERT UMKEHROSMOSE nicht (oder kaum)? 

  • minimalste Rückstände gelöster Stoffe.
  • Der Wirkungsgrad liegt zwischen 70% und 99% (je nach Stoff und daher keine mikrobiologische Sicherheit) 

Ionenaustausch-Filter

Was oben bereits beim Tischkannenfilter beschrieben wurde, gibt es auch als zentrale Großanlage für den Haushalt: Entkalkungsanlagen, die mit der Technik des Ionenaustauschs arbeiten. Dabei werden dem Wasser bestimmt Stoffe wie Kalzium und/oder Magnesium-Ionen, welche für die Wasserhärte verantwortlich sind, aber auch Nitrate oder Schwermetalle entnommen und durch andere Ionen ersetzt. 

Prinzip eines Ionenaustauschers. Wandlung von Mg2+ und Ca2+ in Na+

Derartige Ionenaustauscher-Anlagen sind aber eigentlich keine richtigen Wasserfilter. Denn Mikroorganismen und die meisten Schadstoffe bleiben im Wasser enthalten (wie auch beim Tischkannenfilter). 

Was filtern ... 

Tischkannenfilter

Was filtern Ionentauscher?

  • einen beliebigen gezielt ausgewählten Schadstoff (z.B. Nitrat, Arsen, Sulfat)

WAS FILTERN IONENTAUSCHER nicht (oder kaum)? 

  • alle anderen Schadstoffe, die nicht gezielt ausgewählt wurden

Destillation

Wasserdestillation, also das Verdampfen von Wasser mit anschließender Kondensation, ist eine der ältesten Arten, um Wasser aufzubereiten. Destilliert werden kann sowohl Leitungswasser als auch Grundwasser oder verunreinigtes Wasser aus natürlichen Vorkommnissen.

Hierbei werden sämtliche Schadstoffe und Verunreinigungen, aber auch Mineralien, Spurenelemente sowie Salze aus dem Wasser entfernt. Destilliertes Wasser kommt vor allem in der Chemie, Medizin und Biologie als Lösung zum Einsatz. 

Allerdings ist Destillation ist ein sehr energieintensives und damit recht teures Verfahren (ca. 15 bis 20 Cent/l). Zudem dauert es sehr lange ‒ so braucht ein 800 Watt-Gerät für 3 Liter Wasser etwa 4 bis 5 Stunden.

Gut zu wissen

Entgegen früher Annahmen kann destilliertes Wasser zwar getrunken werden ‒ in Asien gilt der Genuss von destilliertem Wasser sogar als besonders gesund. Doch da destilliertes Wasser kaum noch Mineralien enthält, versorgt es den Körper zwar mit Flüssigkeit, aber nicht ausreichend mit lebensnotwendigen Mineralien und Spurenelementen. Seinen Durst langfristig und ausschließlich mit destilliertem Wasser zu stillen, kann daher zu Störungen des Mineralhaushaltes führen.

Prinzip der Destillation zum Reinigen von Wasser

Was filtert ... 

Tischkannenfilter

Was filtert die Destilation?

  • ca. 99% aller Inhalts- bzw. Schadstoffe (inkl. Nitrat und Kalk)

WAS FILTERT DIE DESTILATION nicht (oder kaum)?

  • ca. 1% an gelösten Stoffen

Unterschiedliche Filterverfahren und was damit gefiltert wird

Prinzipiell lassen sich die diversen Filterverfahren in zwei große Gruppen einteilen: 

  • Verfahren, die aufgrund von chemisch-physikalischen Effekten gewisse Stoffe aus dem Wasser entfernen. Dazu zählen die katalytische sowie die adsorptive Filterwirkung.
  • Rein mechanische Filterverfahren, die wie ein Sieb funktionieren und Stoffe aufgrund ihrer Porengröße zurückhalten.

Katalytisches Filterverfahren

Eine katalytische Filterwirkung wird erzielt, indem Inhaltsstoffe des Wassers von Aktivkohle oder Ionenaustauschern umgewandelt werden. Bei dieser Art der Filterung ist kein Zusatz von Chemikalien nötig und das Gleichgewicht des Wassers wird nicht verändert.

Beispiel

Mithilfe des katalytischen Filterverfahrens können die Härtebildner Magnesium und Kalzium in größere kristalline Kalk-Cluster umgewandelt werden. Kalzium und Magnesium verbleiben zwar im Wasser, aber sie bilden keine Kalkablagerungen mehr. Als Folge davon wird das Wasser enthärtet.

Durch das katalytische Filterverfahren lassen sich eine Reihe unterschiedlicher Stoffe aus des Wasser filtern: 

  • Chlor und diverse Chlorverbindungen
  • Schwermetalle
  • Nitrat
  • Sulfate
  • Pestizide
  • Arsen
  • Eisen

Adsorptives Filterverfahren

Adsorption ist ein physikalischer Prozess, bei dem Stoffe (in der Regel Moleküle) auf der Oberfläche eines anderen Stoffes (z.B. Aktivkohle) haften bleiben und sich dort anreichern. Beim Wasserfilter erfolgt eine adsorptive Filterwirkung dadurch, dass bestimmte Inhaltsstoffe des Wassers von der Oberfläche der Aktivkohle wie bei einem Magnet anhaften oder angesaugt werden.

 Da diese adsorptive Wirkung unabhängig von der Porengröße funktioniert, werden auch anorganische und organische Stoffe, welche kleiner als die eigentlichen Poren und Kanäle sind, festgehalten. Dabei bleibt das Wasser aber in seiner natürlichen Form inklusive aller wertvoller Mineralien, Salze und Kalk erhalten.

Durch Adsorption entfernte Inhaltsstoffe sind:

  • Schwermetalle
  • Herbizide
  • Pestizide
  • Fungizide
  • Hormone
  • Arzneimittelrückstände
  • geruchs- und geschmacksstörende Stoffe

Mechanisches Filterverfahren

Eine mechanische Filterwirkung funktioniert nach dem Wirkungsprinzip eines Siebes. Alle Feststoffe, die größer sind als die Poren des Siebes (= Filterschüttung oder. Membran) werden festgehalten bzw. herausgefiltert.

Dabei ist die Porengröße relevant für die Wirksamkeit des Wasserfilters. Denn sie gibt an, welche Stoffe gefiltert werden und welche im Trinkwasser zurückbleiben. Prinzipiell muss die Größe der Poren des Wasserfilters immer kleiner sein als die Porengröße jener Inhaltsstoffe, die aus dem Wasser gefiltert werden sollen.

Basierend auf der Porengröße wird zwischen unterschiedlichen Filtrationsbereichen unterschieden.

  • Mikrofiltration: Abscheidung von Partikeln mit einer Porengröße bis zu 0,2 µm
  • Ultrafiltration: Abscheidung von Partikeln mit einer Porengröße zwischen 0,1 und 0,01 µm
  • Nanofiltration: Abscheidung von Partikeln mit einer Porengröße zwischen 0,01 und 0,001 µm
  • Umkehrosmose: Abscheidung von Partikeln mit einer Porengröße zwischen 0,01-0,001 µm und zusätzlich einwertige Ionen
Relative Größen und Filtrationsbereichstabelle
  • Sand
  • Schwebeteile
  • Rostpartikel
  • Asbestfasern
  • Mikroplastik
  • Bakterien
  • Viren

Fazit über Filtermedien: Qualität ist das A und O

Filtrationstechnologien und Filterverfahren gehen Hand in Hand und versuchen gemeinsam ein möglichst sauberes und schadstofffreies Wasser zu garantieren. Dabei variiert die Filterleistung der unterschiedlichen Wasserfilter sehr stark und ist immer von der Qualität des Produktes abhängig.

Ein gutes Beispiel dafür ist der Aktivkohlefilter: Ein Filter, bei dem die Aktivkohle nur lose aufgeschüttet ist, wird niemals die Leistungsfähigkeit eines aufwendig produzierten Aktivkohle-Blockfilters erreichen. Erstklassige Aktivkohlefilter unterscheiden sich nämlich dadurch, dass die Aktivkohle nicht in granulierter Form oder mit Bindemitteln zu einer Masse verklebt werden, sondern unter hohem Druck und Hitze gesintert werden. Deshalb sollten Sie als Verbraucher immer darauf achten, welches Herstellungsverfahren verwendet wird.

Wenn Sie Ihr Trinkwasser filtern möchten, sollten Sie sich außerdem bereits im Vorhinein genau überlegen, welche Stoffe Sie aus dem Wasser filtern möchten. Denn je nach verwendeter Filtrationstechnologie und -verfahren gibt es hier sehr große Unterschiede.

FAQs

Ist Wasser filtern sinnvoll? 

Ja, denn obwohl das deutsche Trinkwasser dank der Trinkwasserverordnung streng kontrolliert ist, weist es zeitweise unterschiedliche Verunreinigungen auf. Mit einem geeigneten Wasserfilter können Sie diverse Schadstoffe aus dem Leitungswasser filtern und ein sauberes Trinkwasser genießen. 

Welcher Wasserfilter ist der beste? 

Diese Frage lässt sich nicht pauschal beantworten, da jeder Wasserfilter Vor- sowie Nachteile besitzt. Einen Großteil der Schadstoffe im Wasser filtern beispielsweise die Umkehrosmose sowie der Aktivkohle-Blockfilter. Das höchste Verkeimungsrisiko wiederum geht von Tischkannenfiltern aus. 

Was filtern Wasserfilter?

Je nach Filtrationstechnologie und -verfahren entfernen Wasserfilter unterschiedliche Stoffe. Angefangen bei geruchs- und geschmacksstörenden Stoffen bis hin zu Schwermetallen, Hormonen, Arzneimittelrückständen u.v.m.

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Quellenangaben