Langsamsandfilter: Wasser filtern wie die Wasserwerke um 1900

Zuerst die Einordnung: ein Verfahren für die lange Frist

Ein Langsamsandfilter ist keine Soforthilfe. Das eCompendium für Wasserversorgung in Notlagen, ein Gemeinschaftswerk von Partnern des Global WASH Cluster und des German WASH Network, hält ausdrücklich fest: Für die akute Phase eines Notfalls eignet er sich nicht, weil die biologische Aktivität im Filter erst reifen muss. Er ist etwas für die Zeit danach, wenn eine Versorgung auf Dauer neu aufgebaut werden muss.

Solange es anders geht, gilt deshalb die bekannte Rangfolge: erst Wasser aus dem eigenen Vorrat, dann Wasser von Notbrunnen und Ausgabestellen, erst danach eigene Aufbereitung. Und auch dann ist der Sandfilter nur ein Schritt – das Abkochen oder Desinfizieren danach gehört dazu.

Hamburg 1892: warum Städte ihr Wasser durch Sand schickten

Hamburgs erstes Wasserwerk in Rothenburgsort ließ Elbwasser nur absetzen und pumpte es dann in die Stadt. Die Filtration hatte der Senat nach Darstellung von Hamburg Wasser aus Kostengründen eingespart; den Verbrauchern wurde empfohlen, Haushaltsfilter anzuschaffen und das Wasser abzukochen.

Von August bis Oktober 1892 wütete die Cholera, mehr als 8.600 Menschen starben. Die Erreger kamen mit dem Wasser in die Stadt und wirkten nach Hamburg Wasser vor allem dort, wo es weder gefiltert noch abgekocht wurde – in den Wohnvierteln der Armen. Ab 1893 wurde das Elbwasser auf der Insel Kaltehofe langsam durch Sand filtriert, bevor es in die Versorgung gelangte; 1990 wurde das Werk stillgelegt. Wie sich Abwasser und Seuchen damals gegenseitig bedingten, erzählt der Artikel über die Kanalisation.

Wie der Filter reinigt: Schmutzdecke und Geduld

Das eCompendium nennt eine Reihe natürlicher Vorgänge im Filterbett: Absetzen, Zurückhalten zwischen den Körnern, Anhaften an den Sandkörnern, Konkurrenz um Nährstoffe und Fraß durch andere Mikroorganismen. Der wichtigste Teil ist die Schmutzdecke, eine dichte Lebensgemeinschaft von Mikroorganismen oben auf dem Sand. Beim Hausfilter sitzt sie laut CAWST in den obersten 1 bis 2 cm; sichtbar ist sie nicht, sie ist kein grüner Schleim.

Diese Schicht braucht Wasser, Sauerstoff und Nahrung. Der Sand muss deshalb immer nass bleiben. Das Wasser muss langsam fließen: Die EPA nennt für große Filter 0,07 bis 0,24 Meter pro Stunde, das eCompendium 0,1 bis 0,4. Gemeint sind Kubikmeter je Quadratmeter Sandfläche und Stunde; 0,1 Meter pro Stunde sind also 100 Liter je Quadratmeter und Stunde (umgerechnet).

Kälte bremst die Mikroorganismen. Unter 5 °C nimmt ihre Aktivität laut EPA ab; dann kann es nötig sein, die Geschwindigkeit auf 0,12 Meter pro Stunde zu senken. Große Filter laufen nach EPA am besten ohne Unterbrechung und mit möglichst gleichmäßigem Durchfluss – Ein- und Ausschalten nimmt der Schmutzdecke Sauerstoff und Nährstoffe.

Die große Anlage: Maße aus der Wasserwerkspraxis

Für Gemeinschaftsanlagen, etwa für ein Dorf, nennen EPA und eCompendium diese Richtwerte – Planungsgrößen, keine Bauanleitung.

Gereinigt wird, wenn der Durchfluss nicht mehr reicht; je nach Rohwasser laut EPA alle ein bis sechs Monate. Dazu wird das Wasser etwa 10 cm unter die Sandoberfläche abgesenkt, und man schält die Schmutzdecke mit einer dünnen Sandschicht ab – nach EPA typischerweise weniger als 0,5 Zoll (umgerechnet 1,27 cm). Auf die Schmutzdecke selbst tritt man dabei möglichst nicht. Nachgefüllt wird erst, wenn das Sandbett auf 0,6 m geschrumpft ist.

Nach dem Reinigen läuft das Wasser nach EPA mindestens 24 Stunden in den Abfluss, bis Messungen zeigen, dass der Filter wieder wirkt. Nach neuem Sand kann diese Reifung Wochen oder Monate dauern. Das eCompendium rät deshalb, mehrere Filter nebeneinander zu betreiben, damit immer einer Wasser liefert.

Der Hausfilter: Aufbau

Für einzelne Haushalte gibt es eine kleine Bauform, oft Biosandfilter genannt. Die US-Gesundheitsbehörde CDC beschreibt die verbreitetste Ausführung als Behälter aus Beton oder Kunststoff, etwa 0,9 m hoch und 0,3 m im Quadrat, gefüllt mit Sand und Kies. Eine Diffusorplatte oben verteilt das eingegossene Wasser, damit es die Schmutzdecke nicht aufwirbelt.

Die ausführlichste Anleitung stammt von CAWST, einer kanadischen gemeinnützigen Organisation. Von unten nach oben: etwa 5 cm Drainagekies mit 6 bis 12 mm Korngröße, darüber etwa 5 cm Trennkies mit 1 bis 6 mm, darauf der Filtersand – das, was durch ein Sieb mit 0,7 mm Maschenweite fällt. Am besten eignet sich laut CAWST gebrochenes Gestein aus einem Steinbruch. Flusssand empfiehlt CAWST nicht: Er enthält meist Keime und organisches Material. Desinfizieren tötet die Keime, entfernt das organische Material aber nicht vollständig – mit solchem Sand kann das Wasser schlechter werden als vorher. Strandsand ist die letzte Wahl, er enthält meist Salz.

Der Sand wird immer in Wasser eingefüllt, damit keine Luftblasen im Bett bleiben. Das Auslaufrohr führt vom Boden außen hoch; seine Höhe bestimmt, wie viel Wasser über dem Sand stehen bleibt. Das sollen laut CAWST etwa 5 cm sein, zulässig sind 4 bis 6 cm: Mehr Wasser lässt zu wenig Sauerstoff durch, weniger kann verdunsten und die Schmutzdecke austrocknen.

Der Hausfilter: Betrieb und Pflege

Der Hausfilter wird nicht ständig durchströmt, sondern in Portionen befüllt. Nach dem Durchlaufen braucht er laut CAWST eine Pause von mindestens einer Stunde, höchstens 48 Stunden. In der Pause bauen die Mikroorganismen die zurückgehaltenen Keime ab; ist sie zu lang, verhungert die Schmutzdecke. Das CAWST-Modell ist auf 0,4 Liter pro Minute ausgelegt, die CDC nennt bis zu 0,6 Liter.

Nimm möglichst immer dasselbe Wasser, denn die Schmutzdecke passt sich an ihre Quelle an; nach einem Wechsel braucht sie laut CAWST einige Tage. Sehr trübes Wasser lässt du vorher absetzen. Als Probe beschreibt CAWST eine klare 2-Liter-Flasche auf großer Schrift: Kannst du sie von oben durch das Wasser lesen, liegt die Trübung wahrscheinlich unter 50 NTU.

Mit der Zeit setzt sich der Sand zu und das Wasser läuft langsamer; laut CAWST schadet das der Wasserqualität nicht. Erst bei weniger als 0,1 Liter pro Minute reinigst du: Deckel ab, bei fehlendem Wasser über dem Diffusor etwa 4 Liter zugießen, Diffusor herausnehmen. Dann mit der flachen Hand ganz leicht kreisend über die oberste Sandschicht streichen, ohne tiefer zu mischen, das trübe Wasser abschöpfen, Sand glätten, Diffusor einsetzen, nachfüllen – so oft, bis der Durchfluss wieder stimmt. Bis sich die Schmutzdecke neu gebildet hat, empfiehlt CAWST, das gefilterte Wasser zu desinfizieren.

Was der Sandfilter leistet – und was nicht

Die CDC fasst für Hausfilter zusammen: Im Labor und mit ausgereifter Schmutzdecke wurden 99,98 % der einzelligen Parasiten (Protozoen) und 90 bis 99 % der Bakterien zurückgehalten; bei Viren schwankte das Ergebnis. Im Alltag wurden 80 bis 98 % der Darmbakterie E. coli entfernt. Ohne Schmutzdecke sind es laut CAWST nur etwa 30 bis 70 % der Krankheitserreger. Für große, gut betriebene Filter nennt das eCompendium mehr als 95 % bei Bakterien und Viren und mehr als 99 % bei Giardia und Cryptosporidium.

99 % heißt, dass von hundert Keimen einer durchkommt – bei stark belastetem Wasser genug, um krank zu werden. Die CDC nennt als Schwächen ausdrücklich die schlechtere Wirkung gegen Viren und den fehlenden Nachschutz: Gefiltertes Wasser kann sich wieder verunreinigen. Das eCompendium ergänzt die geringere Leistung bei Kälte.

Gegen Chemikalien ist der Filter keine Lösung. Das eCompendium nennt für manche Schadstoffe wie Schwermetalle und Arsen eine Verringerung um mindestens 50 % – das heißt, bis zur Hälfte kann im Wasser bleiben. CAWST schreibt selbst, man könne sich nicht darauf verlassen, dass der Filter bestimmte oder alle Arten von Verunreinigung entfernt. Wasser, das nach Treibstoff riecht, aus Hochwasser stammt oder chemisch belastet sein könnte, ist deshalb kein Fall für den Sandfilter. Dann bleibt nur Wasser aus dem Vorrat oder von einer Ausgabestelle.

Danach: abkochen oder desinfizieren, sauber lagern

Auch wenn das Wasser klar aussieht: CAWST empfiehlt, es nach dem Filtern zu desinfizieren, weil der Filter die meisten, aber nicht alle Bakterien und Viren entfernt – ausdrücklich auch in den ersten Wochen, solange sich die Schmutzdecke bildet. Als Verfahren nennt CAWST unter anderem Abkochen und Chlor. Das eCompendium beschreibt dasselbe für akute Notlagen: Dort wird nach dem Sandfilter immer gechlort.

Der Sandfilter macht diesen Schritt nicht überflüssig, sondern wirksamer. Laut CAWST verstecken sich Keime in trübem Wasser hinter Schwebstoffen und sind für Chlor, Sonne oder UV-Licht schwer zu erreichen; der Filter nimmt die Trübung heraus. Wie du Wasser sicher abkochst oder desinfizierst, steht in einem eigenen Artikel, die Dosierung mit Bleiche im Artikel „Wasser mit Chlor desinfizieren“.

Für die Lagerung nennt CAWST einfache Regeln: ein sauberer Behälter mit festem Deckel und Zapfhahn oder enger Öffnung, getrennte Gefäße für ungefiltertes und behandeltes Wasser, eingießen statt schöpfen – und das Wasser möglichst am selben Tag trinken.