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Bei der FERMANOX®-Wasseraufbereitung wird mit Luftsauerstoff angereichertes Wasser über den Bohrbrunnen unmittelbar in die grundwasserführenden Bodenschichten (Grundwasserleiter) geführt. Dort wird das Grundwasser rein natürlich und besonders effizient aufbereitet.

Um den Bohrbrunnen entsteht schon nach kurzer Einlaufzeit ein großer, sauerstoffreicher Bereich mit optimalen Bedingungen für die Enteisenung und Entmanganung. Am Rand dieses Bereiches – und damit bereits in großem Abstand zum Brunnen – entsteht eine Aufbereitungszone (Reaktionsraum), in der Eisen und Mangan oxidiert werden. In dieser Zone werden komplexe natürliche Aufbereitungsmechanismen aktiviert, sobald eisen- und manganhaltiges Grundwasser eintritt. Die Eisen- und Manganoxide lagern sich dort an die Sandkörner im Boden an und bilden Oxidschichten. Sie liegen nun in fester, schwerlöslicher Form – und damit ohne beeinträchtigende Auswirkung auf die Qualität des Grundwassers im Erdreich vor. Die Größe des Reaktionsraumes wird bestimmt durch die Wasserqualität des Grundwassers, die Hydrogeologie des Bodens und die daraus resultierende Infiltrationsmenge des eingetragenen Sauerstoffs.

Im Inneren rund um den Bohrbrunnen entsteht eine Zone, die nur reines, aufbereitetes Wasser in Trinkwasserqualität enthält, d.h. die Eisen-, Mangan- und Ammoniumkonzentrationen des Wassers erfüllen mindestens die Grenzwerte der Trinkwasserverordnung. Dieses Trinkwasser kann direkt aus dem Brunnen gefördert und genutzt werden.

Wirkungsprinzip / Funktionsweise des FERMANOX-Verfahrens

Gegenstand der FERMANOX®-Wasseraufbereitung ist unterirdische Enteisenung und Entmanganung, bei der die Wasseraufbereitung rein natürlich mit Hilfe von Sauerstoff unmittelbar in den wasserführenden Bodenschichten erfolgt – effektiv und effizient – das FERMANOX®-Wasseraufbereitungsverfahren.

Da Grundwasser aufgrund von Sauerstoffarmut in der Regel eisen- und manganhaltig und häufig auch ammoniumhaltig ist, erfordert Grundwasser eine Aufbereitung, bevor es verwendet werden kann. Das FERMANOX®-Verfahren ist das effizienteste Verfahren zur Entfernung dieser Inhaltsstoffe, weil es durch die unterirdische Aufbereitung die Wirkungsmechanismen der Natur in optimaler Weise ausnutzt. Deshalb können wir Ihnen eisen-, mangan- und ammoniumfreies Wasser garantieren. Da mit FERMANOX® nur aufbereitetes Wasser direkt aus dem Brunnen gefördert wird, werden außerdem Ablagerungen und Verockerungen in Brunnen, Pumpen und Leitungen vermieden.

Garantierte Trinkwasserqualität

FERMANOX® verfügt als Pionier und Marktführer der Kompaktanlagen für unterirdische Wasseraufbereitung über das Know-how zur Auswertung der hydrogeologischen und wasser- chemischen Gegebenheiten vor Ort und der daraus resultierenden Auslegung der FERMANOX®-Wasseraufbereitungsanlage.

Die erste FERMANOX®-Anlage wurde 1983 in Betrieb genommen. Der Eisengehalt des ursprünglichen Rohwassers betrug 6,7 mg/l, das entspricht dem 33,5-fachen des Grenzwertes nach Trinkwasserverordnung. Die Anlage läuft bis heute störungsfrei, obschon der Bohrbrunnen inzwischen ca. 60 Jahre alt ist.

Zwischenzeitlich wurden über 10.000 Anlagen in Betrieb genommen.

Dank dieser Erfahrung garantiert FERMANOX® die Aufbereitung des Wassers in Trinkwasserqualität (nach gültiger TrinkwV 2001[1])  in Bezug auf Eisen, Mangan und Ammonium.

Parameter Grenzwert
Ammonium 0,5 mg/l
Eisen 0,2 mg/l
Mangan 0,05 mg/l

Darüber hinaus garantiert FERMANOX® aber auch die Einhaltung bzw. Unterschreitung der Grenzwerte gemäß Trinkwasserverordnung in Bezug auf weitere oxidierbare Inhaltsstoffe, die seltener vorkommen, wie Nitrit, Arsen, Schwefelwasserstoff und Methan.

[1]Gesetzliche Grundlage ist die Trinkwasserverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 28. November 2011 (BGBl. I S. 2370), die durch Artikel 2 Absatz 19 des Gesetzes vom 22. Dezember 2011 (BGBl. I S. 3044) geändert worden ist (zukünftig verwendet als Abkürzung: TrinkwV 2001)

Keine Verfärbungen

Mit FERMANOX® aufbereitetes Wasser ist eisen– und manganfrei und hinterlässt daher beim Gebrauch keine braunen oder schwarzen Verfärbungen. So bleiben Wäsche, Waschbecken, Duschen, Badewannen und Fliesen sauber.

Keine Ablagerungen

Da die unterirdische Aufbereitung eisen– und manganhaltige Ablagerungen (Verockerungen) an Brunnen, Pumpen und Rohrleitungen verhindert, ist keine Reinigung oder Regeneration mehr nötig.

Die FERMANOX®-Anlage verlängert die Lebensdauer ihres gesamten Wasserversorgungssystems bedeutend, da nur noch reines, aufbereitetes Wasser durch Brunnen, Pumpen und Leitungen fließt.

Unterwasserpumpen nach 5 Jahren im Betrieb mit FERMANOX®(oben) und einem herkömmlichen Kiesfilter (unten)

Maximale Effizienz – minimaler Energiebedarf

Das FERMANOX®-System benötigt im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nur eine geringe Menge an sauerstoffreichem Wasser, die zur Aufbereitung in die wasserführenden Schichten geleitet wird, da die natürliche Reaktionszone im Umfeld des Brunnens um ein Vielfaches größer als das Filtervolumen oberirdischer Filter ist.

Dadurch ist der Energiebedarf für die gesamte Wasserversorgung deutlich niedriger als bei herkömmlicher Wasseraufbereitung.

Keine Wartung – nur Kontrollen!

Da die Wasseraufbereitung beim FERMANOX®-Verfahren im Grundwasserleiter selbst stattfindet, ist keine regelmäßige Wartung erforderlich, sondern nur eine Kontrolle.

Bei kleinen FERMANOX®– Wasseraufbereitungsanlagen muss einmal im Jahr der Schmutzfänger vor der Anlage überprüft werden, damit die Leistung der Sauerstoffanreicherung nicht durch Verstopfung abfällt. Große Anlagen sind gänzlich wartungsfrei.

Keine Filter, keine Rückspülung

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren sind keine oberirdischen Filter notwendig. Das Wasser wird natürlich aufbereitet, bevor es gefördert und genutzt wird – ohne Chemikalien oder Austauschmaterial.

Lästiger und teurer Austausch und Entsorgung von Filtermaterial sowie Rückspülen der Filter entfallen.

Anforderungen an den Bohrbrunnen

Grundvoraussetzung für die Anwendung des FERMANOX®-Verfahrens ist das Vorhandensein von einem oder mehreren Bohrbrunnen im Lockergestein (Sand oder Kies), weil die eigentliche Aufbereitung in den Poren des Grundwasserleiters erfolgt. Die Bohrbrunnen selbst sind nach den üblichen technischen Regeln und (bei mehreren Brunnen) mit ausreichendem Abstand und mit möglichst kurzen Filterstrecken zu erstellen. Bei mehreren Bohrbrunnen müssen die Abstände mit uns abgestimmt werden.

Rohwasserqualität

Für Eisen– oder Mangankonzentrationen im Rohwasser gibt es keine Einsatzgrenzen. FERMANOX® ist sogar in der Lage, extreme Grundwässer auf Trinkwasserniveau aufzubereiten, deren Rohwasserwerte ein Vielfaches der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung betragen. Insbesondere die Entmanganung erfordert einen Mindest-pH-Wert des Rohwassers, der aber aufgrund der hohen Effizienz des Verfahrens niedriger liegt als bei oberirdischen Verfahren – ohne Zusatz von Chemikalien. Bei höheren Ammonium- oder Methankonzentrationen im Grundwasser steigt grundsätzlich der Aufbereitungsaufwand stark an.

FERMANOX® -Auslegung

Die richtige Auslegung der FERMANOX®-Anlage ist von entscheidender Bedeutung für den dauerhaft optimalen Betrieb der Anlage. Für die Überprüfung der Voraussetzungen und das Angebot einer geeigneten Wasseraufbereitungsanlage benötigen wir folgende Unterlagen:

  • Angaben zum Wasserbedarf
  • Wasseranalysen vorhandener Brunnen
  • Daten zum Brunnenausbau

Die erforderlichen Wasseranalysen erstellen wir gerne für Sie anhand von Rohwasserproben. Bitte senden Sie uns hierzu eine Wasserprobe zu.

Bei jedem Ausgangs-pH-Wert schafft die FERMANOX® Wasseraufbereitung einen höheren Aufbereitungsgrad als herkömmliche Kiesfilter (ohne Zusatzstoffe).

Schwierig aufbereitbares Grundwasser: Epe, Niederlande; FERMANOX®-Anlage WV 100-165 P

Wasseranalyse Rohwasser Reinwasser
Eisen 14,525 mg/l 0,003 mg/l
Mangan 0,613mg/l 0,043mg/l
Ammonium 1,47 mg/l 0,18 mg/l
pH-Wert 6,01

Schwierig aufbereitbares Grundwasser: Mastschweinehaltung Molbergen, NRW; FERMANOX®-Anlage WV 50/4/28 P

Wasseranalyse Brunnen 1 Brunnen 2
Rohwasserwerte – –
Eisen 5,84 mg/ 6,54 mg/l
Mangan 0,143 mg/l 0,092 mg/l
Ammonium 0,052 mg/ 0,068 mg/l
pH-Wert 5,635,59 5,59
Karbonathärte 0,38 °dH 0,44 °dH

Schwierig aufbereitbares Grundwasser: Schwarzenbrock, Bayern; FERMANOX®-Anlage BZ 63 P

Wasseranalyse Rohwasser Reinwasser
Eisen 1,95mg/l 0,02mg/l
Mangan 0,941mg/l 0,024mg/l
Arsen 0,027mg/l 0,002 mg/l

Die unterirdische Enteisenung und Entmanganung (UEE) nutzt im Gegensatz zu oberirdischen Filteranlagen den Grundwasserleiter selbst im brunnennahen Bereich als Reaktionsraum und zum Verbleib der Reaktionsprodukte. Innerhalb des Reaktionsraumes erfolgt durch den eingetragenen Sauerstoff die Aktivierung der komplexen Aufbereitungsmechanismen. Dabei werden die chemisch-physikalischen Vorgänge durch eine autokatalytische Wirkung der bereits festgelegten Oxide unterstützt. Mikrobiologische Vorgänge spielen zusätzlich eine wesentliche Rolle.

Die Oxidation des gelösten Eisens kann beispielsweise mit folgender Summenformel angegeben werden:

2 Fe2+ + ½ O2 + (x + 2) H2O → (Fe2O3 * x H2O) + 4 H+[1]

Bei herkömmlichen oberirdischen Filtern entsteht nach Belüftung vorwiegend amorphes, wasserreiches Eisen(III)-Hydroxid (Fe(OH)3) und Mangan-Oxidhydrat (MnOOH) und damit große Mengen Schlamm, die rückgespült und entsorgt werden müssen.

Unterirdisch wandelt sich das primäre Reaktionsprodukt Eisen(III)-Hydroxid zu kristallinem Eisen(III)-Oxidhydrat um und Mangan(III)-Oxidhydrat zu Mangandioxid (MnO2, „Braunstein“). Die Produkte bilden feine Coatings auf der Bodenkornoberfläche mit großer Dichte und entsprechend geringem Volumen.[1]

Auf dem Bodenkorn abgelagerte Eisen- und Manganoxidhydrate führen zu einer hohen Adsorptionskapazität gegenüber Eisen- und Mangan-Ionen in der Förderphase. Der während der Infiltrationsphase eingetragene Sauerstoff erreicht beim Durchströmen des Grundwasserleiters an der Kornoberfläche adsorbierte Eisen- und Mangan-Ionen und oxidiert sie zu schwerlöslichen Verbindungen. Ein Teil des Sauerstoffs wird adsorbiert und steht zu Beginn der Förderung noch zur Oxidation zur Verfügung.

Adsorptions-Oxidations-Modell – chemisch-physikalische Vorgänge im Reaktionsraum der UEE (mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr.-Ing. U. Rott).

Neben der Enteisenung und Entmanganung bewirkt der eingetragene Sauerstoff weitere positive Reaktionen im Aquifer:

  • Nitrifikation von Ammonium und Nitrit [2]: Ammonium und/oder Nitrit im Grundwasser werden nitrifiziert und damit deutlich gesenkt. Die Umwandlung erfolgt dabei immer bakteriologisch und bei Ammonium immer zweistufig. 2 NH4+ + 3 O2→ 2 NO2– + 2 H2O + 4 H+ (+ Energie) durch Nitrosomonas und Nitrosocystis 2 NO2– + O2→ 2 NO3– (+ Energie) durch Nitrobacter und NitrosocystisDie sich bildende Biomasse ist gering und in der Regel ohne Bedeutung.
  • Schwefelwasserstoff und der damit unangenehme Geruch werden durch Oxidation beseitigt.
  • Schwermetalle wie Arsen, Nickel etc. können reduziert werden. Da sich diese Stoffe in die Eisenoxidationsprodukte einlagern, ist es erforderlich, dass das Grundwasser einen Mindesteisengehalt aufweist. [3]
  • Methan im Grundwasser oxidiert im Grundwasserleiter bei einem Sauerstoffeintrag noch vor dem Eisen, wodurch bei hohem Sauerstoffbedarf verhältnismäßig viel Biomasse gebildet wird; bei methanhaltigen Grundwässern ist daher eine besondere Betriebsweise erforderlich.

 

Durch geeignete Auslegung einer unterirdischen Wasseraufbereitung finden alle vorstehenden Reaktionen im Aquifer außerhalb des Brunnenbauwerks statt, das ausschließlich von Reinwasser durchströmt wird.

[1] Rott, Ulrich: Gutachterliche Stellungnahme zur Wirkungsweise der “FERMANOX-Wasseraufbereitung“ unter besonderer Berücksichtigung umweltrelevanter Auswirkungen. Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, 1994

[2] Rott, Ulrich: Gutachterliche Stellungnahme zur Aufbereitungsleistung der “FERMANOX-Wasseraufbereitung“. Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft, 1995

[3] Rott, Ulrich; Meyerhoff, Ralf ; Bauer, Tarja: In situ-Aufbereitung von Grundwasser mit erhöhten Eisen-, Mangan- und Arsengehalten. In: gwf – Wasser/Abwasser 137 (1996.) Nr. 7, S. 358-363

Verbleib der Oxide bzw. befürchtete „Verstopfung“ vom Grundwasserleiter durch die gebildeten Oxide

Generell stellt sich zum Verständnis dieser Technik fast immer die logische Frage, wo die gebildeten Eisen- und Manganoxide bleiben und ob sie nicht langfristig zu einer Beeinträchtigung des Grundwasserleiters im Nahbereich der Förderbrunnen und somit zu deren Leistungsrückgang führen können. Das ist zum Glück aus folgenden Gründen nicht so:

  • Die Reaktionszone im Boden wird bei der Auslegung jeder Anlage so groß gewählt, dass sie die Oxide von Jahrhunderten aufnehmen kann
  • Die Bildung der Oxide findet am Rand der Aufbereitungszone statt. Im hydraulisch wichtigen Nahbereich vom Brunnen hat das Wasser bereits Trinkwasserqualität und hinterlässt keine Ablagerungen
  • Die Oxide haben unter den Bedingungen im Boden eine hochfeste, kristalline Struktur mit hoher Dichte und geringem Volumen – im Gegensatz zu dem voluminösen, amorphen Eisenschlamm, den man oberirdisch feststellt (z.B. im Feinfilter)
  • Selbst wenn man sich vorstellt, dass eine Pore im Reaktionsraum vollständig mit Oxiden gefüllt würde, ergäbe sich daraus nur, dass (aufgrund der konstanten Infiltrationsmengen) bei der nächsten Infiltration der Sauerstoff weiter in den Grundwasserleiter eingetragen wird und die nächste Ablagerung von Oxiden in größerem Abstand zum Brunnen erfolgt.

Das im Grundwasser vorhandene Eisen wurde entsprechend dem chemischen Gleichgewicht (niedriges Redoxpotenzial bei Sauerstoffarmut) an einer Stelle aus dem Bodenkörper gelöst und wird durch die unterirdische Enteisenung einfach an anderer Stelle wieder abgelegt und damit vom Brunnen fern gehalten. Es kommt „nur“ darauf an, die unterirdische Wasseraufbereitung richtig auszulegen und ordnungsgemäß zu betreiben, damit im unmittelbaren Nahbereich des Brunnens kein Eisen und Mangan mehr im Grundwasser gelöst sind und deshalb Verockerungen (Ablagerungen) dort vermieden werden.

Zum besseren Verständnis einige Fachinformationen, in denen auch auf den Verbleib der Oxide eingegangen wird:
  • Das DVGW-Arbeitsblatt W 223-3 (2005): In dieser Norm wird das Verfahren der unterirdischen Enteisenung und Entmanganung als Stand der Technik beschrieben. Siehe: Link
  • Beispielrechnung zum Oxidvolumen in unserer Information zur Lebensdauer der Bohrbrunnen
  • Mehrere Fachartikel von Prof. Dr.-Ing. U.Rott, der am Institut für Siedlungswasserbau in Stuttgart maßgeblich auf dem Gebiet der unterirdischen Wasseraufbereitung geforscht hat. Darin beschreibt er das Verfahren, die Prozesse in der Reaktionszone und Anwendungsbeispiele.
  • Fachartikel im bbr: Enteisenung im Grundwasserleiter