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Hydrologie und Wasserwirtschaft (Fach) / Wasserversorgung (Lektion)

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• Definiere „Rohwasser“, „Reinwasser“ und „Trinkwasser“! - Als Rohwasser wird Wasser bezeichnet, das einem Gewässer oder dem Grundwasser entnommen worden ist, um dieses in einem Wasserwerk zu Reinwasser aufzubereiten. - Reinwasserist entsprechend der vorgesehenen Nutzung (Trinkwasser, Betriebswasser, Prozesswasser) aufbereitetes Rohwasser. - Im Sinne der Trinkwasserverordnung ist Trinkwasser1) alles Wasser, im ursprünglichen Zustand oder nach Aufbereitung, das => zum Verzehrbestimmt ist: Trinken, Kochen, Zubereitung von Speisen und Getränken => für häusliche Zwecke bestimmt ist: Körperpflege und –reinigungsowie die Reinigung von Gegenständen, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen und die nicht nur vorübergehend mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen => in einem Lebensmittelbetriebfür die Herstellung, Behandlung und Konservierung verwendet wird
• Was sagt die Trinkwasserqualität aus? - Trinkwasser muss den Ansprüchen der Deutschen Trinkwasserverordnung gerecht werden, die auf der Trinkwasser –Richtlinie der Europäischen Union basiert => Trinkwasser muss so beschaffen sein, dass durch seinen Genuss oder Gebrauch eine Schädigung der menschlichen Gesundheit insbesondere  durch  Krankheitserreger nicht zu besorgen ist. Es muss rein und genusstauglich sein… => In der Trinkwasserverordnung sind für 48 Parameter Grenzwerte gegeben
• Was sind Anforderungen an das Trinkwasser? - Trinkwasser muss frei von Krankheitserregern sein, darf keine gesundheitsschädlichen Stoffe enthalten und muss keimarmsein - Trinkwasser soll zum Genuss anregen, es soll daher klar, kühl und geruchslos sein und gut schmecken - Der Gehalt an gelösten Stoffen soll so geringwie möglich sein => Grenzwerte finden sich in der Trinkwasserverordnung - Trinkwasser und die mit ihm in Berührung kommenden Werkstoffe sollen so aufeinander abgestimmt sein, dass keine Korrosion entsteht - Es soll in genügender Menge und mit ausreichendem Druck verfügbar sein
• Was sind die Aufgaben der Wasserversorgung? - Versorgung der Menschen mit dem unverzichtbaren Lebensmittel Trinkwasser => Ressourcenschutz und Bewirtschaftung => Wassergewinnung => Wasseraufbereitung => Wasserspeicherung => Wasserverteilung - Wasserversorgung wird als Daseinsvorsorgegesehen für die die Gemeinden verantwortlichsind und über deren Gestaltung sie im Rahmen der geltenden Gesetze frei entscheiden können. - Aufteilung der Aufgaben zwischen => Staat (Bund und Länder) => Gemeinden => Wasserversorgungsunternehmen
• Was ist virtuelles Wasser? - Virtuelles Wasser gibt an, wie viel Wasser für die Herstellung eines Produktes benötigt wird => Wachstum der Pflanzen => Erzeugung tierischer Produkte => Herstellung von Industrieprodukten => Reinigung des durch die Produktion verunreinigten Wassers - Dieses Wasser wird virtuell genannt, weil es in dem Endprodukt nicht mehr enthalten ist. - Es stammt aus Regenwasser, Oberflächenwasser oder Grundwasser
• Was sagen die drei Schutzzonen der Wasserschutzgebiete aus? - Schutzzone I: => Entspricht dem Fassungsbereich des Brunnens und von Anlagen zur künstlichen Grundwasseranreicherung => Umkreis von 10 m um Brunnen => Jegliche Verunreinigungen und Beeinträchtigungen der Wassergewinnungsanlage sind zu vermeiden => Es sind nur Tätigkeiten zulässig, die unmittelbar der Trinkwassergewinnung dienen   - Schutzzone II: => Diese Zone muss vor Verunreinigungen geschützt werden, die durch das Reinigungsvermögen des Untergrundes bis zur Fassungsanlage (Brunnen) nicht zu beseitigen sind => Die Zone II reicht bis zu einer Linie, von der aus das genutzte Grundwasser noch mindestens 50 Tage bis zur Wasserfassung fließt => Eine Entfernung von 100 m sollte nicht unterschritten werden => Das Grundwasser soll vor Verunreinigungen durch krankheitserregende Mikroorganismen (z. B. Bakterien, Parasiten) und sonstigen Beeinträchtigungen geschütztwerden => Es sind jegliche Bodeneingriffe und der Bau von Abwasserkanälen verboten => Es sind Erweiterungen von baulichen Anlagen, der Transport wassergefährdender oder radioaktiver Stoffe sowie eine intensive landwirtschaftliche oder gartenbauliche Nutzungen (z. B. Aufbringen von Jauche und Gülle) verboten - Schutzzone III: => Reicht von der Grenze der Zone II bis zur Grenze des unterirdischen Einzugsgebietesder Wasserversorgungsanlage => Bei großen Einzugsgebieten (Entfernung von mehr als 2 km zur Anlage) ist eine Unterteilung in Teilzonen III A und III B möglich => Das Grundwasser soll vor weitreichenden Beeinträchtigungen, insbesondere vor nicht oder schwer abbaubaren chemischen und vor radioaktiven Verunreinigungen geschützt werden => Es gilt ein Verbot für die Lagerung und Verwendung wassergefährdender Stoffe, die Lagerung und Behandlung von Abfall sowie den Neubau von z. B. Industrieanlagen, Tanklagern und Kläranlagen
• Unterscheide Vertikal- und Horizontalfilterbrunnen! Vertikalfilterbrunnen - In der Regel verwendete Brunnenart - Erschließung eines oder mehrerer Grundwasserleiter - Durch eine lotrechte Bohrung können in mehreren Tiefen verschiedene Wasser führende Schichten (Grundwasserleiter) erschlossen werden. - Durch den Ausbau der Bohrung mit Filterrohren und Vollrohren kann Wasser aus den gewünschten Schichten entnommen werden. Horizontalfilterbrunnen - Für niedrige Durchlässigkeiten und geringe Mächtigkeiten des Grundwasserleiters geeignet - Es können gegenüber dem Vertikalfilterbrunnen größere Wassermengen gefördert werden - Hohe Kosten
• Was sind Risiken der Flusswassergewinnung? - Flusswasser ist starken Belastungen ausgesetzt: => Wechselnde Wasserführung (Niedrig-und Hochwasser) => Wechselnde Wasserqualität (chemisch, biologisch, physikalisch) => Abschwemmungen von Oberflächenwasser (städtischer und ländlicher Raum) => Vorfluter für Abwasserleitungen - Deshalb überwiegend indirekte Wassergewinnung als Uferfiltrat oder über Grundwasseranreicherung mit aufbereitetem Flusswasser
• Was bedeutet „Uferfiltrat“? - Wasser, das über ufernaheBrunnen (Brunnenreihe) nach einer Bodenpassage aus einem Gewässer entnommen wird - Während der Bodenpassagewird das Wasser filtriert, biologisch gereinigt und die Wassertemperatur reguliert - Mischungvon Oberflächenwasser und echtem, über versickernde Niederschläge neu gebildetem Grundwasser
• Was bedeutet Grundwasseranreicherung? - Dass man Oberflächenwassergewinnt - In einigen Fällen einer ersten Aufbereitungsstufe(Vorreinigung) zuführt - Anschließend über Schluckbrunnenoder Versickerungsbeckenin das Grundwasser einbringt - Vermehrung des Wasserdargebotes durch eine künstliche Grundwasserneubildung
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• Was ist der Nutzen der Grundwasseranreicherung? - Zur Vergrößerungdes nutzbaren Grundwasserdargebotsbei gleichzeitiger qualitativer Verbesserung des durch die Untergrundphase aufbereiteten Anreicherungswassers - Zur Hebung eines (wegen Übernutzung) absinkenden Grundwasserspiegels - Als hydraulische Sperregegen Zufluss von Wasser ungeeigneter Beschaffenheit, z. B. Meerwasser an der Küste, verunreinigtes Grundwasser aus Altlasten oder Unfällen mit wassergefährdenden Stoffen - Zur hydraulischen Sanierung eines verunreinigten Grundwasserleiters: durch gezieltes Einbringen und Entnehmen von Wasser erfolgt eine Ausspülung und es werden ggf. bestimmte biologische und chemische Wirkungen ausgelöst
• Was sind Effekte der Grundwasseranreicherung? - Abscheidung partikulärer Wasserinhaltsstoffe durch mechanische Filtration - Biologischer Abbau organischer Wasserinhaltsstoffe, besonders im oberen Bereich der Infiltrations-oder Versickerungsstrecke, begünstigt durch Adsorptionsvorgänge - Chemisch-physikalische Reaktionen mit den Filtermaterialien der Infiltrationsanlage und den durchströmten Sedimenten des Grundwasserleiters - Rückhaltung und Eliminierung von Mikroorganismen (Bakterien, Viren, Parasiten) - Temperaturausgleich–saisonale Temperaturschwankungen im Anreicherungswasser werden im Untergrund gedämpft
• Unterscheide die drei Quellenarten! - Schichtquellen: Die Grundwassersohle eines Grundwasserleiters tritt an die freie Oberfläche - Stauquellen: Der Grundwasserleiter trifft auf eine undurchlässige (Stau-) Schicht und tritt dort an die Oberfläche - Überlauf-oder Verengungsquelle: Durch Einschnürung des Grundwasserleiters wird das Grundwasser aufgestaut und tritt dadurch an die Oberfläche
• Definiere „Wasseraufbereitung“! - Mit dem Begriff „Wasseraufbereitung“ werden gezielte technische Maßnahmen zur Anpassung der Beschaffenheit eines Wassers an die Anforderungen an Trinkwasserund zur Anpassung an Trinkwasserbeschaffenheit an technische Erfordernisse der Trinkwasserverteilungund Trinkwasserverwendung bezeichnet
• Was sind Grundlegende Randbedingungen bei der Wasseraufbereitung?  - Zur Wasseraufbereitung muss immer Energieaufgewendet werden  Häufig müssen zudem Aufbereitungsstoffeeingesetzt werden - Dabei fallen Rückständean, die entsorgt werden müssen - Oder es können Nebenprodukte(z. B. Kalk) erzeugt werden, die weiter verwendet / verkauft werden können - Analogie zur Abwasserreinigung (Klärschlamm)
• Was sind allgemeine Ziele der Wasseraufbereitung? - Die Gründe für die Wasseraufbereitung liegen => primär in der Aufrechterhaltung der menschlichen Gesundheit => aber auch in der Sicherstellung / Aufrechterhaltung eines funktionierenden und langlebigen Wasserversorgungsnetzes - Um das Aufbereitungsziel zu erreichen, müssen häufig mehrere Verfahren/ Module der Wasseraufbereitung kombiniertwerden - Es gibt kein allgemeingültiges Verfahrensschema - Die Kombination der unterschiedlichen Module hängt in erster Linie von der Qualität der Rohwasserquelle, den regionalen Randbedingungen und den anthropogenen Einflüssen ab - Schaffung eines Multi-Barrieren-Systems
• Was sind Ziele der Wasseraufbereitung hinsichtlich der Anforderungen durch den Menschen? bereitgestelltes Trinkwasser … - orientiert sich an der Beschaffenheit eines natürlich reinen Grundwassers - kann lebenslang getrunken werden, ohne gesundheitliche Beeinträchtigungen hervorzurufen - muss frei von Krankheitserregern, genusstauglich und rein sein - enthält ungefährliche Gehalte an gesundheitsrelevanten, chemischen Stoffen - enthält verunreinigende Stoffe nur im technisch unvermeidbaren Maß - Restgehalte müssen unterhalb der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung liegen
• Was sind Ziele der Wasseraufbereitung hinsichtlich der Anforderungen durch das Wasserversorgungssystem? Verfahren der Trinkwasseraufbereitung sollen - hohe Volumenströme erlauben und trotz schwankender Rohwasserqualitäten und Volumenströme einfach und betriebssicher arbeiten - eine hohe Wasserqualität bei möglichst wenig Rückständen und Nebenprodukten sicherstellen - einen sozialverträglichen Wasserpreis ermöglichen => hoher Wirkungsgrad der Verfahren, um mit geringem Aufwand das Aufbereitungsziel zu erreichen => automatisierbare Aufbereitungsprozesse mit geringem Personaleinsatz => geringe Investitions-und Betriebskosten - negative Auswirkungen (z. B. Korrosion) auf das Wasserversorgungsnetzreduzieren bzw. verhindern
• Erläutere die Notwendigkeit von Oberflächengewässer / Quellwasser und Flusswasser hinsichtlich der Aufbereitung! - Oberflächenwasser / Quellwasser … => hier ist stets mit Vorhandensein von Krankheitserregern zu rechnen => Desinfektion (mit vorheriger Partikelabtrennung) ist zwingend erforderlich => bei stehenden Gewässern (z. B. Seen, Talsperren) ist wegen möglicher Massenentwicklungvon Algen oft eine mehrstufige Aufbereitung nötig - Flusswasser … => ist stets als mit Krankheitserregern und anthropogenen Stoffen zu bewerten (mit stark schwankenden Konzentrationen) => Wasseraufbereitung hat sich auf Störfälle mit kurzzeitig massiven Kontaminationen einzustellen
• Erläutere die unterschiedlichen Filtrationsverfahren! Schnellfiltration / Verfahrensbeschreibung - Für die Schnellfiltration ist für eine ausreichende Entfernung hygienisch relevanter Partikel eine vorgeschaltete Flockung unabdingbar - Schnellfilter werden mit vergleichsweise großen Filtergeschwindigkeiten betrieben (vF = 3 –15 (30) m/h) - Abtrennung erfolgt in den Porenräumen des Filtermediums (Tiefenfiltration) - Reinigung des Filters erfolgt durch Spülung mit Wasser (und ggf. Luft) entgegengesetzt zur Filtrationsrichtung   Langsamfiltration - Es werden nicht spülbareFilter mit großen Oberflächen und geringen Filtergeschwindigkeiten (vf ≤ 15 m/d) verwendet - Filtermedium besteht aus natürlichem Sand - Gegenüber Versickerungsbecken wird bei Langsamfilterndas Filtrat gesammelt und kontrolliert abgeleitet - Abtrennung erfolgt hauptsächlich in der oberen, biologisch aktiven Schicht des Filtermediums (Oberflächenfiltration) - Reinigung des Filters erfolgt durch Abtrag und externer Aufbereitung der obersten Sandschicht   Membranfiltration - Das Filtermedium ist eine Membran (MF/UF: „porös“, NF/UO: „dicht“) => „porös / dicht“ hinsichtlich der mikroskopisch erkennbaren Poren - Unter Membranenversteht man flächige, teildurchlässige Strukturen, die für zumindest eine Komponente eines sie berührenden Fluids(Flüssigkeit oder Gas) permeabel, für andere hingegen undurchlässig sind - Beim Durchtritt von Wasser durch die Membran werden Partikel (bei MF/UF) oder gelöste Stoffe (bei NF/UO) in den Membranporen festgehalten - Es handelt sich um eine selektive Barriere zwischen zwei verschiedenen Phasen
• Was sagt die Partikelentfernung aus? - Partikel sind ungelöste, feste Wasserinhaltsstoffe - Aus hygienischen Gründen sind Partikel unerwünscht, da es sich um Krankheitserreger oder andere Mikroorganismen handeln kann - Mikroorganismen, Krankheitserreger und chemische Schadstoffekönnen aber auch an Partikel gebundenoder in diese eingeschlossen sein - Partikel können Nährstoffquellenfür Mikroorganismen darstellen und so zu Wiederverkeimungenim Wasserverteilungsnetz führen - Partikel verminderndie Desinfektionswirksamkeitvon UV-Strahlen sowie von chemischen Desinfektionsmitteln => Bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser ohne Untergrundpassage ist vor der Desinfektion immer eine Partikeleliminierung erforderlich
• Wie funktioniert das Mülheimer Verfahren bei der Wasseraufbereitung? - Rohwasser: Oberflächenwasser der Ruhr - Einleitung in Versickerungsbecken => Einleitung des Rohwassers über eine Filtersandschicht in den Untergrund => Verbleib des Wassers in der Untergrundpassage: 3 –7 Tage => Rückhalt von Schmutzpartikeln auf der Oberfläche der Versickerungsbecken => Erste biologische Reinigungsprozesse (Abbau verschiedener Wasserinhaltsstoffe) im Filtersand und im Untergrund - Transport des Wassers mittels Vakuum über Sammelstollen und Heberbrunnenin Sammelbrunnen - Sammelbrunnen dienen Zwischenspeicher für die Wasseraufbereitung - Ozonung: => Ozon (O3) gilt als starkes Oxidationsmittel => Bakterien, Viren und Parasiten werden abgetötet => Organische Verbindungen, Eisen und Mangan werden durch Ozon so verändert, dass sie in den nachfolgenden Filteranlagen besser abgebaut oder abgetrennt werden können => Gleichmäßige Verteilung des Ozons in den Begasungskammern durch Diffusor - Filteranlagen: => Zwei übereinander gebaute Filtereinheiten => oben: Mehrschichtfilter => unten: Aktivkohlefilter - Mehrschichtfilter: => Kohleschicht baut Restozonvollständig ab => Eisen und Mangan werden auf Sand-und Kiesschichten zurückgehalten => Mikroorganismen bauen in den Filtern Ammonium und org. Verbindungen ab  Aktivkohlefilter => Weiterer biologischer Abbau durch Mikroorganismen, die sich auf der Aktivkohle ansiedeln => Bindung biologisch nicht abbaubarer Stoffe (Spurenstoffe wie Pflanzenschutz-und Arzneimittel) an der Oberfläche - Sicherheitsstufe: UV –Desinfektion => Sicherstellung der mikrobiologisch einwandfreien Beschaffenheit des Trinkwassers - Wasserspeicherung und Wassertransport: => Tagesbehälter (im Wasserwerk) => Trinkwasserförderpumpen => Rohrnetz / Wasserbehälter => Verbraucher

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