Wasserversorgung 2 und Gütewirtschaft von Talsperren (Fach) / Altklausuren und Vorlesungen (Lektion)

Diese Lektion wurde von Helen1991 erstellt.

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• Flockungsfiltration Die Flockung erfolgt im Überstauraum und im Filterbett
• Filter Filter sind die zentralen Anlagenteile der Trinkwasseraufbereitung Filter erfüllen die folgenden Aufgaben: Feststoffabtrennung, Suspensaentnahme Adsorption Entsäuerung Enteisenung / Entmanganung Biologische Reinigung Ionenaustausch
• Eigenschaften von Filtermaterialien große runde Körner: große Poren (-) geringe wirksame Oberfläche (-) geringer Filterwiderstand (+) geringe Druckverluste (+) Trübstoffe im Filtrat (-) großer Durchsatz (+) kleine runde Körner: kleine Poren (+) große Oberfläche (+) hoher Filterwiderstand, Siebwirkung -> geringe Laufzeit (-) trübstofffreies Filtrat (+) geringer Durchsatz (-)
• Langsamfilter Fläche: 100 - 10.000 m2 Tiefe: 1,5 m Filterbett: ca. 1 m Korndurchmesser: 0,2 - 0,5 mm Gleichförmigkeit des Korns: nicht so wichtig Überstau / Vordruck: 0,3 - 1,0 m WS Filtergeschwindigkeit: 0,05 - 0,5 m/h Laufzeit: 1 - 12 Monate Reinigung: 3 - 5 cm werdern abgeschaltet und evtll. extern gewaschen Wirkung: Mikroorganismen werden gut zurückgehalten, Abscheiden auch feinster Trübstoffe, biologische /chemische Prozesse (NH4, Fe, Mn, DOC)
• Schnellfilter Fläche: 3 - 100 m2 Tiefe: 1 - 3 m Filterbett: 0,5 -2,5 m Korndurchmesser: 0,5 - 5 mm Gleichförmigkeit des Korns: wichtig Überstau / Vordruck: bis 5 m WS Filtergeschwindigkeit: 3 - 20 m/h Laufzeit: 10 - 150 Stunden Reinigung: Rückspülen Wirkung: Abscheiden von Trübstoffen, biologische / chemische Prozesse (NH4, Fe, Mn, DOC)
• Regenerierungsmethode: Schnellfilter spülen mit Filtrat, evtl. bei gleichzeitiger Wirbelung mit Luft; Spülwasserpumpe
• Regenerierungsmethode: Langsamfilter abschälen und waschen der obersten Sandschicht des Filters; Austragen des belasteten Filtermaterials aus dem Filterbecken; Siebtrommel mit Waschwasseranschluss
• Flotation - Anwendungsgebiete Aufbereitung von Mineralien Rückgewinnung von Rohstoffen aus Prozesswässern Reinigung von Abwässern und bei der Schlammbehandlung auch: Trinkwasseraufbereitung
• Abläufe im Flotationsbecken Schlammflocke Schlammflocke und Luftblasen treffen sich und bilden eine Flocke Die Flocke ist leichter als die Flüssigkeit und steigt aufwärts am oberen Rand des Beckens läuft der Schmutz ab oder wird als Schaum geräumt, die Schmutzpartikel sind somit aus der Flüssigkeit entfernt
• Druckentspannungsflotation: verschiedene Verfahren Vollstromverfahren: gesamte Rohwassermenge wird über den Sättiger geleitet und anschließend entspannt; Nachteil: Flocken werden zerstört Teilstromverfahren: ein Teil der Rohwassermenge wird unter Druck belüftet und nach dem Entspannen mit dem unbelüfteten Rohwasserteil gemischt; Nachteil: Teile der Flocken werden zerstört Recycle-Verfahren: ein Teil des abfließenden Klarwassers wird nach der Flotation wieder unter Druck belüftet und mit dem Rohwasserstrom gemischt; wird am häufigsten eingesetzt, weil es bei geringem Mehraufwand für Flocken deutlich besser ist
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• Elektroflotation durch Elektrolyse an Elektroden erzeugte Gasbläschen (Spaltung von Wasser durch eine Gleichspannung. Es entsteht Sauerstoff, der als Gasbläschen aufsteigt) flotieren die ausgefällten Feststoffe an die Oberfläche des Flotationsbehälter, aus welchem das behandelte Wasser abfließt. die an der Oberfläche gebildete Schlammschicht wird mittels Vakuum in einen Zyklog gesaugt, von der Förderluft getrennt und fällt in einen Schlammsammelbehälter Vorteile: gleichmäßiger Kontakt zwischen Gas und dispergierter Phase Bereitstellung einer großen Menge kleiner Blasen mit einem Minimum an hydraulischer Turbulenz exakt regulierbare Gasproduktion Nachteile teuer wegen hohem Energiebedarf, daher nur in Spezialfällen mit geringen Durchsätzen
• Korrosion unter Korrosion versteht man eine Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die zu einer Beeinträchtigung der Werkstoffeigenschaften und / oder der Umgebung führt.
• Korrosion ist abhängig von: pH-Wert Pufferung Sauerstoffgehalt Salzgehalt (Chlorid, Sulfat) Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
• Eisengebundene Werkstoffe und Kunststoffe: Einfluss des Wassers auf den Werkstoff und Einfluss des Werkstoffs auf das Wasser eisengebundene Werkstoffe: Wasser auf Werkstoff: anodische Auflösung von Fe zu Fe(II) unter nichtstationären Bedingungen Werkstoff auf Wasser: Bildung von Rostwasser bei Wässern mit hohem Neutralsalzgehalt (Sulfat und Chlorid) im Verhältnis zum Gehalt an CaHCO3 Kunststoff: Wasser auf Werkstoff: keine Korrosion Werkstoff auf Wasser: keine Beeinflussung
• "positive" Korrosion Voraussetzung zur Bildung einer Kalkrostschutzschicht Karbonathärte > 2,8 °dH Sauerstoffgehalt >= 6 mg O2/l Wasser ist im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
• Dissoziation Zerfall der Moleküle zu Ionen in Wasser Natriumchlorid (NaCl) in Na+ Natrium - Cl- Chlorid H2CO3 Kohlensäure in HCO3- Hydrogencarbonat und H+ NaOH Natronlauge in Na+ Natrium und OH- Hydroxid
• Kohlensäure in Wasser Kohlensäure ist nicht isolierbar, da die Kohlensäure direkt in die energetisch günstigere Form von CO2 und H2O zerfällt daher liegt die Kohlensäure entweder als hydratisiertes Kohlendioxid oder als eine der Dissoziationsstufen der Kohlensäure vor Die Lage der Reaktionsgleichgewichte, d.h. die Anteile der einzelenen Kohlesäureformen ist von der Temperatur und besonders vom pH-Wert abhängig niedriger pH-Wert: mehr CO2 mittlerer pH-Wert: mehr HCO3- hoher pH-Wert: mehr CO32-
• Mineralsäurehärte Nitrat (NO3-), Chlorid (Cl-) und Sulfat (SO4) -> permanente Härte
• Karbonatsäurehärte Hydrogen-Carbonat-Ionen (HCO3) -> temporäre Härte
• Calcit-Sättigung / Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht erreicht ein Wasser seinen SättigungspH, so ist es weder calcitscheidend, noch calcitlösend. Es befindet sich somit im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
• Säurekapazität Pufferkapazität bie Säurezugabe; Quotient aus der Stoffmenge an Wasserstoffionen, die von einer bestimmten Wassermenge bis zum Erreichen bestimmter pH-Werte aufgenommen werden kann, und des Volumens des Wassers in mmol/l, häufig KS 4,3
• Basenkapazität Pufferkapazität bei Basenzugabe; Quotient aus Stoffmenge an Hydroxidionen, die von einer bestimmten Wassermenge bis zum Erreichen bestimmter pH-Werte aufgenommen werden kann, und dem Volumen des Wassers in mmol/l, häufig KB 8,2
• Sicherstellung des KKG nach TVO um das KKG sicherzustellen, sind in der TVO folgende Forderungen festgehalten: bei metallischen oder zementhaltigen Werkstoffen, außer passiven Stählen, darf im Bereich 6,5 - 8,0 der pH-Wert des abgegebenen Wassers nicht unter dem pH-Wert der Calcium-Carbonatsättigung liegen bei Faserzementwerkstoffen darf im pH-Bereich 6,5 - 9,5 der pH-Wert des abgegebenen Wassers nicht unter dem pH-WErt der Calciumcarbonatsättigung liegen eine Unterschreitung des unteren pH-Wertes um 0,2 bleibt jedoch außer Betracht
• Entsäuerung Enfernung überschüssiger Kohlensäure liegt der pH-Wert eines Wassers unterhalb des Sättigungs-pH-Wertes, so ist die freie Kohlensäure im Überschuss vorhanden. Das Wasser wirkt kalklösend und kann: bei faserzementhaltigen Werkstoffen Asbestfasern freisetzen aus metallischen Werkstoffen Schwermetalle lösen die Bildung schützender Deckschichten verhindern
• Enthärtung nur Calcium- und Magnesiumionen werden aus dem Wasser entfernt
• Entkarbonisierung Hydrogencarbonat-Ionen werden aus dem Wasser entfernt
• Entsalzung in mehr oder weniger großen Umfang werden die Konzentrationen aller Kationen und Anionen reduziert
• Möglichkeiten zur Entsäuerung mechanische Entsäuerung: die freie Kohlensäure wird aus dem Wasser durch Gasaustausch entfernt; Stripping von CO2 chemische Entsäuerung: Anteil an gebundener Kohlensäure wird erhöht durch Zugabe von Kalk oder einer anderen Lauge
• Unterscheidungskriterien für Gasaustausch Verteilung der beiden Phasen Luft und Wasser Strömungsführung Strömungsrichtung Zuführung der Luft Stufenanzahl des Apparates Prozessdruck
• Verfahren zur mechanischen Entsäuerung offene (drucklose) Belüftung Kaskadenbelüftung Verrieselung Wellbahnbelüftung Kreisel- oder Propellerbelüftung Siebbodenbelüftung, INKA-Belüftung Verdüsung
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• chemische Entsäuerung FIltration über CaCO3 (Kalk) Filtration über dolomitische Materialien Zugasbe von Ca(OH)2 (Kalkhydrat) Zugabe von NaOH (Natronlauge) Zugabe von Na2CO3 (Soda)
• Filtration über Jurakalk (CaCO3) mit der Filtration über Jurakalk oder Marmor kann nicht über das KKG hinaus entsäuert werden Kalkstein erfordert relativ lange Kontaktzeiten und somit ein mehrfaches an Filterraum als halbgebrannter Dolomit. Die Verbrauchsmengen liegen ebenfalls doppelt so hoch Der Einsatzbereich ist auf sehr weiche Wässer mit geringem CO2-Überschuss begrenzt
• Filtration über dolomitisches Material Die Reaktionszeit ist fast unabhängig vom Gehalt an freier Kohlensäure und beträgt 10 - 20 Minuten. Der Raum- und Materialbedarf ist wesentlich geringer als bei der Filtration über Jurakalk/Marmor, allerdings sind die Materialkosten ca. 10 mal höher Das Verfahren ist wirtschaftlich bis KS4,3 + 2KB8,2 <= 2,5 mmol/l. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, zur Neutralisation ein Gasaustauschverfahren vorzuschalten mit dem Verfahren kann in gewissem Umfang auch enteisent und entmangant werden
• Neutralisation mit Lauge Kalkmilch bzw. Kalkhydrat Ca(OH)2 Reaktion: Ca(OH)2 + 2 CO2 -> Ca(HCO3)2 (löslich) Natronlauge (NaOH) selten, teuer; Reaktion: NaOH + CO2 -> NaHCO3
• Gründe für eine Enthärtung Gestiegene Anzahl von Warmwasseranlagen und wasserverbrauchenden Geräten im Haushalt Anstieg der Härte von Rohwasser Einspeisung von Wasser unterschiedlicher Beschaffenheit in ein Versorgungsgebiet bei dezentraler Enthärtung wird Regeneriersalz produziert. Daher wird zunehmend eine zentrale Enthärtung durchgeführt, vor allem bei Rohwässern über 20°dH Gesamthärte
• Enthärtungsverfahren Fällung (Langsamentcarbonisierung; Schnelle Langsamentcarbonisierung; Schnellcarbonisierung; Kalk-Soda-Verfahren) Ionenaustausch (Na-Austauscher, H-Austauscher, CARIX-Verfahren) Membranverfahren (Nanofiltration, Umkehrosmose, Elektrodialyse) Gasaustausch (Ausblasen von CO2 bis Kalkausfall) Sonderverfahren (thermische Enthärtung, Säureimpfung, Phosphatdosierung, Geräte zur physikalischen Wasserbehandlung)
• Enthärtungsverfahren Fällung (Langsamentcarbonisierung; Schnelle Langsamentcarbonisierung; Schnellcarbonisierung; Kalk-Soda-Verfahren) Ionenaustausch (Na-Austauscher, H-Austauscher, CARIX-Verfahren) Membranverfahren (Nanofiltration, Umkehrosmose, Elektrodialyse) Gasaustausch (Ausblasen von CO2 bis Kalkausfall) Sonderverfahren (thermische Enthärtung, Säureimpfung, Phosphatdosierung, Geräte zur physikalischen Wasserbehandlung)
• physikalische Enthärtung durch Belüftung wird die freie Kohlensäure bis unterhalb des Gleichgewichtszustands aus dem Wasser ausgetrieben, so dass Calciumcarbonat ausfällt Ca(HCO3)2 -> CaCO3 + 2H2O + CO2 Reaktoren sind Belüftungsbecken, INKA-Belüfter, Wellbahnbelüfter oder Füllkörperkolonnen mit zwischengeschalteten Reaktionsbecken zur Ausfällung diese Methode eignet sich vor allem bei harten Wässern keine Zudosierung von Chemikalien notwendig
• Ionenaustausch mittels Ionenaustausch kann ein Wasser nicht nur enthärtet sondern auch voll entsalzt werden ein voll entsalztes Wasser ist für Trink- und Kochzwecke nicht geeignet
• Entsalzung in mehr oder wenigem großen Umfang werden die Konzentrationen aller Kationen und Anionen reduziert (Chlorid, Sulfat und Nitratentfernung)
• Entsalzung: wichtige Verfahren Ionenaustausch Umkehrosmose Elektrodialyse Nanofiltration
• Carix-Verfahren Entfernung von Härtebildnern, Sulfat- und Nitrat-Ionen Kationen-Austauscher: Austausch von Ca- und Mg-Ionen gegen Wasserstoff-Ionen Anionen-Austauscher: Entnehme von Sulfat, Nitrat- und Chlorid-Ionen bei EIntrag bon Hydrogencarbonat-Ionen umweltfreundliche Regenerierung mit CO2, entnommenes Regenerations-Eluat meistens ohne Nachbehandlung einleitbar vor Einspeisung als Trinkwasser Entsäuerung notwendig
• Nanofiltration rein physikalisches Verfahren Trennung einwertiger von mehrwertigen Ionen deutliche Senkung des Härtegrads Reduzierung des Salzgehaltes Reduzierung der Keimzahl, von Pestiziden und Herbiziden sowie von Kohlenwasserstoffen
• Enteisenungs- und Entmanganungsverfahren Oxidation mit anschließender Phasenseparation biologische Enteisenung (mikroaerob und aerob, Nutzung von eingearbeitetem Filtermaterial) Membranverfahren (Nanofiltration / Umkehrosmose) in-situ Enteisenung und Entmanganung
• Möglichkeiten der Oxidation Belüftung Ozonung Zugabe von Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat Fe-Gehalt klein und nicht organisch gebunden: Oxidation durch Gasaustausch für eine sichere Oxidation sollten vorher alle reduzierenden Substanzen, wie gelöste organische Verbindungen Sulfide und Ammonium, aus dem Wasser entfernt worden sein
• Vorteile der aerob biol. Enteisenung und Entmanganung hohe Filtergeschwindigkeiten möglich niedrige Restkonzentrationen im Filtrat keine Dosierung von Flockungs- oder Oxidationschemikalien Abbau verkeimungsfördernder DOC-Anteile im biologischen Filtrationsprozess niedriger Wassergehalt der Fällungsprodukte, d.h. vergleichsweise geringes Schlammvolumen
• warum ist Chlorung in Dt. über den Hochpunkt hinaus heute verboten? Gefahr der Bildung von Chloraminen und Distickstoffmonoxid es besteht die Gefahr der Bildung krebserregender Trihalogenmethane
• Knickpunktchlorung ein Wasser mit geringer Chlorzehrung ergibt die Kurve A bei größeren Mengen an chlorverbrauchenden Stoffen steigt die Chlorzehrung bei höherem CHlorzusatz so stark an, dass nach Durchlaufen eines Maximums trotz höherem Chlorzusatz plötzlich ein geringerer Chlorüberschuss vorhanden ist das Chlor bildet zuerst mit den organischen Stoffen des Wassers Additionsverbindungen, die dann anschließend wieder durch eine steigende Chlormenge zerstört werden wenn das Wasser keine nennenswerte Chlorzehrung mehr hat, dann steigt die Kurve nach einem Minimumwert wieder an überschreitet der Chlorzusatz den Knickpunkt, dann spricht man von Knickpunktchlorung
• Ozonung allein zur Desinfektion im Wasserwerk am Ende der Aufbereitung wird Ozon nicht eingesetzt der Abbau makromolekularer organischer Verbindungen zu oxidierten Fragmenten führt zu einer Erhöhung des Aufkeimungspotenzials des Trinkwasser hohe apparative Kosten im Vergleich zu anderen üblichen und ohne besonderen Einrichtungen einsetzbaren Desinfektinsmitteln großer Raumbedarf im Vergleich zu anderen Desinfektionsverfahren
• UV-Desinfektion (Erklärung, Vor- und Nachteile) Strahlen im Wellenlängenbereich von ca. 200 - 300 nm haben eine antibakterielle Wirkung, da die Stahlung, die das Genmaterial enthaltenden Nukleinsäuren verändert (Verlust der Vermehrungsfähigkeit bis zu Zelltod) VOrteile keine Veränderung von Wasserinhaltsstoffen keine Bildung von Nebenprodukten und Rückständen keine Geruchs- und Geschmacksbeeinträchtigung des Wassers keine Bildung von korrosiven Stofffen keine Gefährdung durch Chemikalien Nachteile keine Depotwirkung

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