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

Diese Lektion wurde von Helen1991 erstellt.

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• Silberung die Silberung ist nur zur Konservierung und nur bei systematischem Gebrauch im Ausnahmefall zugelassen die Bakterien werden durch die zellzerstörende Wirkung des Silbers abgetötet. Die genauen Zusammenhänge sind nicht bekannt Die Anwendung ist sehr umstritten und kommt aus Kostengründen für die kommunale Trinkwasseraufbereitung nicht in Frage
• notwendige Membraneigenschaften möglichst selektive Eigenschaften (sehr gute Salzrückhaltung) möglichst hoher Permeabilitätskoeffizient für Wasser hohe Druckfestigkeit (Kompression, Zerreißen) Temperaturbeständigkeit chemische und bakterielle Resistenz Widerstandsfähigkeit gegenüber Reinigungsverfahren Geringe Kosten
• Vor- und Nachteile Ultrafiltration im Vgl. zu klassischen Verfahren Vorteile vollautomatischer Betrieb geringer Raumbedarf vollständige Partikelentfernung modularer Aufbau stark schwankende Rohwasserbeschaffenheit beherrschbar Nachteile begrenzte Betriebserfahrung hoher Energiebedarf Laufzeitbegrenzung: Zeit, Transmembrandruck regelmäßiger Einsatz von Spül- und Reinigungschemikalien Abwasseranfall
• Einsatz der Nanofiltration / Umkehrosmose Teilstrombehandlung (Enthärtung, Nitratentfernung, Chloridentfernung) Elimination Mikroschadstoffe Meerwasserentsalzung mobile Trinkwasseraufbereitung
• verschiedenen Membranstrukturen homogen oder mikroporös einheitliches Material oder Komposit symmetrisch oder asymmetrisch
• verschiedenes Membranmaterial organisch oder anorganisch Celluloseacetat oder Keramik Polypropylen, Polyvenylidenfluar, Polyethersulfon, Polysulfon oder Sintmetall
• verschiedene Membranformen flach oder rohrförmig Platten, WIckel oder Holfaser, Kapillare, Rohre
• Vergleich Vor- und Nachteile Polymermembran und Keramikmembran Polymermembran Vorteile kostengünstiger leicht formbar hohe Membranpackungsdichte Nachteile geringe Temperaturbeständigkeit eingeschränkte Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln und Chemikalien eingeschränkte Trennschärfe fehlende bzw. sehr geringe Abrasionsstabilität Keramikmembran Vorteile sehr hohe Druckstabilität geringe Verschmutzungsneigung sehr gutes Reinigungsverhalten ausgezeichnete Regenerierbarkeit höhere Fluxe (Durchsatz) längere Standzeit, somit niedrigere Lebenszykluskosten Nachteile hohe Anschaffungskosten
• Module von Schlauchmembranen Rohrmodul Kapillarmodul Hohlfasermodul
• Module der Flachmembranen Plattenmodul Wickelmodul Kissenmodul
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• Elektrodialyse Ziel: Entsalzung oder Nitratentfernung durch die Trennung von geladenen und nicht geladenen Wasserkomponenten Aufbau: abwechselnd angeordnete Anionenaustauschermembran (für Anionen durchlässig) Kationenaustauschermembran (für Kationen durchlässig) Vorbehandlung: nicht so aufwendig, wie bei UO, da nur Ionen durch Membran wandern und Verblockungen seltener sind Spülung: Elektrodenkammern werden separat gespült, um Elektrodenreaktionen (Chlorgas und Wasserstoffbildung) zu vermeiden Verfahren: orthogonal zu Membranen angeordnetes elektrisches Feld Anionen passieren Anioneaustauschermembran Kationen passieren Kationenaustauschermembran Bildung von Kammern mit hohen (Konzentrat) und niedrigen Konzentrationen (Diluat)
• Reinigungsverfahren von Membranen Filtratrückspülung Wasser-/Luft-Spülung (bei Kapillar- oder Rohrmembran) Filtrat und Chlorzugabe chemische Reinigung mit Säuren und Laugen Ultraschall (bei getauchter Flachmembran)
• Funktion von Talsperren Trinkwassergewinnung Brauchwassergewinnung Hochwasserschutz Niedrigwasseraufhöhung Energiegewinnung Naherholung
• Definition: Trinkwassertalsperre unter Trinkwassertalsperren sind solche Talsperren zu verstehen, die zum Zweck der Trinkwasserversorgung errichtet oder ausgebaut worden sind als solche bewirtschaftet werden aus deren Speicherbecken Wasser unmittelbar entnommen und nach entsprechender Aufbereitung als Trinkwasser abgegeben wird
• Standorte von Trinkwassertalsperren Grundwasserarme Mittelgebirge, in denen Gesteine mit geringem Speichervermögen, wie Granite, Grauwacken, Quarzite und Schiefer, den Untergrund bilden bevorzugte Standorte von Trinkwassertalsperren sind in Bezug auf Wasserdargebot und -beschaffenheit gering oder unbesiedelte, waldreiche Täler mit hohen Niederschlägen und großem oberirdischen Abflussanteil
• ideale Trinkwassersperren sind Stauseen mit großem VOlumen (> 30 Millionen m3) hohem Ausbaugrad (Stauraum / Jahreszufluss > 1) un d reichlicher Tiefe (> 30 m) deren gering belastete Zuflüsse aus einem geschützten Einzugsgebiet mit niedriger Besiedlungsdichte und weitgehender Bewaldung kommt
• Definition See Seen sind größere stehende Gewässer ohne direkte Verbindung zum Meer, die inselhaft auf dem Festland verteilt sind. Sie enthalten gewöhnlich elektrolytarmes Süßwasser.
• Unterschiede See - Fließgewässer Fließgewässer zeichen sich aus durch: eine starke Uferentwicklung eine sehr kurze Verweilzeit des Wassers mit Auswirkungen auf den Stoffhaushalt und die Besiedlung das Fehlen arteigenen Polamoplanktons (der frei fließende Wasserkörper kann sehr artenreiches Plankton transportieren, das aber immer aus den Stillwasserbezirken in den Fluss eingeschwemmt wird)
• Merkmale von Fließgewässern Plankton: eine Vermehrung des Planktons im Fluss tritt nur ein, wenn die Fließzeit des Stromes größer ist als die Vermehrungszeit der Plankter Organismen: die meisten Organismen sind an den Untergrund oder ein Substrat gebunden, um den Abdrift durch die Strömung zu entgehen (Bevorzugung strömungs-geschützter Areale) höhere Vegetation: Wassermoose und submerse Blütenpflanzen bilden oft ausgedehnte Bestände auf der Stromsohle tierische Besiedler: nur wenige halten sich mit Hilfe von z.B. Saugnäpfen auf ständig überströmten Flächen auf Fische: charakteristische Fische der Fließgewässer Europas sind die Salmoniden der Gebirgsbäche (Lachs, Bachforelle, Äsche) Salmonidenregion, die Cypriniden (Nase, Barbe) Cyprinidenregion und Kaulbarsch-Flunder-Region (Mündungsgebiet)
• Stoffhaushalt der Fließgewässer Fließgewässer sind in stärkerem Ausmaß durch die ökologische Struktur des Einzugsgebietes und in viel geringerem Umfang durch internen Metabolismus (Stoffwechsel) gekennzeichnet als stehende Gewässer Hauptfaktoren, die den Chemismus eines Fließgewässers während der Fließzeit beeinflussen: Lösungsvorgänge, Verdunstung, Ausfällung, Adsorption und Desorption an Schwebstoffen und Sedimenten, Gewässerinterne Umsätze und Austausch mit der Atmosphäre alle Prozesse in der fließenden Welle sind wegen der kurzen Fließzeit prinzipiell zeitlimitiert (die mittlere Aufenthaltsdauer des Wassers in den Fließgewässern der Erde beträgt knapp 10 Tage) (darin und nicht in der Wasserbewegung selbst liegt der limnologisch entscheidende Unterschied zum See)
• Limnophysik Klima- und witterungsinduzierte Einflüsse auf einen Wasserkörper bestimmen wesentlich dessen qualitative Beschaffenheit. Ebenso wirken auf die Wasserqualität naturräumliche Gegebenheiten wie Beckenmorphologie Einzugsgebietsgröße und Untergrundbeschaffenheit Dabei kann eine ergebliche räumliche und zeitliche Variabilität der Qualität auftreten, die in bestimmten Grenzen vorhersehbar ist
• Morphologie Wissenschaft der Formen, Gestalten und Strukturen in einem Sachgebiet
• Dichteanomalie reines Wasser hat bei 4°C seine größte Dichte und das größte spezifische Gewicht wird Wasser von 4°C erwärmt oder abgekühlt, so dehnt es sich aus und wird daher spezifisch leichter die Unterschiede von Grad zu Grad sind zwar sehr gering, aber dennoch von größter Bedeutung für das Zustandekommen von Schichtungszuständen und Umschichtungsvorgängen im See die Dichteanomalie des Wassers ist die Voraussetzung dafür, dass Gewässer zu Lebensräumen werden können
• Herbstzirkulation die einsetzende Vollzirkulation zu Beginn des Winters schafft wieder gleichmäßige Konzentrationsverhältnisse von der Oberfläche bis zum Grund Rückgang der Planktonproduktion in den obersten Wasserschichten Am Seegrund nehmen Abbauprozesse zu
• Winterstagnation Der Wasserkörper stagniert ebenfalls im Winter Das Oberflächenwasser kühlt sich bis auf 0°C ab. Durch die Dichteanomalie des Wassers bedingt, schwimmt nur kaltes Wasser (<4°C) über dem wärmeren Wasser Eine sich ausbildende Eisdecke verstärkt die Winterstagnation während der Winterstagnation kommt es in Seen mit einer dicken Schneeauflage auf dem Eis zeitweilig zum Erliegen der Photosynthese Bie einer Schneedecke > 10 cm ist keine Photoassimilation mehr möglich. Damit entfällt auch die Sauerstoffversorgung des gegen die Atmosphäre durch das Eis abgeschlossenen Wasserkörpers durch seeeigene biologische Sauerstoffproduktion
• Frühjahrszirkulation Aufhebung der vorherrschenden Stagnation durch Ausgleich der Temperaturgegensätze durch Erwärmung im Frühjahr EInfluss des Windes sorgt für eine Umwälzung des Wasserkörpers bis in die Tiefe Mit der Vollzirkulation erreichen CO2 und Mineralstoffe aus dem Tiefenbereich die Nährschicht und werden dort durch auflebende assimilatorische Prozesse des Phytoplanktons erneut in Biomasse umgesetzt
• Definiere meromiktisch und oligomiktisch meromiktisch: Zirkulation nur teilweise, tiefe Bereiche ständig stagnierend oligomiktisch: Zirkulation nicht in jedem Jahr, klimaabhängig
• durch welche Bedingungen ist das Leben der Organismen im Süßwasser geprägt? die hohe DIchte des Mediums die Salzarmut des Mediums die hohe Lösungsfähigkeit des Wassers für anorganische und organische Stoffe die Ausbildung vertikaler Faktorgradienten (hydrostatischer Druck, Temperatur, Licht, chemische Faktoren) im Gewässer
• Pelagial Freiwasserzone: vertikale Unterteilung in: euphotische Zone (oberes durchlichtetes Pelagial, auch trophogene Zone bzw. Epipeligial genannt) aphotische Zone (unteres, mit Licht unterversorgtes Pelagial, auch tropholytische Zone bzw. Bathypelagial genannt) Organismen haben keine oder nur eine zeitweilige Beziehung zum Boden und halten sich sonst ständig schwebend und/ oder schwimmend im freien Wasser auf charakteristische Lebensgemeinschaft: Plankton oder Nekton
• Benthal Bodenzone: vertikale Unterteilung in: Litoral (Uferzone) Profundal (Tiefenzone) Organismen halten sich ganz überwiegend in oder auf dem Sediment oder an Pflanzen auf
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• Charakteristik des Litorals und verschiedene Abschnitte Charakteristik: höhere Wasserpflanzen die Algengesellschaften des Aufwuchses, die auf der OBerfläche von lebendem (Pflanzen) und totem Substrat (Steine, Holz) wachsen Abschnitte (vertikal) Epilitoral (oberste Zone): wird nicht direkt vom Wasser beeinflusst Supralitoral: Spritzzone, dir nur von den anrollenden Wellen bespritzt wird Eulitoral: ist zeitweise untergetaucht und befindet sich noch ganz im Bereich des Wellenschlags und der Wasserstandsschwankungen und charakteristisch sind hier Organismen, die alle mehr oder weniger fest auf, unter oder zwischen Steinen verankert sind oder im Sand leben Infralitoral: die mit höheren Pflanzen bewachsene Uferzone
• Profundal Fehlen der photoautotrophen Produktion Lebensgemeinschaft dieses benthischen Gewässerareals ist eine reine Konsumentengemeinschaft, die abhängig ist von: der Biomasse, die im Litoral und im Pelagial produziert wird und in die Tiefe gelangt und die chemoautotrophe Produktion durch Mikroorganismen das Faunabild im Profundal hängt von dem Nährstoffreichtum sowie den Sauerstoffverhältnissen in der Tiefe ab und kann als Indikator für den Stoffwechselzustand eines Sees hinzugezogen werden: der Sauerstoffgehalt kann zeitweilig unter einen kritischen Wert sinken oder im Sommer sogar ganz aufgezehrt werden
• Kationen Natrium (Na) Calcium (Ca) Kalium (K) Magnesium (Mg)
• Anionen Hydrogencarbonat (HCO3) Chlorid (Cl) Nitrat (NO3) Sulfat (SO4)
• Stickstoffkreislauf in stark eutrophen Gewässern können die oxidierten N-Verbindungen bei Sauerstoffmangel fehlen, weil sie sofort reduziert werden die Nitrifikation läuft bei niederigen Temperaturen (<5°C) nur schwach ab, so dass im Winter mit höheren Ammonium-Gehalt, im Sommer bei guter Sauerstoffversorgung mit höheren Nitrat- und Nitrit-Gehalten zu rechnen ist auch in sauren Gewässern (pH<5) ist die Nitrifikation verlangsamt
• Gesamtphosphat (TP) das TP beinhaltet den gelösten, den parikulären und den nach einem Aufschluss messbaren Phosphor-Gehalt. Sowohl mineralisch gebundener Phosphor als auch organisch gebundener Phosphor (Plankton) werden erfasst
• gelöster reaktiver Phosphor (SRP) der SRP passiert ohne Aufschluss eine Porenweite von 1,0 - 0,2 μm und besteht überwiegend aus dem freien Orthophosphat-Ion. Dieses gelöste Orthophosphat kann durch das Phytoplankton direkt genutzt werden und ist somit algenverfügbar
• Phosphorkreislauf in (geschichteten) Seen unterschiedlicher Trophie Der P-Metabolismus am Sediment spielt eine große Rolle bei Gewässern mit P-überlasteten Sedimenten und solchen, deren Verhältnis Wasservolumen/ Sedimentoberfläche gering ist. Die Verhältnisse der P-Remobilisierung sind wesentlich komplizierter, als in diesem einfachen Schema darzustellen. Wichtig sind Wasserinhaltsstoffe (Ca, Fe, Al, Ton, org. Stoffe), Redoxpotential, P-Bindungsform und Organismen. Bakterien beeinflussen indirekt die P-Freisetzung. Sie können P als Polyphosphat speichern oder abgeben die Menge des Eisens (oder Al, Ca) im Verhältnis zum freien P reguliert die Bindungskapazität. Das Eisen wiederum wird von Sulfid blockiert, damit die P-Bindung vermindert
• Photoassimilation Aufbau einfachster organischer Substanz aus anorganischen Kohlenstoffverbindungen möglich durch Photosynthese: Licht durch verschiedene zelleigene Pigmente absorbiert werden; entscheidend hierfür: Chlorophyll, das alle grünen Pflanzen besitzen Pflanzen ohne Chlorophyll können nicht assimilieren
• Auf- und Abbauzonen biologischer Substanz in einem See Epilimnion und Hypolimnion Epilimnion: Aufbau biologischer Substanz mit Hilfe der Lichtenergie durch Photoassimilation der chlorophyllhaltigen Pflanzenzellen möglich -> Raum, in dem dieser Prozess vorwiegend abläuft: trophogene Zone (obere gut durchleuchtete Schicht; häufig identisch mit dem Epilimnion) Hypolimnion: lichtarme Zone (im allgemeinen mit dem Hypolimnion übereinstimmt) Abbau der in der trophogenen Zone gebildeten biologischen Substanzen; Endprodukte: anorganische Verbindungen Vorgang: Dissimilation -> tropholytische Zone
• wichtige Begriffe der aquatischen Lebensformen Plankton: Tiere und Pflanzen, die im Freiwasser leben und sich nicht der Strömung widersetzen Phytoplankton: pflanzliches Plankton Zooplankton: tierisches Plankton planktivore Fische: Fische, die Zooplankton essen piscivore Fische: Fische, die räuberisch leben
• aquatische Lebensformen im Freiwasser - Rangfolge Produzenten: Phytoplankton: Aufnahme gelöster mineralischer Nährstoffe, Produktion von Biomasse, Algen und Cyanobakterien, Zellen, Zellfäden, Kolonien, 5 - 500 μm  Konsumenten 1. Ordnung: Zooplankton: Aufnahme dder Algenbiomasse, Überführung größerer Partikel und Energieverlust; Ciliaten, Rädertiere, Kleinkrebse, 100 μm - 3 mm Konsumenten höherer Ordnung: Zooplankton, Fische: Aufnahme der Zooplanktonbiomasse, Überführung in größere Partikel unter Energieverlust, Kleinkrebse, Insektenlarven, Friedfische, Raubfische, 3 mm - 3 m Destruenten: Bakterien: Mineralisierung toter organischer Substanz; Zellulose, Stärke, Fette, Eiweiße zu CO2, H2O, NO3, NH4, SO4, H2S und PO4
• Allotrophie Intensität der Zufuhr organischer Substanz in einen See von außen. Hierunter fallen z.B. Huminstoffe, aber auch organische Substanzen aus häuslichen und industriellen Abwässern
• Autotrophie Intensität der Primärproduktion im See, bei der als Biomasse organische Substanz aus anorganischen Substanzen durch Photoassimilation aufgebaut wird
• Trophiegrad Bezeichnet die Intensität der autotrophen Produktion organischer Substanz, berechnet als Glucose
• oligotrophes Gewässer Primärproduktion kleiner als Dekompositionsleistung Hauptcharakteristikum ist die Armut des Wassers an Pflanzennährstoffen und entsprechend die Armut an Phytoplankton im Winter und im Sommer kein scharf ausgeprägte Sauerstoffschichtung; Der Schlamm ist arm an organischen Substanzen, kein Faulschlamm
• eutrophes Gewässer Primärproduktionsleistung größer als die Dekompositionsleistung Hauptcharakteristikum ist der Reichtum des Wassers an Pflanzennährstoffen und daher an Phytoplankton Wasserfarbe stets mit einem Stich ins gelbliche; im SOmmer in tieferen Seen stets scharfe Sauerstoffschichtung, bedingt durch das Phytoplankton; Sauerstoff ung Temperaturkurve laufen parallel zueinander unter Eis nur in flchen Seen Sauerstoffschwund in der Tiefe; der Schlamm ist ine typischer Faulschlamm
• natürliche Eutrophierung natürlicher Alterungsprozess von Gewässern die thermische Schichtung als Ursache der Störung des Auf- und Abbau-Gleichgewichtes in einem See ist eine der wesentlichen Ursachen einer natürlichen Alterung eines stehenden Gewässers
• künstliche Eutrophierung die künstliche Eutrophierung unserer Seen und Talsperren als Folge zivilisatorischer Einflüsse der natürliche Alterungsprozess unserer Seen und Talsperren kann durch ständige EInleitung von anorganischen Nährsalzen, vor allem NItrat- und Phosphat-Ionen aber auch Spurenelementen entscheidend beschleunigt werden
• Aufgaben der Trinkwassertalsperrenbewirtschaftung Schutz des Einzugsgebietes Schutz des Stausees und des Staubauwerks integrierte Wassermengen und -gütebewirtschaftung des Wasservorrates Hochwasserschutz

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