Wasseraufbereitung

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Die Wasseraufbereitung ist die zielgerichtete Veränderung der Wasserqualität. Sie umfasst im Wesentlichen zwei Gruppen der Behandlung:

  • Entfernung von Stoffen aus dem Wasser (z. B. Reinigung, Sterilisation, Enteisenung, Entmanganung, Enthärtung, Entsalzung);
  • Ergänzung von Stoffen sowie Einstellen von Parametern des Wassers (z. B. Dosierung, Einstellung von pH-Wert, gelösten Ionen und der Leitfähigkeit).
Erfassung von Wasserwerten

Die Wasseraufbereitung ist ein wesentlicher Verfahrensschritt bei der Produktion von Trinkwasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserversorgung).

Verfahren der Wasseraufbereitung[Bearbeiten]

Die Aufbereitungsverfahren können wie nachstehend beschrieben gegliedert werden:

mechanische Aufbereitung (z. B. Rechen, Siebe, Filter)
physikalische Verfahren (z. B. Belüftung, Verdüsung, Sedimentation, Flotation, Adsorption, Vakuumverfahren, thermische Einwirkungen)
chemische Verfahren (z. B. Oxidation, Desinfektion, Flockung, Entcarbonisierung, Ionenaustausch, Elektrodeionisation)
Membranverfahren (z. B. Nanofiltration, Osmose)
biologische Verfahren (biochemische Oxidation, Schlammfaulung, Belebtschlammverfahren, anaerobe Abwasserreinigung)

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über verschiedene Aufbereitungs-Prozesse und deren Anwendungszwecke.

Prozess Anlagenkomponente Zweck
Adsorption Aktivkohlefilter Anlagerung von z. B. adsorbierbaren halogenierten Kohlenwasserstoffverbindungen (AOX) oder Farbstoffen
Biochemische Verfahren Beispiel: Denitrifikation Ausnutzung biochemischer Vorgänge. In der Denitrifikation wird der Nitrat-Gehalt belasteten Rohwassers entweder durch Kohlenstoffzugabe im Untergrund oder in einem Reaktor vermindert.
Desinfektion Sonderbecken, Zugabe in das Rohrnetz Zugabe von Chlor, Chlordioxid oder Ozon (früher teilweise auch Iod), UV-Bestrahlung oder Ultrafiltration
Dosierung Dosieranlagen für Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase Zugabe von Chemikalien zur gezielten Beeinflussung der Wasserbeschaffenheit, z. B. der Ablagerungstendenz oder Korrosionsneigung
Entcarbonisierung Entkarbonisierungsanlage Reduzierung der temporären Härte zur Verminderung der Abscheidung von Calciumcarbonat auf Oberflächen der Rohrleitungen und Wärmeaustauscher
Enthärtung Enthärtungsanlage, Nanofiltration Niederdruckumkehrosmose Entfernung von Calcium- und Magnesiumionen (Ca2+ und Mg2+; Bei der Nanofiltration eingeschränkt)
Entsalzung (Desalination) Entsalzungsanlage, Umkehrosmose Entfernung von Salzen z. B. zur Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser und zur Bewässerung
Entsäuerung Entsäuerungsanlage Entfernung der aggressiven Kohlensäure. Dient der Vermeidung von Korrosion im Rohrnetz.
Fällung Fällungsbecken bzw. Fällungsfiltration Umwandlung gelöster Stoffe in ungelöste Stoffe und anschließende Sedimentation oder Flockung.
Filtration Filter, Sandfilter, Kerzenfilter, Anschwemmfilter, Mikrofiltration,Ultrafiltration, Nanofiltration Entfernung von Schwebstoffen (Partikeln) u. a. Eisen oder Mangan
Flockung Flockungsbecken Entfernung von Kolloidstoffen und feinen Schmutzpartikeln durch Zugabe von Flockungsmitteln (Entladung der Partikel) und Einstellung des pH-Wertes. Kann auch mit einer Filtration verbunden sein (Flockungsfiltration).
Flotation Flotationsbecken Entfernung von feinen Schmutzpartikeln durch Einblasen von Luft
Oxidation Belüftungsanlagen und Kiesfilter Entfernung von gelösten Eisen- und Manganionen (Enteisenung und Entmanganung). Das oxidierte Eisen- und Mangan lagert sich am Kies an und wird durch Rückspülen der Filter wieder entfernt.
Sedimentation Sandfang, Absetzbecken Partikuläre Stoffe, Flocken aus der Flokkulation
Selektivaustausch Ionenaustauscheranlagen mit speziellen Harzen z. B. Entfernung von Uran und anderen Schwermetallen aus dem Abwasser, Recycling von Metallen
Siebung Rechen, Trommelsieb, Mikrosieb Entfernung von größeren Feststoffen und Schwimmstoffen
Spezielle Behandlung Sonderbecken für verseuchte Abwässer Spezielle Behandlung von Abwässern, welche mit zunächst unbekannten Stoffen oder Lebewesen verseucht sind. Beispiele: Unbehandelte Abwässer aus Galvanisierungsbetrieben oder Fadenwürmer.
Strippen Strippbecken Entfernung durch Einblasen von Luft/Gasen. Damit werden in Entsprechung des Dampfdruckes gelöste Wasserinhaltsstoffe in die gasförmige Phase übergeführt und somit aus dem Wasser entfernt.
Vollentsalzung VE-Anlagen, Regenerierbare Mischbettaustauscher, Patronenaustauscher, Umkehrosmose, Elektrodeionisation Entfernung von Salzen z. B. zur Erzeugung von Rein- und Reinstwasser

Einsatzgebiete[Bearbeiten]

Die wichtigsten Verfahren sind vorstehend tabellarisch aufgelistet. Eine Anlage für die Aufbereitung von Wasser besteht aber selten aus nur einem einzelnen Verfahren sondern sehr häufig aus mehreren. Die erforderliche Anzahl und Typ der Verfahren ist bedingt durch:

  • Art und Qualität des Rohwassers und dessen gelösten und ungelösten Inhaltsstoffe
  • Verwendungsart und Anforderungen für das aufbereitete Wasser (Reinwasser)

Rohwasser: Die wichtigsten Rohwasserlieferanten in Mitteleuropa sind:

Oberflächenwasser, und davon besonders Fließwasser, enthält zumindest zeitweise (Hochwasserperioden) hohe Gehalte an ungelösten Partikeln. Organische Verunreinigungen können auch enthalten sein, obwohl diese durch die gesetzlichen Vorschriften für Direkteinleiter von Abwasser und für gereinigtes Abwasser inzwischen nur noch in geringer Höhe vorkommen. Bei See- und Talsperrenwasser ist dagegen der Gehalt an Ungelöstem und organischen Substanzen deutlich niedriger.

Grundwasser ist je nach Art der Bodenschichten aus denen es gefördert wird, häufiger mehr oder weniger belastet durch gelöste Eisen- und Manganverbindungen und höheren Gehalten an freiem Kohlenstoffdioxid (CO2). Gelöste oder kolloidale organische Verbindungen sind, falls überhaupt, nur in geringen Maße vorhanden. Oberflächennahes Brunnenwasser kann, besonders in Bereichen mit sumpfigen Bodenschichten und von Deponien, aber auch höhere Konzentrationen an organischen Verunreinigungen enthalten.

Verwendung des Reinwassers[Bearbeiten]

Mit Ausnahme der Abwasseraufbereitung wird Reinwasser im Wesentlichen als Trinkwasser oder als Brauchwasser für Industrie und Gewerbe verwendet. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Bewässerung in der Landwirtschaft, wobei hier das Wasser selten aufbereitet werden muss. Abhängig von den jeweiligen Anforderungen kann das Wasser verschiedene Aufbereitungsstufen- und Kombinationen durchlaufen um die erforderliche Reinwasserqualität zu erreichen. Im Einzelfall kann die Qualität des Rohwassers für die Verwendung bereits ausreichend sein, sodass eine weitere Aufbereitung nicht notwendig erscheint. Vor allem bei der Erzeugung von Trinkwasser sind gesetzlichen und normativen Vorgaben (z.B. dt. Trinkwasserverordnung, DIN 2000) und die Anforderungen des Verteilnetzes maßgebend.

Ein Beispiel für eine typische Aufbereitungsanlage für Oberflächenwasser als Rohwasser besteht aus einer Filterstufe zur Abtrennung der ungelösten Substanzen einschließlich einer zusätzlichen Flockung für die Verbesserung der Reinigungswirkung der Filterstufe und einer Desinfektion des Reinwassers.[1][2] Falls das Rohwasser eine erhöhte Carbonathärte aufweist, kann auch eine zusätzliche Entcarbonisierungsanlage vor der Filterstufe angeordnet sein.[3] Bei der Verwendung von Oberflächenwasser wird der Filterstufe noch eine mechanische Vorreinigung mit Rechen und Trommelfilter oder Siebbandanlagen vorgeschaltet. Für die Erzeugung von Trinkwasser aus salzreichen Rohwässern wird das Verfahren der Umkehrosmose verwendet.

Bei Grundwasser aus Flach- oder Tiefbrunnen ist häufig eine Belüftungsstufe zur Oxidation und Ausfällung von Eisen- und Manganoxidhydraten vor der Filterung erforderlich.[4] Gleichzeitig wird hierdurch der Sauerstoffgehalt des Wassers erhöht und bei einer offenen Belüftung überschüssige Kohlensäure entfernt. Das ist für eisengefertigte Rohrnetze wichtig, um die Korrosion durch Bildung einer Kalkrostschutzschicht zu verringern.

Eine Sonderform, den Anforderungen an Trinkwasser bedingt vergleichbar, ist die Aufbereitung von Badewasser. Das Badewasser in öffentlichen Frei- und Hallenbädern wird entsprechend der deutschen DIN 19643 oder der Schweizer SIA 385/1 aufbereitet. Typische Verfahrensstufen hierfür sind die Standardverfahren für Flockung, Filtration und Desinfektion.

Brauchwasser wird für Kraftwerke (Kühl- und Speisewasser), Industrieanlagen, chemische Prozesse, Pharmazie, Nahrungsmittelindustrie und Wäschereien in großen Mengen benötigt. Häufig sind sehr weitgehende Änderungen der Wassereigenschaften erforderlich. Weiterhin werden in einer Anlage oft unterschiedliche Qualitäten an Reinwasser benötigt. Beispielsweise werden an das Zusatzwasser für Kühlsysteme fast immer andere Anforderungen gestellt als an das Prozesswasser.

Aufbereitungsanlagen für Kühlwasser bestehen häufig aus einer mechanischen Vorreinigung über Rechen, Trommelfiltern oder Siebbandanlagen und einer anschließender Flockung mit Filterstufe. Im Falle einer zu hohen Carbonathärte folgt eine Entcarbonisierungsstufe.[5] Zusätzlich wird das Kreislaufwasser noch über Dosierstationen mit Härtestabilisierungs- und Antikorrosionschemikalien versetzt. Bei Verwendung von Brunnenwasser als Rohwasser kann meistens auf eine Filterstufe verzichtet werden, falls keine Entcarbonisierung notwendig ist.

Da die Anforderungen an die Qualität von Prozesswasser fast immer höher sind, wird ein Teil des aufbereiteten Wassers für die Kühlsysteme abgetrennt und weitergehend gereinigt. Zusätzliche Aufbereitungsverfahren wie Adsorptionsfilter für die Entfernung organischer Verunreinigungen, Umkehrosmose oder Ionenaustauscher für die Teil- oder Vollentsalzung und Entgaser für die Entfernung von gelösten Gasen, sind dafür erforderlich.[6]

Literatur[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. B.Wricke, K.Bornmann, W.Bunnemann, H.Bernhardt: Flockung zur Aufbereitung von Elbeuferfiltrat, gwf Wasser·Abwasser, Jg.135, 1994, Nr.8, S.454-464
  2. Chlor und Chlorverbindungen für die Trinkwasseraufbereitung, bbr, 1980, Nr.8, S.351-354
  3. Heinz Befort: Zentrale Trinkwasserenthärtung, bbr, Jg.45, 1994, Nr.8, S.28-32
  4. Christoh Czekale: Biologische Enteisenung und Entmanganung, bbr, jg.48, 1997, Nr.4, S.22-26
  5. H.-J.Krabbe, M.Pietsch, H.-P.Werner: Kühlturmzusatzwasser-Aufbereitungsanlagen aus···, VGB Kraftwerkstechnik, Jg.73, 1993, Nr.7, S.631-633
  6. A.Weingartner, W.Urban: KSVA-Verfahren, Wasser·Abwasser, Jg.135, 1994, Nr.8, S.445-452

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]