Aufbereitungsmöglichkeiten von Talsperrenwässern mit erhöhtem DOC-Gehalt

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Fanny Bauer
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1 Aufbereitungsmöglichkeiten von Talsperrenwässern mit erhöhtem DOC-Gehalt Huminstoffe in Talsperren Eine Herausforderung für die Trinkwasserversorgung? Fachveranstaltung, , Dresden Dr.-Ing. Burkhard Wricke

2 In Deutschland eingesetzte Verfahren zur Partikel- und DOC-Eliminierung im Rahmen der Talsperrenwasseraufbereitung Flockungsfiltration FM Einschichtfilter FM FHM Flockenfiltration Ultrafiltration FM Zweischichtfilter Ultrafiltration

3 Filteranlagen in Talsperrenwasserwerken

4 Auswirkungen des Anstiegs der DOC-Konzentration im Rohwasser auf die Trinkwasseraufbereitung Erhöhte Anforderungen an die DOC-Eliminierung zur Begrenzung der Desinfektionsnebenproduktbildung bzw. zur Einhaltung des Grenzwertes für die Färbung Verringerung der Leistungsfähigkeit der vorhandenen Aufbereitungsstufen durch erhöhten Flockungsmittelbedarf für Sicherung der Partikel- und DOC-Eliminierung

5 Erforderliche Eliminierungsleistung und Flockungsmitteldosis zur Sicherung einer DOC-Konzentration von 3 mg/l in Abhängigkeit von der DOC-Konzentration im Rohwasser des Einzugsgebietes Muldenberg (Flockungs-pH-Wert 6,6)

6 Laufzeit in h* Flockungs- und Flockenfiltration in Einschichtfiltern ,5 m/h, Filter V F 2,5 m/h lf = 1,8 2 m, Filter 1 (* bei H, Laufzeitende bei 150 mbar) Al-Zugabemenge in mg/l Höhere Flockungsmittelzugaben führen immer zu früherem Gütedurchbruch. Die Filterlaufzeit bis zum Gütedurchbruch verkürzt sich indirekt proportional zur Erhöhung der Flockungsmitteldosis. Die mögliche Flächenbelastung bis zum Gütedurchbruch in gal/m² bleibt konstant, unterliegt aber jahreszeitlichen Schwankungen.

7 Flockenfiltration in Mehrschichtfiltern Die Filterlaufzeit und der spezifische Filterwiderstandsanstieg werden wesentlich mit von der Flockungshilfsmitteldosis bestimmt. Hohe Flockungsmittelzugaben führen immer zu früherem Gütedurchbruch. Eine Anpassung der Flockungshilfsmitteldosis ist erforderlich. Die Flockungsmitteldosis hat keinen wesentlichen Einfluss auf den spezifischen Filterwiderstandsanstieg.

Flockung und Ultrafiltration (1) TMP-Anstieg während der Filtration (2) hydraulisch irreversibles Fouling untersuchte Membranen weisen bei Dosierungen oberhalb einer Mindestflockungs-mittelmenge (3

8 Flockung und Ultrafiltration (1) TMP-Anstieg während der Filtration (2) hydraulisch irreversibles Fouling untersuchte Membranen weisen bei Dosierungen oberhalb einer Mindestflockungs-mittelmenge (3 mg/l Al) trotz unterschiedlicher Materialen und Bauformen vergleichbares Betriebsverhalten auf Dosiermengen von bis zu 9 mg/al sind bei allen Systemen einsetzbar, wobei die notwendige Spülhäufigkeit variiert PES mit größeren Kapillardurchmesser zeigten über den gesamten Dosierbereich geringste Foulingentwicklung

9 Zwischenfazit Ein DOC-Anstieg führt immer zu einem erhöhten Flockungsmittelbedarf und sowohl in Einschichtals auch Mehrschichtfilteranlagen zu einer Verkürzung der Filterlaufzeit. In Einschichtfilteranlagen ist in Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten durch eine Flockungshilfsmitteldosierung eine begrenzte Leistungssteigerung möglich. In Mehrschichtfilteranlagen ist eine Optimierung der Flockungshilfsmitteldosierung erforderlich. Der Betrieb von UF-Anlagen erfordert eine von der DOC-Konzentration abhängige Mindestflockungsmitteldosierung. UF-Anlagen sind auch bei hohen Flockungsmittelmengen einsetzbar.

10 Ermittlung der Leistungsgrenzen von Flockungsund Flockenfiltrationsanlagen Grundlagen: Prognose der Entwicklung der DOC-Konzentration im Rohwasser Auswertung der Betriebsdaten für repräsentative Filter über einen möglichst langen Betriebszeitraum Ermittlung der theoretisch möglichen hydraulischen Filterlaufzeit sowie der Filterlaufzeit bis zum Gütedurchbruch in Abhängigkeit von der Flockungsund Flockenhilfsmitteldosis

11 Spezifische Flächenbelastung (F G ) im Zeitraum F G = LZ x v F x FMD in gal/m² Die spezifische Flächenbelastung bis zum Gütedurchbruch schwankt zwischen 140 g Al/m² im ungünstigsten Fall und 280 g Al/m² im günstigsten Fall.

12 Theoretische Filterlaufzeit bis zum Gütedurchbruch in Abhängigkeit von Filtergeschwindigkeit und FM- Dosis für die ungünstigsten Flockungsbedingungen

13 Theoretische Filterlaufzeit bis zum Gütedurchbruch in Abhängigkeit von Filtergeschwindigkeit und FM- Dosis für die günstigsten Flockungsbedingungen

14 Maximale FM-Dosis zur Gewährleistung einer Mindestlaufzeit von 24 h in Abhängigkeit von der erreichbaren Flächenbelastung Filtergeschwindigkeit Maximale Flockungsmitteldosis in Abhängigkeit von der Flächenbelastung in g Al/ m² m/h ,5 m/h 1 2 2, m/h - 1 1, m/h ,5 2,5

15 Maximal mögliche Filtergeschwindigkeit für eine Mindestlaufzeit von 24 h in Abhängigkeit von der DOC- Konzentration und der spez. Flächenbelastung (g Al/m²) Berechnungsansatz: spez. Flockungsmitteldosis für Partikeleliminierung 0,4 mg Al/mg DOC, Wirkungsgrad DOC-Eliminierung bei 0,4 mg Al/mg DOC 25 % Wirkungsgrad DOC-Eliminierung bei 1,0 mg Al/mg DOC 70 % Ziel-DOC-Konzentration nach Aufbereitung 3 mg/l

16 Möglichkeiten der Leistungssteigerung von Flockungs- und Flockenfiltrationsanlagen Flockungshilfsmitteldosierung vor Einschichtfilteranlagen Umstellung auf eine saure Flockung Umrüstung von Flockungsbecken als Sedimentationsstufen abhängig von örtlichen Gegebenheiten (max. Laufzeitverlängerung %) nur in zweistufigen Aufbereitungsanlagen möglich, da Restflockungsmittel- und Manganeliminierung in einer zweiten Filterstufe erforderlich abhängig von den vorhandenen Anlagen und den örtlichen Gegebenheiten

17 Möglichkeiten der Erweiterung bzw. Ergänzung der Aufbereitung Wird die Leistungsgrenze der vorhandenen Aufbereitungsanlage erreicht, bietet die Erweiterung der Aufbereitung um eine UF-Stufe, sofern die erforderliche DOC-Eliminierung noch durch eine Flockung gewährleistet werden kann, eine Möglichkeit, die Abgabe eines qualitätsgerechten Trinkwassers zu sichern. Kann die erforderliche DOC-Eliminierung nicht mehr durch eine Flockung gewährleistet werden, ist zusätzlich eine neue Stufe für die DOC-Eliminierung erforderlich. Aus derzeitiger Sicht ist ggf. eine Nanofiltration einsetzbar. Hierzu liegen jedoch keine großtechnischen Erfahrungen zur Aufbereitung von Talsperrenwasser vor. Problematisch ist insbesondere die Konzentratentsorgung.

18 spez. Kosten / m³ Aufbereitungsaufwand in Abhängigkeit von der DOC-Konzentration des Rohwassers Kostenfunktion ggf. Erweiterung der Spülwasserbehandlung Ergänzung der Aufbereitung durch eine UF-Anlage Ergänzung der Aufbereitung durch eine Stufe zur weitergehenden DOC- Eliminierung erforderlich Anstieg durch erhöhten Flockungsmittelbedarf und erhöhte Aufwendung für die Spülwasserbehandlung DOC

19 Fazit (I) Die Leistungsfähigkeit vorhandener Trinkwasseraufbereitungsanlagen bei Anstieg der DOC-Konzentration ist begrenzt. Dies betrifft sowohl die Möglichkeiten der DOC-Eliminierung als auch die Laufzeit und damit die Aufbereitungsleistung. Unter Verwendung eines im Projekt entwickelten Modellansatzes können die mit einem DOC-Anstieg verbundene notwendige Erhöhung der Flockungsmitteldosis und die Auswirkungen auf die Filterlaufzeit kalkuliert werden. Dabei sind die Schwankungen des Flockungsverhaltens des Rohwassers zu beachten.

20 Fazit (II) Leistungssteigerungen vorhandener Anlagen sind im begrenztem Maße je nach örtlichen Gegebenheiten z.b. durch eine Flockungshilfsmitteldosierung möglich. Sofern die Aufbereitungsleistung nicht mehr gewährleistet wird ist eine Ergänzung bzw. Erweiterung der Aufbereitungstechnologie durch zusätzliche Aufbereitungsstufen erforderlich.

21 Danksagung Das TZW bedankt sich beim BMBF und dem Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e.v. (DVGW) für die Förderung des Projektes, dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig (UfZ) für die Koordinierung und Organisation der Arbeiten sowie dem Zweckverband Fernwasser Südsachsen und der Fernwasserversorgung Elbaue-Ostharz GmbH für die Förderung und Unterstützung bei der Durchführung der Untersuchungen in den Wasserwerken. Dank gilt auch den an der Bearbeitung des F/E-Vorhabens beteiligten Mitarbeitern des TZW: K. Bornmann, St. Plume, Dr. P. Lipp sowie den beteiligten Studenten, die mit ihren Bachelor- und Masterarbeiten wesentlich mit zum Gelingen des Vorhabens beigetragen haben.

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr.-Ing. Burkhard Wricke DVGW-Technologiezentrum Wasser Karlsruhe (TZW) Außenstelle Dresden Wasserwerkstraße Dresden Tel.: +49 (0) 351 / Fax: +49 (0) 351 / Burkhard.Wricke@tzw.de

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