das Mülheimer Verfahren Dr. Christoph Donner und Dr. Mathias Schöpel

Transkript

1 das Mülheimer Verfahren Dr. Christoph Donner und Dr. Mathias Schöpel

2 inhalt 1. RWW ein regionaler Wasserdienstleister 4 2. Wassergewinnung an der Ruhr 5 3. Die Entwicklung des Mülheimer Verfahrens 6 4. Prinzipielle Wirkweise der einzelnen Aufbereitungsstufen Variante 1 des Mülheimer Verfahrens mit Voraufbereitung und abschließender Untergrundpassage Variante 2 des Mülheimer Verfahrens mit Langsamsandfiltration/ untergrundpassage und anschließender Nachaufbereitung Nutzung von Rheinuferfiltrat der wassergewinnung Duisburg-Mündelheim Güteüberwachung und Entwicklung der Ruhrwasserqualität Gütemessstellen Entwicklung der Ruhrwasserqualität Leistung der Aufbereitung hinsichtlich wichtiger Inhaltsstoffe/Parameter Mikrobiologie Parasiten Viren organischer Kohlenstoff (DOC) Pflanzenschutzmittel (PSM) Arzneimittelrückstände und Röntgenkontrastmittel Perfluorierte Tenside (PFT) Komplexbildner Flammschutzmittel Nitrosamine Trinkwasserqualität 43 Impressum Autoren: Dr. Christoph Donner und Dr. Mathias Schöpel Herausgeber: RWW Rheinisch-Westfälische Wasserwerksgesellschaft mbh Am Schloß Broich Mülheim an der Ruhr

3 4 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 5 1. RWW ein regionaler Wasserdienstleister 2. Wassergewinnung an der Ruhr Trinkwasser: Lebensmittel Nr. 1 und wichtiger Wirt- gebiet baute RWW mehrere Grundwasserwerke. Her- Bereits Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden ent- bare persistente Mikroverunreinigungen der Ruhr schaftsfaktor im Herzen des Ruhrgebiets vorzuheben ist das 1927 in Dorsten errichtete lang der Ruhr von Meschede bis Mülheim die ersten wirkungsvoll zu entfernen. schlossen hier die Städte Mülheim, Oberhausen, Grundwasserwerk Holsterhausen, das neben dem Wasserwerke zur Belieferung der Bevölkerung und Bottrop und Gladbeck, der Kreis Recklinghausen und Ruhrwasserwerk Styrum/Ost heute zu den leistungs- der Industrie mit Trink- und Brauchwasser. Sie sind Bei RWW wurde in den 1970er Jahren eine damals die RWE einen Vertrag zur besseren Wasserversor- fähigsten Wasserwerken des Unternehmens gehört. auch heute eine wichtige Basis der Wasserversor- neue Technologie entwickelt und etabliert, die noch gung der Region. Damit legten die Gründungsväter gung des Ruhrgebietes und angrenzender Bereiche. heute zu den modernsten und fortschrittlichsten Auf- den Grundstein der RWW Rheinisch-Westfälische RWW zählt heute zu den größten Wasserdienstleis- Die Wassergewinnung an der Ruhr war zunächst sehr bereitungsverfahren für Oberflächenwasser zählt und Wasserwerksgesellschaft mbh und schufen ein bis tern Deutschlands. Das rund 850 Quadratkilometer einfach beschaffen. Man gewann Uferfiltrat der Ruhr schnell weltweite Beachtung fand [1-4]. Diese als heute beispielhaftes Versorgungskonzept. Es verbin- (km²) große Versorgungsgebiet umfasst 15 Kommu- mittels Brunnen entlang der Ruhrufer, das aber wegen Mülheimer Verfahren bezeichnete Technologie wurde det die Vorteile einer kommunalen Orientierung mit nen und Kreise von der niederländischen Grenze im der natürlichen geologischen Verhältnisse im Ruhrtal anschließend in allen RWW-Ruhrwasserwerken ein- denen eines regionalen Wirtschaftsunternehmens Norden bis ins Bergische Land im Süden. Mit neun nur in sehr begrenzten Mengen zur Verfügung stand. geführt und bis heute konsequent weiterentwickelt. ein frühes Modell öffentlich-privater Partnerschaft. Wasserwerken und 13 Wasserbehältern mit einer Daher wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts in vielen Speicherkapazität von mehr als Kubikmetern Wasserwerken zusätzlich die künstliche Grundwasser- Zunächst bildeten die beiden Mülheimer Ruhrwas- (m³) versorgt RWW rund Menschen, Indust- anreicherung eingeführt. Hierbei wurde das unmittel- serwerke Styrum/Ost und Dohne die Basis der Trink- rie und Gewerbe mit jährlich mehr als 80 Millionen bar aus der Ruhr entnommene Flusswasser in Versi- wasserversorgung. RWW nutzte Oberflächenwasser m³ Wasser. Zudem unterhält sie ein Kilometer ckerungsbecken (Langsamsandfilter) abgeleitet und der Ruhr als Rohwasserquelle, da natürliche Grund- (km) langes Leitungsnetz mit fast Hausan- dort in den Untergrund infiltriert. Nach einer Verweil- wasservorkommen fehlten. Später kamen weitere schlüssen. Insgesamt existieren 16 Druckzonen im zeit des Wassers von mehreren Tagen bis Wochen Ruhrwasserwerke hinzu, im nördlichen Versorgungs- Versorgungsgebiet. wurde anschließend das Wasser, vermischt mit Uferfiltrat der Ruhr, zurückgewonnen und in das Leitungsnetz gepumpt. Die künstliche Grundwasseranreicherung über Langsamsandfilter ist historisch gesehen das erste bedeutende qualitätsverbessernde Verfahren und wird daher auch heute noch in vielen Ruhrwasserwerken eingesetzt. Allerdings machten die zunehmenden Qualitätsverschlechterungen in den 1960er und 1970er Jahren, die insbesondere die untere Ruhr betrafen, es erforderlich, weitere Aufbereitungsstufen in den Wasserwerken wie auch bei RWW zu errichten. Fast alle Wasserwerke an der Ruhr arbeiten heute nach dem so genannten Multi-Barrieren-System und besitzen eine Vielzahl von Aufbe- Abbildung 1: RWW-Hauptverwaltung reitungsstufen, die es erlauben, sogar schwer abbau- Abbildung 2: Die Ruhr in Mülheim-Styrum

4 6 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 7 3. Die Entwicklung des Mülheimer Verfahrens Bis in die 1970er Jahre hinein setzte RWW bei der Mülheim-Dohne das neue Verfahren, dessen Schwer- Trinkwasseraufbereitung Chlor zur Desinfektion und punkt auf der Anwendung von Ozon in Kombination Oxidation des Ruhrwassers ein. Dieses als Knick- mit biologisch wirksamen Filtrations- und Aktivkohle- punktchlorung bezeichnete Verfahren führte aller- stufen zur Unterstützung von Abbauprozessen liegt, dings zu geruchlichen und geschmacklichen Beein- erstmalig 1976 entwickelt, im halbtechnischen Maß- trächtigungen und damit zu Akzeptanzproblemen bei stab getestet und schließlich großtechnisch in diesem den Kunden. Zudem entstanden Reaktionsprodukte Werk implementiert. der Wasserinhaltsstoffe mit dem Chlor, die teilweise in Verdacht stehen, kanzerogene Wirkungen zu Die Ergebnisse dieses mehrstufigen Multi-Barrieren- haben. Zudem verbot die damalige neue Trinkwasser- Verfahrens waren so überwältigend, dass dieser verordnung von 1975 den Einsatz von Chlor in der fortan als Mülheimer Verfahren zur Flusswasseraufbe- Trinkwasseraufbereitung und ließ Chlor nur noch bei reitung bezeichnete Prozess in den Folgejahren bei der abschließenden Sicherheitsdesinfektion des fer- allen weiteren RWW-Ruhrwasserwerken installiert tig aufbereiteten Trinkwassers zu, um so Wiederver- wurde. Es kommen hierbei zwei verschiedene Varian- keimungen im Rohrnetz vorzubeugen. ten zum Einsatz, wobei die Variante 2 im Werk Styrum/ Ost mit der herkömmlichen Langsamsandfiltration RWW entschied sich daher, das bis dahin praktizierte und Untergrundpassage beginnt. In der Variante 1, Knickpunktchlorungsverfahren aufzugeben und nach die in den RWW-Ruhrwasserwerken Styrum/West und alternativen Verfahren zu suchen, die den neuen Dohne in Mülheim sowie in Essen-Kettwig realisiert gesetzlichen Anforderungen entsprachen und bei ist, steht am Anfang des Prozesses zunächst eine den Kunden eine höhere Akzeptanz infolge einer Vollaufbereitung unter Einbeziehung einer Flockerein- verbesserten Wasserqualität versprachen. heit, bevor das aufbereitete Ruhrwasser einer abschließenden Untergrundpassage zugeführt wird. Im Rahmen eines umfangreichen Forschungsvorha- Im Wasserwerk Styrum/Ost der RWW in Mülheim Die hydraulische Kapselung der Wassergewinnung im bens, wissenschaftlich begleitet durch das Engler- In den Folgejahren hat RWW eine Vielzahl von weite- wurde 2003 statt der in allen Wasserwerken der Ruhr Wasserwerk Styrum/West mittels einer unterirdisch Bunte-Institut der TH Karlsruhe (heute TZW Technolo- ren Verbesserungen des Verfahrens vorgenommen, bis dahin üblichen Sicherheitsdesinfektion mittels errichteten vertikalen Dichtwand, die 2006 vollendet giezentrum Wasser) unter der damaligen Leitung von allerdings den Ablauf des Aufbereitungsprozesses Chlor die UV-Technologie eingeführt, eine damals wurde, stellt eine weitere wichtige Fortentwicklung Prof. Dr. H. Sontheimer und finanziell gefördert durch nicht geändert. weitgehend neue Technologie, die heute immer mehr des Mülheimer Verfahrens dar [10]. Mittels dieser das damalige Bundesministerium für Forschung und Verbreitung findet [6-7]. Zwischen 2004 und 2006 Dichtwände, die nicht nur dem Wasserwerksbetrieb Wissenschaft, gelang der RWW Anfang 1976 der Im Jahre 1989 wurden erstmalig für ein Wasserwerk entwickelte RWW ein Verfahren zur nachhaltigen nützen und als unterirdischer Wasserspeicher für Durchbruch zu einer neuen Verfahrenstechnologie. an der Ruhr anstatt der Langsamsandfilter unterir- Ertüchtigung der Langsamsandfilterbecken und Trinkwasser dienen, können zukünftig vor allem auch Basierend auf den herkömmlichen Stufen der Flo- disch verlegte Sickerschlitzgräben errichtet, die eine sanierte mittels dieses Verfahrens ihre seit über 70 unerwünschte Verunreinigungen des Trinkwassers ckung und Sedimentation sowie der Sand- und Kies- besonders landschaftsgerechte und platzsparende Jahren in Betrieb befindlichen Versickerungsbecken im durch Zustrom von minderwertigem Grundwasser schnellfiltration mit nachgeschalteter Adsorptions- Form der künstlichen Grundwasseranreicherung Werk Styrum/Ost, deren Leistung durch die lange oder Uferfiltrat der Ruhr endgültig verhindert stufe über Aktivkohle wurde im Wasserwerk ermöglichen [5]. Betriebszeit stark zurückgegangen war [8-9]. werden.

5 8 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 9 4. Prinzipielle Wirkweise der einzelnen Aufbereitungsstufen Die einzelnen Stufen des Mülheimer Verfahrens erfüllen jeweils bestimmte Aufgaben. Dabei unterstützen und ergänzen sie sinnvoll die Leistung der vorhergehenden und nachfolgenden Stufen. Flockung und Sedimentation Die erste Stufe der Aufbereitung in der Variante 1 ist die Flockung mit Sedimentation. Durch Zugabe eines Flockungsmittels (Polyaluminiumchlorid) zum Rohwasser, das sich nach kurzer Zeit in ein wasserunlösliches, aus voluminösen Flocken bestehendes Produkt umwandelt (Aluminiumhydroxid), wird der überwiegende Teil der Trübstoffe gebunden und anschließend sedimentiert. Die Flockung wird durch vorherige Zugabe von ozonhaltiger Luft und ggf. eines Flockungshilfsmittels (Polyacrylat, eine polymere organische Verbindung) wirksam unterstützt. Neben der weitgehenden Entfernung der partikulären Substanz und Trübstoffe (Mineralstoffe, Algen etc.) wird durch die Flockung auch ein Teil der organischen Verbindungen (DOC) aus dem Wasser entfernt. Abbildung 4: Flocker vom Typ Accelator im Wasserwerk Styrum/West Ozonung Abbildung 5: Ozonanlage im Wasserwerk Essen-Kettwig Durch Anregung im elektrischen Hochspannungsfeld wird ein Teil des Sauerstoffs aus zuvor getrockneter Luft in Ozon umgewandelt. Die ozonhaltige Luft wird intensiv mit dem aus der Flockung und Sedimentation kommenden Wasser vermischt und hat folgende Wirkungen: als aggressives Oxidationsmittel tötet Ozon Bakterien und Viren, und auch die widerstandsfähigen Dauerformen der Parasiten (Oocysten) werden angegriffen, gelöste organische Verbindungen, die als solche schlecht biologisch abbaubar sind (zum Beispiel infolge von Doppelbindungen), werden chemisch in ihrer Struktur so verändert, dass sie anschließend wesentlich besser biologisch abgebaut werden können und Eisen- und Manganverbindungen, die noch in gelöster Form an dieser Stelle des Aufbereitungsprozesses vorliegen, werden in eine filtrierbare Form umgewandelt. Von diesem Prozess sind auch viele Schwermetalle betroffen, die ebenfalls so aus dem Wasser entfernt werden. Nach der Ozonbehandlung gelangt das Wasser in die Filteranlage mit den Mehrschicht- und Aktivkohlefiltern. Sauerstoffdosierung Bei Bedarf kann vor der Filteranlage Sauerstoff dem Wasser zudosiert werden. Insbesondere bei höheren Temperaturen und großem Angebot an Nährstoffen benötigen die in den nachfolgenden Aufbereitungsstufen lebenden Mikroorganismen für die biologischen Oxidations- und Abbauvorgänge vermehrt Sauerstoff. Anaerobe Prozesse, die bei dieser Prozessabfolge unerwünscht sind, können somit wirksam unterbunden werden. Mehrschichtfiltration Das Wasser wird zuerst über Mehrschichtfilter geführt. Es durchströmt in großen Stahlzylindern von oben nach unten zunächst eine Kohlelage aus Hydroanthrazit, wo Restozon aus der vorhergehenden Stufe abgebaut wird, dann eine Sand- und Kiesschicht. Die Mehrschichtfilter dienen neben der Entfernung des Restozons vor allem der Partikelabscheidung, um klares, trübstofffreies Wasser zu erzeugen. Zu den Partikeln, die abgeschieden werden, zählen auch Bakterien und die Dauerformen der Parasiten (zum Beispiel Oocysten), die überwiegend als partikuläre Substanz vorliegen oder den Partikeln anhaften. Eine weitere, sehr wichtige Funktion der Mehrschichtfilter ist es, im tieferen Bettbereich, wo das Wasser nach der Passage durch die Kohleschicht nun ozonfrei ist, als Träger für Mikroorganismen zu dienen und damit den Abbau anorganischer und organischer Verbindungen zu ermöglichen (zum Beispiel Entfernung von Ammonium durch Nitrifikation). Abbildung 6: Mehrschichtfilter im Wasserwerk Styrum/West

6 10 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 11 Aktivkohlefilter Untergrundpassage ph-wert-korrektur Nach den biologisch wirksamen Mehrschichtfiltern Das Wasser wird nach dieser intensiven Vorbehand- Durch den Abbau gelöster organischer Verbindungen durchströmt das Wasser die Aktivkohlefilter. Diese lung abschließend der künstlichen Grundwasseran- entsteht letztlich Kohlendioxid bzw. Kohlensäure, haben vor allem die Aufgabe, bei dem nunmehr reicherung zugeführt. Mittels Sickerschlitzgräben wodurch der ph-wert des Wassers leicht absinkt. Zur trübstofffreien Wasser durch Adsorption an der gro- und/oder Schluckbrunnen wird das Wasser hierbei in Einstellung des Kalk-/Kohlensäure-Gleichgewichtes ist ßen inneren Oberfläche der aktivierten Kohle biolo- den Grundwasserleiter des Ruhrtales infiltriert und daher nach den Vorgaben der Trinkwasserverordnung gisch nicht bzw. nur schwer abbaubare gelöste orga- nach der Untergrundpassage durch ein System von eine Anhebung des ph-wertes notwendig, die durch nische Stoffe zu binden und diese damit aus dem Heberbrunnen oder horizontale Sammelstollen wie- Zugabe von Natriumhydroxid (Natronlauge) erfolgt. Wasser zu entfernen (zum Beispiel Pflanzenschutz- dergewonnen. Durch hydraulisch sinnvolle Anord- Hierdurch wird der Korrosion im Leitungsnetz und in mittel). nung von Versickerungseinrichtungen und Heber- den Hausinstallationen wirkungsvoll vorgebeugt. brunnen sowie unterirdische Dichtwände wird das Zusätzlich entwickeln sich auch auf der Aktivkohle als Eindringen von Ruhruferfiltrat und landseitigem Desinfektion Trägermaterial natürlicherseits Mikroorganismen, die Grundwasser verhindert. Am Ende wird eine Desinfektion in Form einer durch Beseitigung gelöster abbaubarer und adsorptiv vorliegender Verbindungen auch im Zusammenhang Die Untergrundpassage verbessert als großer Bioreak- schwachen Sicherheitschlorung bzw. UV-Desinfektion vorgenommen, um nach Abschluss der Aufbe- Abbildung 9: Blick auf einen UV-Strahler im Wasserwerk Styrum/Ost mit der Ozonvorbehandlung für eine weitere Verbesse- tor durch weiteren Abbau gelöster organischer Verbin- reitung des Wassers die geforderte Stabilität und rung der biologischen Stabilität des Wassers sorgen. dungen ( Nachschönungsstufe ) die Sicherheit gegen mikrobiologisch einwandfreie Beschaffenheit des Schad- und Störstoffe, wirkt ausgleichend auf Tempe- Wassers bis zum Zapfhahn des Verbrauchers zu ratur- und Konzentrationsschwankungen und ermög- gewährleisten. licht als Massenspeicher die Aufbereitungsanlagen mit gleichmäßigem Durchsatz zu fahren, so dass bei Maschinenhaus (Pumpstation) Bedarfsspitzen zwischengespeichertes Trinkwasser aus Nach der abschließenden Sicherheitsdesinfektion dem Untergrundspeicher entnommen werden kann. wird das fertig aufbereitete Wasser als Trinkwasser in das Versorgungsnetz der RWW mittels horizontaler mehrstufiger Kreiselpumpen eingespeist. Es existieren unterschiedliche Druckzonen, wobei es drehzahlgeregelte Pumpen gibt, die eine Abstufung der Fördermengen entsprechend dem Bedarf an Trinkwasser im Versorgungsnetz zulässt. Abbildung 10: Blick in das Maschinenhaus Wasserwerk Styrum/Ost Abbildung 7: Aktivkohlefilter im Wasserwerk Essen-Kettwig Abbildung 8: Blick auf eine Brunnenreihe

7 12 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Variante 1 des Mülheimer Verfahrens mit Voraufbereitung und abschließender Untergrundpassage Wasserwerk Mülheim-Dohne Ausgehend von den vor 1976 bereits vorhandenen Aufbereitungsstufen der Flockung und Sedimentation in Form des Pulsators, der Kies-Schnellfilter und Aktivkohlefilter wurden hier durch ergänzende beziehungsweise Umbau der vorhandenen Stufen die Merkmale des Mülheimer Verfahrens erstmalig großtechnisch verwirklicht. Auch die nachgeschalteten Aktivkohlefilter, die vor 1976 ausschließlich der Elimination von überschüssigem Chlor aus den vorgeschalteten Aufbereitungsstufen dienen sollten, mussten baulich verändert werden. Ihre neue Aufgabe im Rahmen des Mülheimer Verfahrens sollte nunmehr darin bestehen, als Bioreaktoren zu fungieren, das heißt an der Kornoberfläche der Aktivkohle adsorptiv gebundene organische Substanzen für einen mikrobiologischen Abbau durch auf der Kohleoberfläche angesiedelte Organismen zur Verfügung zu stellen. Dazu wurden die bereits vorhandenen Filterbehälter vergrößert und die Schichthöhen der eingesetzten Aktivkohle verdoppelt. Abbildung 11: Wasserwerk Dohne mit Wassergewinnungsbereich Dohne-Insel Durch Einbau einer Ozonanlage und Installierung von Ozon-Begasungskammern vor und nach dem Flockungsprozess konnte die Desinfektion und Oxidation des unmittelbar aus der fließenden Welle der Ruhr entnommenen Rohwassers realisiert werden. Die vor dem Umbau bereits vorhandenen Kiesschnellfilter im Anschluss an die Ozonung wurden baulich verändert und in biologische Mehrschichtfilter umgestaltet, so dass die im vorausgegangenen Kapitel beschriebenen mechanischen und biologischen Reinigungsprozesse stattfinden können. Das Wassergewinnungsgelände des Werkes Dohne, auf dem die abschließende Untergrundpassage durchgeführt wird, befindet sich auf einer Insel in der Ruhr. Landseitige Zuflüsse von unkontrollierten Grundwasserströmen können die Trinkwasserfassungsanlagen nicht erreichen, da eine Unterströmung der Ruhr aus hydrogeologischen Gründen nicht möglich ist. Ebenso wenig kann qualitativ minderwertiges Uferfiltrat aus der Ruhr die Trinkwasserbrunnen erreichen, da eine hydraulische Kapselung durch Schutzinfiltration mit aufbereitetem Wasser vorgenommen wird. Nach der Untergrundpassage wird das Wasser über einen horizontalen Sammelstollen und vertikale Heberbrunnen zurückgewonnen, mit einer schwa- Abbildung 12: Verfahrensschema Wasserwerk Dohne chen Sicherheitschlorung versehen und nach einer Entsäuerung mit Hilfe von Natronlauge als Trinkwasser ins Rohrnetz eingespeist. Wasserwerk Mülheim-Styrum/West Nach dem Vorbild des Werkes Mülheim-Dohne wird auch der Aufbereitungsprozess im Werk Mülheim- Styrum/West praktiziert. Anstelle des Flockertyps Pulsator kommt dort allerdings der Flockertyp Accelator zum Einsatz. Abbildung 13: Luftbild des Wasserwerkes Styrum/West

8 14 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 15 Abbildung 14: Aufbereitungsschema Wasserwerk Styrum/West Bei der abschließenden Untergrundpassage des vollaufbereiteten Flusswassers wird ebenfalls wie beim Werk Dohne die Schutzzone I des Werkes Styrum/ West genutzt. Da dieses Werk sich nicht in einer Insellage in der Ruhr befindet, wurde das Wassergewinnungsgelände in der Funktion des Bio-Nachreaktors und Wasserspeichers vollständig mit unterirdisch verlegten vertikalen Dichtwänden umschlossen [10]. Auf diese Weise wird auch dort eine Kapselung des Wassergewinnungsgeländes erzielt. Das Trinkwasser erfährt vor Einspeisung ins Verteilnetz die gleiche abschließende Behandlung mit Chlor zur Desinfektion und Natronlauge zur Entsäuerung wie im Werk Dohne. Wasserwerk Essen-Kettwig Als drittes Ruhrwasserwerk der RWW, das nach dem Vorbild des Werkes Dohne aufbereitungstechnisch arbeitet, ist das Wasserwerk in Essen-Kettwig zu nennen. Abbildung 15: Luftbild des Wasserwerkes Essen-Kettwig Abbildung 16: Aufbereitungsschema Wasserwerk Essen-Kettwig Auch hier ist auf einige graduelle Unterschiede in Bei der abschließenden Grundwasseranreicherung der Anlagentechnik im Vergleich zu den Werken wurden erstmalig bei einem Ruhrwasserwerk Sickerschlitzgräben errichtet, deren Konstruktion und Leis- Dohne und Styrum/West hinzuweisen. tungsfähigkeit in der entsprechenden Fachliteratur Das Kettwiger Werk verfügt über zwei im Parallelbetrieb arbeitende Flockertypen, die aufgrund von zeit- neuartigen Technologie und besonderen Anordnung dokumentiert und veröffentlicht ist [5]. Dank dieser lich nacheinander liegenden Kapazitätserweiterungen der Wasserinfiltration, die durch unterirdisch verlegte vertikale Dichtwände ergänzt wird, ist auch im des Werkes entstanden sind. Zum einen handelt es sich um den Flocker vom Typ Accelator, zum anderen Kettwiger Wasserwerk eine hydraulisch gekapselte um den Flocker vom Typ Super-Pulsator. Untergrundpassage realisiert.

9 16 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Variante 2 des Mülheimer Verfahrens mit Langsamsandfiltration/ Untergrundpassage und anschließender Nachaufbereitung Wasserwerk Mülheim-Styrum/Ost Im größten und leistungsfähigsten Ruhrwasserwerk der RWW, in Mülheim-Styrum gelegen und als Wasserwerk Styrum/Ost bezeichnet, ist das Mülheimer Verfahren aus historischen Gründen in einer anderen Verfahrensvariante als in den übrigen Werken Dohne, Styrum/West und Kettwig realisiert. filterbecken wurde Ruhrwasser zur Grundwasseranreicherung versickert und bei diesem Infiltrationsprozess einer mechanischen und teilbiologischen Reinigung zugeführt. Nach der Rückgewinnung über Heber- und Sammelbrunnen wurde bis zu diesem Zeitpunkt das Wasser lediglich mit einer Desinfektion durch Chlorzugabe versehen als Trinkwasser ins Netz eingespeist. Es war nahe liegend, die bewährte Technologie der Langsamsandfiltration als Wasserbehandlungsstufe in das Mülheimer Verfahren zu integrieren und die typischen neuen Elemente ergänzend zu diesem Prozess hinzuzufügen. Abbildung 19: Aufbereitungsschema Wasserwerk Styrum/Ost Ab 1981 wurde eine Ozonung nach der Untergrund- Anstelle der bis Anfang 2003 abschließend durch- passage ergänzt und danach das Wasser über biologi- geführten Desinfektion mit Chlor wurde hier erst- sche Mehrschicht- und Aktivkohlefilter bis zur Trink- malig für ein Wasserwerk an der Ruhr die UV-Entkei- wasserqualität aufbereitet. Eine Besonderheit ist hier mung erfolgreich eingeführt [6-7]. Bei diesem die Bauweise der Filteranlage, da die Mehrschicht- physikalischen Prozess wird durch UV-Strahlen vor- und Aktivkohlefilter übereinander gebaut wurden, um nehmlich der Wellenlänge von 254 nm und einer Pumpenergie zu sparen, so dass das Wasser zunächst Mindestbestrahlungsstärke von 400 J/m 2 sicherge- Abbildung 17: Luftbild des Wasserwerkes Styrum/Ost den oben gelegenen Mehrschichtfilter durchlaufen muss und anschließend erst den Aktivkohlefilter durch- stellt, dass das im Zellkern von Mikroorganismen vorhandene Erbgut so nachhaltig geschädigt wird, Bis zum Ende der 1970er Jahre wurde in diesem Werk strömt. Die Aktivkohle besteht aus einer granulierten dass eine biogene Reparatur und eine Vermehrung Flusswasser ausschließlich in der für die Ruhr klassi- Kornkohle, die regelmäßig nach etwa zwei bis drei Jah- der Organismen unmöglich ist. Eine Eliminierungs- schen Methode zu Trinkwasser aufbereitet. Über große innerhalb der Flussaue gelegene Langsamsand- Abbildung 18: Schnitt durch die Wassergewinnung im Wasserwerk Styrum/Ost ren reaktiviert werden muss, um die hohe Adsorptionsleistung der Aktivkohle langfristig zu erhalten. rate von mindestens vier Logstufen ist auf diese Weise sichergestellt.

10 18 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 19 Die chemikalienfreie UV-Desinfektion hat den Vorteil, dass keine hygienisch bedenklichen Substanzen wie zum Beispiel Haloforme durch Reaktion von Chlor mit organischen Verbindungen entstehen können und auch geruchliche und geschmackliche Beeinträchtigungen des Trinkwassers unterbunden werden. Damit ist das Wasserwerk Styrum/Ost das erste Wasserwerk an der Ruhr und vermutlich weit darüber hinaus, das ohne Anwendung von Chlor oder chlorhaltigen Produkten Oberflächenwasser zu qualitativ einwandfreiem, wohlschmeckendem Trinkwasser aufbereitet. Folglich unterscheidet sich diese Verfahrensvariante des Mülheimer Verfahrens von der ersten Variante insbesondere durch die Anordnung der Untergrundpassage und Grundwasseranreicherung, die in Styrum/Ost am Anfang des Prozesses, in den anderen RWW-Ruhrwasserwerken am Ende des Prozesses steht. Weiterhin entfällt im Werk Styrum/Ost die Flockungsstufe, da das rückgewonnene Bodenfiltratwasser bereits nach der Untergrundpassage keine ausflockbaren Trübstoffe enthält. 4.3 Nutzung von Rheinuferfiltrat der Wassergewinnung Duisburg-Mündelheim Abbildung 21: Wassergewinnung Duisburg-Mündelheim Nach dem Krieg wurde Mündelheim hauptsächlich zur Wasserversorgung der Industrie herangezogen. Das geförderte Wasser wurde lediglich mit einer Sicherheitsdesinfektion mittels Chlordioxid versehen. Heute wird das uferfiltrierte Rohwasser zur Wasseraufberei- Die Gewinnung von Uferfiltrat zur Trinkwassererzeugung hat am Rhein eine lange Tradition und ist noch dort entweder in die Langsamsandfiltration oder in tungsanlage des Werkes Styrum/Ost gepumpt und heute Standardverfahren und Basis der Wasserversorgung vieler Kommunen und Städte in Nordrhein- Mülheimer Verfahren eingespeist. die Sammelbrunnen vor der Aufbereitung nach dem Westfalen. Auch RWW nutzt diese Ressource als weiteres Standbein für ihre Wasserversorgung und zwar Bei dem Mündelheimer Rheinbogen handelt es sich um im unmittelbar am Rhein gelegenen Duisburg-Mündelheim, das in den Kriegsjahren 1939 bis 1941 im Süden schlinge, so dass das dem Werk Mündelheim zuflie- eine teilweise von Rheinwasser durchflossene Rhein- der Stadt Duisburg im sogenannten Mündelheimer ßende Rohwasser nahezu vollständig aus uferfiltriertem Rheinwasser (nördlicher Anstrom) bzw. aus land- Rheinbogen errichtet wurde. Es diente im Krieg zunächst vorrangig der Versorgung der Rüstungsindustrie im Mülheimer und Oberhausener Raum, wofür wobei letzteres ebenfalls aus Rheinwasser gespeist seitigem Grundwasser (südlicher Anstrom) besteht, eine 20 km lange Transportleitung der Dimension wird, was vor einigen Jahren als Uferfiltrat in den Mündelheimer Rheinbogen infiltriert ist. Echtes Grundwas- DN von Mündelheim nach Mülheim verlegt wurde. ser aus dem Hinterland fließt nur zu einem sehr geringen Anteil den Fassungsanlagen der Wassergewinnung Mündelheim zu. Die Rohwasserqualität ist damit ganz wesentlich von der Rheinwasserqualität geprägt. Abbildung 20: Schnitt durch die Filteranlage im Wasserwerk Styrum/Ost Im Gegensatz zum engen Ruhrtal herrschen am Standort der Wassergewinnung Mündelheim deutlich günstigere hydrogeologische Bedingungen für eine Rohwasserförderung. Die sandig-kiesigen Lockersedimente des Rheintales bilden dabei einen idealen porösen Grundwasserleiter mit günstigen Filtereigenschaften für die Untergrundpassage. Obwohl die Brunnengalerien der Wassergewinnung mit einer durchschnittlichen Tiefe der Vertikalbrunnen von 15 m sehr rheinnah gelegen sind, zeigt die Rohwasserqualität des Werkes die typischen Merkmale aller Rheinwasserwerke, nämlich einen weitgehenden Konzentrationsausgleich unabhängig von

11 20 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Güteüberwachung und Entwicklung der Ruhrwasserqualität Schwankungen und Belastungsspitzen der Rheinwasserqualität. Verursacht wird dieser Ausgleich durch Das Uferfiltrat ist nach der Untergrundpassage weitgehend klar und entspricht damit in etwa der Wasser- 5.1 Gütemessstellen folgende Effekte: qualität des versickerten Ruhrwassers nach der Lang- Die Wasserqualität wird heute an verschiedenen Stellen wichtigsten Gütemessstellen dargestellt, wobei wei- Vermischung von unterschiedlich alten infiltrierten samsandfiltration. RWW hat so die günstige Voraus- regelmäßig überwacht und beginnt bereits bei der Kon- tere Gütemessstellen an den Nebenflüssen vorhan- Rheinwässern (= breiter Infiltrationsbereich) an der setzung, im Wasserwerk Styrum/Ost zwei voneinan- trolle der Rohwasserqualität in der Ruhr, setzt sich in der den sind, die hier aber nicht abgebildet sind. Rheinsohle. der unabhängige Rohwasserressourcen zu nutzen, um Trinkwasseraufbereitung fort und endet im Trinkwasser Verschiedene Durchlässigkeiten des Grundwasser- das Wasser anschließend nach dem Mülheimer Ver- selbst. RWW unterhält ein eigenes Untersuchungslabor, Meldungen von Gewässerbelastungen werden über leiters bedingen in der Untergrundpassage fahren aufzubereiten. das als unabhängiges Prüflabor akkreditiert ist. Weiter- festgelegte Alarmmeldewege der Behörden (Warn- unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten und hin werden im Auftrag von RWW Wasseruntersuchungen und Informationsplan Ruhr), der AWWR und dem Verweilzeiten. auch von anderen Laboratorien wie dem IWW Rheinisch- Ruhrverband an RWW direkt weitergeleitet, so dass Dispersionseffekte in der Bodenpassage. Westfälischen Institut für Wasser Beratungs- und Ent- RWW in der Lage ist, rechtzeitig in Abhängigkeit der Adsorptions- und Assimilationsvorgänge in der wicklungsgesellschaft mbh in Mülheim und dem Hygiene- Relevanz eines Stoffes Gegenmaßnahmen bis hin zur Bodenpassage mit einem guten Abbau der Institut in Gelsenkirchen durchgeführt. Einstellung der Rohwasserentnahme einzuleiten. biologisch abbaubaren Substanzen. Selbstreinigungseffekte innerhalb der Kolmations- Ruhr Rohwasserentnahme schicht an der Gewässersohle des Rheines analog Entlang der Ruhr existieren eine Reihe von Gütemess- An den Entnahmestellen der RWW an ihren Ruhrwas- der Wirkung eines sich ständig selbst reinigenden stellen verschiedener Organisationen (Ruhrverband, serwerken sind außerdem Rohwasser-Gütemessstellen Langsamsandfilters. AWWR) und Behörden. Im Bild sind für die Ruhr die zur Bestimmung der Eingangsgüte des entnomme- Abbildung 22: Gütemessstellen der Ruhr

12 22 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 23 nen Ruhrwassers vorhanden (siehe Bilder). Dieses Wasser wird intensiv (teilweise werktäglich) beprobt wasser vor Einspeisung in das RWW-Versorgungsnetz regelmäßig beprobt und untersucht. Zusätzlich 5.2 Entwicklung der Ruhrwasserqualität und aufwändig untersucht. werden bestimmte wichtige physikalische Parameter Die Ruhr enthält eine Reihe von gelösten und ungelös- fähigkeit des Mülheimer Verfahrens insbesondere auf durch kontinuierliche Messungen (ph-wert, Leitfä- ten Stoffen, die aus natürlichen Quellen aber auch aus kritische Substanzen beschrieben und dabei auf ver- Aufbereitung higkeit, Trübung) erfasst, um so mögliche Verände- anthropogenen Einleitungen von Abwässern aus kom- schiedene veröffentlichte Fachbeiträge der RWW Innerhalb des Aufbereitungsprozesses werden an ver- rungen der Wasserqualität festzustellen. munalen Kläranlagen, industriellen Anlagen etc. stam- Bezug genommen. schiedenen Stellen Wasserproben genommen und men. Es ist Ziel der Trinkwasseraufbereitung der RWW, untersucht, wobei das Untersuchungsspektrum unter- Im Versorgungsnetz der RWW existieren an ver- das Ruhrwasser so aufzubereiten, dass ein hochwerti- Die zeitlich dichte und regelmäßig durchgeführte schiedlich ist und auf die Abbauleistung der jeweiligen schiedenen Orten (wie zum Beispiel in Schulen, ges Trinkwasser hergestellt wird, das zudem alle Überwachung der Ruhrwasserqualität durch die Behör- Aufbereitungsstufe abgestellt ist. So werden beispiels- öffentlichen Gebäuden) Probenahmestellen, die gesetzlichen Anforderungen (Trinkwasserverordnung) den, den Ruhrverband und zusätzlich durch die Was- weise ausschließlich nach der Aktivkohlefiltration die ebenfalls regelmäßig beprobt werden. Diese Über- erfüllt. Das Mülheimer Verfahren ist Garant dafür, dass serwerke an der Ruhr (AWWR) einschließlich RWW Konzentrationen an perfluorierten Tensiden (PFT) wachung dient vorrangig der Kontrolle des Rohrnet- mikrobiologische und chemische Belastungen des belegen deutlich, dass in den letzten Jahrzehnten bestimmt, da nur diese Stufe maßgeblich an der Elimi- zes, da unter anderem nicht ausgeschlossen werden Ruhrwassers wirkungsvoll so eliminiert bzw. vermindert die Anstrengungen zur Reinhaltung der Ruhr nachhalti- nation dieser Stoffgruppe beiträgt. kann, dass es zu einer Verkeimung im Rohrnetz werden, dass von dem Trinkwasser keine Gefahr für die gen Erfolg gezeigt haben und viele Schad- und Nähr- kommt oder Bestandteile der Leitungen durch Kor- von RWW versorgte Bevölkerung ausgeht. Dieses gilt stoffe, die noch in den 1960er und 1970er Jahren Trinkwasser rosion gelöst werden und damit in das Trinkwasser insbesondere auch für organische Mikroverunreinigun- zu massiven Gewässerverunreinigungen führten, heute Nach der Aufbereitung und der abschließenden gelangen. gen, die immer wieder mit der Ruhrwasserqualität in nur noch in vergleichsweise geringen Konzentrationen Sicherheitsdesinfektion wird das nun fertige Trink- Verbindung gebracht werden, wie beispielsweise Arz- vorkommen. So gehört die Ruhr hinsichtlich der Was- neimittelreste, perfluorierte Tenside (PFT) oder Flamm- sergüte mittlerweile zu den saubersten Flüssen in schutzmittel. Im Folgenden wird daher die Leistungs- Deutschland. Abbildung 23: Probenahmestelle in der Aufbereitung Analyse des Ruhrwassers (Mittelwerte) in Mülheim Parameter/Jahr Temperatur in C 13,0 12,1 12,0 11,4 Schwebstoffe in mg/l 12,3 10,2 6,4 3,3 ph-wert 7,3 7,3 7,8 7,8 Sauerstoff in mg/l als O 2 7,9 7,3 9,4 9,8 Oxidierbarkeit KMnO 4 Verbrauch in mg/l 26,8 18,1 12,4 9,6 Organischer Kohlenstoff DOC in mg/l 4,0 3,8 2,46 2,26 Ammonium NH 4 in mg/l 1,63 0,9 0,23 0,10 Nitrit NO 2 in mg/l 0,43 0,30 0,14 0,07 Nitrat NO 3 in mg/l Phosphat gesamt in mg/l 2,95 1,93 0,31 0,28 Sulfat in mg/l AOX-Wert in mg/l <10 <10 Koloniezahl bei 20 C in 1 ml Gesamthärte in dh 9,2 7,9 7,8 7,5

13 24 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 25 Durch die massiven Anstrengungen zur Abwasserrei- behandlung in den Verbandskläranlagen Wirkung Analog zu anderen Flüssen und Oberflächengewässern Die Tabelle auf seite 23 mit der zeitlichen Entwick- nigung und der Beseitigung von Punkteinträgen gezeigt und die Ruhrwasserqualität deutlich ver- in Deutschland, die als Rohwasserressource für die lung wichtiger Qualitätsparameter der unteren Ruhr kommunaler und industrieller Abwassereinleitungen, bessert. Trinkwassergewinnung herangezogen werden, können macht deutlich, dass das in den 1970er Jahren ent- aber auch durch langfristig angelegte Strategien zur im Ruhrwasser Keime und so genannte Mikroverunrei- wickelte Mülheimer Verfahren für erheblich höhere Reduzierung von eher diffusen Nährstoffeinträgen Aber auch andere Stoffe wie die Schwermetalle kom- nigungen auftreten, die überwiegend aus Abwasse- Rohwasserbelastungen (Nährstoffe, organische Ver- aus der Landwirtschaft, konnten verschiedene Belas- men heute nur noch in vergleichsweise geringen reinleitungen stammen und durch die Kläranlagen nur bindungen, mikrobiologische Belastungen, Trübun- tungen insbesondere am Unterlauf der Ruhr bei Konzentrationen in der Ruhr vor, wobei hier zweifel- ungenügend zurückgehalten werden. Aber auch die gen, höhere Wassertemperaturen etc.) ausgelegt ist, Mülheim deutlich vermindert werden. Die lässt sich los neben Verbesserungen der Kläranlagentechnik Nutzung der Gewässer beispielsweise zur Schifffahrt die heute in der Größenordnung im Ruhrwasser nicht besonders eindrucksvoll am Beispiel des Ammoniums auch Maßnahmen an den Direkteinleitungen der und Freizeit führen dazu, dass Keime und Mikroverun- mehr vorkommen. Insofern werden sich mögliche verdeutlichen, das noch in den 1990er Jahren in Industrie Qualitätsverbesserungen bewirkt haben. reinigungen in Oberflächenwässer eingetragen werden. Auswirkungen des Klimawandels mit der prognosti- höheren Konzentrationen (Mittel- und Maximalwerte) So gehört die Ruhr bezüglich der Stoffgruppe der Es ist daher grundsätzlich nicht auszuschließen, dass zierten Zunahme von Temperatur, Wasserinhaltsstof- nachweisbar war und heute nur noch in geringen Schwermetalle zu den wenig belasteten Flüssen in solche Keime und Substanzen anthropogener Herkunft fen und Verunreinigungen mit großer Wahrschein- Konzentrationen in der unteren Ruhr vorkommt. Deutschland. Am Beispiel von Nickel kann man gut im Ruhrwasser vorhanden sind. Hier ist das Mülheimer lichkeit nicht auf die Trinkwasseraufbereitung bei Ammonium stammt insbesondere aus den Einleitun- erkennen, dass die Belastung der Ruhr in den letzten Verfahren bestens geeignet, mit den vielfältig wirken- RWW auswirken, da das Mülheimer Verfahren nach- gen von kommunalen Abwässern in die Ruhr. Hier Jahren weiter zurückgegangen ist und heute den den Aufbereitungsstufen diese Keime und Mikroverun- weislich auch für solche angenommenen Auswirkun- haben nachweislich die erheblichen Anstrengungen natürlichen (= geogenen) Hintergrundwerten von reinigungen zurückzuhalten und zu eliminieren. gen des Klimawandels gut gerüstet ist. des Ruhrverbands zur weitergehenden Abwasser- unbelasteten Oberflächengewässern entspricht. Abbildung 24: Ammonium-Gehalte der unteren Ruhr bei Mülheim-Styrum Abbildung 25: Nickel-Gehalte der unteren Ruhr bei Mülheim-Styrum

14 26 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Leistung der Aufbereitung hinsichtlich wichtiger Inhaltsstoffe/Parameter Im Folgenden werden für verschiedene mikrobiologi- Log-Stufen beiträgt. Die Aufbereitung bewirkt eine die Anforderungen der Trinkwasserverordnung sche und chemische Parameter der Abbau dieser weitere Reduzierung der Koloniezahlen, so dass im sicher eingehalten werden können. Inhaltsstoffe während der Aufbreitung zum Trinkwas- Trinkwasser nur noch punktuell Koloniezahlen im ser näher betrachtet. einstelligen Bereich auftreten. Ein deutlicher Beweis Seit der Einführung der abschließenden UV-Entkei- dafür, dass das Mülheimer Verfahren in der Lage ist, mung des Wassers im Werk Mülheim-Styrum/Ost im 6.1 Mikrobiologie niedrige Koloniezahlen zu produzieren, vergleichbar mit gut geschützten Grundwasservorkommen. Jahre 2003 sind umfangreiche Untersuchungen zur Wiederverkeimungsneigung in den Endsträngen des Rohrnetzes in Abstimmung mit den lokalen Gesund- Bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser zu Trink- Am Beispiel des Werkes Styrum/Ost sind in der Grafik Maßgebliche Stufen zur Reduzierung der Mikrobiolo- heitsbehörden durchgeführt worden. Die Ergebnisse wasser spielt die Mikrobiologie und die Einhaltung unten die Koloniezahlen bei 20 C der Ruhr (=Rohwas- gie sind insbesondere die Langsamsandfiltration/ beweisen, dass Wiederverkeimungen auch bei dieser von Vorschriften im Sinne der gültigen Trinkwasser- ser), des Sammelbrunnens nach der Langsamsandfilt- Untergrundpassage sowie die Ozonung. Letztend- fortschrittlichen Form der Desinfektion des Trink- verordnung unter seuchen-hygienischen Gesichts- ration/untergrundpassage und des Trinkwassers nach lich werden inklusive der abschließenden Sicher- wassers im Rohrnetz nicht zu befürchten sind. punkten eine herausragende Rolle, da die Gewässer Aufbereitung und abschließender UV-Desinfektion für heitsdesinfektion alle Keime soweit reduziert, dass häufig mikrobiologisch belastet sind. Das Mülheimer die Jahre 2009/2010 dargestellt. Die Grafik zeigt deut- Verfahren wird als Multi-Barrieren-System dieser Rolle lich, dass bereits die Bodenpassage zu einer erhebli- in hervorragender Weise gerecht [11]. chen Reduzierung der Koloniezahlen um zwei bis drei Abbildung 27: Mikrobiologische Kenndaten des Wasserwerkes Styrum/Ost Abbildung 26: Abnahme der Koloniezahl bei 20 C im Wasserwerk Styrum/Ost

15 28 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Parasiten den am häufigsten kontrollierten Parametern der Aufbereitung zählt. Trübungsmessungen werden in Bei diesen geringen Resttrübungswerten ist ein Vorkommen bzw. Durchbruch von Parasiten und deren Infektionen durch Parasiten sind weltweit von großer Das Mülheimer Verfahren als Multi-Barrieren-System den Ruhrwasserwerken der RWW in verschiedenen Dauerformen sehr unwahrscheinlich. Bedeutung und können auch über den Trinkwasser- beinhaltet verschiedene Aufbereitungsschritte, die Stufen der Aufbereitung durchgeführt und geben pfad zu Epidemien in der Bevölkerung führen. Zu den für eine nachhaltige Eliminierung von Parasiten und einen guten Überblick über die Eliminationsleistun- Die RWW überprüft regelmäßig in ihren Rohwässern mit Trinkwasser übertragenen Spezies gehören neben ihren Dauerformen in hervorragender Weise geeig- gen der jeweiligen Stufen wieder. (Ruhr- und Rheinuferfiltrat) sowie im Trinkwasser das Amöben auch andere Parasiten, insbesondere Crypto- net sind [12]. Hierzu gehören insbesondere die Ozo- Vorkommen von Parasiten. Des Weiteren hat sich die sporidien und Giardien. Beide entwickeln besondere nierung und die diversen Flockungs- und Sedimenta- Am Beispiel des Werkes Essen-Kettwig sind die Trü- RWW auf freiwilliger Basis an einem Verbundfor- Dauerformen (Oocysten/Cysten), die in der Natur tionsschritte, die Filtrationsstufen, die UV-Desinfek- bungswerte für das Jahr 2009 dargestellt. Es ist schungsvorhaben des DVGW Deutscher Verein des über längere Zeiträume überlebensfähig und auch tion sowie die Langsamsandfiltration und Unter- deutlich erkennbar, dass bereits die erste Aufberei- Gas- und Wasserfaches e.v. und des Bundesministe- gegen Chlor als Desinfektionsmittel weitgehend grundpassage. tungsstufe, die Flockung/Sedimentation, eine riums für Forschung und Technologie beteiligt, in resistent sind. Gerade dort, wo aus Oberflächenge- erhebliche Reduktion der Trübung bewirkt. Die nach dem auch das Mülheimer Verfahren des Werkes Sty- wässern Trinkwasser produziert wird, ist daher eine Als wichtiger Indikatorparameter für das Vorkommen der Ozonung durchgeführte Mehrschicht- und Aktiv- rum/ost über einen längeren Zeitraum hinsichtlich besonders wirksame und sorgfältige Aufbereitung von Parasiten und deren Dauerformen gilt die Trü- kohlefiltration führt weiterhin zu einer erheblichen des Vorkommens und der Eliminierung der Parasiten mit Desinfektion des Wassers erforderlich. bung, die im Wasserwerksbetrieb grundsätzlich zu Abnahme der Trübung, so dass das fertig aufberei- in der Trinkwasseraufbereitung intensiv untersucht tete Wasser vor der abschließenden Untergrundpas- wurde. Es zeigte sich, dass dieses Aufbereitungsver- sage bereits im Mittel eine Resttrübung von FNU < 0,1 fahren besonders gut geeignet ist, im Oberflächen- aufweist. Das nach der Untergrundpassage rückge- wasser vorkommende Parasiten zuverlässig zu ent- wonnene Wasser vor der abschließenden Sicher- fernen, wobei neben der Ozon-Desinfektion auch heitsdesinfektion des Werkes Essen-Kettwig zeigt, die im Werk Styrum/Ost praktizierte Langsamsand- wie auch die übrigen Ruhrwasserwerke der RWW, filtration eine wirkungsvolle Eliminationsstufe dar- eine Resttrübung, die im Mittel deutlich unter 0,1 FNU stellt. liegt und nur in wenigen Fällen (zum Beispiel bei För derspitzen des Werkes) geringfügig auf Werte bis maximal 0,10 FNU ansteigt. Abbildung 28: Trübungswerte innerhalb der Aufbereitung des Wasserwerkes Essen-Kettwig

16 30 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Viren 6.4 Organischer Kohlenstoff (DOC) Zur Frage der Rückhaltung und Eliminierung von dation/desinfektion mit Chlor Polioviren zuverlässig Der als Summenparameter im Wasser gelöste organi- Der DOC-Wert wird durch das Mülheimer Verfahren Viren in der Trinkwasseraufbereitung von Ruhrwasser zurückgehalten werden und vom Trinkwasser daher sche Kohlenstoff (= Dissolved Organic Carbon ) vor allem in den Stufen der Langsamsandfiltration mit hat die RWW in der Vergangenheit verschiedene keine Infektionsgefahr ausgeht. Das Mülheimer Ver- spielt bei der Wiederverkeimungsneigung bzw. dem künstlicher Grundwasseranreicherung und/oder der Untersuchungen durchgeführt und das Vorkommen fahren beinhaltet heute zusätzlich die Oxidation/Des- Bedarf an Desinfektionsmitteln des Trinkwassers eine Mehrschicht- bzw. Aktivkohlefiltration entscheidend bzw. die Elimination verschiedener Viren in der Auf- infektion mit Ozon und somit eine weitere sehr effek- wichtige Rolle. reduziert, so dass der DOC-Wert im Trinkwasser unab- bereitung getestet. Bereits vor mehr als 30 Jahren tive Desinfektionsstufe, die Viren besonders gut hängig von der jeweiligen Aufbereitungsvariante nur wurde speziell im Werk Styrum/West das Vorkommen eliminieren kann. In der Ruhr sind je nach Wasserführung, Wassertem- noch etwa 30 Prozent des Ausgangswertes ausmacht. und die Eliminierung der Polio-Viren (Kinderlähmung) peratur und Eutrophierungsgrad stark wechselnde untersucht [13]. Das Polio- Virus ist bekanntlich Weiterhin hat sich RWW Mitte der 1990er Jahre an DOC-Konzentrationen messbar. Höhere Belastungen Im Werk Styrum/Ost wird der DOC zu einem großen besonders humanpathogen und wird im Fall einer dem Forschungsvorhaben des DVGW Verhalten von mit mehr als 2,5 mg DOC pro Liter liegen häufig im Teil bereits in der vorgeschalteten Langsamsandfiltra- Infektion wie auch nach Durchführung von Massen- Mikroorganismen und Viren bei der Trinkwasserauf- Sommerhalbjahr vor, wenn witterungsbedingt die tion/untergrundpassage abgebaut, während die übri- impfungen (Schluckimpfung) in großen Mengen aus- bereitung beteiligt, in dem unter anderem auch das Wasserführung sich dem niedrigsten gesetzlich vor- gen Stufen der folgenden Nachaufbereitung nur noch geschieden und gelangt so über Abwassereinleitun- Verhalten von Viren bei der Trinkwasseraufbereitung gegebenen Abflusswert am Unterlauf der Ruhr bei geringfügig zum weiteren DOC-Abbau beitragen. gen in Oberflächengewässer. Ihre besondere Relevanz überprüft wurde. Auch bei dieser Untersuchung Mülheim annähert und hohe Anteile von gereinigtem In den RWW-Ruhrwasserwerken mit der vorgeschalte- ergibt sich dadurch, dass Polioviren länger infektiös wurde die Zuverlässigkeit des Mülheimer Verfahrens Abwasser bis circa 20 Prozent aufweist. ten Voraufbereitung tragen sämtliche Stufen der Auf- als zum Beispiel Grippeviren sind und innerhalb der hinsichtlich der Entfernung von Viren bestätigt. Seit Gruppe der Viren im Wasser eine höhere Überlebens werden durch RWW in Zusammenarbeit mit fähigkeit aufweisen. dem Hygiene-Institut, Gelsenkirchen, neue molekularbiologische Untersuchungen auf Basis des so genann- Bei dieser Untersuchung durch das Hygiene-Institut ten PCR-Verfahrens zum Vorkommen und zur Elimina- des Ruhrgebietes, Gelsenkirchen, konnte festgestellt tion von Viren durchgeführt. Auch hier zeigt sich, werden, dass bei der damaligen Aufbereitung beste- dass das Mülheimer Verfahren in der Lage ist, selbst hend aus den Stufen der künstlichen Grundwasseran- bei schwierigen Rohwasserbedingungen (Hochwas- reichung/bodenpassage, Flockung und Sedimenta- ser, hoher Abwasseranteil sowie saisonale Influenza- tion, Mehrschicht- und Aktivkohlefiltration sowie Oxi- Epidemien) die Viren wirkungsvoll zu eliminieren. Abbildung 29: DOC-Werte in der Aufbereitung des Wasserwerkes Essen-Kettwig

17 32 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren 33 bereitung zum DOC-Abbau bei. Die Abbauleistung der abschließenden Bodenpassage ist hier im Ver- Der im Trinkwasser verbleibende Anteil an DOC ist extrem schwer abbaubar, das heißt als Nährstoff für 6.5 Pflanzenschutzmittel (PSM) gleich zum Werk Styrum/Ost deutlich geringer. In Mikroorganismen im Rohrnetz praktisch nicht ver- Seit dem Beginn eines systematischen Monitoring- Seit Anfang des laufenden Jahrzehnts sind die Einzel- sämtlichen Ruhrwasserwerken der RWW liegen die wendbar. Dadurch, dass in den Aktivkohlestufen Programmes in den 1980er Jahren existieren umfang- stoffeinträge an PSM-Wirkstoffen und deren Abbau- DOC-Gehalte des fertigen Trinkwassers zwischen 0,4 DOC-Verbindungen nicht nur adsorptiv gebunden, reiche Ergebnisse zur Belastung der Ruhr mit diversen produkte (zum Beispiel Desethyl-Atrazin, AMPA) in und 1,3 mg/l und im Mittel circa 0,8 bis 1,0 mg/l, sondern auch biologisch abgebaut werden, erhöhen Pflanzenschutzmitteln. der Ruhr deutlich rückläufig, soweit diese überhaupt wobei die jeweilige Höhe der DOC-Gehalte maßgeb- sich als weiterer positiver Effekt die Standzeiten der noch nachweisbar sind. Hier hat insbesondere die lich von der Standzeit der Aktivkohle bestimmt wird Aktivkohlen in den Kornkohle-Festbettreaktoren. Standen am Anfang der 1990er Jahre die Triazine landwirtschaftliche Kooperation der Arbeitsgemein- und frisch reaktivierte Aktivkohlen einen geringeren (Atrazin, Simazin und andere) im Fokus des Interes- schaft der Wasserwerke an der Ruhr (AWWR) im Ruhr- DOC-Gehalt liefern. ses, so tauchten später nach dem Anwendungsverbot einzugsgebiet durch eine intensive und systematische für Atrazin neue und andere Problemstoffe in der Beratungs- und Aufklärungsarbeit zu dieser für den Ruhr auf, deren Ursprung nicht immer in der landwirt- Gewässerschutz positiven Entwicklung beigetragen. schaftlichen Anwendung zu suchen war. Hierzu gehören beispielsweise das Diuron und das Glyphosat. Wie die regelmäßig durchgeführten PSM-Untersu- Diese beiden Totalherbizide wurden und werden im chungen der einzelnen Aufbereitungsschritte des Mül- urbanen Bereich häufig zur Wildkräuterbekämpfung heimer Verfahrens aufzeigen, werden alle bekannten insbesondere in der Vegetationszeit von Mai bis Einzelsubstanzen der PSM-Palette einschließlich der August verwendet und gelangen über die Abwasser- beiden Totalherbizide Diuron und Glyphosat vor allem systeme in die Ruhr. durch die chemische Oxidation mit Ozon und anschließend in der Aktivkohle-Filtration effektiv aus dem Ruhrwasser entfernt. Abbildung 30: DOC-Werte in der Aufbereitung des Wasserwerkes Essen-Kettwig Abbildung 31: Pflanzenschutzmittel in der Ruhr bei Mülheim-Styrum

18 34 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Arzneimittelrückstände und Röntgenkontrastmittel Seit 1994 führt die RWW in ihren Ruhrwasserwerken fahren in beiden Aufbereitungsvarianten vollständig sporadische und seit 1999 regelmäßige Untersuchungen im Ruhrwasser, in den Aufbereitungsstufen und aller RWW-Ruhrwasserwerke nicht mehr nachweisbar zurückgehalten werden und folglich im Trinkwasser im Trinkwasser auf Arzneimittelrückstände durch, die sind. aus den Abwassereinleitungen in die Ruhr gelangen können und in den Kläranlagen nur unvollständig Bei Untersuchungen verschiedener endokrin wirksamer Stoffe wie die Östrogene konnten in der Ruhr zurückgehalten werden. Hierzu zählen vor allem Schmerzmittel, Blutdrucksenker, Anti-Epileptika und ebenfalls vereinzelt Positivbefunde festgestellt werden. Auch diese Stoffe werden, soweit sie im Ruhr- auch Hormonpräparate (Östrogene). Die nachfolgende Abbildung des Beobachtungsjahres 2010 zeigt, wasser überhaupt vorhanden sind, vollständig vom dass im Flusswasser der Ruhr lediglich wenige Substanzen wie Carbamazepin, Gemfibrozil, Bezafibrat, Mülheimer Verfahren zurückgehalten. Ibuprofen und Diclofenac als Mikroverunreinigungen In den drei RWW-Ruhrwasserwerken Dohne, Styrum/ nachweisbar sind, die aber durch das Mülheimer Ver- West und Essen-Kettwig, wo die Variante des Mülhei- Abbildung 32: Arzneimittelrückstände in der Aufbereitung des Wasserwerkes Essen-Kettwig mer Verfahrens mit Voraufbereitung des Ruhrwassers und abschließender Untergrundpassage praktiziert wird, werden sämtliche Arzneimittelrückstände bereits bei der Voraufbereitung eliminiert, wobei als effektive Abbaustufen die Ozonierung und die biologisch wirksame Aktivkohle-Filtration fungieren. Das Wasser ist daher bereits vor der abschließenden Untergrundpassage frei von diesen Stoffen. Die in den genannten Wasserwerken installierten Schutzfiltrationen und Dichtwände sorgen dafür, dass unter anderem auch Medikamentenrückstände nicht mehr durch äußere Einflüsse in die Untergrundpassage eindringen können. Im Werk Styrum/Ost, wo zunächst als erster Schritt die Langsamsandfiltration vorhanden ist, werden bereits viele der im Ruhrwasser enthaltenen Arzneimittelrückstände in der Untergrundpassage abgebaut. Allerdings konnte hier vereinzelt im rückgewonnenen Bodenfiltrat der Wirkstoff Carbamazipin gefunden werden. Allerdings wird dieser Wirkstoff dann in der sich anschließenden Aufbereitung sicher durch die Kombination von Ozonung und Aktivkohle-Filtration eliminiert. Die Untersuchungsergebnisse der letzten zehn Jahre hinsichtlich der Entfernung von Medikamentenresten zeigen deutlich, dass das Mülheimer Verfahren mit den wirksamen Stufen der Langsamsandfiltration/Untergrundpassage in Kombination mit der Ozonierung und biologisch wirksamen Aktivkohle-Filtration eine besonders wirkungsvolle Barriere für sämtliche in Oberflächengewässern vorkommende Arzneimittel ist. Inzwischen werden nahezu 70 Substanzen regelmäßig überwacht. Die Analysenergebnisse zeigen deutlich, dass selbst solche Stoffe, die aufgrund ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften nur schwer abbaubar sind und wie das Carbamazepin nur bedingt durch eine Untergrundpassage zurückgehalten werden können, durch das Multi-Barrieren-System sicher eliminiert werden. Röntgenkontrastmittel, die im weiteren Sinne auch zu den Arzneistoffen zählen, stehen seit einigen Jahren im Fokus des Interesses der Wasserwirtschaft. Bekanntlich werden diese Stoffe hauptsächlich in Krankenhäusern und Arztpraxen eingesetzt und gelangen über die menschlichen Ausscheidungen auch aus dem häuslichen Bereich ins Abwasser. Zwar haben diese Stoffe keine gesundheitliche Relevanz, sie können aber in der aquatischen Umwelt kaum abgebaut werden und sind daher in Oberflächenwässern sehr häufig im Spurenbereich (Nanogrammbereich) anzutreffen. Wichtigste Vertreter dieser Röntgenkontrastmittel sind Amidotrizoesäure und Iopamidol. Diese Substanzen kommen sowohl im Rhein als auch in der Ruhr häufig vor und erreichen durchaus Maximalwerte von einigen hundert Nanogramm je Liter. Untersuchungen des Trinkwassers und der Aufbereitung in den Ruhrwasserwerken der RWW zeigen, dass das Mülheimer Verfahren in der Lage ist, die Röntgenkontrastmittel deutlich zu reduzieren, wobei die Abbauleistungen abhängig vom jeweiligen Einzelstoff zwischen 60 und 90 Prozent der Ausgangskonzentration liegen. Es ist damit in der Lage, selbst diese als trinkwassergängig bezeichnete Stoffgruppe in relevanten Größenordnungen zurückzuhalten. Die im Trinkwasser nachgewiesenen Restgehalte bleiben unter den vom Umweltbundesamt für diese Substanzen festgelegten lebenslang duldbaren Vorsorgewerten, die für Röntgenkontrastmittel festgelegt sind.

19 36 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Perfluorierte Tenside (PFT) Bewertung für die beiden Leitsubstanzen PFOA und PFOS vorgenommen, die am 13. Juli 2006 überarbei- Aufbereitung wirkungsvoll zu eliminieren [14]. Allerdings hängt die PFT-Entfernung ganz wesentlich vom Ausgangslage an der Ruhr Sommer 2006 wurde als wasserwirtschaftliche Sofort- tet wurde und Maßnahmen-, Leit- und Zielwerte für jeweiligen Adsorptionsvermögen der eingesetzten Nachdem im Rahmen eines Forschungsvorhabens des maßnahme der Abfluss der Möhnetalsperre durch den die genannten Substanzen vorsieht. Der hierbei Aktivkohle ab, die mit der Standzeit der Aktivkohle in Hygiene-Institutes der Universität Bonn im Frühjahr Ruhrverband so gedrosselt, dass sich nach dem Zufluss genannte Leitwert von 300 ng/l ist für eine unbedenk- den Filteranlagen allmählich abnimmt in der Ruhr erhöhte Konzentrationen an PFT der Möhne in der Ruhr eine PFOA-Konzentration von liche lebenslange Aufnahme von Trinkwasser für alle gefunden wurden, konnten durch weitergehende maximal 250 ng/l einstellte. Weiterhin wurden durch Bevölkerungsgruppen festgelegt. Der Zielwert von Die Aktivkohlen müssen daher regelmäßig ausgebaut Nachuntersuchungen als Ursache dieser Belastungen die zuständigen Behörden Sanierungsmaßnahmen im 100 ng/l (= gesundheitlicher Orientierungswert GOW) und in einer Spezialanlage in einem thermischen Pro- im Oberlauf der Ruhr verschiedene Punkteinträge im Herbst 2006 auf besonders mit PFT belasteten für die Summe beider Leitsubstanzen ist langfristig als zess reaktiviert werden, so dass die Aktivkohlen wie- Bereich des Einzugsgebietes der Möhne ausgemacht Flächen im Raum Brilon-Scharfenberg veranlasst. Mindestqualitätsziel im Trinkwasser anzustreben. der ihre ursprüngliche Leistungsfähigkeit hinsichtlich werden. Als wichtigste PFT-Vertreter konnten die bei- Verschiedene Ruhrwasserwerke insbesondere im Dort- der Elimination von PFT und anderen organischen den Einzelsubstanzen Perfluoroctansulfonat (PFOS) munder Raum reagierten mit dem Zusatz von pulver- Aktivkohle-Filtration und Adsorption von PFT bei RWW Spurenstoffen erlangen. RWW befasst sich derzeit und hauptsächlich Perfluorooctonoat (PFOA) identifi- förmiger Aktivkohle, die sie im Zuge ihrer Wasserauf- PFT wird bei der Trinkwasseraufbereitung nur durch intensiv mit der Frage, welche Aktivkohlen besonders ziert werden. bereitung vor der Langsamsandfiltration zeitweise den Einsatz von Aktivkohle reduziert, während andere geeignet und welche Anforderungen an die Reaktivie- dem Rohwasser zudosierten. Aufbereitungsverfahren wie die Flockung und Ozonie- rung zu stellen sind. Die Leistungsfähigkeit der Kohle Bei PFT handelt es sich um eine Gruppe organischer rung hier keine Wirkung zeigen. Da im Mülheimer Ver- wird außerdem im Wasserwerksbetrieb regelmäßig Fluorverbindungen, die eine hohe thermische und che- Die Belastungssituation der unteren Ruhr im Bereich fahren Aktivkohle-Filteranlagen permanent im Einsatz kontrolliert und entsprechende Untersuchungen im mische Stabilität aufweisen und als schmutz-, fett- und Essen/Mülheim war gegenüber der oberen Ruhr sind, ist RWW in der Lage, PFT in der vorhandenen betriebseigenen Aktivkohlelabor vorgenommen. wasserabweisende Hilfsstoffe unter anderem für Textil- deutlich geringer ausgeprägt, da insbesondere die und Papiermaterialien, in der Galvanik- und Photoin- beiden Nebenflüsse Lenne und Volme zu einer Ver- dustrie sowie bei der Teflonherstellung verwendet dünnung der PFOA-Konzentrationen führten. Nach werden. Wegen ihres breiten Anwendungsspektrums maximalen Gehalten der Ruhr bei Mülheim von etwa gelangen sie daher über Einleitungen häuslicher und 130 ng/l im September 2006 verringerten sich die industrieller Abwässer in die Oberflächengewässer Konzentrationen kontinuierlich und sind heute nur und sind daher in der Ruhr und vielen anderen Gewäs- noch sporadisch im Bereich der Bestimmungsgrenze sern im Spurenbereich nachweisbar. Die Belastungen von 10 ng/l nachweisbar. der Ruhr sind allerdings maßgeblich durch die Ausbringung eines mit PFT kontaminierten Bodenhilfsstoffes Bewertung von PFT (gemäß UBA-Ansatz) auf land- und forstwirtschaftlich genutzten Flächen im Da die gültige Trinkwasserverordnung, die die Anfor- Bereich der oberen Ruhr und der Möhne verursacht. derungen an die Trinkwasserqualität bundesweit verbindlich regelt, keine Grenzwerte für PFOA, PFOS und Die PFT-Belastungen der oberen Ruhr mit Werten von andere PFT-Substanzen benennt, hat die zuständige mehr als 300 ng/l für die Einzelsubstanz PFOA führten Trinkwasserkommission des Ministeriums für Gesund- bei den Verantwortlichen zu einem raschen Handeln heit beim Umweltbundesamt am 21. Juni 2006 als und Einleitung von Gegenmaßnahmen. Bereits im Reaktion auf die Belastung der Ruhr eine vorläufige Abbildung 33: PFT-Konzentrationen im RWW-Trinkwasser

20 38 das mülheimer verfahren das mülheimer verfahren Komplexbildner Im Trinkwasser der RWW-Ruhrwasserwerke ist EDTA noch nachweisbar, während die anderen beiden Subs- Die vergleichsweise geringe Eliminationsrate des EDTA ist unter anderem dadurch begründet, dass bei Synthetische organische Komplexbildner sind Stoffe, lotriessigsäure) und DTPA (Diethylentrinitrilopentaes- tanzen DTPA und NTA sehr gut eliminiert werden. Der der Umsetzung von DTPA in der Wasseraufbereitung die zwar nur eine geringe Toxizität für den Menschen sigsäure), die sowohl im Rhein, als auch in der Ruhr Vorsorgewert für Trinkwasser (GOW) des Umweltbun- wiederum EDTA als Metabolit gebildet wird. Untersu- und die Natur haben, aber wegen ihrer guten Wasser- häufig nachzuweisen sind, kaum mikrobiell abbaubar desamtes von 10 μg/l für die Summe EDTA und DTPA chungen der unterschiedlichen Aufbereitungsstufen löslichkeit und ihrer chemischen Eigenschaften (beson- sind und sich auch in der Trinkwasseraufbereitung nur wird bei RWW grundsätzlich eingehalten, trotz teil- des Mülheimer Verfahrens machen deutlich, dass die ders polare Verbindungen) ein aktuelles Thema für sol- schwer entfernen lassen. So können diese Stoffe weise erheblich höherer Rohwasserbelastungen der Langsamsandfiltration/Untergrundpassage, aber ins- che Trinkwasserversorger sind, die wie RWW wegen ihrer polaren Eigenschaften nur sehr schlecht Ruhr. Die Auswertung der Roh- und Trinkwasseranaly- besondere die Ozonierung mit anschließender Mehr- Oberflächenwasser zur Trinkwassergewinnung nutzen. an Aktivkohlen adsorbiert werden. sen am Beispiel des Wasserwerkes Styrum/Ost hin- schicht- und Aktivkohlefiltration den Abbau der Kom- Diese Stoffe werden in den verschiedensten Anwen- sichtlich der Eliminationsleistung des Mülheimer Ver- plexbildner bewerkstelligen. Im Vergleich zu anderen dungsbereichen in der Industrie und sogar als Lebens- Die RWW untersucht seit mehr als zehn Jahren die fahrens erbrachte folgende Durchschnittswerte: Aufbereitungstechnologien, die zum Beispiel Uferfilt- mittelzusatzstoff (zum Beispiel Konserven, Halbfett- Komplexbildner in ihren Roh- und Trinkwässern regel- ration und Aktivkohle einsetzen und beim EDTA/DTPA margarine) eingesetzt und kommen in vielen mäßig und hat somit einen guten Überblick über das Komplexbildner Eliminationsgrad in Prozent Abbauraten von lediglich 30 Prozent erreichen, ist die Produkten vor, die im Alltag verwendet werden. Sie Vorkommen dieser Stoffe in Ruhr und Rhein [15]. Ins- EDTA circa 50 Prozent Konzentrationsabnahme des Mülheimer Verfahrens gelangen daher häufig über den Abwasserpfad in die besondere das EDTA und DTPA kommen häufig in der NTA circa 95 Prozent mit etwa 50 bis 80 Prozent deutlich höher und damit Gewässer. Zu den wichtigsten Komplexbildnern gehö- Ruhr in Konzentrationen oberhalb von 10 μg/l für die DTPA über 99 Prozent effektiver [15]. ren EDTA (Ethylendinitrilotetraessigsäure), NTA (Nitro- Summe beider Parameter vor (siehe Bild 32). Abbildung 34: Komplexbildner in der Ruhr und im Trinkwasser