ZENTRALE TEILENTHÄRTUNG DES TRINKWASSERS ZAISENHAUSEN

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1 ZENTRALE TEILENTHÄRTUNG DES TRINKWASSERS ZAISENHAUSEN Dr.-Ing. Sebastian Hesse ( ) FRAGESTELLUNGEN Im vorliegenden Fall: Sehr gute Trinkwasserqualität -> Zentrale Enthärtung = Komfortmaßnahme (keine gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich Enthärtung) Hintergründe Technik Kosten/Nutzen 1

2 TECHNOLOGIEZENTRUM WASSER (TZW) Fachzentrum der Wasserversorgung - Wissenschaftlicher Partner von Versorgungsunternehmen, Kommunen und Behörden unabhängige und gemeinnützige Einrichtung des DVGW (Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.v.) TZW-TÄTIGKEITEN AUF DEM GEBIET DER ZENTRALEN ENTHÄRTUNG ca. 40 Machbarkeitsstudien, TZW/Fraunhofer-Studie 2004 Pilotierungen / großtechnische Realisierungen Optimierungen bestehender Anlagen Mitarbeit am DVGW-Wasserinfo, W235-Arbeitsblattreihe Zentrale Enthärtung Erfahrungsaustausch: Arbeitskreise, Anlagenbauer, WV aus den Niederlanden 2

3 WV ZAISENHAUSEN Hochbehälter Mörsbachbrunnen Claffenbrunnen VERSORGUNGSSITUATION Hochbehälter (600 m³) m³/a m³/d Speicherkap.: 600 m³ UV Bahnbrücken Mörsbachbrunnen Claffenbrunnen Zaisenhausen Einwohner 3

4 TRINKWASSERBESCHAFFENHEIT Zaisenhausen Mörsbachbrunnen Claffenbrunnen Calcium (CaCO 3 ) mg/l 119 (298) 116 (290) Magnesium mg/l Härte dh Säurekapazität bis ph 4,3 mmol/l...6,1... Chlorid mg/l Sulfat mg/l Nitrat mg/l Korrosionsindex S 1 soll < 0,5 0,4 0,6 ph-wert - 7,2 Calcitabscheidekapazität bei 90 C, berechnet mg/lcaco 3 > 100 BEWEGRÜNDE AUS DER SICHT DES VERSORGERS TrinkwV 2001: Keine Vorgaben DIN 2000: Mindesthärte, Härte nicht so hoch, dass der Gebrauch für übliche technische Zwecke im Haushalt unverhältnismäßig stark beeinträchtigt wird DVGW: Zentrale Enthärtung prüfen ab 19,6 dh (3,5 mmol/l) (ab 70 mg/l Calcitabscheidekapazität bei 90 C) Wasserinformation, Arbeitsblatt W235 Teile 1-3 Korrosion: Einsatzgrenzen für verzinkten Stahl und Kupfer bzgl. ph-wert und Basekapazität (Hoher ph-wert ggf. nur mit Enthärtung erreichbar), Entzinkung Mischbarkeit: Versorgungszonen mit unterschiedlicher Härte - DVGW Arbeitsblatt W 216 4

5 OPTION ZENTRALE ENTHÄRTUNG Kalkablagerungen (Geräte, Armaturen, Tee) Chemikalienbedarf (Tenside, Entkalker) Komfort (Reinigung, Wartung,...) Lebensdauer (Geräte, Armaturen) Technikaufwand (Zusatzausstattung) Härte Energiebedarf (Warmwasserbereitung) Korrosion (Hausinstallation) Foto: TZW Foto: TZW Ausgefällte Kalkmenge, mg/l CaCO3 KESSELSTEINBILDUNG Ausgefällte Kalkmenge Kalkausfällung DVGW ,4 2,7 Hydrogencarbonat in mmol/l 3,9 3, Härte, dh Zielbereich (8 dh / 2,5 mmol/l) 2,1 5,4 6,3 derzeit (24 dh / 6,1 mmol/l) Foto: TZW 5

6 WASCHMITTELBEDARF Fraunhoferstudie 2004 Anzahl der Waschgänge: Cleverle 42 / Person/a... Weißkragen 127 / Person/a Bsp. Cleverle / normal / 3 /kg: hart: (> 14 dh) 165 ml= 140 g 17,6 /a/person weich: (< 8,4 dh) 95 ml= 80 g 10 /a/person Einsparung: 7,60 /a/person (0,15 /m³) KOSTENEINSPARUNG FÜR DEN VERBRAUCHER Härteverringerung von hart auf weich gerundete Angaben Angaben in pro Person/a Wasch- und Reinigungsmittel 8,00 Regeneriersalz (Spülmaschine) 0,50 Energie-/Mehrwasserverbrauch 3,00 Wartung (Warmwasser) 15,50 Gesamteinsparung p.a. 27,00 Einsparung pro m³ (Wasserbedarf: 50 m³/a/person) 0,54 ( /m³) Quelle: TZW, Fraunhofer

7 WEITERE EINSPARPOTENTIALE Wasserfilter (20 ), 5 Jahre/2 Pers.-Haushalt 5 /Patrone, Austausch alle 6 Wochen Kaffeeautomat (500 ), 2 Pers.- Haushalt, Lebensdauer 10 a -> 8 a Kaffeemaschine (50 ), 2 Pers.- Haushalt, Lebensdauer 5 a -> 4 a 4 Patronen/Person/a 24 /Person/a (0,48 /m³) Verlust 100 /8a 6 /Person/a (0,13 /m³) Verlust 10 /4a 1,2 /Person/a (0,03 /m³) Perlator (1 /Stück) 1 /Person (0,02 /m³) Armaturen, Waschbecken, Duschvorhang/-kabine, Antikalk- Beschichtungen, Aquarium, Gastronomie, Waschsalon, Brauerei, Lebensmittelherstellung *50 m³/pers/a KOSTEN DER DEZENTRALEN ENTHÄRTUNG 50 m³/pers./a* Investition Abschreibung (45 /Person/a) Betrieb (Salz, Wartung, Strom, Wasser) Aufwand pro Person *Quelle: TZW, Fraunhofer ,9 /m³ 43,50 /P/a 0,9 /m³ 1,8 /m³ Kochsalz (ca. 0,45 kg/m³) Energie/Wasser Wartung (min 1x pro Jahr) 7

8 HÄRTE IST NICHT GLEICH HÄRTE tzw Kalkflecken (Kalkseife) Mg 2+ Kesselstein Ca 2+ HCO Härte Karbonathärte DEZENTRALE ENTHÄRTUNG Ca 2+ 2 Na + Gegen-Ion (CO 3 2- ) bleibt kein Kalkkohlens.Gleichgewicht Austausch 1 Calcium-Ion gegen 2 Natrium-Ionen: Hohe Salzfracht (50 mg/l Calcium 58 mg/l Natrium) Verkeimungspotential hoch 8

9 ÖKOLOGISCHER ASPEKT Wasserwerk Salze +Salze Kläranlage Salze Zentrale Enthärtung Wasserwerk Salze Salze +Salze Kläranlage Salze geringerer WM-Bedarf (> 4 Tonnen / Jahr) geringere Salzemission (dezentr. Enthärtung: 6 Tonnen /Jahr) energieneutral Quelle: TZW, Fraunhofer 2004 KORROSION / HÄRTE (VEREINFACHT) ph-wert 8 Geringere Metalllöslichkeit 7 weich Höhere Metalllöslichkeit hart Härte 9

10 AUSWIRKUNG / ZENTRALE ENTHÄRTUNG Schwermetallgehalt im Klärschlamm der Kläranlage Heppenheim ab hier Enthärtung Gehalt in mg/kg Zink Kupfer Jahr GESUNDHEITSASPEKT Zucker Pils Fleisch Trinkwasser Kartoffeln Zucker Trinkwasser Mineralwasser Apfel Pils Mineralwasser Bockwurst Vollkornbrot Milch Möhre Tomate Hühnerei Fleisch Sardellen Brötchen Milch Erbsen Spinat Banane Grünkohl Spinat Käse Nüsse Brie Edamer Kartoffelchips Vollkornbrot Haferflocken Emmentaler Cashewkerne Calciumgehalt in mg/100g Magnesiumgehalt in mg/100g *Quelle: DGE (2000) 10

11 ZWISCHENFAZIT Es besteht keine Erfordernis einer zentralen Enthärtung: Das Trinkwasser entspricht den gesetzlichen Anforderungen Enthärtung = Komfortmaßnahme = ökologische und finanzielle Vorteile Enthärtung = zusätzlicher Aufwand, Aufgabe des Wasserversorgers (Profi)! +/- ZENTRALE ENTHÄRTUNG / KLASSISCHE VERFAHREN Fällungsverfahren Langsam-/Schnellentcarbonisierung Ionenaustauschverfahren CARIX Membranverfahren Nanofiltration/Umkehrosmose 11

12 ZENTRALE ENTHÄRTUNG // REGIONALE REALISIERUNGEN WW Verfahren Inbetriebnahme Weingarten CARIX 2002 Heidelsheim CARIX 2006 Achern SEC / NaOH 2008 Förch Membranfiltration 2009 Bühl / Balzhofen Membranfiltration 2010 Rastatt SEC / Kalkmilch 2010 Bühl / Landmatt Membranfiltration 2011 Rheinmünster Membranfiltration 2012 Rebland Membranfiltration 2013 Bruchsal Membranfiltration 2013 Rheinau/Kehl Membranfiltration Im Bau ZENTRALE ENTHÄRTUNG / PRINZIP Hartwasser Verschnittwasser Weichwasser 18 dh 8 dh Enthärtung Vorbehandlung Nachbehandlung Zusatzstoffe (Energie, Lauge, AS) Rückstand (Pellets, Eluat, Konzentrat) 12

13 SCHNELLENTCARBONISIERUNG Kalküberzug Sandkorn Kalkmilch / Natronlauge Hartes Wasser Nachbehandlung (ph-wert-korrektur, Trübstofffiltration) Pellets tzw IONENAUSTAUSCH / CARIX tzw 13

14 CARIX 100 m³/h (3,4 Mio. Invest.) MEMBRANFILTRATION / PRINZIP Rohwasser-Verschnitt Hartes Wasser Salze Permeat Weiches Wasser Konzentrat + Druck (6-12 bar) + Antiscalant 14

15 VERFAHRENSSCHEMA Rohwasserverschnitt Antiscalant Membranfiltration Entsäuerung (Nachbehandlung) Schutzfilter enthärt. Konzentrat Luft Netz Speicherung MEMBRANFILTRATION / MEERWASSERENTSALZUNG Bild: TZW Druck: bar 15

16 MEMBRANFILTRATION (NANOFILTRATION) Permeatleistung: 3x 60 m³/h -> Trinkwasser 8 dh: 300 m³/h tzw KONZEPTBEISPIEL Hochbehälter 24 dh (1/3) Luft UV 8 dh Entsäuerung 0 dh (2/3) Mörsbachbrunnen Claffenbrunnen Membran (UO) Konzentrat (Bach, Kanal) 16

17 MÖGLICHE STANDORTE / KONZENTRAT Hochbehälter 1 km Claffenbrunnen 0,4 km Mörsbachbrunnen 0,1 km Umkehrosmose Konzentrat Härte dh 120 Säurekapazität bis ph 4,3 mmol/l 30 Chlorid mg/l 134 Sulfat mg/l 630 Nitrat mg/l 180 Phosphat mg/l...3 Kohlbach ERWARTETE TRINKWASSERBESCHAFFENHEIT gerundet Trinkwasser Enthärtetes (derzeit) Trinkwasser* Calcium mg/l Magnesium mg/l Härte dh 24 (hart) 8 (weich) Säurekapazität bis ph 4,3 mmol/l 6,1 2,1 ph-wert 7,2 7,8 Calcitabscheidekapazität bei mg/l der Temperatur von 90 C CaCO Chlorid mg/l Sulfat mg/l Nitrat mg/l S 1 (DIN EN 12502) (ideal < 0,5) 0,5 0,4 ( * ) Claffenbrunnen = UO, Mörsbachbrunnen = Verschnitt...Spurenstoffe? (ca. 50 %) 17

18 KOSTEN DER ZENTRALEN ENTHÄRTUNG Investition ( m³/a, 8 dh, Verkauf m³/a) Membrantechnik, Riesler, Brunnenpumpe, MSR-Technik Gebäude, Konz-Leitung Planung / Sonstiges Betrieb, Membranersatz, Wartung (ohne Personal) Gesamtkosten Abwassergebühr (0,3 /m³) /a /a (0,57 /m³) /a (0,05 /m³) FAZIT Zentrale Enthärtung: Gemeinsame Komfortmaßnahme Ökologisch / ökonomisch sinnvoll Kosten: ca. 0,6 /m³ (kostenneutral gegenüber Einsparungen) (? Leitungen, Konzentratableitung, Unterbringung..) Realisierung/Betrieb erfolgt durch Profi Gewährleistung gemäß Trinkwasserverordnung Dezentrale Enthärtung: Individuelle Komfortmaßnahme wesentlich teurer, auch wenn nur eine Teilmenge enthärtet wird Kalkkohlensäure-Ungleichgewicht / Korrosion Wartung / Hygiene / Kontrolle? 18

19 MÖGLICHE VORGEHENSWEISE Stimmungsbild / Bereitschaft einer zentralen Enthärtung trotz Wasserpreiserhöhung, Besichtigung einer Anlage (z.b. Bruchsal) -> Vorentscheidung (GR) Konzepterstellung, standortspezifische Betrachtungen, Ermittlung fehlender Daten/Analysen, Anlagenauslegung, Kosten-/Nutzen-Rechnung, Bürgerinfo (TZW) Klärung: Konzentratableitung, Leitungsbau, Involvierung der zuständigen Behörden, Genehmigungsoption-> Entscheidung (GR) Planung / Umsetzung (Ing.-Büro / Anlagenbauer) (Zeitrahmen ca. 2 Jahre) DANK & KONTAKT Weitere Infos: Enthärtung 19