Härte. Verfahrensoptionen zur zentralen Trinkwasser- enthärtung. Trinkwasser. Kalk und Rost. Kalkablagerungen (Geräte, Armaturen, Tee)

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1 Verfahrensoptionen zur zentralen Trinkwasser- enthärtung Aus dem Netz. Tipps "Kalkablagerung" Hartes Wasser... ein hartes Los für Ihren Haushalt! Kampf dem Kalk Kalk und Rost Ihrer Gesundheit und unserer Umwelt zuliebe Schützen Sie Ihr Eigentum vor Kalk! Dr.-Ing. Sebastian Hesse Dr.-Ing. Günter G Baldauf DVGW - Technologiezentrum Wasser (TZW) Themen Beweggründe aus der Sicht des Verbrauchers und des Wasserversorgers Verfahrenstechnische MöglichkeitenM der Härteverminderung Pro und Contra Beweggründe für f r eine aus Verbrauchersicht Kalkablagerungen (Geräte, Armaturen, Tee) Chemikalienbedarf (Tenside, Entkalker) Komfort (Reinigung, Wartung) Lebensdauer (Geräte, Armaturen) Energiebedarf (Warmwasserbereitung) Korrosion (Hausinstallation) Härte Trinkwasser Mineralwasser Käse Calcium-/Magnesiumgehalte in Lebensmitteln Zucker Pils Fleisch Kartoffeln Vollkornbrot Möhre Hühnerei Sardellen Milch Spinat Grünkohl Nüsse Brie Edamer Emmentaler Calcium * (Richtwert: 1. mg/d) Calciumgehalt in mg/1g Zucker Trinkwasser Mineralwasser Apfel Pils Bockwurst Milch Tomate Fleisch Brötchen Erbsen Banane Spinat Kartoffelchips Vollkornbrot Haferflocken Cashewkerne Magnesium * (Richtwert: 33 mg/d) Magnesiumgehalt in mg/1g Beweggründe aus der Sicht des Wasserversorgers TrinkwV 21: keine Vorgaben DIN 2: Mindesthärte, Härte nicht so hoch, dass der Gebrauch für übliche technische Zwecke im Haushalt unverhältnismäßig stark beeinträchtigt wird DVGW: zentrale prüfen ab 21 dh (ab 17 dh bei größeren Wasserversorgern) Wasserinformation, Arbeitsblatt W235 (in Vorbereitung) Korrosion: Zielwerte für Härte, Karbonathärte, freie Kohlensäure, Neutralsalzgehalt vorgegeben DIN 593, DIN EN 1252, Messing/Entzinkung Mischbarkeit: Versorgungszonen mit unterschiedlicher Härte - DVGW Arbeitsblatt W 216 *Quelle: DGE (2)

2 Messing (Turner-Diagamm) Festlegung der Zielhärte Chlorid in mg/l Entzinkung Säurekapazität K S4,3 in mmol/l Mindestgehalte, die gemäß DIN EN 1252 nicht unterschritten werden sollten: Calcium: 4 mg/l Säurekapazität: 2 mmol/l Aus betriebswirtschaftlicher Sicht: Zielvorgabe: Calcium: ca. 5 mg/l Säurekapazität: ca. 2,5 mmol/l Zum Vergleich Quellwasserbeschaffenheit: Calcium: 2-3 mg/l Säurekapazität: 1-1,5 mmol/l Härte ist nicht gleich Härte H! Kalkflecken Kationen K + Na + Mg 2+ Ca 2+ permanente Härte Anionen NO - 3 SO 4 2- Cl - Korrosion Härte Kesselstein Karbonathärte HCO - 3 Kochtest / Zielvorgaben 4 22 dh (12 mg/l Ca 2+ ) Calciumausfällung, mg/l Calciumausfällung in mg/l 1 dh Karbonathärte in KH - - o Zielvorgabe Härte + Karbonathärte! Zielvorgabe: Härte 1 dh Karbonathärte 2,5 mmol/l (7 KH) Klassische Verfahren der Zentralen Kalkfällung llung Schnellentcarbonisierung Ionenaustausch (CARIX) Weiches Wasser Kalkmilch/ Natronlauge Hartes Wasser Pellets (trübstoffhaltig) Kalküberzug Sandkorn Membranfiltration (Nanofiltration) Fällung : Ca 2+ + HCO 3- + Lauge CaCO 3 +.

3 Stoffströme bei einer zentralen Verfahrensschema Schnellentcarbonisierung ph-wert Wert- Korrektur Vorbe- handlung Hartwasser Verschnitt rtung- anlage Weichwasser Verschnitt Verrieselung Lauge (CO 2 -Dosierung, ph-wertkorrektur) Filtration Speicherung Zusatzstoffe Rückstand (fest/flüssig) ssig) Förderung Pellets Spülung (Luft/Wasser) Absetzbecken Vorfluter Netz Keine Neutralsalzverringerung, geringe hydraulische Flexibilität Betriebserfahrungen - Kalkausfällungen llungen - CARIX (Ionenaustausch) ( + Entsalzung) CO 2-Tank Regeneration (6 bar) Eluat Entsäuerung Ionenaustauscher SEK Förderung Netz Speicherung Konzentrationsausgleich NaOH Härte Kohlensäure Eluat ohne Zusatzstoffe, hoher apparativer Aufwand, Sägezahnverlauf Membranfiltration Membranfiltration ( + Entsalzung) Hartes Wasser + Druck (6-3 bar) Wasser Weiches Wasser Konzentrat (auf ca. 1/5-1/6 eingeengt) Ausbeute: ca. 8 % Verschnitt Säure/Antiscalant Membranfiltration Entsäuerung Permeat Luft Vorfilter Konzentrat Netz Förderung Speicherung Vorfluter? / Kläranlage? Rückhalt Härte/Sulfat: 9-99% Chlorid/Nitrat: 4-9% Kompakte Anlage, Konzentratentsorgung, Nebenziele

4 Scaling Betriebsergebnisse einer NF-Pilotierung (27) Abstellen der Stabilisierung 1 neue Membran saure Reinigung Druck!! saure Reinigung saure Reinigung 1 Verblocken der Membran u.a. Barium-, Strontium-, Calciumsulfate Ausbeute in %, Flux, L/m²/h bei höherem Flux (Ausbeute 75%) reicht Säure allein nicht! 75% Ausbeute mit 2,3 mg/l PS möglich 8% 8% Ausbeute Ausbeute mit 1,2 mg/l mit,6 mg/l PS und 1,2 PS und 1,7 mmol/l HCl mmol/l HCl möglich möglich 8% Ausbeute Ausbeute mit 1,2 mg/l PS Flux nicht möglich Transmembrandruck Transmembrandruck, bar Dosierung eines Antiscalanten erforderlich (derzeit meist auf Phosphatbasis) / 11-Liste, TrinkwV ,1 mmol/l HCl + 1,7 mmol/l HCl + 1,2 mmol/l HCl (phkonz = 7,4 / SI = 1,) 2,3 1,2 Phosphonsäure,6 2,3 mg/l Konzentratentsorgung? Zusammensetzung: Calcium: 5-2. mg/l Sulfat: 2-2. mg/l Chlorid: 5 5 mg/l Nitrat: 5-2 mg/l Spurenstoffe Antiscalant (Phosphat)! Menge: 1 2 % TW? Betonkorrosion (> 6 mg/l Sulfat) Stoffbilanz Wasserwerk Zentrale Wasserwerk + + Vorfluter Behörde? Kläranlage 2-4 Cent/m³ prod. TW Relevant: Antiscalant (Phosphat) / Nitrat Zentrale / ökologischer Aspekt: Geringere mission (dezentrale Maßnahmen) Geringere Schwermetallbelastung im Klärschlamm energieneutral Quelle: TZW, Fraunhofer 24 Randbedingungen für f r die Verfahrenswahl Wasserdargebot, Fremdwasserbezug Wasserbeschaffenheit - Zielwerte Nebenziele (z.b. Entfernung von Spurenstoffen) Anlagenbestand / Infrastruktur Behälterbewirtschaftung Möglichkeiten der Abwasser-, Rückstandsentsorgung Personalbedarf Aufbereitungsziele Hydraulische Flexibilität Zusatzstoffe Fällung Ionenaustausch Membranfiltration und Entcarbonisierung Ca(OH) 2 : mehr Entkarbonisierung NaOH: mehr und Entcarbonisierung; Senkung Nitrat- u. Sulfatkonzentration Gering Mittel Hoch Ca(OH) 2 bzw. NaOH, ggf. Flockungshilfsmittel, CO 2 vor Filtration CO 2, ggf. Antiscalant für Abwasser Senkung der Konzentration aller Ionen, DOC-Entfernung Entkeimung Spurenstoffentfernung H 2 SO 4 od. HCl od. CO 2, ggf. Antiscalant (AS), Reststoffen Pellet / Schlamm Eluat Konzentrat Wasserverlust < 2,5 % Rohwasser 7-2 % Rohwasser 7-2 % Rohwasser Betreuungsaufwand Mittel bis hoch Gering Gering Personalkompetenz Hoch Mittel Mittel Vorbehandlung des Wassers nicht fällungshemmend Fe-/Mn-/ Trübstoffentfernung Fe-/Mn-/ Trübstoffentfernung Nachbehandlung des Wassers Trübstofffiltration, ph-wert-korrektur ph-wert-korrektur Volumenpufferung (Sägezahnkurve) Energiebedarf Niedrig Hoch Hoch Platzbedarf Mittel bis hoch Hoch Gering ph-wert-korrektur, u.u. Aufhärtung in Anlehnung an DVGW W235 (in Vorbereitung)

5 25: Inbetriebnahme SEK MA1 25/26: Pilotierung Pilotierung / zentrale MA2 26/27: Korrosionsversuche Verfahrenstechnische Kosten einer zentralen Gesamtkosten in /m³,5,4,3,2,1 Personal Abwasserentsorgung NF mit Abw. CARIX NF SEK Betriebsmittel Durchsatz in m³/d Quelle: TZW, Fraunhofer 24 Kostenvergleich Gesamtkosten Verfahrenstechnik:,1 bis,5 /m³ Maßnahmen im Haushalt Hartes Wasser zentral im Keller Kosteneinsparpotenziale für r den Verbraucher bei Nutzung weicheren Trinkwassers? Kosteneinsparungen für f r den Verbraucher bei Bezug von weicherem Wasser Angaben in pro Person, 21 dh auf 1 dh Wasch- und Reinigungsmittel 4,58 Enthärter,94 Entkalker 2,94 Regeneriersalz (Spülmaschine),49 Energie-/Wasserverbrauch 2,73 Wartung (Warmwasser) 15,49 Gesamteinsparung p.a. 27,17 Einsparung pro m³ (bei 5 m³/a pro Person),54 Quelle: TZW, Fraunhofer 24 + Dezentrale Anlagen Investition: > 1. Abschreibung 5 /Person/a (> 1 /m³) Betrieb: Kochsalz (ca.,45 kg/m³) Energie/Wasser Wartung (min 1x pro Jahr) Betriebskosten: ca. 43 /Person/a,87 /m³ (Wasserverbrauch: 5 m³/person/a) Quelle: TZW, Fraunhofer 24

6 Kostenvergleich Gesamtkosten Verfahrenstechnik:,1 bis,5 /m³ Umfragergebnisse (TZW/Fraunhofer-Studie 24) Kosteneinsparpotenziale für r den Verbraucher bei Nutzung weicheren Trinkwassers Haushalt:,54 /m³ (ohne technische Maßnahmen) Dezentrale Anlage: >,87 /m³ (zuzügl.investition!) Gemeinde Eichstetten am Kaiserstuhl (26 dh) 54 % beurteilen ihr Trinkwasser sehr gut oder gut 8 % wünschen sich ein Trinkwasser im Härtebereich % nutzen dezentrale Geräte Umfrage Infoveranstaltungen Gemeindebrief Bürgerentscheid Umfrage: "Wären Sie bereit für ein Wasser mit geringerer Härte 15 bis 3 Cent/m³ mehr als derzeit zu bezahlen?" Bürgerentscheid: "Sind Sie dafür, dass künftig k... weiches Wasser genutzt werden soll?" Preiserhöhung: 3 Cent/m³ Wahlbeteiligung: 54 % 62% 25% nein ja 75% nein ja 38% Pro Pro und Contra Zentrale Verringerung der Kalkabscheidung Verminderung des Wasch- und Reinigungsmittelbedarfes Längere Lebensdauer von Geräten und Armaturen Minimierung der Schwermetallgehalte im Trinkwasser und Klärschlamm Kostengünstiger als dezentrale Effektive Kosteneinsparung für den Verbraucher Contra Bau und Betrieb einer sanlage Investitions- und Betriebskosten Erhöhter Personalaufwand Entsorgung von festen bzw. flüssigen Rückständen Wasserpreiserhöhung Fazit: Zentrale Luxus / komplexe Thematik Fallspezifisch durchaus lohnenswert, darüber nachzudenken Aufwand Nutzen