Wasserversorgung I. Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen. Übung zur Vorlesung Wasserver- und Abwasserentsorgung

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1 Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Wasserversorgung I Übung zur Vorlesung Wasserver- und Abwasserentsorgung Stefanie Meyer, M. Sc

2 Wer kann teilnehmen? Pflichtfach Modul Ver- und Entsorgungswirtschaft 6 LP Erasmus, Poolfach auch Belegung der Einzelveranstaltung möglich 3/6 LP Auflagenfach Abhängig von den Vorgaben des Dekanats 3/6LP Übung Wasserversorgung Folie 2

3 Allgemeine Infos Prüfung Donnerstag, , 16:00 bis 18:00 Uhr, Modulklausur Ver- und Entsorgungswirtschaft Hausübungen Sind seit SS13 freiwillig zur Klausurvorbereitung Deadline: Freitag, , 12:00 Uhr Sprechstunden Nach Vereinbarung, Klausurvorbereitung separat Ansprechpartnerin Alexa Bliedung, M.Sc. Tel.: 0531/ Übung Wasserversorgung Folie 3

4 Informationen zur VL auf der Homepage und Stud.IP Stud.IP Veranstaltung: Wasserver- und Abwasserentsorgung Übung Wasserversorgung Folie 4

5 Dateien auf der Homepage / Hausübung freiwillige HAUSÜBUNG Übungen werden ca. 2 Wochen nach Durchführung hier aktuell online gestellt Übung Wasserversorgung Folie 5

6 Zugang zu Daten Kennwort: bachelor Übung Wasserversorgung Folie 6

7 Wasserversorgung - global Übung Wasserversorgung Folie 7

8 Welche Themen der Trinkwasserversorgung wurden behandelt? Übung Wasserversorgung Folie 8

9 Themen der Wasserversorgung Trinkwasser- Gewinnung Aufbereitung Speicherung Verteilung Übung Wasserversorgung Folie 9

10 Welche Trinkwasserquellen werden in Deutschland genutzt? Übung Wasserversorgung Folie 10

11 Gewinnung von Trink- und Betriebswasser in DE Grundwasser 63 % Quellwasser 10 % Angereichertes Grundwasser 10 % Grundwasser 83 % See- und Talsperrenwasser 11 % Uferfiltrat 5 % Flusswasser 1 % Oberflächenwasser 17 % Übung Wasserversorgung Folie 11

12 Welche Belastungen sind zu erwarten? Übung Wasserversorgung Folie 12

13 Wasserinhaltsstoffe und Parameter Grundwassereigenschaften durch geologische Verhältnisse bestimmt O 2 -arm und CO 2 -reich durch mikrobiellen Abbau organischer Stoffe org. C + O 2 CO 2 ph eher niedrig Lösung von Metallen und Härtebildnern (Fe und Mn) höhere Härte Oberflächenwasser durch Zuflüsse bestimmt Eher weich, da keine geogene Lösung von Härtebildnern Meist belastet mit Trübstoffen Kaum Schutz vor anthropogener Belastung z.b. durch Fäkalkeime, organische Stoffe, Nährstoffe Zunehmend anthropogene Belastung (NO 3, PSM, CKWs, HM) Übung Wasserversorgung Folie 13

14 Wasseraufbereitung Welche Aufbereitungsverfahren für Rohwasser kommen in Deutschland in Frage? Übung Wasserversorgung Folie 14

15 Wasserversorgung Aufbereitungsverfahren Einsatz von Zu entferndender Parameter Rechen und Sandfang Grob-/Feststoffe (Organik/Mineralik) Filtration Schnell- und Langsamfilter Eisen/Mangan Fällung und Flockung Entsäuerung Ca(OH) 2, Soda, NaOH Bariumchlorid Natronlauge Belüftung Mamorfiltration Enthärtung (Mg, Ca) Sulfat Eisen Kohlensäure Adsorption Aktivkohle org. Spurenstoffe Ionenaustauscher, biologische Denitrifikation Ionenaustauschharze Nitrat Desinfektion Ozon, UV, Chlor Mikrobiologische Übung Wasserversorgung Folie 15 Verunreinigung

16 Aufbau einer Wasseraufbereitungsanlage? Übung Wasserversorgung Folie 16

17 Wasseraufbereitung Belüftung Flockungssedimentation Filteranlage Reinwasserförderstufe Reinwasserbehälter Wasserfassung Kalkmilchdosierung Schlammbehandlung Schlammwasserbehandlung Übung Wasserversorgung Folie 17

18 Wasserverbrauch Wie viel Wasser verbraucht ein Einwohner durchschnittlich am Tag (Tagesmittelwert)? Übung Wasserversorgung Folie 18

19 Wasserverbrauch Wie viel Wasser verbraucht ein Einwohner durchschnittlich am Tag (Tagesmittelwert)? q dm Q 365 a E [L/(E d)] q dm : Q a : E : Tagesmittelwert des Wasserverbrauchs [L/(E d)] Jahresverbrauch [L/d] Einwohner [E d] ca [L/(E d)] Übung Wasserversorgung Folie 19

20 Wasserverbrauch Wie stark wird der Jahresmittelwert an einzelnen Tagen überschritten? Übung Wasserversorgung Folie 20

21 Jahresganglinie der Wasserabgabe Qd 1968 des WVU Frankfurt a. M. 3 Übung Wasserversorgung Folie 21

22 Wasserverbrauch Tagesspitzenfaktor Ermittlung des maximalen Tagesverbrauchs fd Q Q d,max d,m Q d, max f d Q d, m f d : Tagesspitzenfaktor [ - ] Q d,max : maximaler Tagesverbrauch Q d,m : durchschnittlicher Tagesverbrauch, über das Jahr gemittelt [m³/d] [m³/d] Übung Wasserversorgung Folie 22

23 Wasserverbrauch Wie stark überschreiten Verbrauchsspitzen den maximalen Tagesmittelwert? Übung Wasserversorgung Folie 23

24 Tagesganglinien verschiedener Versorgungsgebiete Ganglinie eines Dorfs Ganglinie einer Großstadt Übung Wasserversorgung Folie 24

25 Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Übung Wasserversorgung Folie 25

26 Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Übung Wasserversorgung Folie 26

27 Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Halbzeit Übung Wasserversorgung Folie 27

28 Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Halbzeit Abpfiff Übung Wasserversorgung Folie 28

29 Wasserverbrauch Ermittlung des maximalen Stundenverbrauchs f h Q Q h,max d,max 24 Q f h, max Qd, max 24 h f h : Stundenspitzenfaktor [ - ] Q d,max : maximaler Tagesverbrauch Q h,max : maximaler Stundenverbrauch [m³/d] [m³/d] Übung Wasserversorgung Folie 29

30 Wasserspeicherung Welche Ziele hat die Trinkwasserspeicherung? Übung Wasserversorgung Folie 30

31 Wasserspeicherung Volumenausgleich von Zulauf und Entnahme Abdecken von Verbrauchsspitzen bei gleichbleibendem Versorgungsdruck Bereitstellung von Löschwasser Wasserreserve zur Überbrückung von Betriebsstörungen bei der Trinkwassergewinnung oder -aufbereitung Übung Wasserversorgung Folie 31

32 Wasserspeicherung Speicheraufbau Übung Wasserversorgung Folie 32

33 Wasserspeicherung Berechnung des Ausgleichsvolumens (fluktuierende Wassermenge) dv dt Q (t) zu Q (t) ab V(t) : Momentanes Volumen gespeicherten Wassers [m³] Q zu (t) : Zufließendes Wasser (Einspeisung) zur Zeit t [m³/h] Q ab (t) : Abfließendes Wasser (Verbrauch) zur Zeit t [m³/h] Übung Wasserversorgung Folie 33

34 Wasserspeicherung Berechnung des benötigten Speichervolumens V Sp = Q Fehlbetrag + Q Überschuss V Sp : Q Fehlbetrag : Q Überschuss : Speichervolumen (fluktuierende Wassermenge) Verbrauch > Zulauf Verbrauch < Zulauf Übung Wasserversorgung Folie 34

35 stündlicher Wasserverbrauch [% des Tagesverbrauchs] Wasserspeicherung Bsp. - Wiederholung (Skript Kap ) Uhrzeit Gesucht: Erforderliches Speichervolumen bei a) Kontinuierlichem Pumpbetrieb b) Reduzierter Pumpzeit: nur 10 h nachts (20-6 Uhr) Übung Wasserversorgung Folie 35

36 relative Summenlinie [%] Wasserspeicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb V 24, V 24,1 Abfluß Zulauf 24 h Pumpbetrieb Uhrzeit V erforderlich = V x,1 (höchster Überschuss) + V x,2 (höchstes Defizit) Übung Wasserversorgung Folie 36 (Skript Kap )

37 relative Summenlinie [%] Wasserspeicherung reduzierter Pumpbetrieb (10 h) V 10, V 10,1 Abfluß Zulauf 10 h Pumpbetrieb ( 20-6 Uhr) Uhrzeit V erforderlich = V x,1 (höchster Überschuss) + V x,2 (höchstes Defizit) Übung Wasserversorgung Folie 37 (Skript Kap )

38 Speicherung Bsp. Schlamm Übung Wasserversorgung Folie 38

39 Speicherung - Aufgabe von [hh] bis [hh] Zentrifuge 1 Zentrifuge X X 1 2 X X 2 3 X X 3 4 X X 4 5 X X 5 6 X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Gesucht Erforderliches Speichervolumen bei: a) Kontinuierlichem Pumpbetrieb b) Reduzierter Pumpzeit: nur 16 h (16-8 Uhr) Übung Wasserversorgung Folie 39

40 [m 3 ] Speicherung Summenlinie Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 40

41 [m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 41

42 [m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 42

43 [m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb V 24h; 2 = 200 m 3 = m V 24h; 1 = 200 m 3 = m Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 43

44 [m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb V 24h; 2 = 200 m 3 = m V 24h; 1 = 200 m 3 = m Uhrzeit [h] V 24h = V 24h; 1 + V 24h; 2 = 400 m 3 Übung Wasserversorgung Folie 44

45 [m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 45

46 [m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 46

47 [m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 47

48 [m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit V 16h; 1 = 100 m 3 = V 16h; 2 = 100 m 3 = Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 48

49 [m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit V 16h; 1 = 100 m 3 = V 16h = V 16h; 1 + V 16h; 2 = 200 m V 16h; 2 = 100 m 3 = Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 49

50 [m 3 ] Speicherung - Lösung V 24h = 400 m 3 =V 24h; 1 + V 24h; 2 V 16h = 200 m 3 =V 16h; 1 + V 16h; 2 V 24h; 2 = 200 m 3 = m V 16h; 1 = 100 m 3 = V 16h; 2 = 100 m 3 = V 24h; 1 = 200 m 3 = m Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 50

51 Wasserförderung Wofür werden Pumpen in der Wasserförderung eingesetzt? Übung Wasserversorgung Folie 51

52 Wasserförderung Ziele der Wasserförderung: Transport vom Ort der Gewinnung zur Aufbereitung Transport von Aufbereitungsanlagen ins Netz bzw. zum Speicher Steigerung des Abflussvermögens bei Verbrauchsspitzen Druckerhöhung für höher gelegene Versorgungsgebiete Förderung von Betriebsmitteln, Abwässern, Schlämmen Übung Wasserversorgung Folie 52

53 Wasserförderung Welche Pumpen werden in der Wasserversorgung eingesetzt? Übung Wasserversorgung Folie 53

54 Wasserförderung Pumpen Kreiselpumpen Schneckenpumpen In der Praxis am häufigsten eingesetzt werden Kreiselpumpen. Übung Wasserversorgung Folie 54

55 Wasserförderung Charakteristika der Leistung einer Pumpe Förderstrom (Q P ): der durch den Druckstutzen der Pumpe geförderte Volumenstrom in einer Zeiteinheit. Förderhöhe (H P ): Energieeinheit, die der Gesamtenergiedifferenz nach Bernoulli zwischen dem Saug- und Druckstutzen der Pumpe entspricht. auf Fördermedium übertragene nutzbare mechanische Energie Q p H p Übung Wasserversorgung Folie 56

56 Wasserförderung Parallelbetrieb zweier Pumpen mit unterschiedlichen Pumpenkennlinien (Drosselkurven) Addition der Fördermengen Förderhöhe bleibt gleich Übung Wasserversorgung Folie 57

57 Wasserförderung Reihenbetrieb zweier Pumpen mit unterschiedlichen Pumpenkennlinien (Drosselkurven) Anlagenkennlinie Addition der Förderhöhen Fördermenge bleibt gleich Übung Wasserversorgung Folie 58

58 Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Beispiel Eine Kreiselpumpe mit folgenden Leistungsdaten fördert auf einer Versorgungsleitung. Wo liegt der Betriebspunkt der Pumpe? Bestimmen Sie Q und H sowohl für den Parallel- als auch den Reihenbetrieb zweier baugleicher Pumpen Anlagenkennlinie Q [m³/h] H [m] 0 22, Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung Folie 59

59 Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Beispiel Eine Kreiselpumpe mit folgenden Leistungsdaten fördert auf eine Versorgungsleitung. Wo liegt der Betriebspunkt der Pumpe? Bestimmen Sie Q und H sowohl für den Parallel- als auch den Reihenbetrieb zweier baugleicher Pumpen Anlagenkennlinie Q [m³/h] H [m] 0 22, Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung Folie 60

60 Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Beispiel Eine Kreiselpumpe mit folgenden Leistungsdaten fördert auf eine Versorgungsleitung. Wo liegt der Betriebspunkt der Pumpe? Bestimmen Sie Q und H sowohl für den Parallel- als auch den Reihenbetrieb zweier baugleicher Pumpen Anlagenkennlinie Parallelbetrieb Q [m³/h] H [m] 0 22, Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung Folie 61

61 Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Beispiel Eine Kreiselpumpe mit folgenden Leistungsdaten fördert auf eine Versorgungsleitung. Wo liegt der Betriebspunkt der Pumpe? Bestimmen Sie Q und H sowohl für den Parallel- als auch den Reihenbetrieb zweier baugleicher Pumpen Anlagenkennlinie Reihenbetrieb Q [m³/h] H [m] 0 22, Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung Folie 62

62 Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Betriebspunkte Reihenbetrieb Anlagenkennlinie Parallelbetrieb Pumpenkennlinie Fördermenge Q [m 3 /h] Q [m³/h] H [m] 1 Pumpe Parallel Reihe 47,5 22,5 Übung Wasserversorgung Folie 63

63 Zusammenfassung Übung Wasserversorgung Folie 64

64 Füllstand [m 3 ] Noch offen gebliebene Fragen Warum startet die Anlagenkennlinie nicht mit einer Verlusthöhe von 0 m? Der Nullpunkt der Anlagenkennlinie wird in derjenigen Höhe angesetzt, welche dem geodätischen Höhenunterschied zw. Saugwasserspiegel und dem höchsten Auslaufpunkt entspricht. Warum muss für die Größe des Speicher neben dem Defizit auch der Überschuss mitberücksichtigt werden? Über die Darstellung des Füllstandes wird deutlich, dass über den Tag der Füllstand des Speichers ein Maximum von 400 m³ (Überschuss + Defizit) erreicht. Der Überschuss wird am Ende des Tages wieder verbraucht und ist daher zu berücksichtigen Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung Folie 65