HISTORIE DER WASSERVERSORGUNG WASSERVERSORGUNG Vollentsalztes Wasser Wasserverteilung 1893 Erste Wasserversorgung in Leverkusen 1909 Beginn der Produktion von entsalztem Wasser in Leverkusen 1912 Erste versorgung am Standort Uerdingen und zeitgleich Bau des ersten Kühlturms zur Kühlwassereinsparung 1917 Bau der ersten versorgung und einer Enthärtungsanlage in Dormagen 1925 Bau des ersten Uerdinger Flusswasserwerks 1925 Beginn der zentralen, kombinierten Elektrizitäts- und Dampfversorgung (Kraft-Wärme-Kopplung) in Leverkusen 1934 Trennung von Betriebs- und am Standort Leverkusen 1939 Bau der ersten Entsalzungsanlage am Standort Uerdingen 1950 Fertigstellung des im Krieg begonnenen Flusswasserwerks in Leverkusen 1957 Errichtung des Wasserwerks Hitdorf und der Fernwasserleitung nach Leverkusen 1958 Erreichen einer produktion von maximal 10.000 m³/h in Uerdingen 1960 Bau des Wasserwerks Monheim und Anschluss an das Leverkusener Wassernetz durch eine Fernwasserleitung nach Hitdorf 1961 Errichtung des ersten Dormagener Kühlturms 1962 Produktion von 400 m³ vollentsalztem Wasser pro Stunde in Leverkusen 1969 Neubau des Leverkusener Flusswasserwerks 1973 Einführung des Schwebebettverfahrens in der VE-Wasser-Produktion zur Reduktion des Salzsäure- bzw. Natronlaugeverbrauchs 1975 Bau eines Teilstromfilters in Uerdingen zur Reduzierung des Schmutzgehalts des s 1983 Nutzung von Abwärme in der VE-Anlage Uerdingen zwecks effizienterer Entgasung 1987 Umbau einer Dormagener VE-Wasser-Anlage auf das Schwebebettverfahren 1994 Modernisierung des werks Hitdorf 1997 Neubau der zentralen Schaltwarte in Leverkusen 2002 Inbetriebnahme des ersten GFK-Kühlturms in Uerdingen 2005 Inbetriebnahme der Pilotanlage zur Kühlturmzusatzwasseraufbereitung mittels Membrantechnologie in Uerdingen 2006 Bau des Rheindükers Monheim-Dormagen zur versorgung 2008 Reorganisation und Verschlankung der Wasserversorgung 2011 Erneuerung des Leitsystems des Flusswasserwerks Uerdingen 2013 Bau eines neuen Kühlturms in Dormagen 2014 Abschluss der Erneuerung des kompletten Leitsystems in Leverkusen Ein Unternehmen von Bayer und LANXESS
WASSERVERSORGUNG Einführung Wasser ist unser wichtigstes Nahrungsmittel. Es ist EINFÜHRUNG Grundvoraussetzung für den Betrieb von Landwirtschaft und damit für die Produktion eines Großteils aller Lebensmittel. Wir setzen Wasser täglich zur Körperpflege, Hygiene sowie im Haushalt ein. Und nicht zuletzt ist sauberes Wasser auch notwendige Bedingung für die meisten industriellen Prozesse. Der erste Grund für Jährlich nutzt die Wasserversorgung von CURRENTA rund 400 Millionen Kubikmeter Wasser zum Kühlen, für die Dampfproduktion, als Lösungsmittel, zum Spülen und als. den Erlass der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL) lautet also nicht umsonst: Wasser ist keine übliche Handelsware, sondern ein ererbtes Gut, das geschützt, verteidigt und entsprechend behandelt werden muss. Trotz seiner existenziellen Bedeutung ist es für uns selbstverständlich, dass sauberes Wasser in der gewünschten Menge fließt, sobald wir den Hahn öffnen. Damit dies im CHEMPARK und den angrenzenden Kommunen so ist, stellen sich die Mitarbeiter der Wasserversorgung von CURRENTA täglich einer Vielzahl Unsere Wässer im Überblick: technischer Herausforderungen. Und da die natürlichen Wasservorkommen egal ob Oberflächen- oder Grundwasser sich zwar ständig erneuern, jedoch Konditioniertes Prozesswasser, nicht in beliebigem Umfang, schonen wir die wertvolle Privathaushalten aus der Leitung gemäß TrinkwV kontrolliert wird; für das in Kühltürmen rückgekühlt und Ressource: Das Wasser, das wir weiter aufbereiten, ist eine kommt. Qualität gemäß TrinkwV. Kühlung, Reinigung etc. mehrfach genutzt wird. ausgewogene Mischung aus Oberflächenwasser (genauer Wasser, wie es auch in Sauberes Wasser, das jedoch nicht gesagt Rheinwasser), Uferfiltrat (ebenfalls Rheinwasser) sowie zu einem geringen Anteil auch Grundwasser. Diese variable Wasserherkunft sorgt gleichzeitig für eine ausgezeichnete Versorgungssicherheit. Oberflächenwasser Uferfiltrat Grundwasser Als Kompetenzstelle für die Chemie des reinen Wassers liefert die Wasserversorgung von CURRENTA an den drei CHEMPARK-Standorten in Leverkusen, Dormagen und Krefeld-Uerdingen zuverlässig die benötigte Menge Wasser in jeder gewünschten Qualität mit insgesamt 400 Millionen Kubikmetern im Jahr mehr als der Tegernsee fasst. Vom über vollentsalztes Wasser Kesselspeisewasser gemäß verordnung (TrinkwV) bis hin zu hochreinem vollentsalzten Wasser. Mittels eigener, langfristiger Wasserrechte, zuverlässiger Produktionsanlagen und hochqualifizierter Mitarbeiter garantieren wir die Versorgungssicherheit der Kunden im CHEMPARK und auch in den angrenzenden Kommunen. Aber die Wasserversorgung liefert mehr als nur Wasser: Sie unterstützt Sie in allen wasserrechtlichen Fragen, Vollentsalztes Wasser Kesselspeisewasser Grundlage für die Dampfproduktion und vorgewärmt. (VE-Wasser) Hochreines Wasser, Wie VE-Wasser, nur konditioniert informiert über aktuelle Themen und vertritt Sie gegenüber Behörden und Institutionen. und Rohstoff für die Produktion. 03
WASSERVERSORGUNG Umsichtige Wasserwirtschaft UMSICHTIGE WASSERWIRTSCHAFT Die Wasserversorgung von CURRENTA ergreift bei der Gewinnung, Nutzung und Aufbereitung des Wassers umfangreiche Maßnahmen zum Schutz von Gewässern und Umwelt. Gemeinsam für den Gewässerschutz Vermeidung von Umweltbeeinflussungen Effizienter Einsatz von Energie Damit eine zuverlässige Förderung sauberen Wassers mit naturnahen Aufbereitungsverfahren auch langfristig möglich bleibt, setzt sich die Wasserversorgung von CURRENTA in Fachverbänden (zum Beispiel in der IAWR-Internationale Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke im Rheineinzugsgebiet) für den Gewässerschutz ein, denn Der Schutz des Wasserzustands [ ] wird zu wirtschaftlichen Vorteilen führen [ ] (EU-WRRL). Darüber hinaus unterhält CURRENTA eigene Partnerschaften mit landwirtschaftlichen Betrieben, um Beeinträchtigungen der Wasserqualität zu verhindern, noch bevor sie entstehen. Durch ein eng geknüpftes Grundwassermessstellennetz sowie mittels hydrogeologischer Modelle überwachen wir die Grundwasserströmungen im Umfeld des CHEMPARKS und gewährleisten eine sichere Wasserversorgung bei gleichzeitigem Schutz des Grundwassers. Dazu erkunden Wasserwirtschaftler von CURRENTA die Voraussetzungen im Boden und erstellen detaillierte Karten, die das Zusammenspiel und Verhalten der Grundwasserströme in Abhängigkeit von Rheinpegel und Bodenschichten darstellen. Genaue Kenntnisse über diese Zusammenhänge sind beispielsweise Voraussetzung für das Bohren von Brunnen. Dabei stehen wir in engem Kontakt zu den verantwortlichen Behörden, denn die wasserrechtliche Situation erfordert immer eine partnerschaftliche Zusammenarbeit mit der zuständigen Bezirksregierung. Auch die Überwachung der Grundwasserströme ist Pflicht. Kontrolle im Kühlturminneren Bei der Wassergewinnung aus Brunnen entnehmen wir hauptsächlich schnell nachströmendes Rheinuferfiltrat, das durch die ufernahen Sande und Kiese aus dem Fluss dort hineingelangt. Dabei wird es durch Adsorption und biologische Abbauprozesse auf natürliche Weise von vielen unerwünschten Inhaltsstoffen gereinigt. Gleichzeitig schonen wir auf diese Weise die Grundwasser-Ressourcen. Die Wasserqualität des Rheins überwachen wir. Schließlich hat sie unmittelbare Auswirkung auf Qualität und Aufbereitungsaufwand von Trink- und im CHEMPARK. Das genutzte sowie gereinigte Kühl- und, das wir zurück in den Rhein leiten, unterscheidet sich erkennbar vom Flusswasser: Es ist deutlich klarer. Allerdings ist es außerdem etwas wärmer. Um die Rheinerwärmung zu minimieren, nutzen wir auch geschlossene Kreisläufe mit Kühltürmen. Den Wasserverlust durch Verdunstung füllen wir wieder auf. Da er lediglich geringfügig ist, reduzieren wir so auch die Entnahmemenge von Frischwasser. Wir und unsere Mitarbeiter nutzen systematisch jede Möglichkeit, um Energie einzusparen. Die jährliche Effizienzsteigerung in der Wasserversorgung betrug in den letzten Jahren rund ein bis zwei Prozent. Die Mitarbeiter tragen mit eigenen Verbesserungsvorschlägen erheblich dazu bei, dass wir unsere Technik permanent verbessern und den Energieverbrauch senken können. Unsere industriellen Kühlsysteme arbeiten viele Male effizienter als beispielsweise Kühlschränke oder Klimaanlagen nach dem Kompressionsprinzip. Während ein haushaltsüblicher Kühlschrank mit einer Kilowattstunde Energie eine Kühlleistung von vier Kilowatt erzielt, erreichen unsere Anlagen mit der gleichen Energie eine Kühlleistung von 150 Kilowatt. 04 05
WASSERVERSORGUNG Wasserentnahmeanlagen WASSERENTNAHMEANLAGEN Kühl- und gewinnt die Wasserversorgung von CURRENTA vornehmlich aus Flusswasserwerken am Rhein, während Brunnen die Grundlage für die Produktion von Trink- und vollentsalztem Wasser liefern. Da wir hinsichtlich der Bezugsquellen unseres Wassers breit aufgestellt und sehr variabel sind, müssen wir es mit unterschiedlichen Entnahmeanlagen in die Aufbereitungseinrichtungen transportieren. Oberflächenwasser entnehmen wir mittels sogenannter Einlaufbauwerke dem Rhein, während wir Uferfiltrat und Grundwasser über Brunnen fördern. Dabei setzen wir sowohl Horizontal- als auch Vertikalfilterbrunnen ein. Einlaufbauwerke im Flusswasserwerk Die Entnahme von Oberflächenwasser aus der fließenden Welle (dem Rhein) erfolgt mithilfe von sogenannten Einlaufbauwerken. Je nach Beschaffenheit des Flussbetts können diese in der Rheinsohle, im Bereich der Uferböschung oder in einer Art Kaimauer realisiert werden. Einlaufbauwerke in der Flusssohle haben den Vorteil, dass sie auch bei niedrigen Pegelständen noch Wasser aufnehmen können. Allerdings dringen mit dem Flusswasser auch größere Mengen Geschiebe ein, weshalb sie bei mittleren und hohen Rheinständen in der Rege nicht betrieben werden. Einlaufbauwerke am Ufer andererseits benötigen zur Funktion einen minimalen Pegelstand und müssen im Falle von aufschwimmenden Verunreinigungen (zum Beispiel Ölfilmen des Flusswassers) auf Höhe des Wellenschlages verschlossen werden. Humus Auenlehm Quartär (sandiger Grobkies, Grundwasserleiter) Tertiär (Feinsand) Betriebs-Wasserspiegel Ruhe-Wasserspiegel Sammelschacht Fassungsrohr Horizontalfilterbrunnen Schematische Darstellung eines Horizontalfilterbrunnens Die Horizontalfilterbrunnen erschließen die rund 20 Meter mächtigen Kiese und Sande der Niederterrasse und Unteren Mittelterrasse des Rheins. Der Schachtdurchmesser beträgt in der Regel rund fünf Meter. In einer Tiefe von knapp 20 Metern gehen sternförmig Filterstränge mit einer Länge zwischen 30 und 60 Metern ab. Die Brunnen sind teilweise seit über 50 Jahren in Betrieb. Einige liegen im natürlichen Überschwemmungsgebiet des Rheins und tragen trotzdem auch bei Rheinhochwasser zur Versorgung des CHEMPARKS bei. Vertikalfilterbrunnen Humus Auenlehm Sand Quartär (sandiger Grobkies, Grundwasserleiter) Äußeres Beobachtungsrohr Inneres Beobachtungsrohr Heberleitung Gegenfilter Aufsatzrohre DN 400 Brunnen dieser Art sind deutlich kleiner als Horizontalfilterbrunnen. Die Filterrohre, durch die das Grundwasser in den Vertikalfilterbrunnen nachströmt, stehen senkrecht und sind Teil des wesentlich engeren Brunnenschachtes. Oberirdisch sichtbar ist bei dieser Brunnenbauart häufig nur ein unscheinbarer Zugangsdeckel im Boden. Steinzeug-Rippenfilter DN 400 Filterkies Saugrohr DN 200 Sumpfrohr DN 400 Tertiär (Feinsand) Bohrdurchmesser 1.00 m Schematische Darstellung eines Vertikalfilterbrunnens 06 07
WASSERVERSORGUNG Aufbereitungsverfahren AUFBEREITUNGSVERFAHREN, Kühlwasser, VE-Wasser und : Zur Aufbereitung wendet die Wasserversorgung von CURRENTA vielfältige Verfahren an. Brunnen Rohwassereintritt Kies-/Sandschüttung Fluss Bodenpassage des Flusswassers Reinwasseraustritt Aufbau einer Filtrationsanlage Schematischer Ablauf der Uferfiltration Zur Produktion von, Kühlwasser, Filtration vollentsalztem und entgastem Wasser sowie greifen wir auf eine ausgewogene Mischung bewährter Bei der Filtration wird das Wasser von oben nach unten und zukunftsorientierter Technologien zurück. Darüber durch Kies- oder Sandfilter geleitet (abhängig von hinaus prüfen wir regelmäßig den Einsatz alternativer der benötigten Reinheit). Während das Wasser durch Aufbereitungsprozesse. Je nach Rohwasserqualität und die Hohlräume der Kiesschüttung fließt, kommen die Art des erzeugten Wassers wenden wir unterschiedliche Schmutzpartikel mit den Körnern des Filtermaterials in Verfahren an, die in unseren Anlagen verschiedenartig Kontakt, lagern sich dort an und werden so zurückgehalten. kombiniert werden. Auf diese Weise von Trübstoffen befreit, verlässt klares Wasser den Filter, das dann bereits qualität Grobreinigung Die Grobreinigung kommt vor allem als erste hat. Uferfiltration Aufbereitungsstufe von Oberflächenwasser (also Rheinwasser) zum Einsatz, das CURRENTA ausschließlich Bei der Uferfiltration wird einem Gewässer, in unserem Fall zur produktion einsetzt. Hier werden dem Rhein, Wasser entnommen, indem wir in Ufernähe stückige Verunreinigungen im Rohwasser entfernt Brunnen bohren. Aufgrund der geringen Entfernung (beispielsweise Holzstücke oder Plastikteile). Dazu leiten zwischen Fluss und Brunnen liefern diese praktisch reines wir das Wasser durch Rechen und Siebe, von denen Flusswasser und nur sehr geringe Mengen Grundwasser. üblicherweise mehrere mit abnehmender lichter Weite Auf seinem Weg aus dem Rhein in den Schacht passiert hintereinandergeschaltet werden. das Wasser die Bodenschichten des Ufers, die wie ein großer Kiesfilter wirken. Neben der mechanischen Entfernung von Schwebstoffen gehen hier außerdem biologische Abbauprozesse vonstatten, die die Reinheit des Wassers weiter verbessern. Das Uferfiltrat ist so ohne weiteres als zu verwenden. Um qualität zu erreichen, sind dann noch weitere Aufbereitungsschritte notwendig. 08 09
WASSERVERSORGUNG Aufbereitungsverfahren WASSERVERSORGUNG Anlagentypen Belüftung und Entsäuerung Ionenaustausch Entgasung Rückkühlung Um Kohlendioxid aus dem Wasser zu entfernen und es gleichzeitig mit Sauerstoff anzureichern, leiten wir es von oben auf eine Rohrgitterkaskade. Als dünner Flüssigkeitsfilm rinnt es die Kaskade hinab und kommt so in intensiven Kontakt mit Luft, die im Gegenstrom von unten nach oben durch die Anlage geführt wird. Die große Oberfläche zwischen Wasser und Luft sorgt für eine effektive Stoffübertragung, so dass Kohlendioxid (vom Wasser an die Luft) und Sauerstoff (aus der Luft ins Wasser) effizient ausgetauscht werden. Adsorption In Adsorptionsfiltern wird das Wasser von Spurstoffen und organischen Verbindungen befreit. Ähnlich wie in Kiesfiltern fließt das Wasser von oben nach unten durch eine Schüttung, die in diesem Fall aus Aktivkohle oder speziellen Harzen besteht. Die Verunreinigungen lagern sich an der Oberfläche des Filtermaterials an und werden dort zurückgehalten. Auf diese Weise entfernen wir beispielsweise organische Verbindungen, die den Geruch oder Geschmack von beeinträchtigen könnten. Im ersten Entsalzungsschritt entfernen wir die positiv geladenen Kationen, beispielsweise Calcium, Magnesium oder Natrium. Dazu fließt das Wasser durch eine feinkörnige Harzschüttung. Die Ionen werden an die Kunstharzkugeln gebunden und ersetzen auf deren Oberfläche H + -Ionen (Protonen), die in das Wasser abgegeben werden. Im folgenden Anionenaustauscher werden dann nach demselben Prinzip die negativ geladenen Anionen (zum Beispiel Sulfat- oder Chloridionen) aus dem Wasser entfernt und durch OH-Ionen von der Harzoberfläche ersetzt. Auf diese Weise werden die Salzionen aus dem Wasser beseitigt. Die von den Harzen der beiden Austauscherstufen an das Wasser abgegebenen H + - und OH -Ionen reagieren miteinander und verbinden sich zu H 2 O Wasser. Neben den Salzionen müssen wir die im Wasser gelösten Gase entfernen, damit wir es für die Dampferzeugung nutzen können. Bei den Gasen handelt es sich im Wesentlichen um Kohlendioxid und Sauerstoff. Ersteres kann wie oben im Abschnitt Entsäuerung beschrieben mittels Rieselern entfernt werden. Um den gelösten Sauerstoff zu beseitigen, setzen wir dem Wasser in Leverkusen und Krefeld-Uerdingen zunächst Wasserstoff zu. Anschließend wird es durch einen mit einem Katalysator gefüllten Kontaktbehälter geleitet, in dem die beiden gelösten Gase miteinander zu Wasser reagieren. Zusätzlich oder auch alternativ (wie in Dormagen) können wir gelöste Gase durch Vakuum entfernen. Dabei saugt man sie sozusagen aus dem Wasser heraus. Stabilisierung Je nach Verwendungszweck der Wässer versetzen wir sie mit unterschiedlichen Stoffen, die das Wachstum von Bakterien, Korrosion oder Muschelbewuchs verhindern. Mit Hilfe von Wasserstoffperoxid oder Chlor verhindern wir biologisches Wachstum und schützen die Aggregate des Wasserkreislaufs, wie Rohrleitungen und Wärmetauscher, vor Effizienzverlusten sowie Verstopfungen. Als Korrosionsinhibitor kommen im für die Dampferzeugung in Kraftwerken bestimmten Wasser zum Beispiel Natronlauge oder Ammoniak zum Einsatz. Die Rückkühlung des in den Kundenbetrieben zu Kühlzwecken genutzten s erfolgt in zentralen Kühltürmen. Dort wird das Wasser in feine Tröpfchen zerstäubt, rieselt über Einbauten im Inneren des Turms hinab und wird in der Kühlturmtasse aufgefangen. Am unteren Ende des Kühlturms tritt seitlich Umgebungsluft ein und wird im Gegenstrom mit dem Wasser in Kontakt gebracht. Ein kleiner Teil des s verdunstet dabei. Die entstehende Verdunstungskälte sorgt für eine effiziente Kühlung des verbleibenden Wassers. Die dann feuchte Luft wird mithilfe eines Ventilators nach oben aus dem Kühlturm abgeführt. Allein durch die Verdunstung kann das Wasser auf bis zu 15 C unter Umgebungs(luft)temperatur abgekühlt werden (je nach relativer Luftfeuchte). Den Wasserverlust durch Verdunstung füllen wir auf. Vorwärmung In einigen Fällen wird das vollentsalzte Wasser, das wir zur Dampfproduktion an Anlagen liefern, bereits vorgewärmt. Dadurch nutzen wir gleichzeitig vorhandene Abwärme, die dann nicht aufwändig an die Umgebung abgeführt werden muss, und erhöhen den Wirkungsgrad der belieferten Anlagen. Flusswasserwerk Einlaufbauwerk Pumpstation Kiessfiltration Rohwasser Rhein Grube Förderpumpen Spülwasser H 2 O 2 /Ag BW -Netz Rückspülwasser Sedimentationsbecken Binnenwasser Direkteinleitung Sedimente rückkühlung Abluft - feucht Zulauf Warmwasser Luftaustritt Wassereintritt Die Verfahren und ihre Einsatzgebiete im Überblick Verfahren Grobreinigung Uferfiltration VE-Wasser Kesselspeisewasser T 1 P Teilstromfilter analytische Kühlwasserüberwachung Rieseleinbauten Zuluft trocken Ablauf Kaltwasser Lufteintritt Wasseraustritt Die Wasserversorgung von CURRENTA besitzt umfangreiches Know-how und langjährige Erfahrung im Umgang mit den oben beschriebenen Verfahren sowie detaillierte Kenntnisse über ihre Stärken und Schwächen. Zusammen mit der Kompetenz von CURRENTA auf dem Gebiet der Automatisierung ermöglicht dies, aus der Vielzahl der infrage kommenden Verfahren die optimale Kombination für die jeweiligen Randbedingungen auszuwählen und so eine hocheffiziente Wasserversorgung sicherzustellen. Kiesfiltration Belüftung Entsäuerung Adsorption Ionenaustausch Entgasung Stabilisierung Luft Abflutung Überlauf Luft P 1 T 1 Zusatzwasser Biozid Inhabitor Dosierung und Überwachung Kanal Absatzbecken Wärmeaustauscher Schematische Darstellung eines Kühlturms Stoffübertragung mit Hilfe einer Rohrgitterkaskade Rückkühlung Vorwärmung 10 11 12
WASSERVERSORGUNG Anlagentypen aufbereitung Aktivkohle Doppelschichtfilter Entsäuerung Netzpumpen Sicherheitschlorung schutzzone Rhein Netz Rohwasserförderung Entsäuerung / Belüftung Filtration und Adoption organischer Wasserinhaltsstoffe Desinfektion Vollentsalzungsanlage VE-Wasseraufbereitungsanlage G 16 Leverkusen 6%ige HCl 3%ige NaOH Leitfähigkeit < 20 µs/cm 3%ige NaOH H + CO 2 OH - H 2 Speicher Na + Mg ++ Ca ++ Rieseler SiO 3 - CO 3 - Cl - SO 4 - - Kationenaustauscher Anionenaustauscher Katalytische O 2 -Reduktion Mischbett Betriebe Luft Kraftwerk Y VE - Wasser Leitfähigkeit < 0,2 µs/cm Leitfähigkeit ca. 700 µs/cm 6%ige HCl schwach saurer Kationenaustauscher Na + Form Neutrafilter schwach saurer Kationenaustauscher H + Form Kanal Herausgeber Currenta GmbH & Co. OHG 51368 Leverkusen Deutschland www.currenta.de 13 Stand: Mai 2014