Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Wasserversorgung I Übung zur Vorlesung Wasserver- und Abwasserentsorgung Stefanie Meyer, M. Sc. 04.05.2016
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 -1 04.05.2016 Folie 2
Allgemeine Infos Prüfung Donnerstag, 16.08.2016, 16:00 bis 18:00 Uhr, Modulklausur Ver- und Entsorgungswirtschaft Hausübungen Sind seit SS13 freiwillig zur Klausurvorbereitung Deadline: Freitag, 15.07.2016, 12:00 Uhr Sprechstunden Nach Vereinbarung, Klausurvorbereitung separat Ansprechpartnerin Alexa Bliedung, M.Sc. E-Mail: a.bliedung@tu-bs.de Tel.: 0531/391-7948 Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 3
Informationen zur VL auf der Homepage und Stud.IP Stud.IP Veranstaltung: Wasserver- und Abwasserentsorgung www.tu-braunschweig.de/isww Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 4
Dateien auf der Homepage / Hausübung freiwillige HAUSÜBUNG Übungen werden ca. 2 Wochen nach Durchführung hier aktuell online gestellt Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 5
Zugang zu Daten Kennwort: bachelor Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 6
Wasserversorgung - global Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 7
Welche Themen der Trinkwasserversorgung wurden behandelt? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 8
Themen der Wasserversorgung Trinkwasser- Gewinnung Aufbereitung Speicherung Verteilung Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 9
Welche Trinkwasserquellen werden in Deutschland genutzt? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 10
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 -1 04.05.2016 Folie 11
Welche Belastungen sind zu erwarten? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 12
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 -1 04.05.2016 Folie 13
Wasseraufbereitung Welche Aufbereitungsverfahren für Rohwasser kommen in Deutschland in Frage? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 14
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 -1 04.05.2016 Folie 15 Verunreinigung
Aufbau einer Wasseraufbereitungsanlage? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 16
Wasseraufbereitung Belüftung Flockungssedimentation Filteranlage Reinwasserförderstufe Reinwasserbehälter Wasserfassung Kalkmilchdosierung Schlammbehandlung Schlammwasserbehandlung Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 17
Wasserverbrauch Wie viel Wasser verbraucht ein Einwohner durchschnittlich am Tag (Tagesmittelwert)? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 18
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. 125-130 [L/(E d)] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 19
Wasserverbrauch Wie stark wird der Jahresmittelwert an einzelnen Tagen überschritten? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 20
Jahresganglinie der Wasserabgabe Qd 1968 des WVU Frankfurt a. M. 3 Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 21
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 -1 04.05.2016 Folie 22
Wasserverbrauch Wie stark überschreiten Verbrauchsspitzen den maximalen Tagesmittelwert? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 23
Tagesganglinien verschiedener Versorgungsgebiete Ganglinie eines Dorfs Ganglinie einer Großstadt Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 24
Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 25
Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 26
Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Halbzeit Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 27
Wasserverbrauch Stundenspitzenfaktor Wasserverbrauch einer englischen Kleinstadt während der Fußballübertragung bei der EM in Portugal 2004: Anpfiff Halbzeit Abpfiff Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 28
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 -1 04.05.2016 Folie 29
Wasserspeicherung Welche Ziele hat die Trinkwasserspeicherung? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 30
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 -1 04.05.2016 Folie 31
Wasserspeicherung Speicheraufbau Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 32
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 -1 04.05.2016 Folie 33
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 -1 04.05.2016 Folie 34
stündlicher Wasserverbrauch [% des Tagesverbrauchs] Wasserspeicherung Bsp. - Wiederholung (Skript Kap. 2.6.3) 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit Gesucht: Erforderliches Speichervolumen bei a) Kontinuierlichem Pumpbetrieb b) Reduzierter Pumpzeit: nur 10 h nachts (20-6 Uhr) Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 35
relative Summenlinie [%] Wasserspeicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb 100 90 80 70 60 50 40 V 24,2 30 20 10 V 24,1 Abfluß Zulauf 24 h Pumpbetrieb 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Uhrzeit V erforderlich = V x,1 (höchster Überschuss) + V x,2 (höchstes Defizit) Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 36 (Skript Kap. 2.6.3)
relative Summenlinie [%] Wasserspeicherung reduzierter Pumpbetrieb (10 h) 100 90 80 70 60 V 10,2 50 40 30 20 10 V 10,1 Abfluß Zulauf 10 h Pumpbetrieb ( 20-6 Uhr) 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Uhrzeit V erforderlich = V x,1 (höchster Überschuss) + V x,2 (höchstes Defizit) Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 37 (Skript Kap. 2.6.3)
Speicherung Bsp. Schlamm Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 38
Speicherung - Aufgabe von [hh] bis [hh] Zentrifuge 1 Zentrifuge 2 0 1 X X 1 2 X X 2 3 X X 3 4 X X 4 5 X X 5 6 X X 6 7 - X 7 8 - X 8 9 - X 9 10 - - 10 11 - - 11 12 - - 12 13 - - 13 14 - X 14 15 - X 15 16 - X 16 17 - X 17 18 - X 18 19 X X 19 20 X X 20 21 X X 21 22 X X 22 23 X X 23 24 X X Gesucht Erforderliches Speichervolumen bei: a) Kontinuierlichem Pumpbetrieb b) Reduzierter Pumpzeit: nur 16 h (16-8 Uhr) Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 39
[m 3 ] Speicherung Summenlinie 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 40
[m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 41
[m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 42
[m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb 1600 1500 1400 1300 V 24h; 2 = 200 m 3 =1200-1000 m 3 1200 1100 1000 900 800 700 V 24h; 1 = 200 m 3 =600-400 m 3 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 43
[m 3 ] Speicherung kontinuierlicher Pumpbetrieb 1600 1500 1400 1300 V 24h; 2 = 200 m 3 =1200-1000 m 3 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 V 24h; 1 = 200 m 3 =600-400 m 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] V 24h = V 24h; 1 + V 24h; 2 = 400 m 3 Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 44
[m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 45
[m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 46
[m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 47
[m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 V 16h; 1 = 100 m 3 =800-700 700 600 V 16h; 2 = 100 m 3 =900-800 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 48
[m 3 ] Speicherung reduzierte Pumpzeit 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 V 16h; 1 = 100 m 3 =800-700 V 16h = V 16h; 1 + V 16h; 2 = 200 m 3 700 600 V 16h; 2 = 100 m 3 =900-800 500 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 49
[m 3 ] Speicherung - Lösung 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 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 =1200-1000 m 3 900 800 700 V 16h; 1 = 100 m 3 =800-700 600 500 V 16h; 2 = 100 m 3 =900-800 400 300 200 V 24h; 1 = 200 m 3 =600-400 m 3 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 50
Wasserförderung Wofür werden Pumpen in der Wasserförderung eingesetzt? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 51
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 -1 04.05.2016 Folie 52
Wasserförderung Welche Pumpen werden in der Wasserversorgung eingesetzt? Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 53
Wasserförderung Pumpen Kreiselpumpen Schneckenpumpen In der Praxis am häufigsten eingesetzt werden Kreiselpumpen. Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 54
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 -1 04.05.2016 Folie 56
Wasserförderung Parallelbetrieb zweier Pumpen mit unterschiedlichen Pumpenkennlinien (Drosselkurven) Addition der Fördermengen Förderhöhe bleibt gleich Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 57
Wasserförderung Reihenbetrieb zweier Pumpen mit unterschiedlichen Pumpenkennlinien (Drosselkurven) Anlagenkennlinie Addition der Förderhöhen Fördermenge bleibt gleich Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 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. 50 45 40 35 30 25 20 15 Anlagenkennlinie Q [m³/h] H [m] 0 22,5 20 20 10 5 0 40 15 60 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 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. 50 45 40 35 30 25 20 15 Anlagenkennlinie Q [m³/h] H [m] 0 22,5 20 20 10 5 0 40 15 60 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 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. 50 45 40 35 30 25 20 15 Anlagenkennlinie Parallelbetrieb Q [m³/h] H [m] 0 22,5 20 20 10 5 0 40 15 60 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 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. 50 45 40 35 30 25 20 15 Anlagenkennlinie Reihenbetrieb Q [m³/h] H [m] 0 22,5 20 20 10 5 0 40 15 60 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fördermenge Q [m 3 /h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 62
Förderhöhe H [m] Wasserförderung - Betriebspunkte 50 45 40 Reihenbetrieb Anlagenkennlinie 35 30 25 20 Parallelbetrieb 15 10 5 0 Pumpenkennlinie 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Fördermenge Q [m 3 /h] Q [m³/h] H [m] 1 Pumpe 40 15 Parallel 45 20 Reihe 47,5 22,5 Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 63
Zusammenfassung Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 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. 400 300 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Uhrzeit [h] Übung Wasserversorgung -1 04.05.2016 Folie 65