Belastung von Trinkwassertalsperren durch gelösten organischen Kohlenstoff: Prognose, Vorsorge, Handlungsoptionen (TALKO)< zurück

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Ultrafiltrationsanlage

Der Anstieg der DOC-Konzentration in Trinkwassertalsperren führt zu einer erheblichen Beeinflussung der Trinkwasseraufbereitung. Diese ergibt sich sowohl aus erhöhten Anforderungen an die DOC-Eliminierung als auch aus der Verringerung der Leistungsfähigkeit in den Talsperrenwasserwerken vorhandener Aufbereitungsstufen.

Ziel der Arbeiten im Rahmen des Teilprojektes „Einfluss des DOC auf die Aufbereitung von Talsperrenwässern“ als Bestandteil des vom BMBF geförderten Forschungsvorhabens „Belastung von Trinkwassertalsperren durch gelösten organischen Kohlenstoff: Prognose, Vorsorge, Handlungsempfehlungen (TALKO)“ war die Erarbeitung methodischer Grundlagen für die Ermittlung der Leistungsgrenzen der in Wasserwerken zur Partikel- und DOC-Eliminierung eingesetzten Verfahren der Flockungs- und Flocken-filtration bei steigendem DOC. Zudem sollten die Einsatzmöglichkeiten der Ultrafiltration bei hohem DOC überprüft werden.

Voraussetzung für die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Aufbereitungsanlagen ist die Prognose der Entwicklung des Flockungsmittelbedarfes in Abhängigkeit vom DOC. Im Ergebnis der Versuche wurde festgestellt, dass die für die Sicherung der Partikeleliminierung erforderliche Mindestflockungsmittelmenge im Wesentlichen vom Flockungs-pH-Wert beeinflusst wird. Eine Abhängigkeit von der DOC-Konzentration bzw. dem Huminstoffanteil am DOC sowie der Art des eingesetzten Flockungsmittels wurde nicht festgestellt. Bei Flockungs-pH-Werten von 6,4 bis 6,8 liegt die für die Partikeleliminierung erforderliche spezifische Mindestflockungsmittelmenge im Mittel bei 0,5 mg Al / mg DOC, bei einem Flockungs-pH-Wert von 5,5 bei 0,3 mg Al / mg DOC. Der durch Flockung eliminierbare DOC wird vom Huminstoffanteil und dessen Molmasseverteilung bestimmt. Unter Verwendung eines linearen Regressionsmodells kann für den konkreten Fall der Flockungsmittelbedarf in Abhängigkeit von der DOC-Konzentration berechnet werden. Sofern eine Prognose bezüglich einer Veränderung der DOC-Zusammensetzung bei Anstieg der DOC-Konzentration vorliegt, ist diese zu berücksichtigen.

Die Ergebnisse der kleintechnischen Versuche zur Einschichtfiltration zeigen, dass eine mit dem Anstieg der DOC-Konzentration im Rohwasser notwendige erhöhte Flockungsmittelzugabe immer zu einem früheren Gütedurchbruch führt. Im Gegensatz zum Gütedurchbruchsverhalten wird der Filterwiderstandsanstieg durch eine Erhöhung der Flockungsmitteldosis nicht wesentlich beeinflusst. Die Filterlaufzeit bis zum Gütedurchbruch verkürzt sich indirekt proportional zur Erhöhung der Flockungsmitteldosis. Bei gleichem Flockungsverhalten des Rohwassers werden unabhängig von der Flockungsmitteldosis und Filtergeschwindigkeit gleiche Flächenbelastungen erreicht. Das Flockungsverhalten bzw. die erreichbare Flächenbelastung unterliegen jedoch rohwasserbedingten Schwankungen, die bei der Ermittlung der zu erwartenden Laufzeiten zu berücksichtigen sind.

Für Mehrschichtfilteranlagen gelten grundsätzlich die gleichen Zusammenhänge. Die FHM-Dosierung bewirkt eine Verzögerung des Gütedurchbruchs bei gleichzeitig schnellerem Anstieg des Filterwiderstandes. Eine höhere Flockungsmitteldosierung führt zu einem früheren Gütedurchbruch, der spezifische Filterwiderstandsanstieg wird dagegen bei gleichbleibender Rohwasserbeschaffenheit nur von der Filtergeschwindigkeit und der Flockungshilfsmitteldosis beeinflusst. Eine Kalkulation der Auswirkungen einer
Erhöhung der Flockungsmitteldosis auf die Filterlaufzeit für Betriebsphasen mit gleichem Flockungsverhalten des Roh-wassers ist nur tendenziell möglich. Eine Einschätzung des Einflusses der Flockungsmitteldosis auf die Filterlaufzeit sollte jedoch ausgehend von den Ergebnissen der Untersuchungen zur Einschichtfiltration über die in der Aufbereitungsanlage erreichte Flächenbelastung möglich sein.

Als Möglichkeiten der Leistungssteigerung von Flockungs- und Flockenfiltrationsanlagen wurden im Vorhaben der Einsatz und die Optimierung der Flockungshilfsmitteldosierung überprüft. Eine Laufzeitverlängerung in Einschichtfilteranlagen ist möglich, sofern der Gütedurchbruch laufzeitbegrenzend ist und sich die Laufzeit bis zum Gütedurchbruch und die Laufzeit bis zur theoretisch hydraulischen Erschöpfung deutlich unterscheiden. Zu beachten ist, dass zwischen Flockungsmittel- und Flockungshilfsmittel-dosierung eine ausreichende Kontaktzeit zur Verfügung steht. Vorteile und damit längere Laufzeiten sind insbesondere bei gröberem Filtermaterial und höheren Grenzfilterwiderständen zu erwarten. In Mehrschichtfilteranlagen wird die maximale Laufzeit bei der Flockungshilfsmitteldosis erreicht, bei der Gütedurchbruch und hydraulische Erschöpfung durch Erreichen des Grenzfilterwiderstandes gleichzeitig eintreten.

Auf der Grundlage der Ergebnisse der Labor- und kleintechnischen Versuche wurde eine Methodik zur Ermittlung des Aufwandes und der Kosten der Trinkwasseraufbereitung in Abhängigkeit vom Rohwasser - DOC erarbeitet. Diese beinhaltet die Ermittlung des Flockungsmittelbedarfes und die Überprüfung der Kapazität der vorhandenen Flockungs- bzw. Flockenfiltrationsstufe in Abhängigkeit vom DOC. Basis der Ermittlung der Aufbereitungskapazität ist die Auswertung der Betriebsdaten, um rohwasserbe-dingte Schwankungen des Flockungsverhaltens zu berücksichtigen. Für die im Ergebnis ermittelten spezifischen Flächenbelastungen kann unter Verwendung der im Projekt entwickelten Modellansätze der Einfluss der Flockungsmitteldosis auf die Filterlaufzeit kalkuliert werden.

Zeigt sich, dass die erforderliche Aufbereitungskapazität in der Anlage bei einem zu erwartenden DOC-Anstieg nicht mehr gesichert werden kann, sollte geprüft werden, ob die Leistungsfähigkeit der bestehenden Anlage erhöht werden kann. Möglichkeiten der Leistungssteigerung sind neben einer Flockungshilfsmitteldosierung die Umstellung auf eine saure Flockung sowie die Umrüstung von Flockungsbecken als Sedimentationsbecken. Ist eine Leistungssteigerung nicht möglich bzw. nicht ausreichend, ist eine Erweiterung der Aufbereitung erforderlich. Für die Sicherung der Partikeleliminierung kann auch bei Wässern mit hohem DOC die Ultrafiltration zum Einsatz kommen. Diese kann in Verbindung mit einer vorgeschalteten Flockung auch bei hohen Flockungsmitteldosen sicher betrieben werden. Kann die erforderliche DOC-Eliminierung durch eine Flockung nicht gesichert werden, ist hierfür eine zusätzliche Aufbereitungsstufe notwendig. Aus derzeitiger Sicht ist ggf. eine Umkehrosmoseanlage einsetzbar. Hierzu liegen keine großtechnischen Erfahrungen vor. In diesem Fall wäre die Ultrafiltration als Vorreinigungsstufe zur Partikelabtrennung einsetzbar, wobei zur Begrenzung des Foulings die Dosierung einer von der Wasserbeschaffenheit abhängigen Mindestflockungsmittelmenge notwendig ist.

Veröffentlichung

Wricke, B.; Bornmann, K.; Plume, St.: Einfluss von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) auf die Aufbereitung von Talsperrenwässern

ewp 6/7 2016, S. 68 - 78

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Burkhard Wricke
Wasserwerkstr. 2
01326 Dresden
Deutschland

Tel.: +49 (0)351 / 85211-0
Fax: +49 (0)351 / 85211-10
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Dipl.-Chem. Katrin Bornmann
Wasserwerkstr. 2
01326 Dresden
Deutschland

Tel.: +49(0)351/85211-14
Fax: +49(0)351/85211-10
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Laufzeit

11/2012 - 10/2015

Förderung

BMBF-Vorhaben 02WT1290B

Projektpartner

Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)

IDUS Biologisch analytisches Umweltlabor GmbH

Kooperationspartner und Förderung

BMBF

DVGW

Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie

Arbeitsgemeinschaft Trinkwassertalsperren ATT

Landestalsperrenverwaltung des Freistaates Sachsen

Talsperrenbetrieb Sachsen-Anhalt (AöR)

Fernwasserversorgung Elbaue-Ostharz GmbH

Zweckverband Fernwasser Südsachsen

Weblink