09 SWW Trinkwasseraufbereitung

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Trinkwasseraufbereitung
Ziel:

Übersicht über die Trinkwasseraufbereitung.
 Aufgaben und Funktion der verschiedenen
Verfahrensstufen verstehen.
 Einblick in die Wasserqualität:
- Chemische Grössen
- Hygienische Parameter
- Physikalische Grössen
Aufgabe der Aufbereitung
Rohwasser
variabel
Jahresgang
Regen
Trinkwasser
Aufbereitung
chemisch
physikalisch
hygienisch
Anforderungen
gemäss LMV, LMB
Wiederverkeimung
Korrosion
Verkrustung
Physikalische Parameter

Trübung
 Suspendierte Stoffe
 Temperatur
 Geruch
 Geschmack
 Oberflächenspannung
FTU 90°
TSS
°C
dyn cm-1
Chemische Parameter

Dissolved Organic Carbon
 Gelöster Sauerstoff
 Wasserhärte
 Eisen, Mangan
 Karbonathärte
 Nitrat
 Ammonium
 pH Wert
DOC
O2
Ca2+, Mg2+
Fe2+, Mn2+
HCO3-, CO3=
NO3NH4+
-
Nahrung
Trinkwasser
Nitrat
Magen
Darm
Speichel: Nitrit
Nitrit + Amine
 Nitrosamine
Nitrit + Hämoglobin
 Methhämoglobin
Denitrifikation
Nitrat  Nitrit
Nitrat im
Trinkwasser
Wasseraufbereitungsverfahren der Wasserversorgung Zürich
Stosschlorung
Seewasser
Rohwasserfassung
Ozonierung
Ozonierung
Aktivkohlefilter
Flockung
Langsamsandfilter
Schnellfilter
Netzschutz
Kalkzugabe
Wasserspeicher
Trinkwasser
Seewasserfassung
Ansaugkorb mit
Fischgitter
30 - 60 m tief
10 m über Grund
Zur
Aufbereitung
Rohwasserpumpwerk
Schwallentlastung
Bodenschlamm
Seekreide
Fester Seegrund
Ozon: O3
Elektrische Energie
3 O2
Herstellung von Ozon
2 O3
Einsatz von Ozon
Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das organische
Stoffe auf verschiedenen Wegen teilweise oxidieren oder
mineralisieren kann. Ev. können die Produkte biologisch
besser abgebaut werden.
Ozon ist auch ein Desinfektionsmittel.
Herstellung von Ozon
Trockenluft oder Sauerstoff
O2
O3
3 O2  2 O2 + 2 {O} 2 O3
Hochspannungs-Wechselfeld
(7 - 12 kV, 300 - 600 Hz)
Ozonierungsreaktor: Kaskade
Zulauf aus der
Vorbehandlung
Ozonerzeuger
Abluft zur
RestozonVernichtung
Ablauf
zur Nachbehandlung
Schema einer Mikrosiebanlage
Rückspülung,
Reinwasser
Mikrosieb 16 - 50 mm
Rotation
Rohwasser
Filtrat
Flockung: Mitfällung
- - - - - -
- - - - Natürliche Partikel
- - - -
sind negativ geladen
und stossen sich ab:
Sie sind stabilisiert.
- - - - - -
- - - - - - - -
Fällung mit Aluminiumsulfat
+
Al 2 (SO 4 )3 + 6 H 2 O = 6 H + 3
- - - - +
- - - - - Al(OH)
+
3
+
+ -- - - - - - - -
=
SO 4
+2 Al(OH)3
Flockung mit Polyelektrolyten
Polyelektrolyte sind
organische Makromoleküle,
die elektrisch geladen sein können
+
+
+
+
+
+
+-
-- - - - +
- - - - -
+
Geflockte Partikel
+ -- - - -
- - -
- -- - - - -
+
-
Flockung: Zwei Prozesse
1. Neutralisierung der Abstossenden Kräfte:
+
- - - - +
- - - - +
Chemisch - physikalische
Prozesse
2. Transport und Kontakt zwischen den Partikeln:
+
+
Mischung und
- - - - - - - --+
Turbulenz
- - - +
+
+
Beispiel einer Flockungsanlage
Chemikalien Zugabe
Mischung
Flockung
Sedimentation
Schlammabzug
Integrierte Flockungs- und Sedimentationsanlage
Flockungsmitteldosierung
Rohwasser
Zulauf
Zulaufrinne
Ablaufrinne
Klarwasser
Ablauf
Schlammbett
Schlammabzug
Schema einer Schnellfilteranlage
Rückspülen
Filtrieren
Schwemmwasser
Rohwasser
Zulauf
Spülwasser
Spülluftzuführung
Filtratwasser
Ablauf
Luftpolster
Spülluft
Energieverlust DH in mWS
2-3m
Filterkorn
klein
Filterkorn
gross
Filterlaufzeit t in Std.
Entwicklung des Filterbettes in den Schnellfiltern
der Stadt Zürich
Bims 2 - 5 mm
Quarzsand
0.4 - 1 mm
H = 1m
Einkornfilter
1940 - 1975
vF = 5 m / h
Bims
0.8 - 2.5 mm
Anthrazit
1.5 - 3 mm
Quarzsand
0.4 - 1 mm
Quarz
0.4 - 1 mm
Zweischichtfilter
1965 - 1975
vF = 10 m / h
Dreischichtfilter
1970 - 1975
vF = 10 m / h
Mehrschichtfiltration
Nach Stokes:
(Laminare Sedimentation)
 S  W 
vS  3.3  g  
  dS
 W 
Quarzsand 0.6 - 1.0 mm
S = 2.65 g cm-3 dS = 0.8 mm vS = 0.21 m s-1
Anthrazit 1.5 - 2.5 mm
S = 1.70 g cm-3 dS = 2.0 mm vS = 0.21 m s-1
Bims 2.5 - 4.5 mm
S = 1.40 g cm-3 dS = 3.5 mm vS = 0.21 m s-1
Partikelelimination
Partikelkonzentration in g m-3
1000
Sedimentation
10
Flockung
Rechen
Siebe
Filtration
keine
0.1 Aufbereitung
10-5
10-3
Viren
Bakterien
10-1
10
Partikelgrösse in mm
Algen
Aktivkohle
Gitter- und Schichtstruktur
des Kohlenstoffes im
Graphit
C
C
C
C
10 Å
C
C
C
C
Kristalline Struktur der
aktivierten Kohle
mit grosser innerer
Oberfläche
Innere
Oberfläche
Aufbau eines Langsamsandfilters
Schmutzdecke
Filtration
Rohwasser
Sandfilter mit Körnung
um 0.6 mm, H > 0.5 m
Sandfilteraufbau
mit zunehmender
Korngrösse
Drainageboden
Wasseraufbereitung
 Hygiene: Desinfektion
 Partikel, Trübung, Feststoffe
 Gelöste organische Stoffe
 Salze: Wasserhärte
 und  gehören zusammen:
Partikel schützen Keime
schützt vor Wiederverkeimung, Toxizität, ...
schützt vor Korrosion, erleichtert
Waschprozesse
Ionenaustausch
2 Na+
Ca2+
Körner mit
ca. o.5 mm
Durchmesser
2
Na+
- Na+ - 2+
Ca
+
Na Na+
- - + +
Na
Na - +
- - Na -
Ca2+
Mg2+
2 Na+
Ca2+
Austauscherharz: Körniger, organischer Stoff,
der durch elektrostatische Kräfte Ionen binden kann.
Chemische Enthärtung von
Trinkwasser mit Ca(OH)2
CaCO3 + CO2
 Ca2+ + 2 HCO32 HCO3 CO3= + CO2 + H2O
Enthärtung
CO2 + H2O (Photosynthese)
 CH2O + O2 (Biomasse)
natürlich
CO3= + Ca2+
 CaCO3 (Seekreide)
Brennen von Kalk CaCO3 (Abbau) brennen 650°C  CaO + CO2
Löschen von Kalk CaO + H2O
löschen
 Ca(OH)2
Ca2+ + 2 HCO3- + Ca(OH)2
2 Ca2+ + 2 CO3= + 2 H2O
Enthärtung

=
technisch
(HCO3 + OH  CO3 + H2O)
2 CaCO3
Verwitterung
Osmose
Semipermeable
Membran
Wasser
Salze
Entsalztes
Wasser
Salzhaltiges
Wasser
Osmotischer Druck
Umkehrosmose
Hydrostatischer Druck
Produktwasser
Rohwasser
Wasser
Salze
Entsalztes
Wasser
Aufkonzentriertes,
salzhaltiges Wasser
Abwasser
salzreich
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