ZENTRALE TEILENTHÄRTUNG DES TRINKWASSERS

16.09.2015
ZENTRALE TEILENTHÄRTUNG
DES TRINKWASSERS
ZAISENHAUSEN
Dr.-Ing. Sebastian Hesse (15.9.2015)
FRAGESTELLUNGEN
Im vorliegenden Fall: Sehr gute Trinkwasserqualität
-> Zentrale Enthärtung = Komfortmaßnahme
(keine gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich Enthärtung)
Hintergründe
Technik
Kosten/Nutzen
1
16.09.2015
TECHNOLOGIEZENTRUM WASSER (TZW)
Fachzentrum der
Wasserversorgung Wissenschaftlicher
Partner von
Versorgungsunternehmen,
Kommunen und
Behörden
unabhängige und gemeinnützige Einrichtung des
DVGW (Deutsche Vereinigung des Gas- und
Wasserfaches e.V.)
TZW-TÄTIGKEITEN AUF DEM GEBIET DER
ZENTRALEN ENTHÄRTUNG
ca. 40 Machbarkeitsstudien,
TZW/Fraunhofer-Studie 2004
Pilotierungen / großtechnische
Realisierungen
Optimierungen bestehender
Anlagen
Mitarbeit am DVGW-Wasserinfo,
W235-Arbeitsblattreihe
„Zentrale Enthärtung“
Erfahrungsaustausch:
Arbeitskreise, Anlagenbauer,
WV aus den Niederlanden
2
16.09.2015
WV ZAISENHAUSEN
Hochbehälter
Mörsbachbrunnen
Claffenbrunnen
VERSORGUNGSSITUATION
Hochbehälter
(600 m³)
100.000 m³/a
200 – 400 m³/d
Speicherkap.: 600 m³
UV
Mörsbachbrunnen
Bahnbrücken
Claffenbrunnen
Zaisenhausen
1.670 Einwohner
3
16.09.2015
TRINKWASSERBESCHAFFENHEIT
Zaisenhausen
Mörsbachbrunnen
Claffenbrunnen
Calcium (CaCO3)
mg/L
119 (298)
116 (290)
Magnesium
mg/L
30
37
Härte
°dH
23
25
Säurekapazität bis pH 4,3
mmol/L
Chlorid
mg/L
30
27
Sulfat
mg/L
40
127
Nitrat
mg/L
43
38
Korrosionsindex S1
soll < 0,5
0,4
0,6
pH-Wert
-
Calcitabscheidekapazität
bei 90 °C, berechnet
mg/LCaCO3
...6,1...
7,2
> 100
BEWEGRÜNDE AUS DER SICHT DES
VERSORGERS
TrinkwV 2001: Keine Vorgaben
DIN 2000: Mindesthärte, Härte nicht so hoch, dass der
Gebrauch für übliche technische Zwecke im Haushalt
unverhältnismäßig stark beeinträchtigt wird
DVGW: Zentrale Enthärtung prüfen ab 19,6 °dH (3,5 mmol/L)
(ab 70 mg/L Calcitabscheidekapazität bei 90°C)
Wasserinformation, Arbeitsblatt W235 Teile 1 - 3
Korrosion: Einsatzgrenzen für verzinkten Stahl und Kupfer
bzgl. pH-Wert und Basekapazität (Hoher pH-Wert ggf.
nur mit Enthärtung erreichbar), Entzinkung
Mischbarkeit: Versorgungszonen mit unterschiedlicher
Härte - DVGW Arbeitsblatt W 216
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16.09.2015
OPTION ZENTRALE ENTHÄRTUNG
Kalkablagerungen
Foto: TZW
Foto: TZW
(Geräte, Armaturen, Tee)
Chemikalienbedarf
(Tenside, Entkalker)
Komfort
(Reinigung, Wartung,.....)
Lebensdauer
Härte
(Geräte, Armaturen)
Technikaufwand
(Zusatzausstattung)
Energiebedarf
(Warmwasserbereitung)
Korrosion
(Hausinstallation)
KESSELSTEINBILDUNG
300
Ausgefällte Kalkmenge
Kalkausfällung
Ausgefällte Kalkmenge,
mg/L CaCO 3
250
200
6,3
Hydrogencarbonat in mmol/L
150
5,4
100
3,2
DVGW235-1
50
2,7
1,4
2,1
0
0
Foto: TZW
3,9
5
10
15
Härte, °dH
Zielbereich
20
25
derzeit
(24°dH / 6,1 mmol/L)
(8 °dH / 2,5 mmol/L)
5
16.09.2015
WASCHMITTELBEDARF
Fraunhoferstudie 2004
Anzahl der Waschgänge:
Cleverle
42 / Person/a
....
Weißkragen
127 / Person/a
Bsp. Cleverle / normal / 3 €/kg:
hart:
(> 14 °dH)
weich:
(< 8,4 °dH)
165 mL= 140 g
17,6 €/a/Person
95 mL= 80 g
10 €/a/Person
http://imageshack.us/photo/my-images/816/img00072.jpg/
Einsparung: 7,60 €/a/Person
(0,15 €/m³)
KOSTENEINSPARUNG FÜR DEN
VERBRAUCHER
Härteverringerung von „hart“ auf „weich“
gerundete Angaben
Wasch- und Reinigungsmittel
Regeneriersalz (Spülmaschine)
Energie-/Mehrwasserverbrauch
Wartung (Warmwasser)
Gesamteinsparung p.a.
Einsparung pro m³
(Wasserbedarf: 50 m³/a/Person)
Angaben in
€ pro Person/a
8,00
0,50
3,00
15,50
27,00
0,54 (€/m³)
Quelle: TZW, Fraunhofer 2004
6
16.09.2015
WEITERE EINSPARPOTENTIALE
Wasserfilter (20 €),
4 Patronen/Person/a
5 Jahre/2 Pers.-Haushalt
24 €/Person/a (0,48 €/m³)
5 €/Patrone, Austausch alle 6 Wochen
Kaffeeautomat (500 €), 2 Pers.Haushalt, Lebensdauer 10 a -> 8 a
Verlust 100 €/8a
6 €/Person/a
(0,13 €/m³)
Kaffeemaschine (50 €), 2 Pers.Haushalt, Lebensdauer 5 a -> 4 a
Verlust 10 €/4a
1,2 €/Person/a
(0,03 €/m³)
Perlator (1 €/Stück)
1 €/Person
(0,02 €/m³)
Armaturen, Waschbecken,
Duschvorhang/-kabine, AntikalkBeschichtungen, Aquarium, …
*50 m³/Pers/a
Gastronomie, Waschsalon, Brauerei,
Lebensmittelherstellung
www.google.
www.google.
www.google.
www.google.
KOSTEN DER DEZENTRALEN ENTHÄRTUNG
50 m³/Pers./a*
Investition
Abschreibung
(45 €/Person/a)
Betrieb
2.000 €
0,9 €/m³
Kochsalz (ca. 0,45 kg/m³)
Energie/Wasser
Wartung (min 1x pro Jahr)
43,50 €/P/a
(Salz, Wartung, Strom,
Wasser)
0,9 €/m³
Aufwand pro Person
1,8 €/m³
*Quelle: TZW, Fraunhofer 2004
www.google.
7
16.09.2015
HÄRTE IST NICHT GLEICH HÄRTE
Kalkflecken
(Kalkseife)
tzw
Mg2+
Kesselstein
Ca2+
HCO3www.google.kesselstein
Härte
Karbonathärte
DEZENTRALE ENTHÄRTUNG
Ca2+
2 Na+
www.google.
Gegen-Ion (CO32- ) bleibt – kein Kalkkohlens.Gleichgewicht
Austausch 1 Calcium-Ion gegen 2 Natrium-Ionen:
→ Hohe Salzfracht (50 mg/L Calcium ≡ 58 mg/L Natrium)
Verkeimungspotential hoch
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16.09.2015
ÖKOLOGISCHER ASPEKT
Kläranlage
Wasserwerk
Salze
+Salze
Salze
Zentrale Enthärtung
Wasserwerk
Kläranlage
Salze
Salze
Salze
+Salze
geringerer WM-Bedarf (> 4 Tonnen / Jahr)
geringere Salzemission (dezentr. Enthärtung: 6 Tonnen /Jahr)
energieneutral
Quelle: TZW, Fraunhofer 2004
KORROSION / HÄRTE (VEREINFACHT)
pH-Wert
8
Geringere Metalllöslichkeit
Höhere Metalllöslichkeit
7
weich
hart
Härte
9
16.09.2015
AUSWIRKUNG / ZENTRALE ENTHÄRTUNG
Schwermetallgehalt im
Klärschlamm der
Kläranlage Heppenheim
1400
ab hier
Enthärtung
Gehalt in mg/kg
1200
1000
800
Zink
600
Kupfer
400
200
0
1988
1989
1990
1991
1992
1993
Jahr
GESUNDHEITSASPEKT
Zucker
Zucker
Pils
Trinkwasser
Trinkwasser
Fleisch
Mineralwasser
Trinkwasser
Trinkwasser
Apfel
Kartoffeln
Pils
Mineralwasser
Bockwurst
Vollkornbrot
Milch
Möhre
Tomate
Hühnerei
Fleisch
Sardellen
Brötchen
Käse
Milch
Erbsen
Spinat
Banane
Grünkohl
Spinat
Nüsse
Kartoffelchips
www.google.
www.google.
Vollkornbrot
Brie
Edamer
Haferflocken
Emmentaler
Cashewkerne
0
250
500
750
1.000 1.250
Calciumgehalt in mg/100g
0
100
200
300
Magnesiumgehalt in mg/100g
*Quelle: DGE (2000)
10
16.09.2015
ZWISCHENFAZIT
Es besteht keine Erfordernis einer zentralen
Enthärtung: Das Trinkwasser entspricht den
gesetzlichen Anforderungen
Enthärtung = Komfortmaßnahme
= ökologische und finanzielle Vorteile
Enthärtung = zusätzlicher Aufwand,
Aufgabe des Wasserversorgers (Profi) !
+/-
ZENTRALE ENTHÄRTUNG / KLASSISCHE
VERFAHREN
Fällungsverfahren
Langsam-/Schnellentcarbonisierung
Ionenaustauschverfahren
CARIX
Membranverfahren
Nanofiltration/Umkehrosmose
11
16.09.2015
ZENTRALE ENTHÄRTUNG //
REGIONALE REALISIERUNGEN
WW
Verfahren
Inbetriebnahme
Weingarten
Heidelsheim
Achern
Förch
Bühl / Balzhofen
Rastatt
Bühl / Landmatt
Rheinmünster
Rebland
Bruchsal
Rheinau/Kehl
CARIX
CARIX
SEC / NaOH
Membranfiltration
Membranfiltration
SEC / Kalkmilch
Membranfiltration
Membranfiltration
Membranfiltration
Membranfiltration
Membranfiltration
2002
2006
2008
2009
2010
2010
2011
2012
2013
2013
Im Bau
ZENTRALE ENTHÄRTUNG / PRINZIP
Hartwasser
Weichwasser
Verschnittwasser
18 °dH
Vorbehandlung
Enthärtung
Zusatzstoffe
(Energie, Lauge, AS)
Nachbehandlung
8 °dH
Rückstand
(Pellets, Eluat, Konzentrat)
12
16.09.2015
SCHNELLENTCARBONISIERUNG
Kalküberzug
Sandkorn
Kalkmilch /
Natronlauge
Nachbehandlung
(pH-Wert-Korrektur,
Trübstofffiltration)
Hartes Wasser
Pellets
tzw
IONENAUSTAUSCH / CARIX
tzw
13
16.09.2015
CARIX
100 m³/h (3,4 Mio.€ Invest.)
MEMBRANFILTRATION / PRINZIP
Rohwasser-Verschnitt
Hartes
Wasser
Permeat
Salze
Weiches
Wasser
Konzentrat
„+ Druck“ (6-12 bar)
„+ Antiscalant“
14
16.09.2015
VERFAHRENSSCHEMA
Rohwasserverschnitt
Antiscalant
Membranfiltration
Entsäuerung
(Nachbehandlung)
enthärt.
Luft
Schutzfilter
Konzentrat
Netz
Speicherung
Bild: TZW
MEMBRANFILTRATION / MEERWASSERENTSALZUNG
Druck: 60-80 bar
http://www02.abb.com
15
16.09.2015
MEMBRANFILTRATION (NANOFILTRATION)
Permeatleistung: 3x 60 m³/h
-> Trinkwasser 8°dH: 300 m³/h
tzw
KONZEPTBEISPIEL
Hochbehälter
UV
24°dH
(1/3)
Mörsbachbrunnen
0°dH
Luft
Entsäuerung (2/3)
Claffenbrunnen
8°dH
Membran
(UO)
Konzentrat
(Bach, Kanal)
16
16.09.2015
MÖGLICHE STANDORTE / KONZENTRAT
Hochbehälter
Claffenbrunnen
1 km
0,4 km
Mörsbachbrunnen
0,1 km
Umkehrosmose
Konzentrat
Härte
°dH
120
Säurekapazität bis pH 4,3 mmol/L
30
Chlorid
mg/L
134
Sulfat
mg/L
630
Nitrat
mg/L
180
Phosphat
mg/L
...3
Kohlbach
ERWARTETE TRINKWASSERBESCHAFFENHEIT
gerundet
Calcium
Magnesium
Härte
Säurekapazität bis pH 4,3
pH-Wert
Calcitabscheidekapazität bei
der Temperatur von 90 °C
Chlorid
Sulfat
Nitrat
S1 (DIN EN 12502)
(ideal
(*)Claffenbrunnen
mg/L
mg/L
°dH
mmol/L
mg/L
CaCO3
mg/L
mg/L
mg/L
< 0,5)
Trinkwasser Enthärtetes
(derzeit)
Trinkwasser*
100
41
30
10
24 (hart)
8 (weich)
6,1
2,1
7,2
7,8
100
25
30
40-112
45
0,5
10
14
15
0,4
= UO, Mörsbachbrunnen = Verschnitt
...Spurenstoffe ? (ca. – 50 %)
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16.09.2015
KOSTEN DER ZENTRALEN ENTHÄRTUNG
Investition (110.000 m³/a, 8°dH, Verkauf 100.000 m³/a)
Membrantechnik, Riesler,
250.000 €
Brunnenpumpe, MSR-Technik
Gebäude, Konz-Leitung
150.000 €
Planung / Sonstiges
80.000 €
Betrieb, Membranersatz,
22.000 €/a
Wartung (ohne Personal)
Gesamtkosten
57.000 €/a (0,57 €/m³)
Abwassergebühr (0,3 €/m³)
5.000 €/a (0,05 €/m³)
FAZIT
Zentrale Enthärtung:
Gemeinsame Komfortmaßnahme
Ökologisch / ökonomisch sinnvoll
Kosten: ca. 0,6 €/m³ (kostenneutral gegenüber Einsparungen)
(? Leitungen, Konzentratableitung, Unterbringung..)
Realisierung/Betrieb erfolgt durch Profi
Gewährleistung gemäß Trinkwasserverordnung
Dezentrale Enthärtung:
Individuelle Komfortmaßnahme
wesentlich teurer, auch wenn nur eine Teilmenge enthärtet
wird
Kalkkohlensäure-Ungleichgewicht / Korrosion
Wartung / Hygiene / Kontrolle?
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16.09.2015
MÖGLICHE VORGEHENSWEISE
Stimmungsbild / Bereitschaft einer zentralen
Enthärtung trotz Wasserpreiserhöhung, Besichtigung
einer Anlage (z.B. Bruchsal)
-> Vorentscheidung (GR)
Konzepterstellung, standortspezifische Betrachtungen,
Ermittlung fehlender Daten/Analysen, Anlagenauslegung, Kosten-/Nutzen-Rechnung, Bürgerinfo
(TZW)
Klärung: Konzentratableitung, Leitungsbau,
Involvierung der zuständigen Behörden,
Genehmigungsoption-> Entscheidung (GR)
Planung / Umsetzung (Ing.-Büro / Anlagenbauer)
(Zeitrahmen ca. 2 Jahre)
DANK & KONTAKT
Weitere Infos: www.TZW.de „Enthärtung“
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