Tradition und Zukunft naturnaher Systeme und Verfahren in der

Tradition und Zukunft
naturnaher Systeme und Verfahren
in der deutschen Wasserwirtschaft im
internationalen Kontext
DVGW-Forum
Bonn, 9. September 2015
Dr.-Ing. Wolf Merkel
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Naturnahe Aufbereitungsverfahren
Europäisches Fließgewässermemorandum
IAWR, RIWA, AWE, IAWD, AWWR 2013
Wasserwerksstandorte mit > 50 %
Uferfiltratanteil UBA, 2010: S. 19
3
Uferfiltration / Grundwasseranreicherung
Stadtwerke Lichtenfels: http://www.lichtenfels-city.de/images/2006/Mar/03/l_1911.jpg
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2
Typische Aufbereitung nach Bodenpassage
Ozonung
Entsäuerung
Mehrschicht-Filt.
Ozonhaltiges Gas
GAK-Filtration
Injektor
Katalysator / Ozonvernichtung
Voraktivat- /
Aktivkohlefilter
Desinfektion
Korrosionsschutz
Luft +CO2
Treibwasser
Luft
Uferfiltrat
ClO2
Inhibitor
Kontaktbehälter
Reaktionsbehälter
Entsäuerung
+ Zwischenbehälter
Netzpumpe
Trinkwasser
Quelle: HP Rohns, 2014
Beispiel: Düsseldorfer Verfahren
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Einflussgrößen auf die Bodenpassage
Rohwasser
Salze
TOC
Geruch, Geschmack
Schwermetalle
Organik (xenobiot.)
NH4+
Bakterien
Viren
O2
Fluss
Bodenpassage (aerob/anaerob)
Mech.
Filtration
Sorption
Sediment.
Fällung
Mikrobiol.
Abbau
Oxidierte Zone
Reduzierte Zone
Grundwasser
Aufbereitungsrelevant
Refraktärer DOC
Geruch, Geschmack
Refraktäre Organik
Härte
Fe, Mn
(Metalle)
CO2
(Bakterien)
(Viren)
Entnahme von
Uferfiltrat bzw.
angereichertem
Grundwasser
zur weiteren
Aufbereitung
6
3
Aufbereitung nach Bodenpassage
BODENPASSAGE
AUFBEREITUNG
NETZE-SPEICHER TW-INSTALLATION
Flockung
Sedimentation
Ozonung
AOP-Prozesse
Aufbereitungsrelevant
Refraktärer DOC
Geruch, Geschmack
Refraktäre Organik
Härte
Fe, Mn
(Metalle)
CO2
(Bakterien)
(Viren)
Netzrelevant
CAP
Mn
AOC
Desinfektionskapazität
Ultrafiltration
Mehrschicht-Filt.
BAC-Filtration
Entsäuerung
Enthärtung
Desinfektion
Korrosionsschutz
Trinkwasserrelevant
?
Bodenpassage
Niederdruck-UO
IAT-Harze
Einzelprozesse
in verschiedenen
Kombinationen
7
Rohwasser- und Trinkwasserqualität 2013
Zielwert
IAWR
Ruhr
(Essen)
Rhein
(D‘dorf)
Trinkwasser
(Einzelbefunde)
TOC
mg/l
4
3,2 5,4
2,5 3,1
Max 1986
DOC
mg/l
3
2,5 4,1
2,4 3,1
AOX
µg/l
25
8,2
AOS
µg/l
80
EDTA
µg/l
5
3,7
62
179
59
Carbamazepin
Arzneistoff
µg/l
0,1
0,11 0,2
0,04 0,07
bis 0,1 µg/l
Amidotrizoesäure
RKM
µg/l
0,1
0,39 0,77
0,2 0,33
bis 0,3 µg/l
Polyfluorierte
Tenside PFOA+PFOS
µg/l
0,1
0,018 0,05
-
untere ng/l
Acesulfam
Süßstoff
µg/l
1,0
4,3
1,9 1,6
-
Median Max
Median Max
24
-
7
2,3
bis 16
bis 53
15
3,6 5,5
Quellen: Ruhrgütebericht 2013, ARW-Jahresbericht 2013
8
4
Von der Tradition in die Zukunft
Wandel treibt
Modernisierung
1.Rohwasserqualität
2.Klimawandel/
Hochwasser
3.Gesellschaftl.
Wandel
1. Management der Untergrundpassage
2. Modifikation der gesamten Aufbereitungskette
- Essen-Überruhr
- Düsseldorf-Flehe
- Mülheim
3. Grundwasserleiter als Trinkwasserspeicher
4. Optimierung der Oxidation (Ozon, AOP)
5. Membranverfahren, Ionenaustausch
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1. Management der Uferfiltration
 Rohwasser (am Rhein): Hohe Mangankonzentrationen bis 0,6 mg/l
Rohwasser ist eine Mischung aus:
 Uferfiltrat
− keine Reaktion, da oxische Bedingungen
 Grundwasser aus den tertiären Sedimenten
− Strömung durch quartäre Ablagerungen mit Mangan-Coatings nahe der Aquiferbasis
− reduktive Lösung von Manganphasen
Reduktive Kapazität
Quelle: Kuebeck, Bergmann 2015
SPRING®
10
5
2. Modifikation/Erweiterung: WGE (1)
Pumpwerke Westfalenstraße
Brunnen
Bodenpassage
Versickerung
Pumpwerk Horst
Brunnen
Bodenpassage
Versickerung
Schnellfiltration
Schnellfiltration
Flockung (bedarfsw.)
Ozonung
Sedimentation
Quelle: Langenberg, 2015
2. Modifikation/Erweiterung: WGE (2)
Pumpwerke Westfalenstraße
Pumpwerk Horst
Desinfektion
Behälter
Behälter
Entsäuerung
Adsorption
Bodenpassage
Versickerung
Erneuerung/
Umbau
Ergänzung
vorhandene
Schnellfiltration
Flockung (bedarfsw.)
Schnellfiltration
Ozonung
Sedimentation
Das „Neue Essener Verfahren“
Quelle: Langenberg, 2015
13
6
2. Modifikation/Erweiterung: WGE (3)
Besondere Merkmale der WAA-II:
-
Aufbereitungsleistung bis 12.600 m3/h, 75 Mio m3 Jahreskapazität
Vorsorgendes Risikomanagement (Hochwasser, Störfälle)
Chemikalienarme Aufbereitung
Quelle: Niermann, 2013
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2. Modifikation/Erweiterung: SWD (1)
 Erweiterte Kenntnisse über die bestehende Aufbereitungstechnik
 Prüfung alternativer Aufbereitungstechniken:
 Ersatz von Ozon: Katalytische/mikrobiologische Entmanganung
 Mikroschadstoffe entfernen: Nanofiltration (Niederdruck-UO)
 Verzicht auf Chlor: UV-Desinfektion
2-straßige Versuchsanlage
Quelle: Rohns (2014)
15
7
2. Modifikation/Erweiterung: SWD (2)
Quelle: Rohns (2014)
Ausblick: Das „Neue Düsseldorfer Verfahren“
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2. Modifikation/Erweiterung: RWW
 Ersatz von Chlor durch UV
 Aktivkohlemanagement: Entfernung von Mikroschadstoffen und
wirtschaftliche Optimierung (Lens, 2011; Schunk u.Schöpel, 2015)
17
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3. Grundwasserleiter als Trinkwasserspeicher
z.B. durch den Bau einer unterirdischen Dichtwand und damit
zusätzlich Substitution der hydraulischen Schutzinfiltration
Sicherheit, dass ein Hochwasserereignis bis (HQ20) nicht die
Trinkwasserqualität beeinträchtigt. Speichervolumenerhöhung dient
der Versorgungssicherheit (Störfall/ extreme Klimasituationen) und
ist eine Asset-Optimierung für den Wasserwerksverbund.
Quelle: R Roepke, 2012
4. Ozoneinsatz und AOP
Schwankende Rohwasserqualität, Nebenprodukt-Minimierung
 Ozon-Zugabe wird auf den Abbau von Zielsubstanzen optimiert, in
Abhängigkeit von aktueller Belastung („Ozonexposition“), bei
Minimierung der Bromat-Bildung
 Peroxon-Prozess (O3+H2O2) reduziert Bromat-Bildung, bei
schneller Abbaukinetik für viele Mikroschadstoffe
 Nachteil: geringe Desinfektionswirkung
Nahrstedt et al., 2014
19
9
4. Ozoneinsatz und AOP
Schwankende Rohwasserqualität, Nebenprodukt-Minimierung
 Minimierung der Bromat-Bildung
 Nachteil: geringe Desinfektionswirkung
Nahrstedt et al., 2014
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5. Uferpassage + UF (Kelantan, Malaysia)




Uferfiltrat-Aufbereitung bis 14.000 m3/d
Belüftung
Sandfiltration
UF (inge Dizzer, 120 Module,
7.200 m2, Flux 81 l/m2 h)
Zulauf UF/Ablauf
 DOC: bis 4 / 0,7 mg/l
 Trübung: 10 (bis 70) / 0,2 NTU
 Fe: bis 0,8 mg/l / < 2 µg/l
 Chlor-Desinfektion
 Betriebserfahrungen




Quelle: Chew et al. (2015)
Stabile Trinkwasserqualität
Durch Membranfouling deutlicher Reinigungsbedarf, erhöhter Stromverbrauch
Verbesserungen: Uferpassage ausreichend?, Voraufbereitung optimieren
Pilotierung wäre sehr wichtig gewesen
21
10
5. Andijk III: High-End der OFW-Aufbereitung
Speicherbecken (belüftet)
Notstromversorgung
Einlaufkanal
Einlaufbauwerk
Trommelfilter
AOP: UV/H2O2
Keramik-MF (CeraMac®)
4/5 SIX® Kontaktkaskade
GAC-Filter
Reinwasserbehälter
http://pwntechnologies.com/portfolio-item/andijk-iii/
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Zukunft der naturnahen Verfahren
 Robuste Realisierung des Multi-Barrieren-Konzepts
 Hohe Aufbereitungssicherheit
 Bestmögliche Sicherheit gegenüber Störfällen
 Energie- und ressourceneffizient
 Konsequente technologische Weiterentwicklungen




Management der Untergrundpassage
Modulare und bedarfsweise Aufbereitung möglich
Chemikalienarm: UV, Physik. Entsäuerung, on demand, …
Nebenprodukt-minimiert: angepasste Oxidation, AOP, …
 Auf verschiedene Rohwassersituationen anpassbar
 Neue Anforderungen und Kundenerwartungen werden erfüllt
 Breite Anwendung und Entwicklungen im In- und Ausland
23
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Literatur











Bergmann A (2011): Organische Spurenstoffe im Wasserkreislauf, acatech Materialien Nr. 12,
München 2011
Chew CM, Aroua MK, Hussain MA, Wan Ismail WMZ (2015). Practical performance analysis of an
industrial-scale ultrafiltration membrane water treatment plant. J. Taiwan Inst. Chem. Eng. 46
(2015) 132–139.
Kübeck C und Bergmann A (2015). Mangan, Uran, Chrom: Prognose der
Grundwasserbeschaffenheit. Vortrag 2. Hannover-Fachtagung am 24.6.2015.
Langenberg G, Lütz A (2015). Technische Besonderheiten der neuen Trinkwasseraufbereitungsanlage in Essen – Das neue Essener Verfahren. 48. Essener Tagung 2015, 46/146/12.
Lens G (2011). Aktivkohlemanagement – neue Ansätze vom Einkauf bis zur
Reaktivierungsstrategie. 44. Essener Tagung 2011, 17/1-17/12.
Nahrstedt A, Staben N, Lutze H (2014). Dynamisierung der Ozonung zur Sicherung der
Trinkwasserqualität und
zur Optimierung des Ressourceneinsatzes. DVGW-Forum Wasseraufbereitung, Karlsruhe 2014.
Niermann H (2013). Das neue Essener Verfahren. Vortrag beim IWW-Innovationstag am
20.3.2013 bei der WGE in Essen.
Roepke R und Donner C (2012). Sichere Wasserversorgung im Klimawandel. Vortrag auf dem
dynaklim-Symposium am 14.11.2012.
Rohns HP, Konradt N, Wagner C, Baldauf G, Brauch HJ (2014). Modernisierung des
Düsseldorfer Verfahrens. 47. Essener Tagung 2014, 46/1-46/12.
Schmoller C (2014). Uferfiltration – Stand der Technik und neue Herausforderungen für die
weiterführende Trinkwasseraufbereitung an Rhein und Donau. Masterarbeit an der Universität
für Bodenkultur Wien, 174 S.
Schunk D und Schöpel M (2015). Röntgenkonstratmittel in der unteren Ruhr und deren
Elimination in der Trinkwasseraufbereitung bei RWW. 48. Essener Tagung 2015, 47/1-47/9
24
DVGW-Forum Wasseraufbereitung
DIN DVGW NA
„Wasseraufbereitungsverfahren“
Forum Wasseraufbereitung 2015
12. November 2015, Mülheim an der Ruhr






Problemstoffe, Entsäuerung
Membranverfahren
Desinfektion
Rückstände
Wasserverteilung
Dezentrale Anlagen
25
12
Kompetenzfelder
Geschäftsleitung
Dr.-Ing. Wolf Merkel – Lothar Schüller
Wissenschaftliches Direktorium
Wasserressourcen
Prof. Dr. C Schüth
WasserressourcenManagement
Dr. A Bergmann
Wassertechnologie
Prof. Dr.-Ing. S Panglisch
Wasserchemie
Mikrobiologie
Prof. Dr. T Schmidt Prof. Dr. R Meckenstock
Wasserökonomie
& Management
Prof. Dr. A Hoffjan
Wassertechnologie
Wassernetze
Wasserqualität
Angewandte
Mikrobiologie
Wasserökonomie
& Management
Dr. D Stetter
Dr. A Becker
Dr. U Borchers
Dr. G Schaule
Dipl.-Volksw.
A Hein
Ressourcenschutz
Trinkwasseraufbereitung
Korrosionsschutz
Anorganische
Analytik
Biofilme
Monitoring
Wirtschaftlichkeitsanalysen
Integriertes Wasserressourcen-Management
Membrantechnologie
InstandhaltungsStrategien
Organische
Analytik
Hygiene
Toxikologie
Risikomanagement (TRiM®, WSP)
Wassergewinnung
Verfahrenstechnische
Analytik
Materialprüfung
Mikrobiologische
Analytik
Produkt- und
Werkstoffprüfung
Organisation und
Prozesse
RadioaktivitätsAnalytik
Industrielle
Wassersysteme
Anlagen und
Infrastruktur
Systemsimulation
Software
Trinkwasserinstallationen
ADIS® TEIS®
5
IWW Zentrum Wasser
Dr.-Ing. Wolf Merkel
Technischer Geschäftsführer
Tel. 0208 40303-100
Mail [email protected]
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