2.2.01 Trinkwasserquelle Talsperren – Die Vorteile des Membranverfahrens

Druckgetriebene Membranverfahren gewinnen bei der Wasseraufbereitung an Bedeutung. Nach mehrjährigen Pilotversuchen nahm im Jahr 2005 in der Nordeifel eine der weltweit größten Ultrafiltrationsmembrananlagen ihren Betrieb auf, die Talsperrenwasser zu Trinkwasser aufbereitet. Die in diese Anlage gesetzten Erwartungen wurden in vollem Umfang erfüllt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierte die im Vorfeld durchgeführten Untersuchungen.

Die hygienischen Anforderungen an die Trinkwasseraufbereitung aus Oberflächenwasser haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Um sie zu erfüllen, sind Membranverfahren Vergleiche: Membranverfahren- > Einsatz eines auf einer Stützschicht aufgebrachten Filters zur Entfernung von feinsten Partikeln bis hin zu gelösten Stoffen aus Abwasser. Der Werkstoff der Filterfläche kann je nach Anwendungsfall aus Edelstahl, Kunststoff oder textilem Gewebe bestehen. eine Lösung mit einem sehr großen Entwicklungspotenzial: Sie können gelöste Stoffe zurückhalten und dienen zugleich als Barriere für Partikel und Mikroorganismen. Die universellen Einsatzmöglichkeiten bei der Meerwasserentsalzung, Abwasserbehandlung sowie Prozess- und Trinkwasserproduktion begründen das Wachstumspotenzial der druckgetriebenen Membranverfahren Mikro- ,Ultra- und Nanofiltration sowie Umkehrosmose.

Die potenziellen Anwendungsfelder der Membranfiltrationsverfahren hängen von den aus dem Rohwasser Unbehandeltes Wasser: bevor es beispielsweise als Trinkwasser aufbereitet oder gereinigt ist. zu entfernenden Störstoffen ab. So gehört die Umkehrosmose Bei der Osmose diffundiert (wandert) ein Lösungsmittel (etwa Wasser) durch eine semipermeable (nur für das Lösungsmittel durchlässige) Membran. Dabei diffundiert das Lösungsmittel vom Bereich mit niedrigerer Konzentration des gelösten Stoffes in den Bereich mit höherer Konzentration. Bei der Umkehrosmose wird der natürliche Osmoseprozess mittels Druck umgekehrt. Die Salze verbleiben dabei vor der Membran und werden als Konzentrat abgeleitet. zur Entsalzung seit langem zum Stand der Technik bei der Aufbereitung von Brack- und Meerwasser zu Trinkwasser. Für die Rohwasseraufbereitung im Binnenland werden vornehmlich die beiden Niederdruckmembranverfahren Vergleiche: Membranverfahren- > Einsatz eines auf einer Stützschicht aufgebrachten Filters zur Entfernung von feinsten Partikeln bis hin zu gelösten Stoffen aus Abwasser. Der Werkstoff der Filterfläche kann je nach Anwendungsfall aus Edelstahl, Kunststoff oder textilem Gewebe bestehen. Ultra- und Mikrofiltration Physikalisches (mechanisches) Membran-(trenn)verfahren (Filtrationsverfahren). Alle Inhaltsstoffe einer Flüssigkeit, die größer als die Membranporen sind, werden von der Membran zurückgehalten. Eine Filtration durch Membranen mit einer Porengröße > 0,1 m wird „Mikrofiltration“, bei Porengrößen größer 0,1 m „Ultrafiltration“ genannt. sowie die Nanofiltration eingesetzt. In jüngster Zeit ist die sehr weitgehende Entfernung von Parasiten und Viren in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Um diese weitgehend partikulären Wasserinhaltsstoffe zu eliminieren, lässt sich sowohl die Mikro- als auch die Ultrafiltration Vergleiche: Mikrofiltration -> Physikalisches (mechanisches) Membran-(trenn)verfahren (Filtrationsverfahren). Alle Inhaltsstoffe einer Flüssigkeit, die größer als die Membranporen sind, werden von der Membran zurückgehalten. Eine Filtration durch Membranen mit einer Porengröße > 0,1 m wird „Mikrofiltration“, bei Porengrößen größer 0,1 m „Ultrafiltration“ genannt. nutzen (wobei die Mikrofiltration die Parasiten praktisch vollständig entfernt, die Ultrafiltration Viren aber eventuell nur unvollständig beseitigt). Für die Entfernung anorganischer Wasserinhaltsstoffe müssen Verfahren mit dichteren Membranen wie die Nanofiltration oder die Umkehrosmose eingesetzt werden.

Gute Kombinationsmöglichkeiten

Für den Erfolg der Membranverfahren mit verantwortlich sind ihre guten Kombinationsmöglichkeiten mit herkömmlichen Verfahren und Techniken der Wasseraufbereitung (z. B. Flockung ist ein Verfahren der Trinkwasseraufbereitung zur Reduzierung vorhandener Trübungen, bei dem unlösliche Stoffe aus dem Wasser in Form voluminöser Teilchen (Flocken) mittels Zugabe von Flockungsmitteln bzw. -hilfsmitteln, wie z. B. Aluminium- und Eisensalzen in Form von Chloriden und Sulfaten, ausgeschieden werden. Die Abtrennung der Flocken erfolgt dann z. B. durch Sedimentation. ). Von Vorteil sind auch die stark gesunkenen Membranpreise sowie der durch Niederdruckmembranen und intelligente Energierückgewinnung wesentlich gesunkene Energiebedarf.

Die Wassergewinnungs- und -aufbereitungsgesellschaft Nordeifel (WAG) betreibt in dem Ort Roetgen seit Ende 2005 eine Membrananlage, die das aus Talsperren gewonnene Wasser für die Trinkwasserversorgung aufbereitet. Die Anlage versorgt rund 500.000 Einwohner der Region Aachen mit Trinkwasser. Mit einer Kapazität von bis zu 7.000 Kubikmetern pro Stunde ist die Anlage eine der weltweit leistungsfähigsten Ultrafiltrationsmembrananlagen zur Trinkwasserproduktion aus Talsperrenwasser. Selbst bei extremen Belastungen des Talsperrenwassers (etwa nach starkem Regenfall) erreicht die Anlage eine Eliminationsleistung für Parasiten und Viren von praktisch 100 Prozent.

Langjährige Vorversuche

Im Vorfeld der Inbetriebnahme hatten die WAG und das IWW Rheinisch-Westfälische Institut für Wasserforschung zusammen mit dem Lehrstuhl für Wassertechnik an der Universität Duisburg-Essen vier Jahre lang Untersuchungen durchgeführt: in mehreren Versuchsanlagen mit Kapazitäten von rund zehn Kubikmetern stündlich sowie in einer Pilotanlage mit einer deutlich höheren Aufbereitungsleistung (ca. 150 m3/h). Parallel erfolgten Pilotversuche mit einer getauchten Saugmembran zur Trinkwasserproduktion und zur Aufbereitung des Spülwassers der Membrananlage. Das BMBF förderte diese Versuche im Rahmen des Verbundprojekts "Hochleistungs-Membrantechnologie“. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse erfolgte durch die Wetzel + Partner Ingenieurgesellschaft mbH (Moers) die Planung der großtechnischen Anlage in Roetgen, wissenschaftlich begleitet vom IWW.

Die Anlage in Roetgen kombiniert Flockung ist ein Verfahren der Trinkwasseraufbereitung zur Reduzierung vorhandener Trübungen, bei dem unlösliche Stoffe aus dem Wasser in Form voluminöser Teilchen (Flocken) mittels Zugabe von Flockungsmitteln bzw. -hilfsmitteln, wie z. B. Aluminium- und Eisensalzen in Form von Chloriden und Sulfaten, ausgeschieden werden. Die Abtrennung der Flocken erfolgt dann z. B. durch Sedimentation. und direkte Ultrafiltration. Durch diese Kombination verringern sich Ablagerungen auf der Filtermembran und damit verbundene irreversible Leistungseinbußen. Die Flocken lagern sich auf der Membranoberfläche ab und stabilisieren den Filtrationsbetrieb. Mit einer optimierten Rückspülung der Membranen lassen sich die Störstoffe dann zusammen mit den Flocken von der Membranoberfläche entfernen. Eine weitere Besonderheit der Anlage ist, dass das schlammhaltige Rückspülwasser aus der Membrananlage mit einer zweiten Membranstufe aufbereitet wird. Das dabei erzeugte Permeat – das durch Filtration von Partikeln gereinigte Wasser – wird dem Rohwasser Unbehandeltes Wasser: bevor es beispielsweise als Trinkwasser aufbereitet oder gereinigt ist. der ersten Stufe wieder zugemischt. So erhöht sich die Ausbeute des Gesamtprozesses auf über 99 Prozent. Die zweite Stufe ist mit einer Aufbereitungskapazität von 630 Kubikmetern in der Stunde ebenfalls eine der weltweit größten Anlagen ihrer Art.

Erwartungen voll erfüllt

Das stabile Betriebsverhalten und die ausgezeichnete Qualität des produzierten Wassers erfüllen die Erwartungen in vollem Umfang. Die Kosten für den Betriebsmitteleinsatz sowie den Kapitaldienst (inklusive der neuen Gebäude) betragen weniger als 0,10 Euro je Kubikmeter Trinkwasser.

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2.2.02 Nachweis von Wasserverunreinigungen

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2.2 Hygiene und Gesundheit