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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
Aufbereitung
Rohwasser
variabelJahresgangRegen
Trinkwasser
Anforderungengemäss LMV, LMBWiederverkeimungKorrosionVerkrustung
chemischphysikalischhygienisch
Physikalische Parameter
Trübung FTU 90° Suspendierte Stoffe TSS Temperatur °C Geruch Geschmack Oberflächenspannung dyn cm-1
Chemische Parameter Dissolved Organic Carbon DOC Gelöster Sauerstoff O2
Wasserhärte Ca2+, Mg2+
Eisen, Mangan Fe2+, Mn2+
Karbonathärte HCO3-, CO3
=
Nitrat NO3-
Ammonium NH4+
pH Wert -
Nitrat imTrinkwasser
Nitrit + Amine Nitrosamine
Magen
DarmDenitrifikationNitrat Nitrit
Speichel: Nitrit
Nitrit + Hämoglobin Methhämoglobin
NahrungTrinkwasserNitrat
Rohwasserfassung
Ozonierung
Flockung
Schnellfilter
Kalkzugabe
Ozonierung
Aktivkohlefilter
Langsamsandfilter
Netzschutz
Wasserspeicher
Seewasser
Trinkwasser
Stosschlorung
Wasseraufbereitungsverfahren der Wasserversorgung Zürich
Fester Seegrund
RohwasserpumpwerkSchwallentlastung
BodenschlammSeekreide
Ansaugkorb mitFischgitter30 - 60 m tief10 m über Grund
Seewasserfassung ZurAufbereitung
Ozon: O3
Herstellung von Ozon
3 O2 2 O3
Elektrische Energie
Einsatz von Ozon
Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das organischeStoffe auf verschiedenen Wegen teilweise oxidieren odermineralisieren kann. Ev. können die Produkte biologischbesser abgebaut werden.Ozon ist auch ein Desinfektionsmittel.
O2
O3
3 O2 2 O2 + 2 {O} 2 O3
Hochspannungs-Wechselfeld(7 - 12 kV, 300 - 600 Hz)
Trockenluft oder Sauerstoff
Herstellung von Ozon
Ozonerzeuger Abluft zurRestozon-Vernichtung
Zulauf aus derVorbehandlung
Ablaufzur Nach-
behandlung
Ozonierungsreaktor: Kaskade
Rohwasser
Rückspülung,Reinwasser
Filtrat
Mikrosieb 16 - 50 m Rotation
Schema einer Mikrosiebanlage
Flockung: Mitfällung
-- - - -
------ -
- - - --
-----
-- - - -
------
Natürliche Partikelsind negativ geladenund stossen sich ab:Sie sind stabilisiert.
-- - - -
----- - -
- - - --
-----
-- - - -
------
Al SO H O2 4 3 26 6 3( ) Al OH 3( ) H SO+4=
Al OH3
( )
+
+++
Fällung mit Aluminiumsulfat
Flockung mit Polyelektrolyten
Polyelektrolyte sindorganische Makromoleküle,die elektrisch geladen sein können
+
+
++ +
+
-- - - -
-------
- - - --
-----
-- - - -
------
++
++
+Geflockte Partikel
Flockung: Zwei Prozesse1. Neutralisierung der Abstossenden Kräfte:
2. Transport und Kontakt zwischen den Partikeln:
-- - - -
------
+
+ +
-----
-- - - - -
++
++-- - - -
------
++
Mischung undTurbulenz
Chemisch - physikalischeProzesse
Chemikalien Zugabe
Mischung Flockung Sedimentation
Schlammabzug
Beispiel einer Flockungsanlage
Schlammabzug
RohwasserZulauf Klarwasser
Ablauf
Flockungsmitteldosierung
Schlammbett
ZulaufrinneAblaufrinne
Integrierte Flockungs- und Sedimentationsanlage
Rückspülen Filtrieren
RohwasserZulauf
FiltratwasserAblauf
Spülluft-zuführung
Spül-wasser
Schwemmwasser
LuftpolsterSpülluft
Schema einer Schnellfilteranlage
Filterlaufzeit t in Std.
Energieverlust H in mWS
2 - 3 mFilterkornklein Filterkorn
gross
Entwicklung des Filterbettes in den Schnellfilternder Stadt Zürich
Quarzsand0.4 - 1 mm
H = 1m Quarzsand0.4 - 1 mm
Bims0.8 - 2.5 mm
Anthrazit1.5 - 3 mm
Quarz0.4 - 1 mm
Bims 2 - 5 mm
Einkornfilter1940 - 1975vF = 5 m / h
Zweischichtfilter1965 - 1975vF = 10 m / h
Dreischichtfilter1970 - 1975vF = 10 m / h
Mehrschichtfiltration
Quarzsand 0.6 - 1.0 mm
Anthrazit 1.5 - 2.5 mm
Bims 2.5 - 4.5 mm
S = 2.65 g cm-3 dS = 0.8 mm vS = 0.21 m s-1
Nach Stokes:(Laminare Sedimentation)
S = 1.70 g cm-3 dS = 2.0 mm vS = 0.21 m s-1
S = 1.40 g cm-3 dS = 3.5 mm vS = 0.21 m s-1
PartikeleliminationPartikelkonzentration in g m-3
Partikelgrösse in mm
1000
10
0.110-5 10-3 10-1 10
Flockung
Sedimentation
Filtration
Siebe
Rechen
keineAufbereitung
Viren Bakterien Algen
Gitter- und Schichtstrukturdes Kohlenstoffes imGraphit
Kristalline Struktur deraktivierten Kohle
mit grosser innererOberfläche
InnereOberfläche10 Å
Aktivkohle
C
CC
C
CC
C
C
Drainageboden
Sandfilteraufbaumit zunehmenderKorngrösse
Sandfilter mit Körnungum 0.6 mm, H > 0.5 m
Schmutzdecke
FiltrationRohwasser
Aufbau eines Langsamsandfilters
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
-
-
- -----
-
--
-
-Ca2+
2 Na+
Na+
Na+Na+
Na+
Ca2+
Ca2+
2 Na+
Ca2+
Austauscherharz: Körniger, organischer Stoff,der durch elektrostatische Kräfte Ionen binden kann.
Körner mitca. o.5 mmDurchmesser
Mg2+
--
--
--
2 Na+ Na+
Na+
Chemische Enthärtung von Trinkwasser mit Ca(OH)2
Osmose
SalzhaltigesWasser
Entsalztes Wasser
SalzeWasser
Osmotischer Druck
SemipermeableMembran
Umkehrosmose
Hydrostatischer Druck
Produkt-wasser
Aufkonzentriertes,salzhaltiges Wasser
Entsalztes Wasser
SalzeWasser
Roh-wasser
Abwassersalzreich