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Wie wird Wasser zu Trinkwasser? Eine Präsentation von Steffen Heimburger & Johannes Meyer Hydrologie Kolloquium SoSe 2012 Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch.

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1 Wie wird Wasser zu Trinkwasser? Eine Präsentation von Steffen Heimburger & Johannes Meyer Hydrologie Kolloquium SoSe 2012 Prof. Dr. rer. nat. Manfred Koch

2 Gliederung 1. Einführung und Allgemeines 1.1 Wasservorkommen und Wassernutzung 1.2. Wasserbedarf 2.Trinkwassergewinnung 2.1 Grundwasser 3. Trinkwasseraufbereitung 3.1 Verfahrensstufen 3.2 Nachteile der Trinkwasseraufbereitung 4. Trinkwasserverteilung 4.1 Problempunkt Wasserleitungen 5. Qualitätsanforderungen an unser Trinkwasser 5.1 Weiches und hartes Wasser 6. Fazit 7. Quellenangabe 2

3 1.1 Wasservorkommen auf der Erde Die Erde ist zu 70% mit Wasser bedeckt Das ergibt ca. 1,4 Billiarden Liter Wasser Davon sind 97,5% Salzwasser Nur 2,5% Süßwasser Diese 2,5% stehen dem Menschen aufgrund von technischen, technolo- gischen, topografischen und wirtschaftlichen Grenzen auch nicht vollständig zur Verfügung 3

4 1.2 Wasserbedarf 4

5 Durch eine sparsame Wassernutzung sind die Wasserentnahmen in den letzten 20 Jahren um fast 30% zurückgegangen Das verfügbare Wasserdargebot Deutschlands liegt bei ca. 188 Mrd. m 3 davon werden aber nur rund 20% als Trinkwasser aufbereitet 5

6 2. Trinkwassergewinnung Gewinnung in der Regel aus folgenden Quellen: Grundwasser aus natürlichen Vorkommen aus extra angereichertem Wasser Oberflächengewässer aus Flüssen, Seen und Talsperren Quellwasser Niederschlagswasser (Regenwassersammelanlagen) 6

7 2.1 Grundwasser Nach DIN 4049: Unterirdisches Wasser, das die Hohlräume der Erdrinde zusammenhängend ausfüllt und dessen Bewegung ausschließlich von der Schwerkraft und den durch die Bewegung selbst auslösenden Reibungskräften bestimmt wird Nach Wasserhaushaltsgesetz (WHG): Unterirdisches Wasser in der Sättigungszone, das in unmittelbarer Berührung mit dem Boden oder dem Untergrund steht 7

8 Merkmale des Grundwassers Sehr hoher Reinheitsgrad Relativ konstante Temperatur bei ca. 10°C Zeigt kaum Qualitätsschwankungen geringe Fließgeschwindigkeiten (i.d.R m/d) Grundwasserneubildung Überwiegend aus Infiltration von Niederschlag Geringer Teil durch infiltriertes Wasser aus Flüssen und Seen Eine sinnvolle Haushaltung des Grundwassers ist unabdingbar für eine nachhaltige Nutzung! 8

9 Grundwasservorkommen Weltweit 30% des gesamten Süßwassers auf der Erde besteht aus Grundwasser Sämtliche Kontinente (außer Antarktis) sind von relativ homogenen Grundwasser unterlagert 9

10 Grundwasser in Deutschland Fast 50% der deutschen Landesfläche weist ein reich- haltiges Vorkommen an Grundwasserleitern auf Rund 12% der Fläche wird von Kluft- und etwa 6% von Karstgrundwasserleitern eingenommen Etwa ein Drittel Deutschlands verfügt nur über lokale und geringe Grundwasservorkommen 10

11 Grundwasserförderung Vertikale Fassung durch Schlag-, Schacht- oder Spülbrunnen anhand von in den Boden eingerammte Filterrohre Erfassung durch Horizontalfilter- brunnen mittels waagerecht vorgetriebener Filterrohre Und durch Uferfiltration 11

12 Verfahren zur Erkundung von Grundwasservorkommen Hydrogeologisches Profil Erstellung einer Grundwasser- höhenkarte Geoelektrische Methode Messung des elektrischen Widerstands Seismische Methode Durch Sprengungen oder Fallgewichte Farbstoffmessung Zur Bestimmung von Fließgeschwindigkeit und Fließrichtung 12

13 3. Trinkwasseraufbereitung Je nach Entnahmeort des Rohwassers, muss dieses noch physikalisch und (oder) chemisch Aufbereitet werden. Mögliche Verunreinigungen sind z.B.: Nitrat, Nitrit und Pestizid Einträge aus der Landwirtschaft. Aber auch Bakterien und Keime gelangen in das Oberflächenwasser. Die Wasserwerke müssen die Schadstoffe allesamt aussortieren bis das gereinigte Wasser der Trinkwasserverordnung entspricht. 13

14 3.1 Verfahrensstufen 1. Oxidation 2. Flockung 3. Filtration 4. Aktivkohle-Adsorption 5. Desinfektion 14

15 1. Oxidation Belüftung oder Oxidationsmittel (Chlor, Ozon). Ziel: zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Enteisung zur Verhinderung von Ablagerungen in Rohrleitungen. 2. Flockung Mit Hilfe des Flockungsmittels (z.B. Aluminiumsalze) werden kleinere, ungelöste Feststoffe in größere Verbände überführt. Ziel: Vorbereitung der Feststoffe zur Entfernung durch Filtration oder andere mechanische Behandlung. 15

16 3. Filtration (Sand) Ziel: Entfernung von Feststoffen zur Verringerung der Partikel-gebundenen Schadstoffe. 4. Aktivkohle-Adsorption Ziel: Entfernung von Pestiziden und anderen gelösten organischen Stoffen. 5. Desinfektion Zugabe von Chlor oder durch UV-Bestrahlung Ziel: Abwehr von pathogenen Organismen. 16

17 3.2 Nachteile der Trinkwasseraufbereitung Hohe Kosten Es wird mit gefährlichen Substanzen hantiert (z.B. Chlor) Entfernte Substanzen müssen fachgerecht beseitigt werden Benötigte Technologien relativ teuer Spezielle Ausbildung notwendig 17

18 4. Trinkwasserverteilung Das Wasserverteilungsnetz in Deutschland ist ungefähr km lang. Die Wasserwerke sind verpflichtet einwandfreies Wasser bis zur Wasseruhr zu liefern. Das ist durch die strengen Vorschriften und Kontrollen auch gewährleistet. Probleme mit der Wasserqualität entstehen oft erst in den Hausleitungen Proben die direkt am Wasserhahn entnommen werden überschreiten oftmals die geforderten Werte der Trinkwasserverordnung 18

19 19 Das hohe Oberflächen/Volumen-Verhältnis der gering dimensionierten Rohrleitungen, häufige und längere Stagnationszeiten des Trinkwassers in den Gebäuden und die höheren Umgebungstemperaturen unterstützen Korrosionsprozesse und mikrobielles Wachstum Grundsätzlich gilt: je länger das Trinkwasser in den Rohren steht umso mehr Schadstoffe können sich von den Rohrwandungen lösen Die Menge und Art der Schadstoffe hängt hauptsächlich vom Material der Wasserleitung ab

20 4.1 Problempunkt Wasserleitungen Kupferrohre Am häufigsten verbreitet ca. 60% aller häuslichen Wasserleitungen sind aus Kupfer Kupfer ist erst in hohen Konzentrationen schädlich Bei Ph-Werten unter 7 kommt es zu Ablösungen, deswegen dürfen in Gebieten mit niedrigen Ph-Werten keine Kupferrohre verbaut werden Mögliche Folgen: Leberschäden 20

21 21 Verzinkte Bleirohre Sehr selten Steht das Wasser länger in den Rohren kommt es zu rötlichen Verfärbungen und es riecht sehr unangenehm Bei Schäden an der Zinkschicht gehen schädliche Stoffe in das Trinkwasser über wie z.B. das Schwermetall Cadmium Mögliche folgen: Leber- und Nierenschäden

22 Bleirohre In ca. 10% der Haushalte anzutreffen Dürfen seit 1973 nicht mehr verlegt werden Blei ist ein Nerven Gift, lagert sich in den Knochen ein Mögliche Folgen: Die Blutbildung und Gehirnentwicklung vor allem bei Ungeborenen, Säuglingen und Kleinkindern kann beeinträchtigt werden. Bei Erwachsenen lagert sich das Blei in den Knochen ein und kann während einer Schwangerschaft wieder ins Blut gelangen. 22

23 23 Heutzutage werden Hauptsächlich Polyethylen- und Stahlleitungen verwendet, da die Rohrleitungen lebensmittelhygienische Anforderungen erfüllen müssen Je nachdem welche inneren und äußere Belastungen zu erwarten sind

24 5. Qualitätsanforderungen an unser Trinkwasser Die Nutzungsart des Wassers definiert dessen Wasserqualitätsanforderungen Trinkwasser ist für den menschlichen und tierischen Genuss bestimmt Unterliegt hohen Anforderungen an seine Herkunft, Aufbereitung und Qualität Brauchwasser Einsatz im industriellen und gewerblichen Bereich Qualität richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen des Verwenders Kühlwasser Verwendung ausschließlich zu Kühlzwecken Entnahme meist direkt aus Fluss- oder Grundwasser Qualitätsanforderungen eher gering 24

25 Trinkwassergütekriterien Das Trinkwasser sollte: Appetitlich, farblos, klar und kühl sein Möglichst wenig Keime und absolut keine Krankheitserreger beinhalten Einen angemessenen Gehalt an gelösten natürlichen Salzen (z.B. Kalziumkarbonat) beinhalten Eine geringe Konzentrationen gesundheitsschädigender chemischer Stoffe aufweisen Keine Ablagerungen im Verteilungsnetz und Korrosion verursachen Stets in genügender Menge zur Verfügung stehen 25

26 Um diese Qualitätsanforderungen zu gewährleisten werden in der Trinkwasserverordnung (TVO – 2011) folgende Sachverhalte geregelt: Beschaffenheit des Trinkwassers Trinkwasseraufbereitung und zulässige Betriebsmittel sowie deren Konzentration Beschaffenheit für Lebensmittelbetriebe Pflichten des Betreibers einer Wasserversorgungsanlage Überwachung durch das Gesundheitsamt Vorgehen bei Straftaten und Ordnungswidrigkeiten Trinkwasseranalysen werden von unabhängigen Instituten zu inoffiziellen Terminen vorgenommen 26

27 Beispiele für Indikatorparameter, die nach TVO periodisch untersucht werden: Allgemein/ Physikalisch: Temperatur, pH-Wert, elektr. Leitfähigkeit, Färbung, Trübung, usw. Chemisch: Blei, Uran, Cadmium, Arsen, Nickel, Chrom, Antimon, Selen, usw. Mikrobiologisch: Escherichia coli, Enterokokken, Legionellen, usw. Falls ein Verdacht auf stark kontaminiertes Wasser besteht, werden umgehend Maßnahmen dagegen ergriffen 27 Escherichia coli

28 5.1 Weiches und hartes Wasser Wasserhärte beschreibt den im Wassers gelösten Gehalt an Kalzium und Magnesium Natürliches Wasser ist niemals chemisch rein, neben Gasen sind auch Salze enthalten die beim Durchsickern herausgelöst werden Je härter das Wasser, desto mehr Salze sind darin gelöst ist von Region zu Region unterschiedlich Härte wird vom Niederschlag beeinflusst (je mehr Regen, desto weicher das Wasser) Es werden vier Wasser- härtebereiche unter- schieden 28

29 6. Fazit Das Trinkwasser in Deutschland gehört mit zu den strengsten Kontrollierten Lebensmitteln. 99% der Messergebnisse für die meisten mikrobiologischen, chemischen und physikalischen Parameter genügen den Güteanforderungen der Trinkwasserverordnung oder übertreffen sie deutlich. Somit steht einem unbedenklichem Verzehr nichts im Weg. 29

30 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 30

31 7. Quellenangabe Mutschmann/ Stimmelmayr: Taschenbuch der Wasserversorgung, Franckh- Kosmos Verlag, Stuttgart, 2002 Grombach/ Haberer/ Merkl/ Trüeb: Handbuch der Wasser- versorgungstechnik, Oldenbourg Verlag, München, 2000 Umweltbundesamt: Rund um das Trinkwasser, Broschüre, 2011 Umweltbundesamt: Wasserwirtschaft in Deutschland, Broschüre, 2010 Frechen, Prof. Dr. Ing. F. B.: Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft, Vorlesungsskript, Universität Kassel, 2011 Frechen, Prof. Dr. Ing. F. B.: Trinkwassergewinnung, Aufbereitung und Verteilung, Vorlesungsskript, Universität Kassel,


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