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 Rohwasser variabel Jahresgang Regen Trinkwasser Anforderungen gemäss LMV, LMB Wiederverkeimung Korrosion Verkrustung chemisch physikalisch hygienisch

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 im Trinkwasser Nahrung Speichel: Nitrit Trinkwasser Nitrat Nitrit + Amine Þ Nitrosamine Magen Nitrit + Hämoglobin Þ Methhämoglobin Denitrifikation Nitrat Þ Nitrit Darm Nitrat im Trinkwasser

Wasseraufbereitungsverfahren der Wasserversorgung Zürich Stosschlorung Seewasser Trinkwasser Rohwasserfassung Ozonierung Flockung Schnellfilter Kalkzugabe Aktivkohlefilter Langsamsandfilter Netzschutz Wasserspeicher

Seewasserfassung Zur Aufbereitung Ansaugkorb mit Rohwasserpumpwerk Fischgitter 30 - 60 m tief 10 m über Grund Rohwasserpumpwerk Schwallentlastung Bodenschlamm Seekreide Fester Seegrund

Ozon: O3 Einsatz von Ozon Herstellung von Ozon Elektrische Energie Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das organische Stoffe auf verschiedenen Wegen teilweise oxidieren oder mineralisieren kann. Ev. können die Produkte biologisch besser abgebaut werden. Ozon ist auch ein Desinfektionsmittel.

Hochspannungs-Wechselfeld Herstellung von Ozon Trockenluft oder Sauerstoff O2 O3 3 O2 « 2 O2 + 2 {O} « 2 O3 Hochspannungs-Wechselfeld (7 - 12 kV, 300 - 600 Hz)

Ozonierungsreaktor: Kaskade Ozonerzeuger Abluft zur Restozon- Vernichtung Zulauf aus der Vorbehandlung Ablauf zur Nach- behandlung

Schema einer Mikrosiebanlage Rückspülung, Reinwasser Rotation Mikrosieb 16 - 50 mm Rohwasser Filtrat

Flockung: Mitfällung Natürliche Partikel sind negativ geladen - - - - - Natürliche Partikel sind negativ geladen und stossen sich ab: Sie sind stabilisiert. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - - - - - - Al OH 3 ( ) - - + + + - - - - - Fällung mit Aluminiumsulfat - - - - - - + = Al ( SO ) + 6 H O = 6 H + 3 SO + 2 Al OH 3 ( ) 2 4 3 2 4

Flockung mit Polyelektrolyten Polyelektrolyte sind organische Makromoleküle, die elektrisch geladen sein können + + + + + + + - - - - + - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + - + - - - - Geflockte Partikel - - - - - -

Flockung: Zwei Prozesse 1. Neutralisierung der Abstossenden Kräfte: - - + + - - - - Chemisch - physikalische Prozesse - - - + - - 2. Transport und Kontakt zwischen den Partikeln: + - - - + - - - Mischung und Turbulenz - - - - - - - - - - - + - - + - - - + +

Beispiel einer Flockungsanlage Chemikalien Zugabe Mischung Flockung Sedimentation Schlammabzug

Integrierte Flockungs- und Sedimentationsanlage Flockungsmitteldosierung Zulaufrinne Ablaufrinne Rohwasser Zulauf Klarwasser Ablauf Schlammbett Schlammabzug

Schema einer Schnellfilteranlage Rückspülen Filtrieren Rohwasser Zulauf Filtratwasser Ablauf Spülluft- zuführung Spül- wasser Schwemmwasser Luftpolster Spülluft

Filterlaufzeit t in Std. Energieverlust DH in mWS 2 - 3 m Filterkorn klein gross

Entwicklung des Filterbettes in den Schnellfiltern der Stadt Zürich Quarzsand 0.4 - 1 mm H = 1m Quarzsand 0.4 - 1 mm Bims 0.8 - 2.5 mm Anthrazit 1.5 - 3 mm Quarz 0.4 - 1 mm Bims 2 - 5 mm Einkornfilter 1940 - 1975 vF = 5 m / h Zweischichtfilter 1965 - 1975 vF = 10 m / h Dreischichtfilter 1970 - 1975 vF = 10 m / h

Mehrschichtfiltration Nach Stokes: (Laminare Sedimentation) Quarzsand 0.6 - 1.0 mm rS = 2.65 g cm-3 dS = 0.8 mm vS = 0.21 m s-1 Anthrazit 1.5 - 2.5 mm rS = 1.70 g cm-3 dS = 2.0 mm vS = 0.21 m s-1 Bims 2.5 - 4.5 mm rS = 1.40 g cm-3 dS = 3.5 mm vS = 0.21 m s-1

Partikelelimination Partikelkonzentration in g m-3 1000 Rechen Sedimentation Siebe Flockung 10 Filtration keine Aufbereitung 0.1 10-5 10-3 10-1 10 Partikelgrösse in mm Viren Bakterien Algen

Aktivkohle Gitter- und Schichtstruktur des Kohlenstoffes im Graphit Kristalline Struktur der aktivierten Kohle mit grosser innerer Oberfläche C C C Innere Oberfläche C 10 Å C C C C

Aufbau eines Langsamsandfilters Schmutzdecke Filtration Rohwasser Sandfilter mit Körnung um 0.6 mm, H > 0.5 m Sandfilteraufbau mit zunehmender Korngrösse Drainageboden

Wasseraufbereitung Hygiene: Desinfektion Partikel, Trübung, Feststoffe Gelöste organische Stoffe Salze: Wasserhärte Ê und Ë gehören zusammen: Partikel schützen Keime Ì schützt vor Wiederverkeimung, Toxizität, ... Í schützt vor Korrosion, erleichtert Waschprozesse

Ionenaustausch 2 Na+ Ca2+ Ca2+ - - Körner mit ca. o.5 mm Durchmesser Mg2+ Na+ 2 Na+ - - Na+ - - - Na+ Na+ - - - - - Na+ - - - 2 Na+ Ca2+ Austauscherharz: Körniger, organischer Stoff, der durch elektrostatische Kräfte Ionen binden kann.

Chemische Enthärtung von Trinkwasser mit Ca(OH)2

Osmose Salzhaltiges Wasser Entsalztes Salze Semipermeable Membran Osmotischer Druck

Umkehrosmose Hydrostatischer Druck Produkt- wasser Aufkonzentriertes, salzhaltiges Wasser Entsalztes Wasser Salze Roh- Abwasser salzreich