Wasserspar- und recyclingtechniken Klausurvorbereitung

Als „Virtuelles Wasser“ wird jenes Wasser bezeichnet, das zur Erzeugung eines Produktes benötigt wird

Natürlich vorkommendes Boden‐ und Regenwasser (hauptsächlich Landwirtschaft)

Bewässerungswasser (aus Oberflächen‐ oder Grundwasser)

Wassermenge zur Verdünnung von verschmutztem Wasser

(Landwirtschaft und Industrie)

Unterscheidung in schwach (ohne Küchen- und Wacshmaschinenabfluss) und stark belastetem Grauwasser

(Spül-)Wasser ohne Fäkalien bspw. Bade- und Duschwasser, Waschwasser, Küchen- und Geschirrspülwasser

(Spül-)Wasser mit Fäkalien bspw. Toilettenwasser

[Fäkalien sind Kot /Fäzes) & Urin. Nut Kot wird Fäzes genannt]

(Spül-)Wasser nur mit Urin

Gereinigtes Abwasser bspw. aus der Kläranlage, welches dem Vorfluter eines Fließgewässers hinzugefügt wird.

Circa 125 l/d

Wasser kann nicht verbraucht werden. Es wird lediglich in andere Aggregatzustände überführt oder verteilt sich. Sachlich richtiger wäre "Wassergebrauch"

DWA= Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall

IWA= International Water Association

Physikalische Parameter

• Schweb‐ und Schwimmstoffen (technologisch relevant)

Chemische Parameter

• Salze (besonders Natrium),

• Pflanzennährstoffe (N, P, K, Cu, Fe, Zn)

• pflanzenschädigende Stoffe z.B. Bor, anorganische (Schwermetalle, ...) und organische (endokrin wirksame Stoffe, Arzneimittelrückstände, halogenierte Verbindungen …) Spurenstoffe

Biologische Parameter

• Viren (Polioviren, Hepatitis A)

• Bakterien (Salmonella typhi, Vibrio colerae)

• Protozoen (Giardia lamblia, Cryptosporidium sp.)

• Wurmeier (Ascaris lumbricoides)

DIN 19650 Hygienisch‐mikrobiologische Klassifizierung und Anwendung von Bewässerungswasser

DWA‐M 277: Qualitätsanforderungen für aufbereitetes Grauwasser

-> C1 für private Haushalte

-> C2 für öffentliche Gebäude

• physikalische und mechanische Verfahren

Membranfiltration, Mikrosiebung, Erhitzen/Abkochen

• Bestrahlung

Sonnenstrahlung, UV-Strahlung, Gammastrahlung

• Verwendung chemischer Substanzen

Chlor- und Chlorverbindungen, Ozon, Wasserstoffperoxid, Peressigsäure

Ultraviolett -> UV

Sichtbares Licht -> VIS

Infrarot -> IR

1.Mechanische Vorreinigung

2.Biologische Stufe (Nitrifikation/ Denitrifikation)

3.Chemische Reinigung (P-Fällung)

4.Entfernung von Spurenstoffen (Medikamenten,

Vorteile

-Mikroorganismen‐Konzentration in Grenzen einstellbar

‐ Sauerstoffkonzentration einstellbar

‐ Geringe Auskühlung im Winter

‐ N‐ und P‐Eliminierung einfach integrierbar

Nachteile

‐ Hoher Energieverbrauch (Belüftung)

‐ Eventuell Schlammabtrieb (Blähschlamm)

‐ Hoher Steuer‐ und Regelaufwand

Beschreibt das Verhältnis der zugeführten organischen Belastung (Nahrung) zur vorhandenen Biomasse (Mikroorganismen) im Belebungsbecken

Beschreibt die Menge an Schlamm, die bei der Abwasserbehandlung entsteht

->wichtiger Faktor für den Betrieb, da er gelagert, entwässert und entsorgt werden muss.

Beschreibt die durchschnittliche Verweildauer der Mikroorganismen im System

-> also wie lange die Bakterien und anderen Mikroorganismen im Belebungsbecken aktiv bleiben, bevor sie mit dem Überschussschlamm entfernt werden.

Vorteile

‐ Oft höherer Gehalt an Mikroorganismen

‐ Langsam wachsende Organismen können einfacher angereichert werden

‐ Keine Schlammrückführung notwendig

‐ Sessile (festsitzende) Organismen besser an Milieu angepasst

Nachteile

‐ Schlechte Pufferung von Mengen‐ oder Konzentrationsstößen

‐ Effektive Vorklärung notwendig (sonst Verstopfung)

‐ Konzentration der Mikroorganismen nicht steuerbar

Vorteile

• naturnahe Gestaltung

• geringe (Bau‐) und Unterhaltskosten

• geringer maschineller Aufwand /Wartung

• bessere Entkeimung als auf konventionellen Kläranlagen

Nachteile

• offiziell (DWA‐Arbeitsblatt) nicht für Mischwasser geeignet

• großer Flächenbedarf, ca. 2‐ 5 m²/EW

• empfindlich gegenüber Schwankungen im Abwasser

• keine gezielte Steuerung der Reinigungsleistung

• witterungsabhängige Reinigungsleistung

Vorteile

• naturnahe Gestaltung

• geringe Bau‐ und Unterhaltskosten

• geringer maschineller Aufwand /Wartung

• Schlammräumung nur alle 1‐2 Jahre

• Pufferwirkung durch großes Volumen, Regenwasser kann mitbehandelt werden

Nachteile

• hoher Flächenbedarf

• Undichtigkeiten kaum zu erkennen

• witterungsabhängige Reinigungsleistung

• keine gezielte Steuerung/Regelung

• Algenprobleme

• evtl. Geruchsprobleme (unbelüftete Teiche)

Mikrofiltration = Bakterien bis 0,1 µm

Ultrafiltration = Viren bis 0,01 µm

1. Vorbehandlung

Vorfiltrierung oder Uferbrunnen, neu UF/MF evtl. Desinfektion, Antiscalingmittel, Kristallisations‐Inhibitoren

2. Entsalzung

Ausbeute ca. 40 ‐ 60 %

> 75 % Ausbeute = 4-fache Konzentration von Salzen in 25 % Wasser

Energierückgewinnung (Turbine)

3. Nachbehandlung

Aufhärtung, pH‐Wert Einstellung, Kalk‐Kohlensäure‐Gleichgewicht, Chlorung

Problem: Aggressivität des Meerwassers / Entsorgung Konzentrat

-> Antiscalingmittel gelangt mit in die Umwelt (Kritikpunkt)

Cross-Flow ist eine spezielle Filtrationstechnik, bei der das zu filtrierende Medium parallel zur Membran strömt, anstatt senkrecht darauf zu drücken (wie bei der Dead-End-Filtration).

• Natronlauge
• Essig-, Salz- und Zitronensäure
• Wasserstoffperoxid
• Tenside
• Enzyme

1. Kleineres Belebungsbecken

2. Schlechterer Sauerstoffübergang

3. Höherer Energieverbrauch

4. Bessere Ablaufqualität

Vorteile

• 100% Rückhaltung der Biomasse

• Einstellung hoher Biomassekonzentrationen im Reaktor (12-15 statt 3-4 g/l) und damit kleineres Beckenvolumen

• keine Flockenbildung des Schlammes notwendig (keine Blähschlammproblematik)

• Schwebstofffreier und keimarmer Ablauf (niedrigere Ablaufwerte, Badewasserqualität)

• gute Nutzungsmöglichkeiten (z.B. Brauchwasser, Bewässerung)

Platzsparend

Kein Nachklärbecken nötig

Nachteile

• erhöhter Energieverbrauch bes. durch Luftspülung

• Membranersatzkosten

• erhöhte Investkosten (rechnet isch auf lange Sicht mit guter Wartun)

1. Geometrische Berechnung (bei bekannten Abmessungen)

Falls die Platten rechteckig oder quadratisch sind, kann man den „effektiven Durchmesser“ als äquivalenten Kreis berechnen:

D=2× Wurzel A / Pi, wobei A die effektive Filterfläche der Platte ist.

2. Hydraulische Berechnung

Der Durchmesser wird oft auf Basis des erforderlichen Filtrationsflusses (Q) und des Druckverlustes (ΔP) bestimmt.

Die Darcy-Gleichung oder die Hagen-Poiseuille-Gleichung kann verwendet werden, um die Strömungseigenschaften und die notwendige Filterfläche zu berechnen.

Advanced Oxidative Processes

Wird genutzt um Spurenstoffe wie Arzneimittel und Pharmaka zu eliminieren

• Verminderung des CSB- und AOX-Gehaltes

• Desinfektion

• Entfernung von Spurenstoffen (z.B. Arzneimittel)

• Anoxidation von schwer abbaubaren Stoffen → bessere biologische Abbaubarkeit

• Entfernung von Färbung und Geruch

• Entgiftung von toxischen Stoffen (z. B. Cyanid, Chrom, Nitrit)

Vorteile

• Echter Schadstoffabbau (bis CO2 + H2O und Salze)

• Org. und anorganische Stoffe behandelbar

Nachteile

• (hohe) Kosten der Oxidationsmittel

• Evtl. problematische Abbau- bzw. Reaktionsprodukte

• Energieaufwändig

• Erhöhtes Potential zur Wiederverkeimung

Nicht oder schwer abbaubar:

- Perhalogenierte Verbindungen z. B. CCl4

- Perflurierte Tenside

(Spül-)Wasser nur mit Fäzes

Anfall im modernen Haushalt ca. 75 L/E*d

• Starke Schwankungen

• Evt. toxische Spitzen (Reinigungsmittel)

• Geringer N-Anteil

• Teilweise CSB/BSB5 hoch (bis 4:1)

• Geringer Feststoffanteil

• Geringe bakteriologische Belastung

• Bewässerung

• Toilettenspülung

• Waschmaschine

Toilettenspülung:

BSB7< 5 mg/l

Sauerstoffsättigung> 50 %

Gesamtcoliforme Bakterien < 100/ml

Fäkalcoliforme Bakterien < 10/ml

Pseudomonas aeruginosa < 1/ml

Wäsche waschen: Trübung < 2 NTU (zusätzlich)

Neuartige Sanitäre Systeme

1. Getrennte Erfassung und Behandlung von Teilströmen • Regenwasser • Grauwasser • Fäzes (Braunwasser) • Urin (Gelbwasser)

Fäzes + Urin+ Spülwasser (Schwarzwasser)

2. Behandlung vor Ort (Dezentral)

3. Unnötige Verdünnung vermeiden • Vakuum- oder Komposttoilette • wasserloses Urinal

„Pharmaceutical and personal care products“

Arzneimittelrückstände und Rückstände von Körperpflegeprodukten, die über Abwasser und Kläranlagen in Oberflächen-, Grund- und Trinkwasser gelangen.

F+E Bereich

• UV-Oxidation

• Nanofiltration

Großtechnische Anwendung

• Aktivkohle-Adsorption

• Ozonierung

Der Flux (auch als Filtrationsfluss bezeichnet) gibt an, wie viel Flüssigkeit pro Zeiteinheit durch eine Membran strömt

Fouling ist die Ablagerung auf der Membran (durch Kolloide)

Scaling ist das Ausfällung von gelösten Inhaltsstoffen

-> Tritt nicht bei Mikro- und Ultrafiltration auf

Desinfektion/ AOP Verfahren &

Entfernung von Trüb und Spurenstoffen

1. UV-Oxidation
2. Fentonreaktion
3. Peroxonprozess
4. Photokatalyse

-Wiederverwendung von Nährstoffen und Wasser (nachhaltig)

-Gleicher Komfort und hygienische Unbedenklichkeit wie beim konventionellen System

-Minimierung der aufwändigen und wenig flexiblen Transportsysteme (Kanalisation), --Anpassungsfähigkeit

Zusätzliche Ziele:

• Ökonomisch nachhaltig

• Sozial nachhaltig

• Umwelt- und Ressourcen schützen

• Demografischer Wandel

• Klimawandel

• Umweltpolitische Anforderungen (EU-Recht, Mikroschadstoffe, Ressourceneffizienz ...)

• neue technische Möglichkeiten (MSR, Informationstechnologie, Behandlungsverfahren …)

• Ressourcenverknappung (Energie, Wasser, Rohstoffe)

• Wirtschaftliche Randbedingungen (Energie- u. Rohstoffpreise,...)

-Neue Rohrsysteme (3-fach)

-Anlagentechnik (Absetzbecken, MBR, Becken für Gelb- und Grauwasser)

-Neue Sanitärsysteme (Trenntoilette)

-Fachkundiges Personal

-Aufrechterhalten des Wasserflusses, sonst eventuell Rückfluss

20-35 g/ d Harnstoff

• Permeat-Rückspülung
• Pausen
• Luft/Wasser-Spülung
• Chemische Reinigung

Keinen Effekt: Spurenstoffe und gelöste Stoffe (Dispersion)

Effekt: Kolloide, Bakterien & Viren

Ein Kolloid ist ein Stoffgemisch, bei dem sehr feine, feste oder flüssige Partikel (1–1000 nm groß) in einem Dispersionsmedium verteilt sind. Diese Teilchen sind zu klein, um sich schnell abzusetzen, aber groß genug, um Licht zu streuen (Tyndall-Effekt).

Vorbehandlung:

Mechanische Behandlung Sieb (3mm),

Fettfang (Wenn Küche mit dabei)

Nachbehandlung:

Desinfektion (Chlor, H2O2) und AOP-Verfahren

Der Bubble-Point-Test (Blasenpunkttest) ist ein Verfahren zur Überprüfung der Integrität und Leistungsfähigkeit von Filtern. Dient dazu, die größte Porengröße eines Filters zu bestimmen und sicherzustellen, dass der Filter nicht beschädigt ist.

• effizientere Nitrfikation -> geringerer Sauerstoffverbrauch
• Dadurch geringer Energieverbrauch
• Effiziente Nutzung der C-Quellen
• Verbesserte Schlamm-Absetzbarkeit -> verbessert die Flockenstruktur des Belebtschlammes
• Verhinderung der Nitrat-Rückkbelastung

·       Stickstoffstrippung mit H2SO4

·       Fällung des Gelbwassers

·       Strippung und Absorption

·       In Praxis zu teuer

·       Arbeitssicherheit beachten wegen Gasen

·        Energiegewinnung durch Wärmepumpe

·        (Frisch-) Wassereinsparung

·        Abwassergebühren werden reduziert

·        Nachhaltigkeit à Ansehen in Öffentlichkeit

·        Unabhängige Wasserversorgung

Höhere mikrobielle Aktivität in den Tropen, bedeutet eine kleine Dimensionierung ist möglich.

delta T Deutschland: 12°C

delta T Tropen: 25 °C

Organische Membran: Celluloseacetat (früher), Polyamid, PES (Polyethersulfon), PAN, usw.

Herstellung: Phaseninversion oder Komposit-Verfahren

Anorganische Membran: Keramik, Edelstahl, Glas, Kohlenstoff

Vorteile:

• temperaturbeständig • chemisch beständig • keine Alterung, lange Standzeiten • kann austrocknen • hohe Permeatrückspüldrücke möglich

Nachteile:

hohe Investitionskosten • Spröde Eigenschaften • empfindlich bei sehr schnellen Temperaturänderungen • empfindlich gegenüber abrasiven Medien

Es darf nicht an der Membran adsorbieren

• Thermische Verwertung
• Verdampfen
• Rückgewinnung von Inhaltsstoffen (bspw. Öle)

Die Emulsion aus Oktanol & Wasser

-> Kann aber mit A-Kohle herausgefiltert werden

Wirkung von Chlor ist pH abhängig & es können sich mutagene und endokrine Stoffe bilden

Wirkung Chloroxid ist nicht abhängig vom pH Wert und es bilden sich keine Abbau oder Reaktionsstoffe. Dafür ist es aber teurer.

·        Energiegewinnung durch Wärmepumpe

·        (Frisch-) Wassereinsparung

·        Abwassergebühren werden reduziert

·        Nachhaltigkeit à Ansehen in Öffentlichkeit

·        Unabhängige Wasserversorgung