PDF, 5,8 MB - FG Siedlungswasserwirtschaft - TU Berlin
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Abschlussbericht<br />
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong><br />
Prof. Dr.-Ing. M. Barjenbruch<br />
Reduzierung des Frachteintrags aus<br />
Mischwasserentlastungen<br />
Autoren:<br />
Dr.-Ing. K. Gantner<br />
Prof. Dr.-Ing. M. Barjenbruch<br />
unter Mitwirkung von:<br />
P. Kober<br />
D. Schücke<br />
<strong>Berlin</strong>, Januar 2012<br />
Gefördert von:
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> I<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Inhaltsverzeichnis<br />
1 Einleitung ................................................................................................... 1<br />
2 Zielstellung................................................................................................. 2<br />
3 Theoretische Grundlagen......................................................................... 3<br />
3.1 Mischwasserproblematik in urbanen Räumen..........................................................3<br />
3.1.1 Mischwasserproblematik in Deutschland................................................... 3<br />
3.1.2 Mischwasserproblematik in <strong>Berlin</strong>.............................................................. 4<br />
3.2 Stand der Technik ....................................................................................................7<br />
3.2.1 Vermeidungsstrategien.............................................................................. 7<br />
3.2.2 Mischwasserbehandlung in Deutschland................................................... 8<br />
3.3 Neue Technologien zur Mischwasserbehandlung..................................................13<br />
3.3.1 Einleitung ................................................................................................. 13<br />
3.3.2 Fuzzy Filter®............................................................................................ 13<br />
3.3.3 Tuchfilter .................................................................................................. 25<br />
3.3.4 Mikroflotation............................................................................................ 36<br />
3.4 Fällung / Flockung ..................................................................................................43<br />
3.4.1 Überblick.................................................................................................. 43<br />
3.4.2 Dosierung................................................................................................. 45<br />
4 Material und Methoden ........................................................................... 46<br />
4.1 Untersuchungsgebiet..............................................................................................46<br />
4.1.1 Standort und Untersuchungszeitraum ..................................................... 46<br />
4.1.2 Gewässerzustand der Panke................................................................... 47<br />
4.2 Aufbau der Versuchsanlagen .................................................................................49<br />
4.2.1 Fuzzy Filter®............................................................................................ 49<br />
4.2.2 Tuchfilter mit Polstoff ............................................................................... 51<br />
4.2.3 Mikroflotation............................................................................................ 53<br />
4.3 Versuchsdurchführung ...........................................................................................56<br />
4.3.1 Übersicht Versuchsprogramm ................................................................. 56<br />
4.3.2 Versuchsablauf Fuzzy Filter®.................................................................. 57<br />
4.3.3 Versuchsablauf Tuchfilter ........................................................................ 58<br />
4.3.4 Versuchsablauf Mikroflotation.................................................................. 58<br />
4.3.5 Verwendete Fällungs- und Flockungschemikalien................................... 58<br />
4.3.6 Kritische Betrachtung der verwendeten Chemikalien .............................. 60
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> II<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.3.7 Kritische Betrachtung der Versuchsdurchführung ................................... 61<br />
4.4 Analytik ...................................................................................................................61<br />
4.4.1 Probenahme ............................................................................................ 61<br />
4.4.2 Untersuchte Parameter............................................................................ 62<br />
4.4.3 JAR - Tests zur Fällung / Flockung.......................................................... 62<br />
4.4.4 Kritische Betrachtung der Analysen......................................................... 63<br />
5 Ergebnisse und Auswertung.................................................................. 64<br />
5.1 Fuzzy Filter ® ...........................................................................................................65<br />
5.1.1 Versuchsergebnisse ................................................................................ 65<br />
5.1.2 Auswertung Fuzzy Filter® Versuche ohne Chemikalien.......................... 70<br />
5.1.3 Auswertung Fuzzy Filter® Versuche mit Chemikalien ............................. 82<br />
5.2 Tuchfilter.................................................................................................................95<br />
5.2.1 Versuchsergebnisse ................................................................................ 95<br />
5.2.2 Auswertung Tuchfilter - Versuche ohne Chemikalien ............................ 100<br />
5.2.3 Auswertung Tuchfilter Chemikalienversuche......................................... 113<br />
5.3 Mikroflotation ........................................................................................................122<br />
5.3.1 Versuchsergebnisse Mikroflotation ........................................................ 122<br />
5.3.2 Auswertung - Versuche Mikroflotation ohne Chemikalien ..................... 125<br />
5.3.3 Auswertung Chemikalienversuche......................................................... 127<br />
5.4 Vergleich der Reinigungsleistung .........................................................................134<br />
5.4.1 Vergleich der ermittelten Reinigungsleistung: Fuzzy Filter®,<br />
Tuchfilter, Mikroflotation......................................................................... 134<br />
5.5 An den Versuchsanlagen gewonnene Erfahrungswerte.......................................149<br />
5.5.1 Betriebserfahrungen .............................................................................. 149<br />
5.5.2 Betriebsstörungen.................................................................................. 150<br />
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen........................................................ 152<br />
6.1 Kosten ..................................................................................................................152<br />
6.1.1 Einführung / Festlegung der Anlagen- und Betriebsparameter.............. 152<br />
6.1.2 Investitionskosten .................................................................................. 152<br />
6.1.3 Betriebskosten ....................................................................................... 153<br />
6.1.4 Chemikalienkosten................................................................................. 155<br />
6.1.5 Kostenvergleich ..................................................................................... 156<br />
6.2 Flächenbedarf.......................................................................................................157
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> III<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6.3 Spülwasser- und Schlammanfall der großtechnischen Anlagen ..........................158<br />
6.3.1 Spülwasseranfall.................................................................................... 158<br />
6.3.2 Schlammanfall ....................................................................................... 158<br />
6.4 Theoretische Frachtenreduzierung der unteren Panke durch<br />
Behandlung der Mischwasserüberläufe ...............................................................160<br />
6.4.1 Gesamtjahresfracht der unteren Panke ................................................. 160<br />
6.4.2 Theoretische mittlere Entlastungsfrachten des RÜB Bln X.................... 161<br />
6.4.3 Modellrechnung: Theoretische Frachtenreduzierung durch Einsatz<br />
großtechnischer Behandlungsanlagen .................................................. 161<br />
6.4.4 Auswirkungen auf die Panke ................................................................. 164<br />
6.4.5 Möglichkeiten zur Installation der jeweiligen Anlagen in urbanen<br />
Gebieten mit hoher Bebauungsdichte.................................................... 166<br />
7 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen .................................... 166<br />
Literaturverzeichnis..................................................................................... 171<br />
Anhang ......................................................................................................... 183
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> IV<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabellenverzeichnis<br />
Tabelle 1: Auswirkungen von Mischwassereinleitungen auf Fließgewässer nach<br />
[Borchardt 1999] und [Erbe 2004]..........................................................................4<br />
Tabelle 2: Vorhandenes Kanalnetzvolumen (Stand 1990, derzeit und im Sanierungs-<br />
zustand 2020) sowie aktiviertes Kanalnetzvolumen und umbautes Volumen<br />
[BWB 2011]............................................................................................................5<br />
Tabelle 3: Derzeitige und angestrebte Entlastungsraten (Stand 1990, derzeit und im<br />
Sanierungszustand 2020) [BWB 2011]..................................................................6<br />
Tabelle 4: Überblick über Möglichkeiten zur Minderung des Niederschlagseintrags in die<br />
Kanalisation [Landrat Märkischer Kreis 2011], [UVM Baden-Württemberg<br />
2001], [LU Bozen 2011] .........................................................................................7<br />
Tabelle 5: Standardisierte Fuzzy Filter® Module der Fa. Bosman Watermanagement B.V. .17<br />
Tabelle 6: Angabe realer Kompressionen über die Filterbetthöhe bei unterschiedlichen<br />
Kompressionsgraden [William F.] ........................................................................20<br />
Tabelle 7 : Beispiele von Fuzzy Filter Anlagen zur kommunalen und industriellen<br />
Abwasserreinigung ..............................................................................................23<br />
Tabelle 8: Überblick bestehender Anlagen mit Fuzzy Filter® Modulen zur<br />
Mischwasserbehandlung in den USA ..................................................................24<br />
Tabelle 9: Zusammenfassung der Pilotprojekte im Bereich der Regen- und<br />
Mischwasserbehandlung mit Fuzzy Filter® Modulen ..........................................25<br />
Tabelle 10: Übersicht der Anwendungsbeispiele zur Tuchfiltration........................................35<br />
Tabelle 11: Abhängigkeit verschiedener Parameter von der Blasengröße<br />
[Damann et al. 2007], [Stark et al. 2005] .............................................................39<br />
Tabelle 12: Durchgeführte Pilotprojekte zur Regen-/ und Mischwasserbehandlung<br />
mit MF bzw. DAF .................................................................................................42<br />
Tabelle 13: Mechanismen zur Entstabilisierung der Suspensa nach [Vetter 2000] ...............45<br />
Tabelle 14: Parameter zur Beurteilung der Gewässergüte der unteren Panke (Messstelle<br />
730, Datenreihe 2000-2010) gemittelte Werte [Senatsverwaltung GUV <strong>Berlin</strong>] ..48<br />
Tabelle 15: Betriebsparameter der verwendeten mobilen Fuzzy Filter® Einheit ...................50<br />
Tabelle 16: Betriebsparameter der verwendeten Tuchfilter Typ TF2-S-III Einheit .................53<br />
Tabelle 17: Betriebsparameter der verwendeten mobilen Mikroflotation ...............................55<br />
Tabelle 18: Übersicht Versuchsprogramm .............................................................................57<br />
Tabelle 19: Beschreibung der zum Einsatz kommenden Chemikalien ..................................60<br />
Tabelle 20: Überblick über die verwendeten Analysemethoden ............................................62<br />
Tabelle 21: Mischwasserkategorisierung ...............................................................................65<br />
Tabelle 22: Mischwasserqualitäten der Fuzzy Filter®-Versuchstage.....................................66
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> V<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 23: F1 und F3: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte .............................67<br />
Tabelle 24: F4: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte..........................................67<br />
Tabelle 25: F5: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte..........................................68<br />
Tabelle 26: F6: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte..........................................68<br />
Tabelle 27: F7: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte..........................................69<br />
Tabelle 28: F8: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte..........................................69<br />
Tabelle 29: F10: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................70<br />
Tabelle 30: F12: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................70<br />
Tabelle 31: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 72 m/h unter differierenden Mischwasser-<br />
qualitäten ohne Chemikalienanwendung.............................................................79<br />
Tabelle 32: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 24 m/h unter differierenden Mischwasser-<br />
qualitäten ohne Chemikalienanwendung.............................................................80<br />
Tabelle 33: FF: Vergleich der Eliminierungsraten bei unterschiedlichen<br />
Filtergeschwindigkeiten ohne Chemikalieneinsatz ..............................................81<br />
Tabelle 34: FF: Vergleich der Eliminierungsraten bei unterschiedlichen<br />
Filtergeschwindigkeiten ohne Chemikalieneinsatz ..............................................82<br />
Tabelle 35: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F7L1 bis F7L4,<br />
FM1+FHM, stark belastetes Mischwasser C3 .....................................................83<br />
Tabelle 36: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F8L1 bis F8L3,<br />
FM1, leicht belastetes Mischwasser A2...............................................................85<br />
Tabelle 37: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F5L1 bis F5L4,<br />
FM1, FM1+FHM, stark belastetes Modellmischwasser mit hoher Portho-<br />
Belastung C6 .......................................................................................................86<br />
Tabelle 38: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F6L1 bis F6L5,<br />
FM1, FM1+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B2 ..........................................89<br />
Tabelle 39: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F10L1 bis<br />
F10L5, FM2, FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser mit geringer Portho-<br />
Belastung B1 .......................................................................................................91<br />
Tabelle 40: FF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten ...........95<br />
Tabelle 41: Mischwasserqualitäten der einzelnen Tuchfilter-Versuchstage...........................95<br />
Tabelle 42: T13: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................96<br />
Tabelle 43: T14: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................96<br />
Tabelle 44: T15: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................97<br />
Tabelle 45: T16: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................97
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> VI<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 46: T17: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................97<br />
Tabelle 47: T18: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................98<br />
Tabelle 48: T19: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................98<br />
Tabelle 49: T20: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................99<br />
Tabelle 50: T21: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte........................................99<br />
Tabelle 51: T22: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte......................................100<br />
Tabelle 52: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T20L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser C2..........102<br />
Tabelle 53: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T13L1-2<br />
ohne Chemikalienanwendung, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, mäßig belastetes<br />
Mischwasser B1.................................................................................................105<br />
Tabelle 54: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T21L1-3 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, stark belastetes<br />
Mischwasser C2 ................................................................................................108<br />
Tabelle 55: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T13L2,<br />
T20L1-2 und T21L3 ohne Chemikalienanwendung, vF= 3,75 bzw. 2,5 m/h,<br />
unterschiedlich belastete Mischwässer .............................................................109<br />
Tabelle 56: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T14L1 und<br />
T22L1 ohne Chemikalienanwendung, vF= 2,5 bzw. 7,5 m/h, mäßig<br />
belastete Mischwässer B3 .................................................................................110<br />
Tabelle 57: TF: Vergleich der mittleren Eliminierungsraten der Versuche mit Standard<br />
und Mikrofaser Filtertuch ohne Chemikalieneinsatz .........................................112<br />
Tabelle 58: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T15L1-3,<br />
FM1+FHM, vF= 2,5, sehr stark belastetes Mischwasser D3..............................113<br />
Tabelle 59: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T17L1-2,<br />
FM2+FHM, vF= 2,5, gering belastetes Mischwasser A1....................................115<br />
Tabelle 60: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T18L1-3,<br />
FM2, FM2+FHM, vF= 2,5, mäßig belastetes Mischwasser B2...........................116<br />
Tabelle 61: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T19L1-4,<br />
FM2, vF= 2,5, mäßig belastetes Mischwasser B2..............................................117<br />
Tabelle 62: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T17L1,<br />
T18L1 und T19L2, FM2: 9,4 mg Fe/l, vF= 2,5, gering und mäßig belastete<br />
Mischwässer A1, B2 ..........................................................................................119<br />
Tabelle 63: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T16L1-3, KP,<br />
vF= 2,5, mäßig belastetes Mischwasser B3 .......................................................120<br />
Tabelle 64: TF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten .........121<br />
Tabelle 65: Mischwasserqualitäten (Zulauf) der Mikroflotations-Versuchstage ...................122<br />
Tabelle 66: M2: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte....................................................122
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> VII<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 67: M4: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte.......................................123<br />
Tabelle 68: M5: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte....................................................123<br />
Tabelle 69: M7: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte....................................................124<br />
Tabelle 70: M9: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte....................................................124<br />
Tabelle 71: M10: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte..................................................125<br />
Tabelle 72: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten durchgeführter Versuche<br />
ohne Chemikalienanwendung im Vergleich.......................................................126<br />
Tabelle 73: MF: erzielte mittlere Eliminierungsraten ohne Chemikalienanwendung............127<br />
Tabelle 74: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M4L1-4,<br />
FM1, FM1+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B2 ........................................128<br />
Tabelle 75: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M10L1-5,<br />
FM2, FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B1 ........................................129<br />
Tabelle 76: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M7L1-4, KP,<br />
stark belastetes Mischwasser C3 ......................................................................131<br />
Tabelle 77: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M9L1-5, KP,<br />
gering belastetes Mischwasser A1 ....................................................................132<br />
Tabelle 78: MF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten.........133<br />
Tabelle 79: Vergleich der Eliminierungsraten der jeweiligen Versuchsanlage ohne<br />
Chemikalienanwendung ....................................................................................135<br />
Tabelle 80: Vergleich der Eliminierungsraten und mittleren Ablaufwerte der jeweiligen<br />
Versuchsanlage unter Chemikalienanwendung ................................................137<br />
Tabelle 81: β-Werte ausgewählter Chemikalienversuche....................................................139<br />
Tabelle 82: FF: Feststoffbeladung ausgewählter Versuche bezogen auf das<br />
Filterbettvolumen ...............................................................................................140<br />
Tabelle 83: TF: Feststoffflächenbelastung ausgewählter Versuche bezogen auf die<br />
Filtertuchfläche ..................................................................................................141<br />
Tabelle 84: MF: Feststoffflächenbelastung ausgewählter Versuche bezogen auf die<br />
Flotationsfläche..................................................................................................142<br />
Tabelle 85: Erzielte Reinigungsleistung bezüglich Schwermetalle und 16 EPA-PAK..........144<br />
Tabelle 86: Reinigungsleistung bezüglich Pharmazeutika ...................................................145<br />
Tabelle 87: Reinigungsleistung bezüglich PBSM und Industriechemikalien ........................146<br />
Tabelle 88: FF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben..........................147<br />
Tabelle 89: TF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben..........................148<br />
Tabelle 90: MF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben.........................149<br />
Tabelle 91: Investitionskosten Fuzzy Filter®, Tuchfilter und Mikroflotation<br />
(großtechnische Anlage, 4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung) ................152
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> VIII<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 92: Betriebskosten Fuzzy Filter®, Tuchfilter und Mikroflotation (großtechnische<br />
Anlage, 4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung) ...........................................154<br />
Tabelle 93: Flächenbedarf Fuzzy Filter ® , Tuchfilter und Mikroflotation (großtechnische<br />
Anlage, 4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung) ...........................................157<br />
Tabelle 94: Mittlere Belastung der unteren Panke in [mg/l] (Messstelle 730,<br />
Messdaten 2000-2010)......................................................................................160<br />
Tabelle 95: Mittlere jährliche Fracht der unteren Panke in [t/a] (Messstelle 730,<br />
Messdaten 2000-2010)......................................................................................160<br />
Tabelle 96: Anteil der Entlastungsfracht des RÜB BlnX an der Gesamtjahresfracht<br />
(GJF) der unteren Panke ...................................................................................161<br />
Tabelle 97: Fuzzy Filter: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der<br />
unteren Panke mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung.163<br />
Tabelle 98: Tuchfilter: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren<br />
Panke mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung..............163<br />
Tabelle 99: Mikroflotation: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren<br />
Panke mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung..............163<br />
Tabelle 100: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren Panke<br />
mittels großtechnischer Anlage bei Chemikaliendosierung ...............................164<br />
Tabelle 101: Überblick über die besten erreichten Abbaugrade der getesteten<br />
Technologien ohne Chemikalieneinsatz ............................................................168<br />
Tabelle 102: Überblick über die besten erreichten Reinigungsleistungen der getesteten<br />
Technologien mit Chemikalieneinsatz ...............................................................168<br />
Tabelle 103: Überblick über beispielhafte Investitions- und Betriebskosten jeweils einer<br />
großtechnischen Anlage der getesteten Technologien .....................................169<br />
Tabelle 104: Überblick über die theoretisch mögliche Reduzierung der<br />
Gesamtjahresfracht in der unteren Panke bei Behandlung der am RÜB<br />
<strong>Berlin</strong> X entlasteten Mischwassermengen (entsprechend der Beispiel-<br />
rechnung aus Kap. 6.4) .....................................................................................170
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> IX<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildungsverzeichnis<br />
Abbildung 1: Misch- und Trennkanalisationsverteilung in <strong>Berlin</strong> [SenGUV <strong>Berlin</strong>]...................5<br />
Abbildung 2: <strong>Berlin</strong>er MW-Netz, Speichervolumen 2010 und im<br />
Endausbauzustand 2020 [BWB] .......................................................................6<br />
Abbildung 3: Aufbau eines Retentionsbodenfilters [Waldhoff 2008] ......................................11<br />
Abbildung 4: Funktionsskizze Actiflo ® [www.krueger-wabag.de]............................................12<br />
Abbildung 5: Schematische Funktionsweise des Fuzzy Filters® [Caliskander et al. 2006a] .15<br />
Abbildung 6: Schematische Darstellung der Filtrations-, Wasch- und Spülphase beim<br />
Fuzzy Filter nach [Bosman 2007]....................................................................17<br />
Abbildung 7: Foto des synthetischen Filterelements [Bosman 2007].....................................18<br />
Abbildung 8: Schematische Filterschüttung aus permeablen synthetischen Kollektoren<br />
[Nahrstedt 1998]..............................................................................................19<br />
Abbildung 9: Durchschnittliche Partikelgrößenverteilung über der Filterbetttiefe bei<br />
Filtergeschwindigkeiten von ca. 24 m/h und 48 m/h und Kompressions-<br />
graden zwischen 15% und 40% [Caliskander et al. 2006b] ............................20<br />
Abbildung 10: Optischer Vergleich der Filterelemente von Schreiber LLC (Fuzzy Filter,<br />
links) und WWETCO LLC [Fitzpatrick 2010] ...................................................21<br />
Abbildung 11: Schematischer Ablauf der verschiedenen Filtrationsphasen des<br />
WWETCO Filters [Fitzpatrick 2010] ................................................................22<br />
Abbildung 12: Fuzzy Filter® zur Mischwasserbehandlung in Atlanta /Georgia (USA) mit<br />
einem Durchsatz von 13.400 m 3 /h [Fitzpatrick 2010]......................................24<br />
Abbildung 13: Konstruktionszeichnung eines Trommelfilters [Grabbe 1998].........................26<br />
Abbildung 14: Trommeltuchfilter [Mecana Umwelttechnik GmbH] .........................................27<br />
Abbildung 15: Detailaufnahme Polstoff [Mecana Umwelttechnik GmbH]...............................28<br />
Abbildung 16: Reinigungsprozess eines Polstoffs in Anlehnung an [Grabbe 1998] ..............29<br />
Abbildung 17: Konstruktionszeichnung eines 5er- Tromelfilters [Grabbe 1998] ....................30<br />
Abbildung 18: Konstruktionszeichnung eines Scheibenfilters [Grabbe 1998] ........................30<br />
Abbildung 19: Forty-X Disc Filter Siemens [Forty-X tech 2009] .............................................31<br />
Abbildung 20: Konstruktionszeichnung eines Plattenfilters [Grabbe 1998]............................32<br />
Abbildung 21: Drucktrommelfilter [Mecana Umwelttechnik GmbH]........................................32<br />
Abbildung 22: AquaDiamond [Aqua-Aerobic Systems 2007] .................................................33<br />
Abbildung 23: Skizze der Pilotanlage des Forschungsprojekts „Schadstoffe im<br />
Straßenabwasser einer stark befahrenen Straße und deren Retention<br />
mit neuartigen Filterpaketen aus Geotextil und Adsorbermaterial“<br />
[EAWAG/HSB/GSA/GBL 2005].......................................................................36<br />
Abbildung 24: Druckentspannungsflotation im Recycle-Verfahren [Meschede 2004]............37
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> X<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 25: Prozesse der Luft-Feststoff-Agglomeration [Schuster et al. 2004]..................40<br />
Abbildung 26: Aire-O2 Microfloat Dispersed Air Flotation [KEE 2008]...................................41<br />
Abbildung 27: Darstellung der Gesamtwechselwirkung zweier geladener<br />
Kolloide/Oberflächen zueinander nach [Hofmann 2004].................................44<br />
Abbildung 29: Schematischer Verlauf der unteren Panke nach [Peters 2007] ......................47<br />
Abbildung 30: Schematischer Aufbau der Versuchsanlage ...................................................49<br />
Abbildung 31: Fuzzy Filter® Versuchsanlage (rechts: Detail Filter) .......................................50<br />
Abbildung 32: Tuchfilter - Schematischer Aufbau der Versuchsanlage; rechts: erster<br />
Turm (FM-Zugabe); Mitte: zweiter Turm (FHM-Zugabe); links: Mecana<br />
Tuchfilter (Maße in mm) ..................................................................................51<br />
Abbildung 33: Tuchfilter – links: Flockungsanlage, rechts: Tuchfiltertrommel........................51<br />
Abbildung 34: Mikroflotation: Schematischer Aufbau der Versuchsanlage............................54<br />
Abbildung 35: Mikroflotation: Blick in die Versuchsanlage (links), Aquatector (rechts)..........54<br />
Abbildung 36: Mikroflotation: Flotat-Zwischenspeicher und Steuereinheit (links),<br />
Reaktionsbehälter (rechts) ..............................................................................55<br />
Abbildung 37: FF: Vergleich des Einflusses steigender Kompressionsgrade auf die<br />
Filterwirkung bei unterschiedlichen Mischwasserqualitäten............................71<br />
Abbildung 38: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen an AFS über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, F4L1, 40 %, vF= 72 m/h, MWQ: B2............................................72<br />
Abbildung 39: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktionen über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, F4L1, 40 %, vF= 72 m/h, MWQ: B2.............................73<br />
Abbildung 40: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, F12L1, 30 % vF= 72 m/h, MWQ: B2............................75<br />
Abbildung 41: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktionen über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, F12L1, 30 % vF= 72 m/h, MWQ: B2............................76<br />
Abbildung 42: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen von AFS (oben) und den CSB-<br />
Fraktionen (unten) über die gesamte Filterlaufzeit, F7L1, 40 %,<br />
vF= 24 m/h, MWQ: C3 .....................................................................................77<br />
Abbildung 43: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 72 m/h bei differierenden Mischwasser-<br />
qualitäten ohne Chemikalienanwendung ........................................................79<br />
Abbildung 44: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 24 m/h bei differierenden Mischwasserqualitäten<br />
ohne Chemikalienanwendung.........................................................................80<br />
Abbildung 45: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F7L1 bis F7L4, FM1+<br />
FHM, stark belastetes Mischwasser C3 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken).............................................................83
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> XI<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 46: FF: F7L2 bis F7L4, Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und<br />
Ablaufkonzentrationen ....................................................................................84<br />
Abbildung 47: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F8L1 bis F8L3, FM1,<br />
leicht belastetes Mischwasser A2 (Zulauf = linker Balken einer Farb-<br />
gruppe, Ablauf = rechter Balken) ....................................................................85<br />
Abbildung 48: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F5L1 bis F5L4, FM1,<br />
FM1+FHM, stark belastetes Modellmischwasser mit hoher Portho-<br />
Belastung C6 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter<br />
Balken) ............................................................................................................86<br />
Abbildung 49: FF: F5L2 bis F5L4, Verlauf der AFS und CSBpart Ablaufkonzentrationen .......87<br />
Abbildung 50: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F6L1 bis F6L5, FM1,<br />
FM1+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken<br />
einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)....................................................89<br />
Abbildung 51: FF: F6L4 und F6L5 Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und<br />
Ablaufkonzentrationen ....................................................................................90<br />
Abbildung 52: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F10L1 bis F10L5, FM2,<br />
FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser mit geringer Portho-Belastung<br />
B1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)..........91<br />
Abbildung 53: FF: F6L6 Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und Ablaufkonzentrationen ..........93<br />
Abbildung 54: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion<br />
über die gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalien-<br />
anwendung, MWQ: C2..................................................................................100<br />
Abbildung 55: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion<br />
über die gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalien-<br />
anwendung, MWQ: C2..................................................................................101<br />
Abbildung 56: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über<br />
die gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung,<br />
MWQ: C2 ......................................................................................................101<br />
Abbildung 57: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T20L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser<br />
C2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken) .......102<br />
Abbildung 58: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalien-<br />
anwendung, MWQ: B1 ..................................................................................103<br />
Abbildung 59: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalien-<br />
anwendung, MWQ: B1 ..................................................................................103<br />
Abbildung 60: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalien-<br />
anwendung, MWQ: B1 ..................................................................................104
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> XII<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 61: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T13L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, mäßig belastetes<br />
Mischwasser B1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)..............................................................................................105<br />
Abbildung 62: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne<br />
Chemikalienanwendung, MWQ: C2 ..............................................................106<br />
Abbildung 63: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne<br />
Chemikalienanwendung, MWQ: C2 ..............................................................107<br />
Abbildung 64: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung<br />
MWQ: C2...................................................................................107<br />
Abbildung 65: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T21L1-3 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, stark belastetes<br />
Mischwasser C2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)..............................................................................................108<br />
Abbildung 66: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T13L2, T20L1-2 und<br />
T21L3 ohne Chemikalienanwendung, vF= 3,75 bzw. 2,5 m/h,<br />
unterschiedlich belastete Mischwässer (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)...........................................................109<br />
Abbildung 67: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T14L1 und T22L1 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 bzw. 7,5 m/h, mäßig belastete Misch-<br />
wässer B3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)..............................................................................................110<br />
Abbildung 68: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T15L1-3, FM1+FHM,<br />
vF= 2,5, sehr stark belastetes Mischwasser D3 (Zulauf = linker Balken<br />
einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)..................................................113<br />
Abbildung 69: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T17L1-2, FM2,<br />
FM2+FHM, vF= 2,5, gering belastetes Mischwasser A1 (Zulauf = linker<br />
Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)......................................115<br />
Abbildung 70: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T18L1-3, FM2,<br />
FM2+FHM, vF= 2,5, mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker<br />
Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)......................................116<br />
Abbildung 71: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T19L1-4, FM2, vF= 2,5,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)..........................................................117<br />
Abbildung 72: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T17L1, T18L1 und<br />
T19L2, FM2: 9,4 mg Fe/l, vF= 2,5, gering und mäßig belastete<br />
Mischwässer A1, B2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe,<br />
Ablauf = rechter Balken)................................................................................119
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> XIII<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 73: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T16L1-3, KP, vF= 2,5,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B3 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)..........................................................120<br />
Abbildung 74: MF: Zu- und Ablaufwerte durchgeführter Versuche ohne<br />
Chemikalienanwendung im Vergleich (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)...........................................................125<br />
Abbildung 75: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M4L1-4, FM1, FM1+FHM,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)...........................................................128<br />
Abbildung 76: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M10L1-5, FM2, FM2+FHM,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B1 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)...........................................................129<br />
Abbildung 77: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M7L1-4, KP, stark belastetes<br />
Mischwasser C3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)..............................................................................................131<br />
Abbildung 78: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M9L1-5, KP, gering belastetes<br />
Mischwasser A1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)..............................................................................................132<br />
Abbildung 79: Splitt-Anfall aus dem Zulaufbereich des Fuzzy Filters®................................150<br />
Abbildung 80: Tauchpumpe mit leicht zugesetztem Siebkorb..............................................151
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 1<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
1 Einleitung<br />
Mischwasserentlastungen aus städtischen Entwässerungsnetzen stellen grundsätzlich ein<br />
ökologisches Gefährdungspotential für die Gewässer dar, in die eingeleitet wird. In<br />
Deutschland kann davon ausgegangen werden, dass nur rund ein Viertel der<br />
Gewässerbelastung (CSB) aus dem Trockenwetteranteil im Kläranlagenablauf stammt. Der<br />
Rest resultiert zu etwa gleichen Teilen aus Mischwasserentlastungen,<br />
Trennsystemeinleitungen und dem Regenwasseranteil im Kläranlagenablauf. Durch den<br />
erreichten hohen Ausbaustandard der Kläranlagen liegt der Ansatzpunkt für effektive<br />
Maßnahmen zum Gewässerschutz somit insbesondere im Bereich der Mischwasseranlagen.<br />
Das Hauptaugenmerk in Bezug auf Mischwasserüberläufe lag bisher auf dem quantitativen<br />
Aspekt. Reduzierung der Überlaufmengen und –häufigkeiten war in der Vergangenheit das<br />
Ziel der Forschung. Durch das Inkrafttreten der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie richtet<br />
sich seitdem der Fokus zunehmend auf das Ziel des Erhaltes oder der Wiederherstellung<br />
eines ökologisch und biologisch guten Zustandes der europäischen Gewässer, wozu es<br />
erforderlich ist, auch die Einleitung von belastenden Stofffrachten zu vermindern.<br />
Trotz einer relativ breiten Palette von Verfahren zur Mischwasserbehandlung werden im<br />
urbanen Raum in Deutschland hauptsächlich Rechen und Siebe ohne eine gezielte<br />
weitergehende Entfernung von CSB und Phosphor aus den Mischwasserüberläufen<br />
eingesetzt. Im ländlichen Raum mit einer besseren Verfügbarkeit von Flächen dagegen<br />
erfolgt durchaus eine weitergehende Reinigung beispielsweise mittels Bodenfiltern. Potentiell<br />
sind jedoch diverse Technologien bekannt, die außerhalb Deutschlands sowohl für die<br />
Behandlung von Regen- und Mischwasser als auch für spezielle Abwässer eingesetzt<br />
werden, und die bei entsprechender Adaption an die Besonderheiten der<br />
Mischwasserbehandlung in Deutschland eine sehr weitgehende Entfernung von<br />
suspendierten Stoffen und (partikulärem) CSB möglich machen können. Bei zusätzlichem<br />
Einsatz entsprechender Fällungs- und Flockungshilfsmittel sollten sie auch eine weitgehende<br />
Entfernung von Phosphor bzw. Ortho - Phosphat sicherstellen können. Eine Verringerung<br />
der eingeleiteten NH4-N-Fracht ist auf diesem Wege allerdings nicht möglich.<br />
Im Rahmen einer umfangreichen Recherche zu potentiellen Mischwasserreinigungstechnologien<br />
haben sich Verfahren herauskristallisiert, die in dieser Anwendung entweder<br />
überhaupt noch nicht getestet wurden oder die zumindest in Europa nicht verwendet werden.<br />
Im Rahmen des Forschungsprojektes „Reduzierung des Frachteintrages aus<br />
Mischwasserentlastungen“ wurden drei von ihnen erstmalig zur weitergehenden<br />
Mischwasserreinigung in Deutschland eingesetzt und stellen damit ein Innovationspotential<br />
für die Stadt <strong>Berlin</strong> und das Umland bzw. andere Regionen dar, die vor ähnlichen Problemen<br />
stehen.<br />
Dieses Projekt wurde im Rahmen des Umweltentlastungsprogramm II aus Mitteln des Europäischen<br />
Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und dem Land <strong>Berlin</strong> (Projektnr.: 11175<br />
UEP/2) gefördert.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 2<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
2 Zielstellung<br />
Die Ziele des Forschungsprojektes bestanden darin, die vorab detektierten drei<br />
Technologien<br />
� Fuzzy Filter® (spezielles Verfahren der Raumfiltration)<br />
� Tuchfilter mit Polstoffen (spezielles Filtertuchverfahren)<br />
� Mikroflotation (besondere Art der Druckentspannungsflotation)<br />
im halbtechnischen Maßstab mittels Versuchsanlagen an einem Regenbecken der <strong>Berlin</strong>er<br />
Wasserbetriebe mittels Beaufschlagung mit echtem Mischwasser verschiedener Qualitäten<br />
dahingehend zu testen, ob sie grundsätzlich unter diesen speziellen Bedingungen in der<br />
Lage sind, eine zufrieden stellende Reinigungsleistung zu erbringen und eine signifikante<br />
Reduzierung der partikulären Stoffe (AFS und CSBpartikulär) sowie der Phosphorbelastung im<br />
Einleitgewässer herbeizuführen.<br />
Es sollten Möglichkeiten und Grenzen der Technologien (soweit im Versuchsbetrieb möglich)<br />
herausgearbeitet und grobe Anhaltspunkte zu betrieblichen Besonderheiten sowie<br />
Empfehlungen zum Einsatz gegeben werden.<br />
Darüber hinaus sollte aufgezeigt werden, welche Entlastung ein großtechnischer Einsatz der<br />
Technologien potentiell für das Einleitgewässer und damit einen Teil des<br />
mischwasserbeeinflussten innerstädtischen <strong>Berlin</strong>er Gewässersystems bedeuten würde.<br />
Das Projekt lief von Juni 2009 bis Mai 2011 am Fachgebiet <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> der<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong> mit maßgeblicher Unterstützung der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe, die den Standort und<br />
die Infrastruktur des Regenbeckens kostenfrei zur Verfügung stellten.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 3<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
3 Theoretische Grundlagen<br />
3.1 Mischwasserproblematik in urbanen Räumen<br />
3.1.1 Mischwasserproblematik in Deutschland<br />
Deutschland besitzt einen Kanalisationsanschlussgrad von 96,1 % (Stand 2007) [Brombach<br />
et al. 2010]. Der Anteil der Mischwasserkanalisation beträgt 56,1 %. Vor allem der Süden<br />
Deutschlands wird über das MW-Kanalisationssystem entwässert (ca. 80 %). Im Norden liegt<br />
der MW-Kanalisationsanteil bei ca. 20 %. Dieser ergibt sich vorwiegend aus den<br />
Anschlüssen der Großstädte, die historisch bedingt der Mischentwässerung unterliegen<br />
[Mehler 2000].<br />
Die Mischwasserkanalisation entwässert neben häuslichen und industriellen Abwässern den<br />
in die Kanalisation abgeleiteten Anteil anfallender Regenwassermengen. Hauptproblem für<br />
das Mischsystem sind Starkregenereignisse, welche den Trockenwetterabfluss um ein<br />
Vielfaches erhöhen und damit Kläranlagenkapazitäten deutlich überschreiten können<br />
[Borchardt 1999]. Zur Entlastung der Kläranlagen dienen hauptsächlich Kanalstauräume und<br />
Regenüberlaufbecken (RÜB), welche die auftretenden Mischwassermengen im Bedarfsfall<br />
zwischenspeichern können. 24000 Retentionsbauwerke (Regenbecken und<br />
Stauraumkanäle) mit einem Speichervermögen von über 15 Mio. m³ sind in den<br />
Mischkanalisationen Deutschlands installiert (Stand 2007) [Brombach et al. 2010] und bilden<br />
damit den Großteil der gesamten Regenbecken in Deutschland (Trenn- und<br />
Mischkanalisation zusammen) [AB-Plan 2001], [Brombach et al. 2010], [Matzinger 2008].<br />
Das zwischengespeicherte Mischwasser wird nach dem Regenereignis zu den jeweiligen<br />
Kläranlagen abgeleitet und behandelt. Hier stellt die starke Verdünnung des Abwassers und<br />
die daraus resultierende geringere stoffliche Fracht in Kombination mit der durch das<br />
beigemischte Regenwasser herabgesetzten Abwassertemperatur ein signifikantes Problem<br />
für die sensible biologische Reinigungsstufe dar. Darüber hinaus unterliegen alle Stufen der<br />
Kläranlage einer erhöhten hydraulischen Belastung. Diese Faktoren wirken sich meist<br />
negativ auf das Ergebnis des Klärprozesses aus.<br />
Bei anhaltenden Starkregenereignissen, welche die Kapazitäten der Speicherräume<br />
übersteigen, wird mittels Überläufen in den Kanälen und den Speicherbecken die<br />
Kanalisation entlastet. Dabei gelangt hauptsächlich unbehandeltes bzw. nur mechanisch<br />
behandeltes Mischwasser (durch Sedimentation) in die Vorfluter. Sowohl akute als auch<br />
verzögerte Auswirkungen für die aufnehmenden Gewässer ergeben sich durch eingetragene<br />
leicht abbaubare organische Stoffe, toxische und pathogene Substanzen und durch eine<br />
hohe hydraulische Belastung. Ebenso können negative Langzeitfolgen durch ein erhöhtes<br />
Eutrophierungspotential (hauptsächlich Phosphoreintrag) und Schlammeintrag entstehen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 4<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 1 gibt eine Zusammenfassung der möglichen Auswirkungen von<br />
Mischwasserentlastungen in Fließgewässer.<br />
Tabelle 1: Auswirkungen von Mischwassereinleitungen auf Fließgewässer nach [Borchardt<br />
1999] und [Erbe 2004]<br />
Art der Wirkung<br />
akut<br />
(Stunden)<br />
verzögert<br />
(Tage, Wochen)<br />
akkumulativ,<br />
chronisch<br />
(Wochen-Jahre)<br />
Art der Belastung Indikator Bezugsgröße<br />
hydraulisch<br />
stofflich<br />
hygienisch<br />
ästhetisch<br />
stofflich<br />
hygienisch<br />
ästhetisch<br />
hydrologisch<br />
stofflich<br />
- Schubspannung, Scherkraft,<br />
- Erosion, Abfluss<br />
- Sauerstoffdefizit<br />
- suspendierende Stoffe<br />
- Schwebstoffe, Trübung<br />
- toxische Stoffe (insb. NH3)<br />
- pathogene Bakterien/Viren<br />
- Geruch, Treibgut, Grobstoffe<br />
- Sauerstoffzehrung (Sediment)<br />
- toxische Substanzen (NO2,NH3)<br />
- Feststoffe<br />
- Bakterien, Viren (Sediment)<br />
-Treibgut, Öl<br />
- Abflussregime<br />
- Morphologie<br />
- persistente organische<br />
Verbindungen<br />
- Schwermetalle<br />
- Bildung anorganischer<br />
u. organischer Sedimente<br />
- Sauerstoffzehrung<br />
(eutrophierende Stoffe)<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Einzelereignis<br />
Gesamtfracht<br />
einer Mehrzahl<br />
von Ereignissen;<br />
Konzentrationen<br />
im Sediment<br />
Auf Grund der auftretenden Mischwasserentlastungen sind weitergehende<br />
Vermeidungsstrategien sowie weitergehende MW-Behandlungen anzustreben, auch um den<br />
künftigen Forderungen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie gerecht zu werden. Die<br />
Länder <strong>Berlin</strong> und Brandenburg haben sich beispielsweise auf ein gemeinsames<br />
Handlungskonzept zur Reduzierung der Nährstoffbelastung in gemeinsamen Gewässern<br />
geeinigt, worin in Abhängigkeit vom jeweiligen Subtyp der vorhandenen sensiblen Seen und<br />
ihrer Zuflüsse Orientierungswerte für Gesamt – Phosphor zwischen 40 und 90 µg/l<br />
vorgegeben werden. [SenGUV <strong>Berlin</strong> und MUGV Brandenburg 2011]<br />
3.1.2 Mischwasserproblematik in <strong>Berlin</strong><br />
In <strong>Berlin</strong> wird und wurde vermehrt auf die konventionelle Mischwasserbehandlung (siehe<br />
Kap. 2.2.2.1) gesetzt. Die Entwässerung der <strong>Berlin</strong>er Innenstadtbezirke sowie der<br />
Spandauer Altstadt erfolgt über die Mischwasserkanalisation. Das Gesamteinzugsgebiet der<br />
MW-Kanalisation beträgt ca. 92 km² mit insgesamt 531 Regenüberläufen, 9 RÜB,<br />
1 Stauraumkanal und einem Bewirtschaftungsbauwerk (Stand 2001). Die Anzahl der MW-
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 5<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Überlaufereignisse in den jeweiligen Pumpwerkseinzugsgebiete variiert zwischen 1 und >30<br />
Mal im Jahr [AB-Plan 2001].<br />
Abbildung 1: Misch- und Trennkanalisationsverteilung in <strong>Berlin</strong> [SenGUV <strong>Berlin</strong>]<br />
Bedingt durch die Mischwasserentlastungen und die daraus resultierende Sauerstoffzehrung<br />
kommt es vor allem im Landwehrkanal öfter zu Fischsterben. Um den auftretenden akuten<br />
Sauerstoffmangel im Gewässer kurzfristig entgegen zu wirken, ist seit 1997 das<br />
Belüftungsschiff MS Rudolf Kloos im Einsatz [AB-Plan 2001].<br />
Zur mittel- bis langfristigen Verbesserung der Situation der <strong>Berlin</strong>er Gewässer ist eine<br />
Reduzierung der MW-Entlastungen unumgänglich. Dementsprechend werden die <strong>Berlin</strong>er<br />
Wasserbetriebe durch Maßnahmen wie Kanalnetzsteuerung, Bau von Retentionsbauwerken<br />
und Schwellenanhebungen das Speichervolumen bis zum Jahr 2020 signifikant erhöhen. In<br />
den folgenden Tabellen sind die Gesamtentwicklung seit 1990 bis 2010 in Bezug auf<br />
vorhandenes und aktiviertes Kanalspeichervolumen sowie gebautes Volumen (Tabelle 2)<br />
und in bezüglich Entlastungsraten (Tabelle 3) dargestellt. Die Daten beruhen auf Angaben<br />
der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe Abteilung Grundlagenplanung Abwasser GI-G/A.<br />
Tabelle 2: Vorhandenes Kanalnetzvolumen (Stand 1990, derzeit und im Sanierungszustand<br />
2020) sowie aktiviertes Kanalnetzvolumen und umbautes Volumen [BWB 2011]<br />
Kanalnetzvolumen<br />
[m 3 ]<br />
aktiviertes Kanalnetzvolumen<br />
[m 3 ]<br />
gebautes<br />
Volumen [m 3 ]<br />
Summe<br />
[m 3 ]<br />
Zustand (1990) 108.400 0 22.800 131.200<br />
aktueller Zustand<br />
(2009/2010)<br />
149.600 35.500 28.700 213.800<br />
Sanierungszustand<br />
(2020)<br />
184.700 54.000 64.000 302.700
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 6<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 3: Derzeitige und angestrebte Entlastungsraten (Stand 1990, derzeit und im<br />
Sanierungszustand 2020) [BWB 2011]<br />
Zustand (1990)<br />
aktueller Zustand<br />
(2009/2010)<br />
Sanierungszustand<br />
(2020)<br />
Entlastungsmenge<br />
[m 3 /a]<br />
CSB-Fracht<br />
[t/a]<br />
BSB-Fracht<br />
[t/a]<br />
AFS-Fracht<br />
[t/a]<br />
7.718.724 1.919 796 1.126<br />
ca. 6.400.000 ca. 1.500 ca. 600 ca. 800<br />
4.587.513 866 342 496<br />
Die Tabellen 2 und 3 machen deutlich, dass die BWB die nach 1990 eingeführte<br />
Kanalnetzsteuerung auch in Zukunft weiter vorantreiben und zusätzliches Speichervolumen<br />
bauen werden. Bis zum Jahre 2020 soll der Trend zu geringeren Entlastungsmengen und<br />
-frachten fortgeführt werden. Es wird erwartet, dass sich mit den geplanten Maßnahmen das<br />
Entastungsvolumen um ca. ein Drittel von 6,4 Mio. m³/a (Stand 2009/2010) auf fast 4,5 Mio.<br />
m³/a reduzieren lässt. Die aufgeführte Entlastungsmenge für das Jahr 2020 wird nicht<br />
allerdings nicht nur durch die Kanalnetzsteuerung erreicht, sondern in Kombination mit<br />
neuen, geplanten Retentionsbauwerken und Schwellenanhebungen angestrebt.<br />
Aus Abbildung 2 wird der Stand der <strong>Berlin</strong>er Kanalnetzsanierung und –bewirtschaftung<br />
ersichtlich.<br />
Abbildung 2: <strong>Berlin</strong>er MW-Netz, Speichervolumen 2010 und im Endausbauzustand 2020 [BWB]<br />
Es kann davon ausgegangen werden, dass allein durch eine verbesserte Speicherwirkung<br />
des gesamten <strong>Berlin</strong>er Mischwassernetzes keine auf Dauer zufrieden stellende Wirkung auf<br />
die <strong>Berlin</strong>er Gewässer erreicht werden kann. Eine Reduzierung der entlasteten Frachten<br />
muss in Zukunft zusätzlich über eine definierte Stoffentnahme aus den entlasteten<br />
Mischwasservolumina angestrebt werden.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 7<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
3.2 Stand der Technik<br />
3.2.1 Vermeidungsstrategien<br />
Eine Reduzierung des Transports anfallender Niederschlagswassermengen im Kanalnetz<br />
sollte immer die höchste Priorität im Bereich der Regenwasserbewirtschaftung darstellen. Im<br />
Arbeitsblatt ATV-A 128 „Richtlinien für die Bemessung und Gestaltung von<br />
Regenentlastungsanlagen in Mischwasserkanälen“ ist unter den Planungsgrundsätzen die<br />
Vermeidung als „Minderung des Abwasseranfalls“ vor den Behandlungsmaßnahmen<br />
aufgeführt [ATV-A 128 1992]. Eine hydraulische Entlastung ist für fast alle relevanten<br />
Systemparameter - Kläranlage, Gewässer und Mischwasserbehandlungseinrichtungen - von<br />
Vorteil (abgesehen vom reinigenden Effekt einer fließenden Welle im Kanal). Tabelle 4 gibt<br />
einen Überblick über Maßnahmen zur Reduzierung des Misch-/ und Regenwasseranfalls in<br />
der Kanalisation.<br />
Tabelle 4: Überblick über Möglichkeiten zur Minderung des Niederschlagseintrags in die<br />
Kanalisation [Landrat Märkischer Kreis 2011], [UVM Baden-Württemberg 2001], [LU Bozen<br />
2011]<br />
Versickerung Flächenversickerung<br />
Becken-/Schachtversickerung<br />
Mulden-/Rohr-/Rigolenversickerung<br />
Vermeidung / Minderung Entsiegelung von Flächen<br />
Durchlässige Oberflächenbefestigungen<br />
Extensive und intensive Dachbegrünung<br />
Abkopplungsmaßnahmen<br />
Höherer Vegetationsgrad � Rückhalt<br />
Nutzung Speicherung in Zysternen und trockene Brunnen<br />
�Häusliche Nutzung<br />
�Grundstücksbewässerung<br />
Einleitung Einleitung in Oberflächengewässer<br />
Sonstige Vermeidung von Fremdwassereinträgen<br />
Problematisch bei der Realisierung bestimmter Maßnahmen zur Minderung von auftretenden<br />
Abwasservolumina im urbanen Raum sind hauptsächlich hohe Investitionskosten und<br />
mangelnde Flächenverfügbarkeit. Vor allem die klassische Versickerung stellt in dicht<br />
besiedelten Gebieten eine meist nicht zu realisierende Maßnahme dar.<br />
Versickerungsvorgänge der dezentralen Regenwasserbewirtschaftung benötigen relativ<br />
große Flächen, die im inneren Kern von Großstädten nicht ohne weiteres zu finden sind.<br />
Modifizierte Versickerungsmaßnahmen wie Mulden- und/oder Rigolenversickerung und<br />
Schachtversickerung kommen zwar durch deutliche Platzeinsparung im urbanen Raum im<br />
Gegensatz zur Flächenversickerung eher in Betracht, die benötigte Fläche pro Hektar<br />
reduzierte (versiegelte) Fläche eines Einzugsgebietes (m²/hared) ist jedoch immer noch im<br />
Vergleich zu Behandlungsmaßnahmen der Regenwasserbewirtschaftung um 1 bis 3<br />
Potenzen höher einzuordnen (vgl. [Sieker 2002], Tab. 3.23). Des Weiteren sind
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 8<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Versickerungsmaßnahmen durch den eventuell massiven Grundstückserwerb und durch<br />
teure Erdbauarbeiten als sehr kostenintensiv einzuschätzen.<br />
Weitere Präventivmaßnahmen wie häusliche Regenwassernutzung, Speicherung von<br />
Regenwasser zur Gartenbewässerung, Extensive und Intensive Dachbegrünung [Fuchs<br />
1997] sind ebenso mit hohem Investitionsaufwand verbunden. Eine mittel-/ bis langfristige<br />
Betrachtung der aufgeführten Verfahren lässt jedoch vermuten, dass durch den verminderten<br />
Abwasseranteil deutliche Kosteneinsparungen auftreten. Geringere Misch- /bzw.<br />
Regenwasservolumina bedeuten weniger benötigte Kapazitäten für die Behandlung der<br />
anfallenden Wässer und ein geringerer Aufwand für den Gewässerschutz bzw. für die<br />
anschließende Gewässersanierung. In einer nachhaltigen Kosten-Nutzen-Analyse sind<br />
deshalb kostenintensive Präventivmaßnahmen wenn möglich Behandlungsmaßnahmen<br />
vorzuziehen, da sie sich meistens bereits mittelfristig in Bezug auf den Gesamtaufwand des<br />
Gewässerschutzes amortisiert haben. Intelligente Abkopplungen von versiegelten Flächen<br />
eines Einzugsgebietes und eine dezentrale Bewirtschaftung sind in jedem<br />
Stadtbewirtschaftungsplan prioritär zu beachten. Eine Abschätzung von [Sieker 1998] ergibt,<br />
dass durchschnittlich 25 % der angeschlossenen Flächen an eine Mischkanalisation unter<br />
Beachtung der Durchführbarkeit von der Kanalisation abgekoppelt werden könnten. Dies<br />
würde zu einer überproportionalen Abnahme des benötigten Speichervolumens von bis zu<br />
50-60 % führen [Sieker 1998]. Auch direkte Einleitungen sehr gering stofflich belasteter<br />
Abflüsse von versiegelten Flächen in Oberflächengewässer und Sanierungsmaßnahmen in<br />
der Kanalisation (Verminderung von Fremdwassereintrag) sind weitere Punkte, die eine<br />
Reduzierung des Abwasseranfalls weiter beschleunigen können [Fuchs 1997].<br />
Abkopplungsmaßnahmen von belasteten Flächen (viel befahrenen Straßen,<br />
Industriegebieten usw.) sind einer dezentralen Behandlung zu unterwerfen.<br />
Eine elegante Lösung zur signifikanten Reduzierung des Regen-/ bzw. Mischwasseranfalls<br />
ist die direkte Entsiegelung verbauter Flächen bzw. der Ersatz undurchlässiger Materialen<br />
durch durchlässige Oberflächenbefestigungen. Da deutlich über die Hälfte des<br />
Niederschlagsabflusses in die Kanalisation von versiegelten Flächen stammen (nach<br />
Schitthelm sogar 90 %, (Stand 1992) [Schitthelm 1992]), ist die Entsiegelung in einer<br />
allgemeinen Kosten-Nutzen-Betrachtung als die effektivste Methode einzuschätzen.<br />
Allgemein sind vorhandene Potentiale der Prävention auch in der Wasserwirtschaft noch<br />
deutlich mehr zu beachten und anzuwenden. Die ehrgeizig gesetzten Ziele<br />
(Gewässergüte 2, Badewasserqualität) für viele Gewässer sind nur in Kombination aus<br />
Prävention, Behandlung und Sanierung zu erreichen. Ebenso können Maßnahmen zur<br />
Minderung des Niederschlagsabflusses einen signifikanten Beitrag zum Hochwasserschutz<br />
leisten.<br />
3.2.2 Mischwasserbehandlung in Deutschland<br />
3.2.2.1 Konventionelle Verfahren<br />
In Deutschland wird hauptsächlich die sogenannte „konventionelle Mischwasserbehandlung“<br />
angewandt. Sie beschreibt die Behandlung der anfallenden Mischwassermengen im System<br />
Kanalisation. Nach dem Stand der Technik, welche hauptsächlich im Arbeitsblatt ATV-A 128<br />
der ATV-Arbeitsgruppe beschrieben ist, werden überwiegend Regenüberlaufbecken,<br />
Regenüberläufe und Stauraumkanäle in die Kanalisation integriert. Die eingesetzten
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 9<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Retentionsbauwerke sind dafür vorgesehen, die Mischwassermengen im System<br />
Kanalisation bei Überlastung der Kläranlagen weitestgehend zu speichern, um sie bei<br />
anschließender Trockenwetterlage den Kläranlagen zur Behandlung zu zuführen. Überläufe<br />
werden in Bauwerken und in Mischkanalisationen so installiert, dass bei Überlastung der<br />
Kanalisation möglichst gering belastetes Mischwasser in die Vorfluter abgeleitet wird.<br />
a) Regenüberläufe<br />
Regenüberläufe sind in Kanälen direkt installiert. Sie werden bei Überlastung der Kläranlage<br />
durch Überlauf des Wehres aktiviert. Das entlastete Wasser wird direkt in die Vorfluter<br />
geleitet. Entsprechend ist eine Anordnung der Überläufe so vorzunehmen, dass ein<br />
maximaler klärtechnisch-mechanischer Effekt durch die Kanalisation gewährleistet ist.<br />
b) Regenüberlaufbecken<br />
Regenüberlaufbecken kommen in verschiedenen Variationen vor. In Abhängigkeit ihrer<br />
Aufgabenstellung werden Fangbecken, Durchlaufbecken und Verbundbecken eingesetzt. In<br />
kleinen Einzugsgebieten sind bevorzugt Fangbecken installiert, um den dort zu erwartenden<br />
Spülstoß abzufangen. Der ausgeprägte Spülstoß beschreibt die Reinigung des Kanals mit<br />
der fließenden Welle und tritt hauptsächlich bei kleinen Einzugsgebieten mit kurzen<br />
Fließzeiten auf. Fangbecken besitzen keinen regulären Überlauf im Bauwerk, um die hohen<br />
Konzentrationen des Spülstoßes nicht zu entlasten. Ein vorgeschalteter Überlauf im Kanal ist<br />
bei dieser Variante üblich. In dicht besiedelten Gebieten mit längeren Fließzeiten, bei denen<br />
keine bzw. geringfügig ausgeprägte Spülstöße zu erwarten sind, kommen Durchlaufbecken<br />
zum Einsatz. Ein installierter Überlauf im Durchlaufbecken entlastet mechanisch,<br />
vorgereinigtes Mischwasser in den Vorfluter. Die Sedimentationsrate im Becken hängt von<br />
der Größe und der Strömung des einströmenden Mischwassers ab und kann mit Einbauten<br />
(u.a. Lamellen) optimiert werden. Beide Bauformen können im Haupt- und Nebenanschluss<br />
und als Verbundbecken (Kombination aus beiden Varianten) betrieben werden [Sieker 2011].<br />
Im Hauptanschluss entleert sich das Regenbecken entsprechend der Kanalnetzleerung. Im<br />
Nebenanschluss ist das RÜB nicht mit dem Kanalnetz hydraulisch gekoppelt und das<br />
gespeicherte Mischwasser wird nach Leerung des Kanalnetzes abgeleitet [Abwasserverband<br />
Weißach 2011], [Kraut et al. 2000], [Sieker 2011].<br />
c) Regenrückhaltebecken<br />
Regenrückhaltebecken werden in Einzugsgebieten errichtet, in denen eine Entlastung des<br />
Mischwassers nicht gewollt oder nicht möglich ist und das Kanalsystem größere<br />
Abflussspitzen nicht bewältigen kann. Übermäßige Mischwasservolumina müssen an<br />
anderer Stelle der Kanalisation entlastet werden.<br />
d) Stauraumkanäle<br />
Durch die Ausnutzung vorhandener Kanalnetzvolumina kann neuer Speicherraum ohne die<br />
Installation neuer Bauwerke geschaffen werden. Mit einfachen Einbauten<br />
(Schwellenanhebungen) lassen sich große Bereiche der Kanalisation zu diskontinuierlichen<br />
Stauraumkanälen umfunktionieren. Sie können mit unten- (Wirkung wie Durchlaufbecken)<br />
oder obenliegender Entlastung (Wirkung wie Fangbecken) ausgelegt werden [Springer<br />
Umweltlexikon 2000]. Unter intelligenter Anwendung kann diese Maßnahme einen<br />
signifikanten Beitrag zur Verbesserung der Gewässergüte angeschlossener Fließgewässer
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 10<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
leisten. Durch die Überdimensionierung der Mischwasserkanäle und die stetig<br />
fortschreitende Reduzierung des Abwasseranfalls (u.a. Wassersparen, demografischer<br />
Wandel) besitzt dieses Verfahren viel Potential, welches z.B. bei den BWB in Zukunft mehr<br />
Verwendung finden soll (siehe Tab. 2).<br />
e) Kanalnetzsteuerung<br />
Die Kanalnetzsteuerung fordert ein intelligentes Monitoring, bei dem durch eine dynamische<br />
Betriebsweise die Mischwassermengen von hoch belasteten Kanalsystemen zu geringer<br />
belasteten Kanalnetzen abgeleitet werden. Durch verzweigte und vermaschte große<br />
Kanalnetze und einer übergeordneten Verbundsteuerung, welche in der Bundesrepublik<br />
Deutschland meist vorhanden ist, ist die Ausgangslage für eine Kanalnetzsteuerung<br />
innerhalb großer Städte gegeben. Anfang der 90er Jahre haben erste<br />
Netzbewirtschaftungsmaßnahmen in der Bundesrepublik gezeigt, dass insbesondere die<br />
klassischen kurzen, intensiven Entlastungsereignisse vermindert und eine allgemeine<br />
Reduktion der Entlastung bis 50 % erreicht werden kann [Fuchs 1997]. In großen<br />
Einzugsgebieten kann die Kanalnetzsteuerung eingesetzt werden und anfallende<br />
Mischwässer eines sehr beanspruchten Gebietes auf geringer belastete Bereiche ableiten.<br />
3.2.2.2 Weitergehende Verfahren<br />
Laut Arbeitsblatt ATV-A 128 der ATV-Arbeitsgruppe werden folgende weitergehende<br />
Verfahren zur Behandlung von Regenwasser im Mischsystem empfohlen: Schwer- und<br />
Leichtflüssigkeitsabscheider, Zyklonabscheider, Mikrosiebe, Rechen und Bodenfilter.<br />
Außerdem können Verfahren mit Absetzwirkung oder Fällung und Flockung zum Einsatz<br />
kommen [ATV 128 1992]. Im Folgenden werden ausgewählte weitergehende Verfahren zur<br />
Behandlung von Mischwasser kurz dargestellt.<br />
a) Retentionsbodenfilter<br />
Als Retentionsbodenfilter wird ein Bodenfilter bezeichnet, dessen Retentionsraum über dem<br />
Filterkörper angeordnet ist. Bei herkömmlichen Bodenfiltern ist der notwendige<br />
Retentionsraum dem Filterkörper vorgeschaltet. Besonders in der Mischwasserbehandlung<br />
kommt auf Grund des geringeren Platzbedarfs der Retentionsbodenfilter vermehrt nach<br />
Regenüberlaufbecken zum Einsatz. Der Filterkörper besteht aus Lehm- oder Sandböden<br />
oder aus einer Kombination aus einer Lehm- mit darunterliegender Sandschicht. Er wird<br />
nach unten abgedichtet. Das Mischwasser durchströmt den Filterkörper vertikal und wird<br />
über ein Drainagesystem abgeleitet. [Waldhoff 2008] Durch den Bodenkörper werden<br />
partikuläre und gelöste Stoffe mechanisch abgeschieden bzw. mikrobiell abgebaut. Durch<br />
die Bodenwahl können unterschiedliche Reinigungsschwerpunkte gesetzt werden.<br />
Lehmböden zeigen ein besseres Sorptionsverhalten für gelösten Phosphor im Vergleich zu<br />
Sandböden, welche jedoch bei geringen Korngrößen eine bessere Hygienesierung des<br />
Mischwassers bewirken. [LfU 2002], [Roth 2002] Bodenfilter weisen im Mittel folgende<br />
Reinigungsleistungen auf AFS: 90-95 %, CSB: 60-80 % und PO4-P: 40-60 % [Mehler 2000].<br />
Zur Vermeidung von Kolmation und Erosionsschäden werden die Filter mit Gras, Schilf,<br />
Rohrkolben oder Binsen je nach Anforderung und Einstaudauer bepflanzt. Über ein<br />
Drosslungsorgan kann die Filtergeschwindigkeit festgesetzt werden. Zur Einhaltung der<br />
maximalen Einstauhöhe dient ein Überlauf. Bei der Mischwasserbehandlung werden<br />
Retentionsbodenfilter einem RÜB, in dem das anfallende Mischwasser gespeichert und
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 11<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
partikuläre Stoffe bereits teilweise sedimentieren, nachgeschaltet [Waldhoff 2008], [LfU<br />
2002].<br />
Abbildung 3: Aufbau eines Retentionsbodenfilters [Waldhoff 2008]<br />
b) Wirbelabscheider<br />
In der Regen- und Mischwasserbehandlung kommen als weitergehende Verfahren Wirbel-<br />
und Zyklonabscheider zum Einsatz. Beide werden laut DWA-Arbeitsblatt ATV-A 166 unter<br />
dem Begriff Hydrodynamischer Abscheider zusammengefasst. Der Wirbelabscheider<br />
„FluidSep“ der Firma UFT besitzt ein größeres Speichervolumens als herkömmliche<br />
„Hydrozyklone“. Er kann als Ersatz für kleinere Fangbecken (bis zu 200 m³) dienen oder wird<br />
vor RÜB als Vorreinigung genutzt. Der tangentiale Zulauf des Mischwassers erzeugt eine<br />
Wirbelströmung, die zu einer Abscheidung partikulärer Stoffe führt. [UFT 2010] Die mittleren<br />
AFS- und CSB-Reinigungsleistungen liegen für Hydrozyklone und FluidSep-Abscheider bei<br />
40 bis 50 % [Mehler 2000].<br />
Lamellenabscheider können als zusätzliche Einbauten in Retentionsräumen wie RÜB und<br />
Stauraumkanälen zum Einsatz kommen. Durch die Schrägklärelemente vergrößert sich die<br />
Sedimentationsoberfläche und der Sinkweg wird verkleinert. Dadurch wird der<br />
Sedimentationswirkungsgrad maßgeblich erhöht und bestehende RÜB in ihrer<br />
Reinigungsleistung hinsichtlich partikulärer Stoffe optimiert. Bei erhöhten<br />
Oberflächenbeschickungen (10 m/h) kann mit Hilfe der Lamellen noch ein gewisser<br />
Abscheidegrad erzielt werden. [Mehler 2000]<br />
c) Mikrosiebe<br />
Mikrosiebe bestehen aus eindimensionalen monofilen engmaschigen Polyester- oder<br />
Polyamid-Geweben oder aus Edelstahl-Drahtgeweben mit Maschenweiten von 10 bis 20 µm<br />
[Grabbe 1998]. Die Mikrosiebe kommen als Trommelfilter, wie das Passavant Mikro-Giant<br />
Trommelsystem der Firma Passavant Geiger GmbH oder Scheibenfilter, wie den Forty-X<br />
Disc Filter der Siemens Water Technologies Corporationoder oder das Hydrotech<br />
Scheibensieb (VWS/Krüger-Wabag) zum Einsatz. Grundsätzlich werden die
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 12<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Mikrosiebanlagen von innen nach außen betrieben. Die Reinigung der Polyestersiebe des<br />
Forty-X Disc Filter erfolgt über Hochdruckdüsen. [Passavant 2008], [Forty-X 2009]<br />
Eine Anwendung für Mischwasser ist prinzipiell nach einem RÜB vorstellbar. Laut Hersteller<br />
kann das Passavant Mikro-Giant Trommelsystem einem RÜB nachgeschaltet werden<br />
[Passavant 2008]. Für eine Abscheidung gelöster Stoffe sollten Mikrosiebfilter mit einer<br />
vorgeschalteten Fällungs-/Flockungs-Einheit betrieben werden.<br />
d) Actiflo ®<br />
Ein weitergehendes Verfahren bei der Mischwasserbehandlung stellt der Actiflo der Firma<br />
Veolia Krüger Wabag dar. Das Prinzip des Verfahrens beruht auf einer<br />
mikrosandunterstützten Flockung mit anschließender Sedimentation. Der Mikrosand<br />
optimiert die Flockungsvorgänge auf Grund seiner hohen spezifischen Oberfläche, sowie die<br />
Sedimentation der gebildeten Flocken auf Grund der hohen spezifischen Dichte. Die<br />
kompakte Anlage besteht aus einem Injektions-, Reife- und Absetzbecken mit installierten<br />
Lamellen. Der zugeführte Mikrosand wird mit Hilfe eines Hydrozyklons aus dem<br />
sedimentierten Schlamm entfernt und kann erneut zur Flockenunterstützung verwendet<br />
werden. Die Flockungsreifezeit beträgt 10 bis 15 min. Die Flächenbeschickung der Anlage<br />
kann sich bis auf 120 m/h belaufen. Der geringe Platzbedarf im Vergleich zu herkömmlichen<br />
Sedimentationsbecken stellt für die Mischwasserbehandlung im urbanen Gebiet einen<br />
weiteren Vorteil dar. Laut Hersteller weist das Verfahren ein sehr kurzes Anfahrverhalten auf.<br />
Die ermittelten Reinigungsleistungen bei der Behandlung von Mischwasser betragen für AFS<br />
bis zu 97%, für CSB bis zu 70% und für Ptot bis zu 92% [Gantner 2011].<br />
Abbildung 4: Funktionsskizze Actiflo ® [www.krueger-wabag.de]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 13<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
3.3 Neue Technologien zur Mischwasserbehandlung<br />
3.3.1 Einleitung<br />
Potentielle Verfahren zur weitergehenden Mischwasserbehandlung unterliegen einer Reihe<br />
von Anforderungen:<br />
� geringe bzw. keine Anlaufzeit, keine negativen Auswirkungen bei längerer Standzeit<br />
� Robustheit der Verfahren, robust gegen Volumen- und Konzentrationsschwankungen<br />
� geringer Flächenbedarf, geringe Emissionen in die Umwelt (Geruch, Lärm usw.)<br />
� deutliche Reduzierung der CSB-, AFS- und P-Fracht mit möglichst geringem oder keinem<br />
Chemikalieneinsatz<br />
� geringe Instandhaltungs- / Betriebskosten<br />
Unter Beachtung der aufgeführten Anforderungen wurden drei Verfahren aus Bereichen der<br />
Abwassertechnik ausgewählt:<br />
� Fuzzy Filter® der Firma Bosman Watermanagement B.V. (NL)<br />
� Tuchfilter mit Polstoffen der Firma Mecana Umwelttechnik GmbH (Dtl.)<br />
� Mikroflotation der Firma Enviplan Ingenieurgesellschaft mbH (CH)<br />
Im Folgenden wird die Funktionsweise der einzelnen Verfahren erläutert. Ebenso werden<br />
schon vorhandene Anwendungsbereiche, durchgeführte Pilotprojekte und vergleichbare<br />
Systeme zu jedem einzelnen Verfahren kurz vorgestellt.<br />
3.3.2 Fuzzy Filter®<br />
Der Fuzzy Filter® wurde von Schreiber Technologies, Trussville, Alabama, USA patentiert<br />
und hauptsächlich im mittel- und nordamerikanischen Raum getestet und installiert. Ein<br />
Haupteinsatz- und Untersuchungsgebiet des Fuzzy Filters® liegt im Bereich des<br />
Wasserrecyclings, das vor allem in trockenen Gebieten im Südwesten der Vereinigten<br />
Staaten eine übergeordnete Rolle spielt. Des Weiteren sind Installationen und Evaluierungen<br />
der Filteranlage als nach geschaltete Behandlungsstufe biologisch gereinigten, abgesetzten<br />
Abwassers vorhanden. Ein weiteres Einsatzgebiet des Fuzzy Filters® ist die Behandlung von<br />
Regen-/und Mischwasser an Überläufen im nordamerikanischem Raum.<br />
Die dort gesammelten Erfahrungswerte tragen dazu bei, dieses noch relativ unbekannte<br />
Filtrationsverfahren im europäischen Raum zu etablieren. In Europa wird der Vertrieb dieser<br />
Technologie von Bosman Watermanagement B.V., Piershil, Niederlande übernommen.<br />
Allgemein zählt der Fuzzy Filter® zu den neuen, innovativen Technologien unter den<br />
verschiedenen Tiefenfiltrationsverfahren im Abwasserbereich. Er kann als Hochleistungsfilter<br />
(„high-rate filtration“) kategorisiert werden und wird hauptsächlich im Aufstromverfahren<br />
betrieben. Als Abstromfilter im Druckbetrieb oder als offenes System kann der Filter ebenso<br />
zum Einsatz kommen [Meat&Poultry 2003].<br />
Der entscheidende Unterschied gegenüber herkömmlichen Filtrationsverfahren über<br />
gekörntes Material wie Sand und Anthrazit liegt in der Verwendung eines komprimierbaren<br />
synthetischen Filtermediums. Die eingesetzten Kunststoff-/Faserelemente bestimmen die
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 14<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Eigenschaften und Charakteristika des Fuzzy Filters®. Der Fuzzy Filter® ist hauptsächlich<br />
für die Abtrennung suspendierter Stoffe geeignet. Er erreicht eine signifikant höhere<br />
Filtrationsrate im Vergleich zu konventionellen Verfahren. Typische Filtergeschwindigkeiten<br />
liegen im Bereich zwischen 72-96 m/h. Verglichen mit herkömmlichen<br />
Schnellfiltrationsverfahren, deren Durchsatz gewöhnlich unter 24 m/h liegt, ist dies ein<br />
deutlicher Vorteil [Caliskaner et al. 1999]. Durch die hohen Durchflussraten und die modulare<br />
Bauweise (Kopplung der Filter) stellt die Behandlung größerer Mengen anfallenden Wassers<br />
kein Problem dar. Die Bewältigung fluktuierender hydraulischer Belastungen ist folglich ein<br />
Argument für die Nutzung des Fuzzy Filters® im Mischwasserbereich. Des Weiteren<br />
verringert sich durch die hohe Oberflächenbeschickung der Platzbedarf auf 15-20 %<br />
gegenüber anderen Filtrationsverfahren [Schreiber 2010]. Diese Eigenschaften scheinen den<br />
Fuzzy Filter® für die Mischwasserbehandlung zu prädestinieren und begründen den Einsatz<br />
des Fuzzy Filters® in diesem Forschungsprojekt.<br />
3.3.2.1 Funktionsprinzip<br />
a) Allgemeine Funktionsweise<br />
Der Fuzzy Filter® besteht grundsätzlich aus einem abgeschlossenen rechteckigen Gehäuse,<br />
indem das Filtermedium zwischen zwei Lochplatten fixiert ist. Die obere Platte ist<br />
mechanisch beweglich und kann in vertikaler Richtung bewegt werden. Durch die<br />
modifizierbare Einstellung des Abstandes der Platten und der daraus resultierenden<br />
unterschiedlich starken Kompression des Filterbetts lassen sich die Eigenschaften des<br />
Filters mit minimalem Aufwand beeinflussen. Grundsätzlich ist davon auszugehen, dass eine<br />
höhere Kompression eine bessere Abtrennleistung unter erhöhtem Betriebsdruck bewirkt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 15<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 5: Schematische Funktionsweise des Fuzzy Filters® [Caliskander et al. 2006a]<br />
b) Filtrationszyklus<br />
Vor der Filtrationsphase wird die mechanische Platte auf die erforderliche Höhe eingestellt,<br />
um den gewünschten Kompressionsgrad des Filterbettes zu erhalten. Ein auf dem Gehäuse<br />
installierter Motor, der über eine Winde mit der oberen Platte verbunden ist, fährt die Platte in<br />
Position. Während der Filtration wird das zu behandelnde Wasser mittels einer extern<br />
angeschlossenen Pumpe an der Sohle des Fuzzy Filters® zugeführt. Im Zulaufbereich ist ein<br />
Sieb zur Grobstoffabscheidung integriert. Das eintretende Wasser tritt durch die Löcher der<br />
statischen Platte hindurch, passiert das Filtermedium und tritt durch die bewegliche<br />
perforierte Platte in den Bereich oberhalb des Filterbetts. Das Filtrat wird am Kopf des<br />
Filterturms abgeführt. Nach Beladung des Filterbettes wird der Spülvorgang mittels<br />
Zeitintervallen, einer Drucksonde oder einem festgesetzten Trübungswert eingeleitet.<br />
c) Waschzyklus<br />
Der Waschvorgang besteht aus einer kombinierten Luft-/Wasserspülung. Vor der<br />
Waschphase wird die bewegliche Platte weit über den Entspannungspunkt des<br />
Filtermediums angehoben, um einen großen Freiraum für eine gute Zirkulation der<br />
Kunststoffkörper zu generieren. Die Zulaufpumpe wird auf einen erforderlichen Durchsatz für<br />
das kontinuierlich weiterlaufende Rohwasser eingestellt. Über mehrere im Zulaufbereich<br />
angeordnete Luftventile /-verteiler strömt zusätzlich Druckluft ein und verwirbelt die<br />
Kunststoffkörper. Verschiedene, alternierende Luftzufuhrvarianten können gefahren werden,<br />
um alle Filterkörper in Bewegung zu bringen und möglichst alle Verschmutzungen aus dem
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 16<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Filterbett zu lösen. Das Rohwasser dient hauptsächlich dem Abtransport der herausgelösten<br />
Partikel aus dem Filter.<br />
d) Spülzyklus<br />
Während des Spülzyklus werden die restlichen Schmutzstoffe, die noch aus der der<br />
Waschphase stammen, aus dem Filterraum ausgeschwemmt, bevor eine neue<br />
Filtrationsphase beginnt. Nach Beendigung des Waschvorgangs fährt die mechanische<br />
Platte erneut in die voreingestellte Position der Filtrationsphase (Kompression des<br />
Filterbettes). Spül- und Filtrationsphase werden beide im komprimierten Zustand des<br />
Filterbettes betrieben. Während der Spülphase wird das verschmutzte Spülwasser durch den<br />
Spülwasser-Ablauf abgeleitet. Nach einem vorher festgelegten Zeitintervall (es befindet sich<br />
kein Schmutzwasser aus dem Spülvorgang mehr im Raum über dem Filterbett) wird das<br />
Ventil des Spülwasserablaufs geschlossen und der Filtrationszyklus wird über den nun<br />
wieder geöffneten Filtratablauf fortgesetzt.<br />
Das gesamte während der Spül- und Waschphase verwendete Rohwasser wird im<br />
Folgenden mit dem Begriff „Spülwasser“ zusammengefasst. Der Wasserverbrauch für<br />
Wasch- und Spülvorgang (bzw. Spülwasseranfall) wird über das prozentuale Verhältnis<br />
zwischen Spülwasser- und gesamt durchgesetztes Wasservolumen angegeben.<br />
V<br />
WS<br />
W<br />
W �W<br />
S �% �� �100<br />
VWS: Spülwasserverhältnis zum gesamten Wasserdurchsatz [%]<br />
WS: Spülwasser [m³]<br />
WF: filtriertes Wasser (Filtrat) [m³]<br />
F<br />
S<br />
Caliskaner et al. geben ein Verhältnis von 1 % für die Spülung des Fuzzy Filters® an.<br />
Typische Werte für konventionelle Schnellfiltrationsanlagen liegen zwischen 6 und 15 %.<br />
[Caliskaner et al. 1999]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 17<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 6: Schematische Darstellung der Filtrations-, Wasch- und Spülphase beim Fuzzy<br />
Filter nach [Bosman 2007]<br />
Die Fa. Bosman Watermanagement B.V. bietet folgende Standardgrößen der Filtermodule<br />
an (Tabelle 5).<br />
Tabelle 5: Standardisierte Fuzzy Filter® Module der Fa. Bosman Watermanagement B.V.<br />
Fuzzy Filter®<br />
Typ<br />
Filterhöhe<br />
[mm]<br />
Max. Höhe<br />
[mm]<br />
Grundfläche<br />
[mm²]<br />
Filterfläche<br />
[mm²]<br />
Durchsatz<br />
1 3088 4366 762 457 15<br />
2 3058 4366 914 610 25<br />
3 3286 4700 1219 927 60<br />
[m³/h]<br />
4 3454 4868 1524 1219 100<br />
5 3616 5024 1829 1524 160<br />
6 3894 5333 2134 1828 230<br />
7 4000 5400 2300 2000 300<br />
8 Dieser Typ ist prinzipiell aus Beton gebaut 420
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 18<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
e) Das synthetische komprimierbare Filtermedium<br />
Das Filtermedium besteht aus ca. 30 mm (1,25 inch) im Durchmesser großen, quasi<br />
kugelförmigen Kunststoffkörpern. Der eingesetzte, synthetische Kunststoff aus Polyvinyliden<br />
wurde vor über 20 Jahren in Japan entwickelt [Metcalf & Eddy 2003]. Grundsätzlich besteht<br />
das Filtermedium aus Polyvinylidenchlorid. In jüngster Vergangenheit wurden auch<br />
Untersuchungen mit Polyvinylidensulfid erfolgreich getestet. Beide Materialen weisen sehr<br />
ähnliche Eigenschaften auf. [Caliskaner et al. 2010]<br />
Abbildung 7: Foto des synthetischen Filterelements [Bosman 2007]<br />
Das synthetische Filtermedium besitzt zwei wesentliche Vorteile gegenüber anderen<br />
Filtermedien. Zum einen besitzt das Filterbett im Vergleich zu konventionellen Verfahren eine<br />
signifikant höhere Porosität, zum anderen können durch die Komprimierbarkeit der<br />
Kunststoffkörper die Eigenschaften des Filters verändert bzw. an bestimmte Gegebenheiten<br />
angepasst werden. Der Einsatz dieses Filtermediums erlaubt es, das Filterbett am Einsatzort<br />
auf das zu behandelnde Wasser einzustellen bzw. den Filterprozess optimieren zu können<br />
[Caliskaner et al. 2006a]. Eine Lebensdauer des Filtermaterials von 10 Jahren und mehr ist<br />
nach [Bosman 2007] nachgewiesen, wobei einige Filtermedien bereits seit über 20 Jahren in<br />
Betrieb sind [CeNews 2007]. Schreiber LLC empfiehlt alle viertel Jahre eine Chlorspülung<br />
des Filterbettes zur Grund- und Tiefenreinigung.<br />
f) Porosität<br />
Die Porosität gibt das volumenspezifische Verhältnis zwischen dem kompletten<br />
Filterbettvolumen und dem Porenvolumen des Filterbettes an. Das Porenvolumen setzt sich<br />
aus den Porenräumen des Filtermaterials selbst und aus den Leeräumen zwischen den<br />
einzelnen Filtermedien im Filterbett zusammen. Die Porosität errechnet sich wie folgt:<br />
�<br />
� V<br />
�<br />
�V<br />
�<br />
�<br />
�<br />
P �% � � � � �100%<br />
FB<br />
ε: Porosität des Filterbetts [%]<br />
VFB: Gesamtvolumen Filterbett [m³]<br />
VP: Porenvolumen [m³]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 19<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Der einzelne Kunststoffkörper des Fuzzy Filters® (Fuzzy Ball) besitzt eine Porosität von 88-<br />
90 %. Durch die räumliche Verfügbarkeit im Inneren der Kollektoren wächst die<br />
Gesamtporosität des Filterbetts signifikant gegenüber anderen Filterarten. Die Porosität des<br />
entspannten (unkomprimierten) Filterbettes kann Werte bis 94 % annehmen [Metcalf & Eddy<br />
2003]. Sand- und Anthrazitfilter werden in der Literatur meist mit Porositäten von 40-46 %<br />
bzw. 50-60 % angegeben [Caliskaner et al. 1999], [Jimenez et. al 1999]. Die Kollektoren sind<br />
hochpermeabel und werden im Gegensatz zu gekörnten Materialien nicht nur um- sondern<br />
auch durchströmt. Der große interstitiale Raum der einzelnen Kunststoffelemente ermöglicht<br />
hohe Durchflussraten des Fuzzy Filters®. Die größeren Porenräume zwischen den<br />
Kollektoren wirken wie eine Art Bypass in tiefere Schichten. Dies ermöglicht auch nach<br />
längeren Filterlaufzeiten einen Transport durch das Filterbett bei geringen Druckverlusten.<br />
Durch die höheren Geschwindigkeiten bei der Umströmung der Filterelemente wird die<br />
Geschwindigkeit in den Kollektoren herabgesetzt und verbessert die Bedingungen für die<br />
Trübstoffabscheidung [Nahrstedt 1998]. Abbildung 8 stellt die schematische Filterschüttung<br />
aus permeablen synthetischen Kollektoren dar.<br />
Abbildung 8: Schematische Filterschüttung aus permeablen synthetischen Kollektoren<br />
[Nahrstedt 1998]<br />
Sedimentation, Interzeption und Diffusion bestimmen im Wesentlichen den Transport zu den<br />
Oberflächen der Kunststofffasern. Bei zunehmenden Kompressionsgraden werden die<br />
Porosität und die Porengrößen im Filterbett verringert und der Bypass-Volumenstrom nimmt<br />
ab. Die Wahrscheinlichkeit eines Partikels abgeschieden zu werden nimmt zu. Eine folglich<br />
schnellere Beladung und erhöhte Druckverluste bewirken eine Zunahme des<br />
Spülaufwandes. Nach Untersuchungen von [Caliskaner et al. 2006b] überwiegen im Zulauf<br />
Partikelgrößen von >60 µm während im Ablauf kleinere Partikel mit
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 20<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Gewicht aufweisen. Dies verdeutlicht die bessere Abscheidewirkung größerer Partikel<br />
gegenüber kleineren Partikelgrößen.<br />
Abbildung 9: Durchschnittliche Partikelgrößenverteilung über der Filterbetttiefe bei<br />
Filtergeschwindigkeiten von ca. 24 m/h und 48 m/h und Kompressionsgraden zwischen 15%<br />
und 40% [Caliskander et al. 2006b]<br />
g) Kompression<br />
Im Allgemeinen ist zu erwarten, dass durch eine höhere Kompression des Mediums und eine<br />
daraus resultierende Verringerung der Porengrößen im Filterbett suspendierte Stoffe besser<br />
zurückgehalten werden können. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die eingestellte<br />
Kompression nicht homogen über die gesamte Filterbetthöhe verteilt ist. Untersuchungen<br />
von [William F.] an einem Fuzzy Filter® ergaben, dass sich ein Gradient in<br />
Strömungsrichtung durch das Filterbett ausbildet. Über eine 6-stufige Einteilung des<br />
Filterraumes wurde eine separate reale Kompression für jede Sektion ermittelt (vgl. Tabelle<br />
6). Die Werte zeigen eine signifikante Zunahme der Kompression in Strömungsrichtung.<br />
Unter Berücksichtigung dieser Gegebenheit kristallisiert sich der Fuzzy Filter® zu einem<br />
Einschichtfilter mit Mehrschichtfiltereigenschaften heraus, ohne die Probleme der<br />
Schichtungsbeibehaltung bei Spülvorgängen zu besitzen [William F.].<br />
Tabelle 6: Angabe realer Kompressionen über die Filterbetthöhe bei unterschiedlichen<br />
Kompressionsgraden [William F.]<br />
Kompression des gesamten<br />
Filterbetts<br />
19 % 37 % 50 %<br />
Sektion 6 (Decke) 33,3 % 43,2 % 60,5 %<br />
Sektion 5 (oben) 22 % 42,9 % 54,2 %<br />
Sektion 4 (oberes Zentrum 20 % 42,4 % 54,3 %<br />
Sektion 3 (unteres Zentrum) 18,2 % 39,4 % 53 %<br />
Sektion 2 (unten) 13,5 % 35,1 % 44,6 %<br />
Sektion 1 (Sohle) 8,1 % 21,6 % 33,8 %
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 21<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Unter theoretischer Betrachtung bildet der Fuzzy Filter® unendlich viele Kompressionsstufen<br />
aus [William F.]. Größere Partikel, die eine hohe Wahrscheinlichkeit besitzen auf eine Faser<br />
zu treffen, werden zu Beginn des Filters in großen Poren zurückgehalten. Über den<br />
Filterverlauf nimmt die Porengröße immer weiter ab. Gleichzeitig verschiebt sich die<br />
Partikelgrößenverteilung zu Partikeln mit kleineren Durchmessern. Durch die Abnahme der<br />
Porengrößen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Rückhalts kleinerer Partikelgrößen über<br />
das Filterbett hinweg. Der Fuzzy Filter® ist somit in der Theorie ein hervorragender Filter für<br />
den Feststoffrückhalt abnehmender Partikelgrößen im Fortlauf des Filterbettes.<br />
Eine optimal eingestellte Kompression wird von [Caliskaner et al. 2006a] als die minimal<br />
benötigte Kompression zur Unterschreitung der geforderten Ablaufwerte ausgewiesen. Dies<br />
bedeutet, dass dann die Zielstellung mit minimalem Spülwasservolumen und folglich mit<br />
minimalem betrieblichem und finanziellem Aufwand erreicht wird.<br />
3.3.2.2 Vergleichbare Filtersysteme<br />
WWETCO Filter<br />
Der WWETCO Filter der Firma Wet Weather Engineering & Technology (WWETCO) LLC<br />
gehört zu den Hochleistungsfiltern und wird als Behandlungseinheit für Regen- und<br />
Mischwasserüberläufe beworben. Das Filtermedium ist synthetisch, komprimierbar und dem<br />
des Fuzzy Filters® sehr ähnlich. Es basiert grundsätzlich auf dem gleichen Prinzip der<br />
Tiefenfiltration über synthetische permeable Kollektoren.<br />
Abbildung 10: Optischer Vergleich der Filterelemente von Schreiber LLC (Fuzzy Filter, links)<br />
und WWETCO LLC [Fitzpatrick 2010]<br />
Der WWETCO Filter ist ein Gravitationsfilter und wird folglich im Abstromverfahren betrieben.<br />
Er besitzt keine beweglichen, mechanischen Teile im Vergleich zur Fuzzy Filter®-Einheit. Die<br />
Kompression wird neben dem Druck der Wassersäule über dem Filtermedium durch die<br />
Seitenwände bestimmt. Diese bestehen aus einer flexiblen Membran. Bei Zulauf wird der<br />
gesamte Filter mit Wasser umschlossen. Die Membran wird in das Filtermedium gedrückt<br />
und bildet eine konkave Form aus. Abbildung 11 zeigt den schematischen Verlauf der<br />
Filtration.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 22<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 11: Schematischer Ablauf der verschiedenen Filtrationsphasen des WWETCO<br />
Filters [Fitzpatrick 2010]<br />
3.3.2.3 Anwendungsgebiete / Pilotprojekte Fuzzy Filter®<br />
Mögliche Anwendungen des Fuzzy Filters® werden von den Herstellern und in der Literatur<br />
wie folgt angegeben [Schreiber 2010], [Bosman 2007], [Eerola 2006], [Meat&Poultry 2003]:<br />
� Kommunale Wasseraufbereitung<br />
� Filtration von vorgeklärtem/abgesetztem Abwasser<br />
� Industrielle Wasseraufbereitung<br />
� Papier- und Zellstoff Prozesswasseraufbereitung<br />
� Vorfiltration für Desinfektion, Membranverfahren, Umkehrosmose u.a.<br />
� Wasserrecycling-Systeme / Wiederverwendung<br />
� Kühlwasser<br />
� Regen-/Mischwasserbehandlung<br />
Der momentane Aufgabenbereich des Fuzzy Filters® scheint sich im mittel- und<br />
nordamerikanischen Raum auf die Aufgabengebiete Abwasserbehandlung bzw. Recycling<br />
kommunaler/industrieller Abwässer (Title 22) sowie Regen- und Mischwasserbehandlung zu<br />
reduzieren.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 23<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
a) Abwasserbehandlung<br />
In Kalifornien und Florida kommt der Fuzzy Filter® am häufigsten zum Einsatz. Er ist in<br />
Kalifornien mit dem Title 22 [Burchett et al. 2000] als Nachklärstufe von Belebungsanlagen<br />
zertifiziert und unterstützt die anschließende Desinfektionsstufe in der Abwasserreinigung<br />
durch Trübstoffentfernung.<br />
Tabelle 7 : Beispiele von Fuzzy Filter Anlagen zur kommunalen und industriellen<br />
Abwasserreinigung<br />
Ort<br />
Loxahatchee River,<br />
Florida, USA<br />
[CeNews 2007]<br />
Lake Havasu,<br />
Arizona, USA<br />
[W&W Digest 2009]<br />
Golden Poultry/<br />
Golden Kist<br />
North Carolina, USA<br />
[Meat&Poultry 2003]<br />
[King County 2002]<br />
Georgia- Pacific<br />
Cooperation<br />
Oklahoma, USA<br />
[Mill Messenger<br />
2005]<br />
Art d.<br />
Abwassers<br />
kommunal ANB + FF + D<br />
Installation Durchsatz Erläuterung<br />
1.730 m³/h<br />
(96-108 m/h)<br />
kommunal ANB + FF + D 740 m³/h<br />
industriell<br />
(Geflügelbetrieb)<br />
(2 KA)<br />
ANB + FF + D 240 m³/h<br />
-Kosten FF<br />
1,2 Mio US$<br />
-Ablauf
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 24<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
b) Mischwasserbehandlung<br />
In Tabelle 8 sind Anlagen zur Mischwasserbehandlung in den USA mit Installationsort,<br />
Auslegung und Erläuterungen aufgelistet.<br />
Tabelle 8: Überblick bestehender Anlagen mit Fuzzy Filter® Modulen zur<br />
Mischwasserbehandlung in den USA<br />
Ort Installation Kapazität Erläuterung<br />
Columbus,<br />
Georgia, USA<br />
[Hydro Int. 2008]<br />
Atlanta,<br />
Georgia, USA<br />
[Fitzpatrick 2010]<br />
MWÜ+ hA + FF<br />
+ D<br />
3.310 m³/h<br />
(2 Anlagen)<br />
-20-30 Mio. $ Projekt<br />
-2x12 (hA + FF + D)<br />
- Czu >100.000 KbE/100 ml<br />
Cab
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 25<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
c) Pilotprojekte<br />
In Tabelle 9 sind Pilotprojekte des Fuzzy Filters® im Bereich der Regen-/Misch- und<br />
Abwasserbehandlung und deren Ergebnisse dargestellt.<br />
Tabelle 9: Zusammenfassung der Pilotprojekte im Bereich der Regen- und<br />
Mischwasserbehandlung mit Fuzzy Filter® Modulen<br />
Ort Installation Filterrate Performance Erläuterung<br />
Columbus<br />
Water Works<br />
Columbus,<br />
Georgia, USA<br />
[Scherrenberg<br />
2006]<br />
USEPA<br />
Orangeburg,<br />
New York,<br />
USA<br />
[EPA 2002],<br />
[Scherrenberg<br />
2006]<br />
USEPA<br />
(NPDES)<br />
Lake Tahoe,<br />
California,<br />
USA<br />
[Caltrans<br />
2003],<br />
[Caltrans<br />
Flyer],<br />
[WEFTEC®<br />
2005]<br />
MWÜ + hA +FF 40-68 m/h hA + FF:<br />
70 % TSS<br />
80 % Fette/Öle<br />
60 % Phosphor<br />
50-70 % SM<br />
KAzu + hA + FF<br />
+ D<br />
24-48 m/h<br />
FF:<br />
40 % TSS<br />
RO+ AP + FF kA AP: 98 %<br />
AP + FF: 98 %<br />
-Anschließende<br />
großtechnische<br />
Installation<br />
-Testphase 5 Jahre ,40<br />
Events<br />
-Größe FF 2x2 Fuß<br />
-1 Testserie 16d<br />
- guter Rückhalt Partikel<br />
>50µm<br />
-optimale Betriebsführung<br />
mit Kompression 20%<br />
- keine wesentliche<br />
Verbesserung des AP-<br />
Ablaufes<br />
AP = Actiflo®-Prozess; D = Desinfektion; FF = Fuzzy Filter®; hA = hydrodynamischer Abscheider<br />
KAzu = Kläranlagenzulauf; MWÜ = Mischwasserüberlauf; NPDES = National Pollutant Discharge Elimination<br />
System ; RO = Runoff (Oberflächenabfluss); USEPA = United Staates Environmental Protection Agency<br />
3.3.3 Tuchfilter<br />
Die Tuchfiltration wurde Ende der siebziger Jahre in der Schweiz entwickelt. Zum Einsatz<br />
kommen heute mehrere Systeme wie der rotierbare Trommelfilter, der Scheibenfilter und der<br />
Plattenfilter. Sie können mit unterschiedlichen Filtertuchstoffen, wie dem Nadelfilz oder dem<br />
Polstoff, bespannt werden [ATV 1997]. Aus zahlreichen Pilotstudien wurde ersichtlich, dass<br />
der neue pelzartige Polstoff für die Abwasserbehandlung Eigenschaften aufzeigt, die der<br />
sonst häufig eingesetzte Nadelfilz nicht besitzt (siehe Kap 2.3.3.1). Zudem zeigt der Polstoff<br />
gegenüber dem Nadelfilz bessere AFS-Abscheidegrade. Besonders in den USA werden<br />
Tuchfiltersysteme immer häufiger eingesetzt. Die Title 22 Zertifizierung ermöglicht den<br />
Einsatz von Tuchfiltersystemen für die tertiäre Abwasserreinigung. Durch den geringen<br />
Platzbedarf und die kostengünstige Betriebsweise werden die Anlagen oft als Ersatz von<br />
Laufbrückensandfiltern in Kläranlagen, die gestiegene Abwasserströme bewältigen müssen,<br />
montiert.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 26<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Die Anwendung der Polstoff-Tuchfiltersysteme zur Behandlung von Mischwasser wurde bis<br />
jetzt noch nicht untersucht. Durch ihren geringen Flächenbedarf, gute Abscheideleistungen<br />
in Kombination mit Fällung und Flockung und der kurzen Anlaufphase stellen sie eine gute<br />
Möglichkeit zur Reduzierung von Mischwassereinträgen aus Überläufen in Gewässer dar.<br />
3.3.3.1 Funktionsprinzip<br />
a) Allgemeine Funktionsweise<br />
Das Funktionsprinzip eines einfachen Trommeltuchfilters beruht auf einer horizontal<br />
liegenden Trommel, die mit einem Filtertuch bespannt und gänzlich mit Abwasser bedeckt<br />
ist. Der Filter wird von außen nach innen beschickt. Das Abwasser fließt durch das Filtertuch<br />
in das Innere der Filtertrommel. Eine Überfallkante auf der Filtratseite setzt den niedrigsten<br />
Wasserpegel des Filters fest.<br />
Abbildung 13: Konstruktionszeichnung eines Trommelfilters [Grabbe 1998]<br />
Je nach Feststoffgehalt des Abwassers wird das Filtertuch unterschiedlich schnell beladen,<br />
dabei steigt der hydraulische Filterwiderstand und somit die Wasserspiegeldifferenz<br />
zwischen Abwasser und Filtrat. Mit aufstauender Wassermenge reduziert sich die effektive<br />
Filtergeschwindigkeit. Nach Erreichen einer bestimmten Wasserspiegeldifferenz setzt der<br />
Reinigungsprozess des Filtertuches automatisch ein. [Grabbe 1998] Dabei werden über den<br />
seitlich an der Filtertrommel montierten Absaugbalken die Feststoffe vom Tuch mittels<br />
Unterdruck und filtriertem Abwasser gespült. Während des Reinigungsprozesses wird die<br />
Filtertrommel einmal um ihre eigene Achse gedreht. [Hosang et al. 1998]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 27<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 14: Trommeltuchfilter [Mecana Umwelttechnik GmbH]<br />
Der Wasserspiegel sinkt relativ schnell ab, da durch die Reinigung des Tuches der<br />
hydraulische Widerstand herabgesetzt wird und sich somit die effektive Filtergeschwindigkeit<br />
für kurze Zeit erhöht. Der Reinigungsprozess mittels Absaugbalken ermöglicht eine<br />
kontinuierliche Betriebsweise und ist innerhalb ca. einer Minute abgeschlossen. Die<br />
Häufigkeit der Absaugphasen wird durch die Feststoffkonzentration des Abwassers und<br />
durch die Filtergeschwindigkeit bestimmt. Ein Filterzyklus kann somit wenige Minuten bis<br />
mehrere Stunden andauern. [Grabbe 1998]<br />
b) Filtertuch<br />
Als Filtertuch kommen in der Abwasserreinigung meist 3-4 mm starke Nadelfilze mit hoher<br />
Porosität aus Polyesterfasern zum Einsatz. Je feinere Fasern desto kleinere Poren<br />
entstehen, welche eine höhere Abtrennleistung garantieren sollen. Die Oberfläche des<br />
Nadelfilzes kann je nach Aufgabe optimiert werden; zum Beispiel durch chemische<br />
Oberflächenbehandlung oder Sengen der Fasern. Nadelfilze, die im Bereich der<br />
Abwasserreinigung zum Einsatz kommen, werden mit einer Silikonschicht überzogen, die<br />
eine Reinigung des Tuches erleichtern. Das Trägergewebe besteht aus „multifilen Garnen“<br />
und trägt zur Stabilität der Form des Tuches, sowie zur Reißfestigkeit bei. Es kann mittig im<br />
Filtertuch eingearbeitet sein oder auf der Filtratseite das Tuch stützen. [Grabbe 1998]<br />
Eine Alternative ist das Filtertuch aus Polstoff, das meist aus Polyamid oder Polyester<br />
hergestellt wird [Grabbe 1998]. Der Polstoff der Firma Mecana Umwelttechnik besteht aus<br />
Fasern, die mit einem Trägergewebe verankert sind, welche während der Filtrationsphase<br />
durch den Wasserstrom abgelegt werden [EAWAG/HSB/GSA/GBL 2005] und sich dadurch,<br />
ähnlich wie bei einem Nadelfilz, enge und verwinkelte Durchflusskanäle ausbilden [Seyfried<br />
et al. 1997]. Mit Hilfe eines Absaugbalkens kann der Polstoff effektiv gereinigt werden.<br />
Mittels Unterdruck werden die Polfasern aufgerichtet und mit dem Filtrat rückgespült (siehe<br />
Abb.16).<br />
Abhängig von der Länge der Polfäden wird ein pelzartiger Aufbau erzeugt. Die<br />
Polfaserlänge, die zwischen 6-18 mm betragen kann, sowie der Faserdurchmesser (ca. 7,4
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 28<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
bis 27 µm) bestimmen die Dicke der Filtrationszone des Filtertuches bei abgelegten<br />
Polfasern im Filtrationsbetrieb. [Grabbe 1998]<br />
Abbildung 15: Detailaufnahme Polstoff [Mecana Umwelttechnik GmbH]<br />
c) Filtrationsprozess<br />
Die Fasern des Polstoffs legen sich in der Filtrationsphase durch das anströmende Wasser<br />
übereinander. Die so entstehenden Polfaserschichten bildet eine Art Tiefenfilter, welcher von<br />
engen und verwinkelten Durchflusskanälen geprägt ist. Selbst Partikel kleineren<br />
Durchmessers im Vergleich zu den Durchflusskanälen können mechanisch und durch<br />
Adsorption an den Polfasern oder an größeren Feststoffpartikeln zurück gehalten werden.<br />
[Seyfried et al. 1997] Nach eingehenden Untersuchungen ist davon auszugehen, dass es<br />
sich bei dem Filtrationsprozess mit Polstoffen auch noch bei Filtergeschwindigkeiten von<br />
80 m/h um ausschließlich laminare Strömungsverhältnisse handelt. Zur Beschreibung des<br />
Widerstandsverhaltens von Polstoffen dient am ehesten das Verstopfungsmodell. Allerdings<br />
zeigt auch dieses Modell keine optimale Übereinstimmung auf. Dies liegt vor allem an den<br />
sich ständig ändernden Tuchfiltereigenschaften während der Beladung, sowie an den<br />
Feststoff spezifischen Eigenschaften. [Grabbe 1998]<br />
d) Reinigungsprozess eines Polstoffs<br />
Der Reinigungsprozess wird automatisch gesteuert und setzt je nach Einstellung bei einer<br />
bestimmten Druckdifferenz ein. Dabei wird das Filterelement (Filtertrommel oder<br />
Filterscheibe) an dem Absaugbalken entlang bewegt. [Seyfried et al. 1997] Durch angelegten<br />
Unterdruck der Spülwasserpumpe werden die Polfasern mit Filtrat vom Inneren des<br />
Filterelementes nach außen rückgespült und stellen sich durch den Spülstrom auf. Die durch<br />
den Aufstelleffekt bedingte Volumenvergrößerung des Filtertuches garantiert eine zufrieden<br />
stellende Reinigung des Polstoffes mittels Spülstrom [Seyfried et al. 1997].
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 29<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 16: Reinigungsprozess eines Polstoffs in Anlehnung an [Grabbe 1998]<br />
Der in Abbildung 16 dargestellte Absaugapparat besteht aus einem ersten Balken, der die<br />
beladenen Polfasern in den Bereich des Spülstromes führt und einen zweiten Balken,<br />
dessen Funktion im Folgenden kurz beschrieben wird. Durch die Konstruktion des ersten<br />
Balkens, der einen scharfkantigen Auslass besitzt, werden die Polfasern schlagartig im<br />
Spülstrom aufgerichtet. Die durch die abgelegten Polfasern entstandenen engen und<br />
verwinkelten Durchflusskanäle werden geöffnet und die Fasern können besser gereinigt<br />
werden. Mit einer ausreichend hohen Spülgeschwindigkeit kann der Reinigungsprozess<br />
durch ein erzeugtes Schwingen der Fasern begünstigt werden. Mit Hilfe des zweiten Balkens<br />
der Absaugapparatur, der meist eine abgerundete Kante besitzt, werden die Polfasern<br />
wieder abgelegt und der Tiefenfilter mit seinen Durchflusskanälen gebildet. [Seyfried et al.<br />
1997]<br />
Die Rückspülwassermenge ist mit ca. 0,5 % bis 2 % des Filterdurchsatzes als sehr gering<br />
einzustufen. [Seyfried et al. 1997]<br />
Während längerer Laufzeit eines Filtertuches setzen sich Partikel fest, die durch den<br />
Reinigungsprozess mit Hilfe des Absaugbalkens nicht vollständig entfernt werden können<br />
[Johnson et al. 2001]. Um diesen Vorgang entgegen zu wirken und somit eine längere<br />
Standzeit der Filtertücher zu gewährleisten, empfiehlt es sich eine wöchentliche ½-stündige<br />
Dauerabsaugung vorzunehmen [Grabbe 1998].<br />
Die Firma Aqua-Aerobic Systems bietet AquaDisk-Tuchfilter mit zusätzlichen<br />
Hochdruckdüsen an, die eine Grundreinigung der Filtertücher je nach Bedarf sicherstellen.<br />
Dabei wird das Filtertuch von außen mit Hochdruck gesäubert. [Johnson et al. 2001]<br />
3.3.3.2 Vergleichbare Tuchfiltersysteme<br />
Neben dem einfachen Trommelfilter existieren weitere Kombinationen und neuere<br />
Konstruktionen, wie der Serientrommelfilter und der Scheibenfilter. Sie haben die<br />
Gemeinsamkeit alle vollständig eingetaucht betrieben zu werden. Sie sind ausgerüstet mit<br />
einer Absaugvorrichtung und gewähren einen einfachen und schnellen Filtertuchwechsel.<br />
Der Serientrommelfilter oder auch 5er-Trommelfilter [Grabbe 1998] besteht aus einer<br />
Konstruktion, welche fünf Filtertrommeln kombiniert. Sie sind einzeln drehbar und werden zur<br />
Spülung an einen Absaugbalken, der für die gesamte Reinigung aller Trommeln zuständig<br />
ist, herangeführt [ATV 1997]. Das Abwasser strömt von außen durch die einzelnen Tücher
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 30<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
der Filtertrommeln und fließt als Filtrat in der Haupthohlwelle der Konstruktion zusammen<br />
und von dort über einen Steigschacht aus der Anlage heraus.<br />
Abbildung 17: Konstruktionszeichnung eines 5er- Tromelfilters [Grabbe 1998]<br />
Der Scheibenfilter ist die aktuellste Weiterentwicklung des Trommelfilters. Der Aufbau des<br />
Scheibenfilters der Mecana Umwelttechnik GmbH wird im Folgenden kurz erläutert. Eine<br />
Scheibe besteht aus sechs auswechselbaren Segmenten, welche vertikal auf einer<br />
sechseckigen Hohlwelle, durch die das Filtrat abgeleitet wird, installiert ist. Die Segmente<br />
sind beidseitig mit einem Filtertuch bespannt. Für die Reinigung befindet sich auf jeder Seite<br />
einer Scheibe ein festsitzender Absaugbalken. Jeweils zwei Scheiben verfügen über eine<br />
Pumpe, die somit für vier Absaugvorrichtungen zuständig ist. Während des<br />
Reinigungsprozesses werden die Scheiben entlang des Absaugbalkens gedreht. Der<br />
Mecana Scheibenfilter kommt auf eine sehr hohe Flächenausnutzung von bis zu<br />
4,5 m² pro m² Grundfläche. [Grabbe 1998], [ATV 1997], [Mecana 2011]<br />
Abbildung 18: Konstruktionszeichnung eines Scheibenfilters [Grabbe 1998]<br />
Die Mecana Tuchfilter, die mit Filtertüchern aus Polstoff ausgestattet sind, können mit einer<br />
maximalen Filtergeschwindigkeit von 10 m/h betrieben werden. Die maximale<br />
Feststoffflächenbelastung für die Standard-Polstoffe beträgt 400 g/(m²·h). [Mecana 2011]<br />
Scheibenfilter mit Filtermedien aus Polstoff werden von der Schweizer Mecana<br />
Umwelttechnik GmbH, der amerikanischen Firma Aqua-Aerobic Systems (AquaDisk Filter)<br />
und seit 2008 auch von der global agierenden Parkson Corporation (DynaDisc Filter)<br />
angeboten und vertrieben.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 31<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Der Scheibenfilter Forty-X Disc Filter von der Siemens Water Technologies Corporation wird<br />
von innen nach außen mit einem gefalteten Mikrosieb-artigen, aus Polyesterfasern<br />
verwebten Medium (woven media) betrieben. Durch die gefaltete Struktur des<br />
Polyestergewebes kann die filterwirksame Oberfläche um 40 % vergrößert werden. Die<br />
Porengröße beträgt 10 µm. [Gutierrez 2010]<br />
Abbildung 19: Forty-X Disc Filter Siemens [Forty-X tech 2009]<br />
Die Reinigung des Polyestersiebes wird mittels Hochdruckdüsen durchgeführt. Der Forty-X<br />
Disc Filter hält die festgelegten Kriterien des Wasserrecyclings des Staates Kalifornien ein<br />
und ist somit nach dem Title 22 genehmigt worden. [Forty-X 2009], [Forty-X tech, 2009],<br />
[Gutierrez 2010]<br />
Eine weitere Form eines Tuchfilters ist der Plattenfilter oder Modulfilter. Die Filterplatten, die<br />
mit einem Stützgitter und dem Filtertuch bespannt sind, stehen senkrecht im Filterbecken.<br />
Das Abwasser durchströmt das Becken horizontal. [AVT 1997] Ab einer bestimmten<br />
Niveaudifferenz zwischen Rohwasserseite und Filtratseite kommt die automatische Saug-<br />
Druck-Spülung zum Einsatz. Dabei wird auf der Rohwasserseite ein Absaugbalken und auf<br />
der Filtratseite ein Druckbalken mit Düsenöffnungen gleichzeitig über die Filterplatten bewegt<br />
[Grabbe 1998]. Wie in Abbildung 20 ersichtlich wird, können aus den einzelnen Filterplatten<br />
sogenannte Filterkammern aufgebaut werden.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 32<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 20: Konstruktionszeichnung eines Plattenfilters [Grabbe 1998]<br />
Die Filtertrommel des Drucktrommelfilters der Mecana Umwelttechnik GmbH ist vertikal in<br />
einem Druckbehälter montiert. Mit zunehmender Filterbeschickung steigt der Druck. Bei<br />
einem Vordruck von ca. 1,2 bar wird der automatische Spülprozess eingeleitet. Durch einen<br />
im Inneren aufrechterhaltenen Minimaldruck von ca. 0,8 bar kann das Filtrat zur Spülung des<br />
Filtertuches genutzt werden. Der Polstoff-bespannte Drucktrommelfilter kann mit einer<br />
maximalen Filtergeschwindigkeit von ca. 60 m/h betrieben werden. Es sind<br />
Feststoffflächenbelastungen bis über 1.500 g/(m²·h) erreichbar.<br />
Abbildung 21: Drucktrommelfilter [Mecana Umwelttechnik GmbH]<br />
Der besondere Vorteil des Drucktrommelfilters liegt in der Anwendung im Bereich von<br />
Druckleitungssystemen. Er kommt in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz, wie bei der<br />
Feststoffabtrennung nach chemisch/physikalischer Behandlung von Industrieabwässern, zur<br />
Vorreinigung von Membranfiltern oder Aktivkohle-Adsorbern, sowie bei der Aufbereitung von<br />
Betriebs- und Kreislaufwasser. [Mecana 2011]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 33<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Der AquaDiamond der amerikanischen Firma Aqua-Aerobic Systems, die seit 30.06.2010<br />
Inhaberin der Mecana Umwelttechnik GmbH ist [Mecana 2010], nutzt die Technologie des<br />
Tuchfilters um ehemalige Laufbrückensandfilterbecken damit auszustatten.<br />
Die Filtereinheit besteht aus mehreren nebeneinander liegenden Quadern, die mit<br />
Filtertüchern bespannt sind. Die Quader besitzen aus Stabilitätsgründen einen<br />
Rautenquerschnitt. Die Absaugbalken, die auf einer Brücke montiert sind, fahren während<br />
des Reinigungsprozesses an den Filtereinheiten entlang. Die Filtereinheit wird häufig in<br />
Kläranlagen nachgerüstet, da sie im Verhältnis zu anderen Filtersystemen sehr<br />
kostengünstig ist, besonders wenn sie in bereits vorhandene Filterbecken installiert werden<br />
kann. Die Filteranlage besteht aus unterschiedlichen Modulen und kann so optimal an jedes<br />
vorhandene Becken angepasst werden. [Aqua-Aerobic Systems 2007]<br />
Abbildung 22: AquaDiamond [Aqua-Aerobic Systems 2007]<br />
3.3.3.3 Anwendungsbereiche / Pilotprojekte<br />
a) Projekte zur Leistungsfähigkeit verschiedener Filtertücher<br />
Die Laufzeit eines Filtertuches hängt von den jeweiligen Gegebenheiten ab. So wurde auf<br />
der Kläranlage Adelebsen (10.700 EW) ein feiner Nadelfilz (NF102) mit einer minimalen<br />
Porengröße von 9,7 µm auf einem 5er-Trommelfiltersystem getestet. Er dient der Kläranlage<br />
als sogenannter Polizeifilter. Trotz regelmäßiger täglicher Reinigung wurde eine<br />
Hochdruckreinigung nach sechs Wochen nötig. Dadurch konnte der Nadelfilz regeneriert<br />
werden und war wieder funktionstüchtig. Jedoch musste diese Reinigung alle vier Wochen<br />
durchgeführt und nach vier Monaten musste er endgültig ausgetauscht werden. Auf der<br />
gleichen Anlage wurde ebenfalls der Polstoff PA12 untersucht. Hier betrug die Laufzeit acht<br />
Monate, da die Trägergewebeporen verstopften und durch die Spülung des Absaugbalkens<br />
nicht gereinigt werden konnten. Nach einer Intensivreinigung konnte das Filtertuch wieder<br />
auf der Filtertrommel montiert werden und war einsatzbereit. Der Polstoff PA12 war ein
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 34<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Prototyp und wurde weiterentwickelt, sodass von den heute verwendeten Polstoffen mit<br />
gröberem Trägergewebe bei einer wöchentlichen ½-stündigen Dauerabsaugung eine<br />
Standzeit von mehreren Jahren erwartet werden kann. [Grabbe 1998] Durch die gröbere<br />
Struktur des Trägergewebes, kann dieses nicht verblocken und es ist davon auszugehen,<br />
dass die Feststoffe des Rohwassers hauptsächlich von den Polfasern zurück gehalten<br />
werden. Durch die weiten Maschen des Trägermaterials kann die Rückspülung ohne<br />
erheblichen Widerstand betrieben werden und eine ausreichende Reinigung gewährleisten.<br />
[Weissenberg et al. 2000]<br />
Vergleicht man den Wirkungsgrad der Abbauleisung bezogen auf AFS zwischen dem<br />
Polstoff PA12 und dem feinen Nadelfilz (NF102) auf der Anlage Adelebsen, so ergaben sich<br />
für den Polstoff 41 % und für den Nadelfilz 35 %. Dadurch konnten auf der Kläranlage<br />
deutlich bessere Ablaufwerte, im Vergleich zu dem bis dahin verwendeten gröberen Nadelfilz<br />
NF109 (mit minimale Porengröße von 11,1 µm), erreicht werden. [Grabbe 1998]<br />
Auf der Kläranlage Hannover-Gümmerwald (550.000 EW) kam ein Scheibenfilter als<br />
Pilotanlage zum Einsatz. Er wurde mit dem Wasser des Ablaufs der Nachklärung betrieben;<br />
seine Filtergeschwindigkeit betrug 13 m/h. Als Filtermaterialien wurden der Nadelfilz NF102<br />
und die im Stützgewebe verbesserten Polstoffe PA13 und PE15 (mit feinen Polfasern)<br />
getestet. Auch hier konnte der etwas höhere Wirkungsgrad des Polstoffes gegenüber dem<br />
feinen Nadelfilz beobachtet werden. Die AFS-Werte wurden mittels Nadelfilzes um 59 %,<br />
beim Polstoff PA13 um 63 % und bei dem feineren Polstoff PE15 um 74 % verringert.<br />
[Grabbe 1998]<br />
Eine Studie der Firma Aqua-Aerobic Systems präsentiert den Vergleich von Polstoffen aus<br />
Polyamid (PA) und Polyester (PES). Getestet wurden die Polstoffe OptiFiber PA13 und<br />
OptiFiber PES13, also Polstoffe mit gleicher Faserlänge und einer Nennporengröße von<br />
ca. 10 µm. Als Versuchsanlage diente ein Scheibenfilter (AquaDisk) der Firma<br />
Aqua-Aerobic Systems, welcher mit dem Ablauf der Kläranlage von Belvidere (New Jersey)<br />
betrieben wurde. Insgesamt erzielten die Versuchsreihen mit dem Polstoff PES13 im Hinblick<br />
auf das TSS-Rückhaltevermögen und die Trübung etwas bessere Ergebnisse. Der Vergleich<br />
der unterschiedlichen abgeschiedenen Partikelgrößen zeigt ähnlich gute Rückhaltevermögen<br />
für beide Polstofftypen. Nur bei Partikeln mit einer Größe von 20 µm sind bei hohen<br />
Volumenströmen deutliche Abweichungen beim Vergleich der beiden Polstoffe zu<br />
verzeichnen. Auch hier sind die Ergebnisse des Polstoffes PES13 als etwas besser<br />
einzustufen. [Lin et al. 2008]<br />
b) Abwassertechnik<br />
Im folgenden Abschnitt werden einige Anwendungsbeispiele von Tuchfiltersystemen<br />
vorgestellt. Die Anlagen werden in der Abwasserbehandlung größtenteils hinter ungenügend<br />
funktionierenden Nachklärbecken oder als Nachklärbeckenersatz hinter Festbettreaktoren in<br />
den Klärprozess eingegliedert. [Grabbe 1998]<br />
In Tabelle 10 sind Anwendungsbeispiele von Tuchfiltersystemen zur besseren Übersicht<br />
aufgelistet.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 35<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 10: Übersicht der Anwendungsbeispiele zur Tuchfiltration<br />
Ort Art d.<br />
Abwassers<br />
Installation Durchsatz Erläuterung<br />
Hallschlag/Nordeifel,<br />
Deutschland<br />
[TerraTech 2006]<br />
KA Oldenburg,<br />
Deutschland<br />
[Mecana 2008]<br />
Fox Metro Water<br />
Reclamation District,<br />
Oswego, IL, USA<br />
[Fox Metro 2006]<br />
KA Palm Beach,<br />
Florida, USA<br />
[Johnson et al. 2001]<br />
Donald C. Tillman<br />
Water Reclamation<br />
Plant, Los Angeles,<br />
USA<br />
[Engineering<br />
Newsletter 03/10/10]<br />
c) Mischwasserbehandlung<br />
Sickerwasser Drucktrommelfilter<br />
und Aktivkohlefilter<br />
kommunal Scheibentuchfilter<br />
nach<br />
Belebungsbecken<br />
4x10 m³/h Reinigung von<br />
Sickerwasser<br />
einer Altlast<br />
5.800 m³/h AFS-<br />
Ablaufwerte <<br />
5 mg/l<br />
kommunal 3 AquaDiamond 11.480 m³/h Ersatz der<br />
Laufbrückensandfilter<br />
kommunal sechs 12-Scheiben<br />
AquaDisk Filter<br />
kommunal AquaDisk Filter<br />
AquaDiamond<br />
4.730 m³/h < 5 mg/l TSS<br />
< 2 N<strong>TU</strong><br />
Trübung<br />
7.900 m³/h<br />
12.600 m³/h<br />
Ersatz der<br />
Laufbrückensandfilter<br />
Nach ausgiebiger Recherche konnte keine Anwendung von Tuchfilteranlagen zur<br />
Mischwasserbehandlung gefunden werden. In einem Forschungsprojekt, das im Folgenden<br />
kurz beschrieben wird, kommt eine Tuchfilteranlage zur Reinigung von urbanem<br />
Straßenwasser zum Einsatz.<br />
Im Jahr 2005 wurde das zweijährige Forschungsprojekt „Schadstoffe im Straßenabwasser<br />
einer stark befahrenen Straße und deren Retention mit neuartigen Filterpaketen aus<br />
Geotextil und Adsorbermaterial“, das an einem innerorts kanalisierten Straßenabschnitts im<br />
Schweizer Burgdorf BE durchgeführt wurde, abgeschlossen. Es wurde in Zusammenarbeit<br />
von der Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und<br />
Gewässerschutz (EAWAG), der Berner Fachhochschule, dem Amt für Gewässerschutz und<br />
Abfallwirtschaft des Kantons Bern (GSA), dem Schweizer Bundesamt für Straßen (ASTRA)<br />
und dem Schweizer Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft betreut und unterstützt.<br />
Neben anderen Pilotanlagen, wie einem GEH-Adsorber, einem Filtersack und einem<br />
Filtervlies wurde erstmals ein Tuchfilter für Straßenabwasser eingesetzt. Er diente als<br />
Vorreinigung und Alternative zur Sedimentation vor einem Filtersack und/oder einem<br />
GEH-Adsorber. Der Trommelfilter wurde mit einem Polstoff bespannt, welcher Polstofffasern<br />
mit einem Durchmesser von ca. 7,5 μm (Mikrofaser-Polstoff) besitzt. So konnte eine<br />
Abtrennungsleistung von knapp 80 % TSS und 55 - 70 % der Schwermetalle erzielt werden.<br />
Der Standard-Polstoff lieferte schlechte Abtrennungsleistungen und wurde als zu<br />
grobmaschig eingestuft. Zusätzlich wurde eine Versuchsreihe mit einem Polymer-Block<br />
durchgeführt, der aber wegen der ungenauen Polymer-Dosierung keine brauchbaren<br />
Ergebnisse lieferte, da das Filtertuch durch die Überdosierung des sich zu schnell<br />
auflösenden Polymer-Blockes verstopfte. Zusammenfassend lieferte der Tuchfilter mit seiner
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 36<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
automatischen Reinigung und dem feineren Polstoff (7,5 µm) gute Ergebnisse. In<br />
Kombination mit dem Filtersack konnten aber noch bessere Abtrennungsleistungen erzielt<br />
werden, außerdem konnte ebenfalls das bei der Filtertuchreinigung anfallende Spülwasser<br />
mittels Filtersack gereinigt werden.<br />
In Abbildung 23 wird die Pilotanlage, in der der Tuchfilter zur Straßenwasserreinigung zum<br />
Einsatz kommt, dargestellt. Im Becken a konnte zusätzlich der Adsorber zur weiteren<br />
Schwermetallkonzentrationsabsenkung zwischengeschaltet werden [EAWAG/HSB/GSA/GBL<br />
2005].<br />
Abbildung 23: Skizze der Pilotanlage des Forschungsprojekts „Schadstoffe im<br />
Straßenabwasser einer stark befahrenen Straße und deren Retention mit neuartigen<br />
Filterpaketen aus Geotextil und Adsorbermaterial“ [EAWAG/HSB/GSA/GBL 2005]<br />
3.3.4 Mikroflotation<br />
Die Mikroflotation basiert auf dem Verfahren der allgemeinen Flotation unter Erzeugung sehr<br />
geringer Blasengrößen. Die historische Entwicklung der Flotationsverfahren wird durch die<br />
Erzeugung immer kleinerer Gasblasen, um eine bessere Flotationswirkung zu erzielen,<br />
bestimmt. Die ersten Flotationsanlagen kamen im Bereich der Kohle- und Erzaufbereitung ab<br />
ca. 1640 zum Einsatz. Damals erreichte man mit dem Prinzip der Begasungsflotation<br />
Luftblasengrößen von >1000 µm. [Enviplan 2007] Ende des 19ten Jahrhunderts wurde<br />
erstmals die Druckentspannungsflotation oder auch Dissolved Air Flotation (DAF) bei der<br />
Rückgewinnung von Erzen aus Schlämmen des Bergbaus angewandt. In den 1920er Jahren<br />
wurde das Verfahren der Druckentspannungsflotation auf den Bereich der<br />
Abwasserbehandlung übertragen. [Kiuru 2001] Immer neuere Technologien und<br />
Optimierungseinheiten für die Blasenerzeugung senkten die Durchmesser der entstehenden<br />
Gasblasen bis auf 20-50 µm. Die von der Firma Enviplan entwickelte Mikroflotation zählt zu<br />
diesen modernsten Flotationsarten und stellt eine Modifikation der Druckentspannungsflotation<br />
dar. Die Druckentspannungs-/Mikroflotation wird hauptsächlich in der industriellen<br />
Abwasserreinigung verwendet. Durch ihre hohe Abscheideleistung im Bereich hydrophober<br />
Stoffe wie Fette, Öle, Zellstofffasern usw. ist sie für spezielle Industrieabwässer prädestiniert.<br />
Vor allem in Kombination mit Fällungs- und Flockungschemikalien ist die Mikroflotation
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 37<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
ebenso für die kommunale Abwasserreinigung, Gewässersanierung und die Behandlung von<br />
Regen-/ und Mischwasser interessant.<br />
3.3.4.1 Allgemeine Funktionsweise<br />
a) Funktionsweise der Druckentspannungsflotation<br />
Die Wirkung der Flotation basiert auf der Umkehrung der Sedimentation [Stark et al. 2008],<br />
indem suspendierte Partikel trotz zum Teil höherer Dichte im Vergleich zum Fluid durch<br />
Anlagerung kleiner Luftblasen zur Wasseroberfläche transportiert werden. Der dort<br />
entstehende Schaum wird mit Hilfe einer Räumvorrichtung entfernt. [Bohnet 2007]<br />
Die Gasblasenerzeugung kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen. Je nach Art der<br />
Luftzuführung werden die Flotationsverfahren eingeordnet. Geläufige Verfahren sind die<br />
Druckentspannungsflotation (DAF), die Begasungsflotation sowie die Elektroflotation. Eine<br />
besondere Rolle in der Abwassertechnik wird der Druckentspannungsflotation zugesprochen<br />
[Kayser 2002].<br />
Bei dem Prinzip der Druckentspannungsflotation wird unter Druck stehendes Wasser mit Luft<br />
gesättigt und über ein Entspannungsventil dem Abwasserstrom im Flotationsbecken<br />
zugegeben. In herkömmlichen Druckkesseln werden 50 bis 90 % der maximalen<br />
Sättigungskonzentration erreicht. Bei der Entspannung auf Atmosphärendruck gast die<br />
überschüssige Luft aus und es bilden sich Mikroblasen, die je nach<br />
Entspannungsvorrichtung eine Größe zwischen 30 und 150 µm besitzen. [Schuster et al.<br />
2004], [Stark et al. 2008]<br />
Es gibt drei Betriebsarten von Druckentspannungsflotationen. Bei dem Vollstromverfahren,<br />
wird das gesamte Abwasser unter Druck gesetzt und mit Luft gesättigt. [Martz 1990] Da<br />
meist mit Drücken zwischen 4 und 6 bar gearbeitet wird [Schuster et al. 2004], stellt dieses<br />
Prinzip das DAF-Verfahren mit dem höchsten Energieverbrauch dar. Bei dem<br />
Teilstromverfahren wird nur ein gewisser Anteil des Abwassers zur Luftsättigung genutzt<br />
[Martz 1990]. Das in der Abwassertechnik wohl am häufigsten eingesetzte Verfahren ist das<br />
Recycle-Verfahren [Kayser 2002].<br />
Abbildung 24: Druckentspannungsflotation im Recycle-Verfahren [Meschede 2004]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 38<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Klarwassers unter Druck gesetzt, mit Luft gesättigt<br />
und anschließend dem Abwasserstrom über Entspannungsorgane zugeführt. [Martz 1990]<br />
Die Flotationsanlagen besitzen gegenüber anderen Feststoff-Abtrennverfahren, wie zum<br />
Beispiel der Sedimentation, einen geringeren Flächenbedarf. Ein Vorteil im Vergleich zur<br />
Filtration besteht darin, dass kein zusätzlicher Abwasserstrom, wie er zum Beispiel bei der<br />
Filterrückspülung entsteht, anfällt. Zudem sind Flotationsanlagen gegenüber schwankenden<br />
Durchflussmengen und Feststoffgehalten sehr robust. Um den Flotationsprozess zu<br />
optimieren, kann zusätzlich mit Flockungschemikalien gearbeitet werden. Durch die<br />
Agglomeration der suspendierten Stoffe wird die Flotation begünstigt, außerdem werden<br />
gelöste Stoffe ausgefällt und können mit entfernt werden. [Martz 1990], [Stark et al. 2008]<br />
b) Mikroflotation<br />
Eine Weiterentwicklung der konventionellen Druckentspannungsflotation stellt die<br />
Mikroflotation dar. Das Grundprinzip beruht auf der Druckentspannungsflotation. Der Sättiger<br />
arbeitet mit Betriebsdrücken zwischen 2 bis 4 bar, also im sogenannten Niederdruckbereich.<br />
Trotz des geringeren Druckes werden Sättigungsgrade von über 99 % erzielt. Dies wird vor<br />
allem durch eine Optimierung der Düsensysteme und Entspannungsventile ermöglicht,<br />
welche zudem selbstreinigend sind und so Verstopfungen der Entspannungsapparaturen<br />
entgegen wirken. Die neuen Entspannungsorgane in Kombination mit den optimierten<br />
Sättigern garantieren ein dichtes und homogenes Blasenspektrum. Die Blasengröße liegt bei<br />
den neuen Anlagen zwischen 20 bis 50 µm. Damit stellt die Mikroflotation im Vergleich zur<br />
konventionellen DAF, bezogen auf die Leistung und den Wirkungsgrad, ein effektiveres<br />
Verfahren dar. [Stark et al. 2008]<br />
c) Kenngrößen der Mikroflotation<br />
Eine wichtige Kenngröße in Bezug auf die Flotationsergebnisse ist das Luft-Feststoff-<br />
Verhältnis, die Luftmenge im Flotationsbecken zum Feststoffgehalt [Stark et al. 2008]. Die<br />
Luftmenge ist von zahlreichen Faktoren abhängig, wie dem erreichten Sättigungsgrad, der<br />
Druckdifferenz am Entspannungsventil, dem Recycle-Stromverhältnis sowie der<br />
Abwassertemperatur, die das thermodynamische Gleichgewicht im Sättiger angibt. [Stark et<br />
al. 2005], [Stark et al. 2008] Das Recycle-Stromverhältnis kann zwischen 15 bis 100 %<br />
betragen und hängt vor allem von der Gesamtmenge der Feststoffpartikel ab<br />
[Christophersen 2010]. Besonders wichtig für die Auftriebsgeschwindigkeit und die<br />
Kollisionsrate zwischen Gasblase und Partikel sind die Blasengrößen und das<br />
Blasengrößenspektrum, welche vor allem über die Eigenschaften und die Konstruktion der<br />
Entspannungsorgane definiert werden [Stark et al. 2008]. Des Weiteren werden sie von den<br />
Abwassereigenschaften, wie der Oberflächenspannung, der Viskosität und dem pH-Wert<br />
beeinflusst. Abwässer mit hoher Viskosität und geringer Oberflächenspannung begünstigen<br />
die Bildung von Mikroblasen. Eine Verschiebung zu größeren mittleren<br />
Gasblasendurchmessern wird durch pH-Werte von kleiner 5 verursacht. [Stark et al. 2005]<br />
Wie aus Tabelle 11 abgeleitet werden kann, erzielt man mit 20 µm großen Blasen die besten<br />
Flotationsergebnisse.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 39<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 11: Abhängigkeit verschiedener Parameter von der Blasengröße [Damann et al. 2007],<br />
[Stark et al. 2005]<br />
Blasengröße [µm] 20 50 100<br />
Anzahl der Blasen pro ml 1.250.000 100.000 14.000<br />
Oberfläche [cm²/cm³] 23 12 6,6<br />
Abstand der Blasen [µm] 100-150 250-350 500<br />
Aufstiegsgeschw. [m/h],<br />
20 °C<br />
1 5 20<br />
Je kleiner die Blasen, desto höher ist deren Anzahl pro definierten Volumen Fluid. Des<br />
Weiteren reduziert sich der Abstand zwischen den einzelnen Blasen und die<br />
Gesamtoberfläche der Blasen vergrößert sich signifikant. Folglich steigt die<br />
Wahrscheinlichkeit der Anlagerung von Gasblasen an Feststoffpartikel. Das optimale<br />
Blasengrößenspektrum liegt zwischen 20 und 50 µm, um eine ausreichend hohe<br />
Kollisionsrate und optimale Auftriebsgeschwindigkeit zu garantieren. Schon eine geringe<br />
Anzahl an Blasen über 100 µm können durch ihre größere Aufstiegsgeschwindigkeit<br />
Turbulenzen verursachen, welche Luft-Flocken-Agglomerate zerstören oder ihre Bildung<br />
behindern können. Daher ist ein enges und homogenes Blasenspektrum besonders wichtig.<br />
Die hydraulischen Bedingungen müssen ebenso beachtet werden, da die entstandenen Luft-<br />
Feststoff-Agglomerate durch zu große Scherkräfte zerstört werden können. [Damann et al.<br />
2007]<br />
d) Anlagerungsprozess der Gasblasen an Feststoffe<br />
Durch unterschiedliche Mechanismen können Gasblasen an Feststoffe oder Flocken an-<br />
oder eingelagert werden. Wenn die Dichte der Luft-Feststoff-Agglomerate kleiner als die<br />
Dichte des Fluids ist, steigen die Agglomerate auf. Je größer die Dichtedifferenz, desto<br />
größer die Aufstiegsgeschwindigkeit. Bei der An- oder Einlagerung der Gasblasen findet<br />
keine nennenswerte Vergrößerung der Agglomerate statt. Die Haftungsprozesse werden<br />
durch folgende Begebenheiten verstärkt: möglichst viele kleine Gasblasen, hydrophobe<br />
Partikel und Flocken sowie kompakte und scherstabile Flockung der einzelnen Feststoffe.<br />
Aus dem relativ großen Randwinkel der hydrophoben Stoffe erfolgt eine große nutzbare<br />
Fläche zur Anlagerung der Gasblase am Partikel. [Stark et al. 2005]<br />
Abbildung 25 zeigt die unterschiedlichen Prozesse der Luft-Feststoff-Agglomerationsbildung.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 40<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 25: Prozesse der Luft-Feststoff-Agglomeration [Schuster et al. 2004]<br />
Die oberen zwei Bildreihen beschreiben die Anlagerung der Gasblasen am Feststoff oder die<br />
Einlagerung in Nischen der Flocke. An dritter Stelle wird der Einbau von Gasblasen während<br />
des Prozesses der Flockenbildung dargestellt. Die untere Bildreihe zeigt die Bildung<br />
größerer Luftpakete aus den vorbei treibenden Gasblasen und den Mikroblasen auf der<br />
Oberfläche der Flocke, die den Auftrieb vergrößern.<br />
3.3.4.2 Vergleichbare Flotationssysteme<br />
Das Prinzip der Begasungsflotation beruht auf dem direkten Lufteintrag über<br />
Belüftungsdüsen am Boden des Flotationsbeckens [Kayser 2002] oder über propellerartige<br />
Apparaturen [KEE 2008]. Die so entstehenden Blasen sind im Vergleich zur DAF relativ groß<br />
(>1000 µm) [Kayser 2002]. Allerdings gibt es auch Begasungsflotationen, wie die Induced air<br />
flotation (IAF) mit optimierten Begasungsventilen und Pumpen, die Blasengrößen von 70 bis<br />
150 µm erreichen [Christophersen 2010]. Die Aire-O2 Microfloat Dispersed Air Flotation der<br />
Aeration Industries International arbeitet mit einer speziell entwickelten Propellerscheibe, die<br />
Druckluft über spezielle Ejektoren im runden Flotationsbecken verteilt. Es werden Blasen mit<br />
einem Durchmesser von 10 bis 50 µm erzeugt. Neben der Behandlung von<br />
Industrieabwässern kommt dieses Verfahren auch in der kommunalen Abwassertechnik zum<br />
Einsatz. Es garantiert Abscheidegrade von Öl und Fetten ohne Chemikalieneinsatz von über<br />
90 %. [KEE 2008]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 41<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 26: Aire-O2 Microfloat Dispersed Air Flotation [KEE 2008]<br />
Ein weiteres Verfahren ist die Vakuumflotation. Dabei wird Wasser mit Luft gesättigt und<br />
anschließend in einem Unterdruckreaktor entspannt. Das Problem stellt die Begrenzung der<br />
erreichbaren Druckdifferenz, die durch den Atmosphärendruck bedingt ist, dar. Diese<br />
Technik findet in der Umwelttechnik keine Anwendung. [Kayser 2002]<br />
Die Elektroflotation stellt ein Verfahren dar, das vor allem in der Industrie genutzt wird. Das<br />
Prinzip beruht auf der elektrolytischen Wasserspaltung, bei der Wasserstoff und Sauerstoff<br />
frei gesetzt werden. Es entstehen sehr feine Gasblasen, die zur Flotation der<br />
Feststoffpartikel dienen. [Kayser 2002] Der frei gesetzte Sauerstoff ist sehr reaktiv und<br />
oxidiert Schwermetalle und organische Verbindungen. Die Mikrobläschen bestehen deshalb<br />
überwiegend aus dem übrigbleibenden Wasserstoff. [Jüssen 2003] Bei der Elektroflotation<br />
wird mit sogenannten Opferanoden gearbeitet, welche aus Eisen und Aluminium bestehen.<br />
Unter Gleichstrom zersetzten sich die Metalle in ihre Kationen und bilden mit den Hydroxid-<br />
Ionen der Wasserspaltung Metallhydroxidflocken. Durch die elektrochemische<br />
Flockenbildung werden Schwermetalle und organische Verbindungen ein- oder angelagert<br />
und können durch die Mikrobläschen besser flotiert werden. [Reinhardt 2008]<br />
Bei der Suspended air flotation (SAF) kommt ein Blasengenerator mit einer zusätzlichen<br />
Grenzflächen-aktiven Substanz, welche hauptsächlich aus Tensiden besteht zum Einsatz.<br />
Diese sorgt für eine bessere Anlagerung der Partikel an die Blasen. Der Generator arbeitet<br />
im Niederdruckbereich bei ca. 1,03 bis 1,75 bar. Die erzeugten Blasen haben einen<br />
geringeren Durchmesser, als die der konventionellen DAF. [Christophersen 2010]<br />
3.3.4.3 Anwendungsbereiche / Pilotprojekte<br />
a) Anwendungsbereiche<br />
Die Flotation kann in sehr vielen unterschiedlichen Bereichen der Abwassertechnik, im<br />
kommunalen wie im industriellen, angewendet werden. Besonders gut lassen sich Öle und<br />
Fette sowie faserige und flockige Stoffe aus dem jeweiligen Abwasserstrom entfernen. In
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 42<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Kombination mit Flockungschemikalien kann außerdem eine hohe Phosphoreliminierung<br />
erfolgen. [Martz 1990] Die Flotation bekommt in der Abwassertechnik eine zunehmende<br />
Bedeutung bei der Nachklärung und kann als eine gängige Alternative zur Sedimentation<br />
angesehen werden [Sommer 2007]. In der Industrie kommt die Druckentspannungsflotation<br />
vor allem in den folgenden Bereichen zum Einsatz: Lebensmittelindustrie, Fischzucht,<br />
Schlachthäuser und Tierkörperverwertungen, Altölindustrie, Automobilindustrie und in der<br />
Papierindustrie.<br />
b) Pilotprojekte<br />
Tabelle 12 gibt einen Überblick über die betrachteten Pilotprojekte zur Regen-/und<br />
Mischwasserbehandlung.<br />
Tabelle 12: Durchgeführte Pilotprojekte zur Regen-/ und Mischwasserbehandlung mit MF bzw.<br />
DAF<br />
Ort Installation Durchsatz Reinigungsleistung Erläuterung<br />
San Francisco,<br />
USA<br />
(1975)<br />
[Bursztynsky<br />
et al. 1975]<br />
Chelles/Paris,<br />
Frankreich<br />
(1993)<br />
[Bernard et al.<br />
1995]<br />
Paris,<br />
Frankreich<br />
[Lainé et al.<br />
1998]<br />
Karlsruhe,<br />
Deutschland<br />
[Sommer<br />
2007]<br />
MW + MF<br />
(RW+SM) +<br />
DAF<br />
RW + DAF +<br />
SF + UV<br />
3600 m³/h<br />
13 m³/h<br />
kA<br />
MW + MF kA<br />
Mit Chemikalien<br />
Maximaler Wert:<br />
CSB: 55 %<br />
BSB5: 94 %<br />
TSS: 51 %<br />
Mit Chemikalien:<br />
Vollständige<br />
Entfernung<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
DEF:<br />
CSB: >90 %<br />
TSS: >90 %<br />
Mit Chemikalien:<br />
TSS: 86 %<br />
CSB: 70 %<br />
Cd,Cu,Pb: 80-93 %<br />
2 Module<br />
Recycle-Strom: 19 %<br />
Konstante<br />
Ablaufwerte bei<br />
schwankenden<br />
Zulaufkonz.<br />
MF = Mikroflotation; MW = Mischwasser; DAF = Druckentspannungsflotation; RW = Regenwasser<br />
UV = UV-Desinfektion; SM = Schmutzwasser; SF = Sandfilter<br />
Gesamtinstallation<br />
erreicht Badewasserqualität <br />
Oberflächenbeschickung:<br />
5 m/h<br />
Laut [Sommer 2007] existieren seit einigen Jahren in den USA großtechnische<br />
Flotationsanlagen zur Reinigung von Mischwasser.<br />
Im Folgenden werden die aufgeführten Pilotprojekte der Druckentspannungsflotation im<br />
Bereich der Regen-/ und Mischwasserbehandlung vorgestellt.<br />
Eine Studie von 1975 unter der Leitung der U.S. Environmental Protection Agency<br />
beschreibt ein Projekt, indem eine Druckentspannungsflotationsanlage zur Reinigung von<br />
Mischwasser an einem Regenüberlauf an der Baker Street in San Francisco zum Einsatz<br />
kam. Die Anlage diente der Reinigung von entlasteten Mischwassereinträgen in die San<br />
Francisco Bay. Sie bestand aus zwei Flotations-Modulen mit einem Gesamtdurchfluss von<br />
3600 m³/h und einem Bypass-System, das für weitere 21.600 m³/h ausgelegt wurde. Der<br />
Betriebsdruck des Sättigers belief sich auf 4,2 bis 4,6 bar. Die Anlage wurde im<br />
Recycle-Verfahren mit einem Recycle-Stromverhältnis von ca. 20 % betrieben. Das<br />
Luft-Feststoffverhältnis betrug 0,05 kg Luft pro kg Feststoff. Es stellte sich heraus, dass zur<br />
Mischwasserbehandlung mit Hilfe einer Druckentspannungsflotation eine Flockungsanlage<br />
unabdingbar ist. Neben Versuchen mit Polymer (DOW C-31), die kaum Erfolge zeigten,
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 43<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
wurden Läufe mit 28 %-haltigen Al2(SO4)3-Lösungen und unterschiedlichen Dosierungen<br />
zwischen 0-300 mg/l durchgeführt. In der Studie wurden die Ergebnisse der Testphase im<br />
Zeitraum von 1973 bis 1974 veröffentlicht. Folgende Reinigungsgrade konnten mit einer<br />
optimalen Al2(SO4)3-Dosierung von 75 mg/l während eines Versuchslaufs erzielt werden:<br />
82 % BSB5, 51 % TSS und 40 % CSB. Der TSS-Reinigungsgrad von 51 % konnte während<br />
weiterer Runs nicht übertroffen werden. Die höchsten erreichten Reinigungsgrade für BSB5<br />
und für CSB beliefen sich auf 94 bzw. auf 54,9 %. [Bursztynsky et al. 1975]<br />
Im Jahre 1993 wurde eine Druckentspannungsflotation als Pilotanlage am Chelles<br />
Einzugsgebiet östlich von Paris mit Wasser aus Starkregenereignissen teils mit<br />
kommunalem Abwasser gemischt getestet. Die Flotationsanlage wurde mit einer Fällungs-<br />
und Flockungsstufe betrieben. Der Durchfluss der Anlage lag bei 13 m³/h. Untersucht<br />
wurden die Reinigungsgrade von CSB, suspendierten Feststoffen sowie für<br />
Kohlenwasserstoffe. Die Kohlenwasserstoffe konnten vollständig aus dem Mischwasser<br />
entfernt werden. Die Versuche zeigten konstante Ablaufwerte trotz stark schwankender<br />
Zulaufkonzentrationen. [Bernard et al. 1995]<br />
Eine weitere Pilotanlage, auch in einem Vorort östlich von Paris gelegen, wurde zur<br />
Reinigung von urbanem Regenwasser genutzt. Zum Einsatz kam eine Kombination aus<br />
Druckentspannungsflotation, einem Sandfilter und einer UV-Desinfektionsstufe. Ziel der<br />
Pilotanlage war die Reinigung des Regenwassers auf Badewasserqualität. Die<br />
Reinigungsgrade der Druckentspannungsflotation beliefen sich bezogen auf CSB und<br />
suspendierte Feststoffe (TSS) auf über 90 %. Die Versuche zeigten, dass die<br />
Druckentspannungsflotation zur urbanen Regenwasserbehandlung sehr gut geeignet ist.<br />
Auch bei stark schwankenden Zulaufkonzentrationen konnte ein Ablauf TSS-Gehalt von<br />
45 mg/l eingehalten werden. Mit der nachgeschalteten Kombination aus Sandfilter und<br />
UV-Desinfektionsstufe konnten die Bestimmungen der Badewasserqualität eingehalten<br />
werden. [Lainé et al. 1998]<br />
Auch in Karlsruhe wurde ein Pilotprojekt zur Mischwasserbehandlung mittels Kombination<br />
aus Flockungsstufe und Druckentspannungsflotation durchgeführt. Die Anlage besaß eine<br />
Oberflächenbeschickung von 5 m/h. Neben hohen Reinigungsgraden von Cadmium, Kupfer<br />
und Blei (80 bis 93 %) konnten auch gute Ergebnisse bezogen auf die Reinigungsleistung<br />
von AFS und CSB erzielt werden, diese betrugen 86 bzw. 70 %. [Sommer 2007]<br />
3.4 Fällung / Flockung<br />
3.4.1 Überblick<br />
Da in diesem Projekt alle getesteten Technologien ebenso unter Chemikalienanwendung<br />
gefahren werden, wird im Folgenden kurz auf die Mechanismen eingegangen, die dabei<br />
ablaufen.<br />
Physikochemische Verfahren werden schon lange in der Abwasserindustrie getestet und<br />
eingesetzt, um gelöste Stoffe und Inhaltstoffe mit sehr kleinen Partikelgrößen in<br />
sedimentierende bzw. abtrennbare Koagulate und Agglomerate zu überführen. Die Fällung<br />
bedeutet eine Phasenüberführung gelöster Stoffe in partikuläre Substanzen, welche in der<br />
Abwasserbehandlung meist mit Hilfe von Metallsalzen höherer Ionenladungen durchgeführt<br />
wird.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 44<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Unter Flockung wird der anschließende Prozess der Agglomeration gebildeter Mikroflocken<br />
bzw. Fällprodukte zu großen, gut abtrennbaren Makroflocken verstanden. Der<br />
Flockungsprozess kann im Gegensatz zum Ausfällungsvorgang über mehrere Mechanismen<br />
erfolgen. Die gewünschte Entstabilisierung der meist negativ geladenen Partikeloberflächen<br />
und anschließender Zusammenlagerung der Partikel im Abwasser kann über mehrere<br />
Mechanismen (siehe Tab. 13) erfolgen, welche meist in Abhängigkeit verschiedenster<br />
Parameter parallel ablaufen und einer hohen Dynamik unterliegen. Ziel der Flockung ist im<br />
Allgemeinen die Koagulation unerwünschter Stoffe durch Überwindung der natürlichen<br />
Energiebarriere, welche den Grund für die Abstoßung zweier gleich geladener<br />
Teilchen/Kolloide darstellt (siehe Abb. 27). [Hofmann 2004], [Vetter 2000]<br />
Abbildung 27: Darstellung der Gesamtwechselwirkung zweier geladener Kolloide/Oberflächen<br />
zueinander nach [Hofmann 2004]<br />
Flockungsprozesse treten schon unter Zugabe von Chemikalien zur Ausfällung auf und<br />
können durch zusätzliche Dosierung sogenannter Flockungshilfsmittel erheblich gesteigert<br />
werden. Aus diesem Grund werden die eingesetzten Chemikalien zur Fällung in dieser Arbeit<br />
als Flockungsmittel (FM) und die anschließend eingesetzten Stoffe zur Makroflockenbildung<br />
als Flockungshilfsmittel (FHM) bezeichnet.<br />
Tabelle 13 zeigt die von [Vetter 2000] dargestellten Mechanismen zur Überwindung der<br />
Energiebarriere bzw. zur Makroflockenbildung.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 45<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 13: Mechanismen zur Entstabilisierung der Suspensa nach [Vetter 2000]<br />
Entstabilisierungsmechanismen Beispiele für Flockungsmittel<br />
1 Kompression der elektrischen<br />
Doppelschicht durch Gegenionen<br />
2 Reduktion des Oberflächenpotentials<br />
(Adsorption von Gegenionen,<br />
chemische Reaktionen an der<br />
Oberfläche)<br />
3 Bildung molekularer Brücken<br />
(Adsorption von Makromolekülen)<br />
4 (Mit-)Fällung<br />
(Einschluss kolloidaler Partikel in<br />
Fällprodukte bei Überschreitung des<br />
Löslichkeitsproduktes<br />
inerte Ionen entgegengesetzter Ladung:<br />
Na + , Ca 2+ , Al 3+<br />
hydrolisierte Metallionen: Al 3+ , Fe 3+<br />
(Hydro-/Aquakomplexe)<br />
Polyelektrolyte entgegengesetzter Ladung<br />
und geringer Kettenlänge<br />
geladene und ungeladene Polymere großer<br />
Kettenlänge<br />
Al 3+ , Fe 3+ bei höherer Konzentration<br />
Während Flockungsmittel hauptsächlich für eine elektrostatische Stabilisierung der Flocken<br />
verantwortlich sind, werden die Flocken durch Zugabe von Flockungshilfsmitteln in großem<br />
Maße sterisch stabilisiert [Hofmann 2004]. Zur Erreichung annähernd optimaler Fällungs-<br />
/Flockungsvorgänge muss beachtet werden, dass gewisse Reaktionszeiten benötigt werden,<br />
um eine gute Fällung/Flockung zu gewährleisten. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt<br />
ist hierbei die Aggregation zu Makroflocken, der von [Pfeifer 1998] mit 1-5 Minuten<br />
angegeben wird.<br />
3.4.2 Dosierung<br />
Eine Schwierigkeit bei der Behandlung von Abwässern mit Fällungs- und<br />
Flockungschemikalien ist die genau auf die Abwasserzusammensetzung zu dosierende<br />
Menge an Chemikalien. Eine Unterdosierung bewirkt nicht den gewünschten Effekt der<br />
maximalen Eliminierung. Eine Überdosierung kann zu einer Restabilisierung der<br />
Makroflocken, zu einem Ablauf der überschüssigen Chemikalien in die Vorfluter und zur<br />
Beeinträchtigung nachfolgender Separationsprozesse durch z.B. Verkleben von Filtertüchern<br />
oder Mikrosieben führen.<br />
Überdosierungseffekte können in Form zu hoch dosierter Flockungsmittelzugabe (meist<br />
Al 3+ -/, Fe 3+ -Salze) auftreten. Dies drückt sich durch Restabilisierungsprozesse der gebildeten<br />
Flocken durch Umladung der meist organischen, negativ geladenen Partikeloberflächen in<br />
Folge zu hoher Adsorption kationischer Ionen/Komplexe (gebildete Al 3+ -/, Fe 3+ -Hydroxo-<br />
/Aquakomplexe) an gebildete Agglomerate aus. Ebenso kann die erhöhte Zugabe von<br />
Flockungshilfsmitteln einen gewissen Bedeckungsgrad (nach [Hahn et al. 1998] max. 50 %)<br />
der eingesetzten Polymere an die zu entfernenden Partikel überschreiten, der den<br />
Flockungseffekt durch fehlende „polymerfreier“ Ladungsflächen der zu entfernenden Partikel<br />
absinken lässt. [Hahn et al. 1998].<br />
Dieses Problem ist bei Mischwasserprojekten durch die stark schwankenden<br />
Mischwasserqualitäten von besonderer Bedeutung und muss bei möglicher Anwendung in
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 46<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
der Mischwasserreinigung mit Online-Messverfahren direkt gekoppelt sein, um auf die<br />
Dynamik von Mischwasserereignissen entsprechend reagieren zu können.<br />
4 Material und Methoden<br />
4.1 Untersuchungsgebiet<br />
4.1.1 Standort und Untersuchungszeitraum<br />
Die Untersuchungen an den drei Abwasserreinigungsanlagen erfolgten auf dem Gelände der<br />
<strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe, Kanalbetriebsstelle X in der Bellermannstraße in <strong>Berlin</strong>-Wedding<br />
am Regenüberlaufbecken BlnX mit einem Fassungsvermögen von ca. 1.500 m³. Das<br />
maximale Speichervolumen (BlnX) beträgt 3.242 m³ und setzt sich aus den 1.500 m³ des<br />
RÜB, 465 m³ des Pumpwerkes sowie aus 1.277 m³ Speichervolumen des vorgelagerten<br />
Kanalnetzes zusammen. Das RÜB wird über eine Pumpe mit einem Qmax=1.100 l/s<br />
beschickt. [Peters 2007]. Die Fläche des Einzugsgebietes BlnX beträgt ca. 413 ha mit einem<br />
Befestigungsgrad von 0,751 (ca. 310 hared) [AB-Plan 2001]. Mit ca. 5 m³/ha Speichervolumen<br />
ist das RÜB BlnX inklusive Pumpwerk zu den kleinen RÜB zu zählen. Übliche Beckengrößen<br />
sind von [Vetter 2000] mit 12-30 m³/ha angegeben. Aus diesem Grund tritt ein Überlauf des<br />
RÜB BlnX während einer Beckenfüllung relativ häufig auf. Aus verfügbaren Daten des RÜB<br />
von März bis September 2010 wurden 24 Entlastungsereignisse bei 36 Einstauereignissen<br />
ermittelt (Quote 66 %).<br />
In Abbildung 28 ist das Gelände der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe dargestellt. Des Weiteren sind<br />
die Standorte der technischen Anlagen und des Regenüberlaufbeckens angegeben.<br />
1: RÜB-<br />
Einstiegsschacht<br />
2: Standort<br />
Fuzzy Filter<br />
3: Standort<br />
Mikroflotation und<br />
Tuchfilter<br />
Abbildung 28: Gelände Bellermannstraße der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe [Google maps]<br />
Die Mischwasserentlastungen des Regenbeckens BlnX werden direkt in die Panke<br />
eingeleitet.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 47<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Die Versuchsanlagen des Fuzzy Filters® der Firma Bosman Watermanagement B.V. und der<br />
Mikroflotation der Firma Enviplan wurden im Untersuchungszeitraum von März 2010 bis<br />
August 2010 am genannten Standort betrieben. Die geplanten Monate Januar und Februar<br />
2010 standen wegen Dauerfrost nicht zur Verfügung. Die Versuchsanlage des Tuchfilters<br />
wurde in den Monaten September 2010 bis Januar 2011 auf demselben Standort der zuvor<br />
demontierten Anlagen eingesetzt.<br />
4.1.2 Gewässerzustand der Panke<br />
Die Panke entspringt bei Bernau und fließt in südwestliche Richtung bis zur Mündung am<br />
Nordhafen in den <strong>Berlin</strong>-Spandau-Schifffahrtskanal. Der Bach besitzt eine Lauflänge von<br />
ca. 27 km und die Größe des Einzugsgebietes beträgt rund 201 km². Die Panke zeigt<br />
besonders im <strong>Berlin</strong>er Raum einen sehr geradlinigen technisch ausgebauten Verlauf. Dem<br />
stark anthropogenen Einfluss auf das Gewässer soll bis 2015 entgegengewirkt werden. Die<br />
Planung der Renaturierung bezieht den gesamten Verlauf der Panke ein. [Senat GUV <strong>Berlin</strong><br />
2009], [Senat GUV <strong>Berlin</strong> 2010]<br />
Abbildung 29: Schematischer Verlauf der unteren Panke nach [Peters 2007]<br />
Neben zahlreichen Einleitungsstellen der Regenwasserkanalisation existieren insgesamt<br />
8 Mischwassereinleitungen, die sich vor allem im unteren urbanen Bereich der Panke<br />
befinden (siehe Abb. 29). [Senat GUV <strong>Berlin</strong> 2009]. Tabelle 14 stellt ausgewählte Parameter<br />
zur Beurteilung der Gewässergüte der Panke in Abhängigkeit von den Jahreszeiten dar. Eine<br />
10-jährige Messreihe der Senatsverwaltung für Gesundheit Umwelt und Verbraucherschutz<br />
<strong>Berlin</strong> wurde hierfür zur Verfügung gestellt (siehe Anhang 1). Die Daten wurden an der<br />
Messstelle 730 (siehe Abb. 29) erhoben.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 48<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 14: Parameter zur Beurteilung der Gewässergüte der unteren Panke (Messstelle 730,<br />
Datenreihe 2000-2010) gemittelte Werte [Senatsverwaltung GUV <strong>Berlin</strong>]<br />
Zeitraum<br />
O2 [mg/l] TOC [mg/l] AFS [mg/l] Ptot [mg/l] Portho [mg/l]<br />
2000-2010<br />
Winter 11,9 8,6 7,0 0,18 0,07<br />
Frühling 10,8 10,8 7,0 0,18 0,08<br />
Sommer 8,7 8,9 6,4 0,21 0,12<br />
Herbst 9,7 8,5 6,1 0,23 0,12<br />
Winter: Dezember bis Februar, Frühling: März bis Mai, Sommer: Juni bis August, Herbst: September bis<br />
November<br />
die TOC-Messungen fehlen für die Jahre 2007, 2008 und 2009<br />
Wintermessungen 2003 fehlen bei allen Parametern<br />
Wintermessungen 2008 fehlen bei AFS und Ptot<br />
4.1.2.1 Korrelation zwischen CSB und TOC<br />
Da bei diesem Projekt der CSB als Parameter für die organische Belastung betrachtet wird,<br />
muss eine näherungsweise Korrelation zwischen CSB und TOC ermittelt werden.<br />
Eine direkte Verbindung zwischen dem benötigten Sauerstoff zur chemischen Oxidation<br />
organischer Verbindungen (CSB) und der direkten Belastung mit Organik im Gewässer<br />
(TOC) ist nicht vorhanden. Grund hierfür sind unterschiedliche Einflüsse und Messmethoden,<br />
die den theoretischen Korrelationsfaktor von 2,67 (Molmassenverhältnis zwischen Sauerstoff<br />
und Kohlenstoff) erhöhen oder senken können. Durch Oxidation nicht-kohlenstoffhaltiger<br />
Bestandteile bei der CSB-Bestimmung kann der Wert für den Korrelationsfaktor über dem<br />
des Molmassenverhältnisses liegen. Im Gegensatz dazu tritt ein geringerer<br />
Korrelationsfaktor bei sehr stabilen, nicht oxidierbaren organischen Verbindungen in der<br />
Probe auf. [Gierszewski 2011]<br />
In der deutschen Abwasserverordnung (AbwV) §6 (3) wurde deshalb folgendes festgelegt:<br />
„Ein in der wasserrechtlichen Zulassung festgesetzter Wert für den Chemischen<br />
Sauerstoffbedarf (CSB) gilt unter Beachtung von Absatz 1 auch als eingehalten, wenn der<br />
vierfache Wert des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC), bestimmt in<br />
Milligramm je Liter, diesen Wert nicht überschreitet." (AbwV) vom 17.6.2004 (zit. Nach<br />
[Gierszewski 2011])<br />
Folglich gilt der vierfache Wert von TOC als sichere Obergrenze für den CSB. In der Literatur<br />
findet sich jedoch bei vergleichbaren Untersuchungen häufig die Annahme von CSB = 3x<br />
TOC, was plausibel erscheint und hier übernommen wird.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 49<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.2 Aufbau der Versuchsanlagen<br />
4.2.1 Fuzzy Filter®<br />
4.2.1.1 Aufbau Fuzzy Filter® Versuchsanlage<br />
Für dieses Projekt wurde der „Fuzzy Filter® Mobile“ der Firma Bosman Watermanagement<br />
B.V. verwendet. Dabei handelt es sich um eine Pilotanlage, die in einem 20-Fuß Container<br />
installiert ist. Der Container beinhaltet alle notwendigen Steuerungs- und<br />
Konstruktionselemente für den direkten Einsatz des Fuzzy Filters®. Alle Förderanlagen<br />
(Zulaufpumpe, 2 Dosierpumpen), der Kompressor für den Spülvorgang und eine<br />
Steuerungseinheit zur Einstellung und Überwachung des Betriebes sind in den Container<br />
integriert. Ein Starkstromkabel für die Stromversorgung und die Schläuche des Zu- und<br />
Ablaufes führen aus der mobilen Einheit heraus. Der Zulauf wurde mit dem Mischwasser des<br />
ca. 25 m entfernten Regenüberlaufbeckens (RÜB) gespeist. Am Zulaufschlauch (d=110mm),<br />
dessen Saugende in das RÜB eingehängt wurde, befand sich ein Siebkorb mit einer<br />
Maschenweite von 5 mm. Die Abläufe führten wegen der geringen Ablaufmengen direkt in<br />
die Kanalisation. Für die Chemikalienversuche wurde ein zylindrischer Reaktionsbehälter auf<br />
dem Container installiert und zwischen Kreiselpumpe und Zulauf des Fuzzy Filters®<br />
geschaltet (Weg 2) (siehe Abb. 30). Das Volumen des Reaktionsbehälters betrug ca. 1,5 m³.<br />
Somit ergab sich eine ausreichende Chemikalienreaktionszeit für den jeweiligen<br />
eingestellten Volumenstrom in Höhe von 18 min bei 5 m³/h bzw. 9 min bei 10 m³/h. Es wurde<br />
ein Rührwerk zur gleichmäßigen Durchmischung im Reaktionsbehälter installiert. Die<br />
Beschickung des Filters erfolgte bei den Chemikalienversuchen ausschließlich über die<br />
Druckhöhe zwischen Reaktionsbehälter und Filter. In Abbildung 30 ist schematisch der<br />
Aufbau der Fuzzy Filter® Anlage dargestellt. Die Steuereinheit ist nicht aufgeführt.<br />
Abbildung 30: Schematischer Aufbau der Versuchsanlage
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 50<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 31: Fuzzy Filter® Versuchsanlage (rechts: Detail Filter)<br />
4.2.1.2 Betriebsparameter Fuzzy Filter® Versuchsanlage<br />
Bei den Versuchsreihen ohne Chemikalienzugabe (Weg 1) wurde mit Kompressionsraten<br />
des Filterbettes zwischen 5% und 40 % bei einer Durchflussrate von 15 m³/h gearbeitet. Bei<br />
den Versuchsreihen mit Chemikalienzugabe (Weg 2) wurden Kompressionsraten zwischen<br />
10% und 40 % eingestellt und Durchflussraten von 10 m³/h und 15 m³/h gefahren. In Tabelle<br />
15 sind alle Betriebsparameter des Fuzzy Filters® aufgeführt.<br />
Tabelle 15: Betriebsparameter der verwendeten mobilen Fuzzy Filter® Einheit<br />
Parameter Wert<br />
Außenmaße<br />
Länge 470 mm<br />
Breite 470 mm<br />
Höhe 2130 mm<br />
Filterbett<br />
Länge 457 mm<br />
Breite 457 mm<br />
Höhe 800 mm<br />
Fläche 0,209 m²<br />
Filterbetrieb Weg 1: ohne FM/FHM Weg 2: mit FM/FHM<br />
Durchflussrate 5/10/15 m³/h 10/15 m³/h<br />
Filtergeschwindigkeit 24/48/72 m/h 48/72 m/h<br />
Kompression 5; 10; 15; 20; 25; 30; 35;<br />
40 %<br />
10; 30; 40 %<br />
Spülgeschwindigkeit wie Filtergeschw. wie Filtergeschw.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 51<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.2.2 Tuchfilter mit Polstoff<br />
4.2.2.1 Aufbau Tuchfilter Versuchsanlage<br />
Der im Projekt zum Einsatz gekommene Tuchfilter der Mecana Umwelttechnik GmbH wurde<br />
mit Filtertüchern aus Polstoff betrieben. Für die Flockungsversuche wurde eine zweistufige<br />
Fällungs-/Flockungseinheit aus IBC-Containern mit einem jeweiligen Fassungsvermögen von<br />
1 m³ installiert. Um mit einem freien Gefälle zwischen Fällungs-/Flockungsstufe und<br />
Filtereinheit arbeiten zu können, wurden die Reaktionsbehälter entsprechend aufgeständert.<br />
Abbildung 32: Tuchfilter - Schematischer Aufbau der Versuchsanlage; rechts: erster Turm (FM-<br />
Zugabe); Mitte: zweiter Turm (FHM-Zugabe); links: Mecana Tuchfilter (Maße in mm)<br />
Abbildung 33: Tuchfilter – links: Flockungsanlage, rechts: Tuchfiltertrommel
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 52<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
In den Reaktionsbehälter des ersten Turmes, der eine Wasserspiegelhöhe von ca. 2,82 m ü<br />
GOK besiaß, wurde das Flockungsmittel über eine Dosierpumpe zugegeben. Es wurde<br />
direkt über dem Zulauf zudosiert. Um eine ausreichende Durchmischung im<br />
Reaktionsbehälter zu gewährleisten, war ein Schnellrührwerk (Typ OF 44) der Firma Turbo<br />
Rührwerke montiert. Der zweite Turm mit dem Reaktionsbehälter für das Flockungshilfsmittel<br />
(FHM) besaß eine Wasserspiegelhöhe von ca. 2,55 m ü GOK. Das Flockungshilfsmittel<br />
wurde am Boden des Behälters zudosiert und dort von einer Umwälzpumpe mit dem<br />
Mischwasser behutsam durchmischt. Das Nutzvolumen der Reaktionsbehälter betrug jeweils<br />
ca. 0,8 m³. Bei einem Rohwasserdurchsatz von 5 m³/h ergab sich eine ausreichende<br />
Chemikalienreaktionszeit von ca. 10 min.<br />
Das Mischwasser wurde mit einer Tauchpumpe der Firma Hidrostal, welche in einem<br />
Siebkorb montiert war, aus dem Regenüberlaufbecken zur ca. 20 m entfernten Fäll- und<br />
Flockungseinheit befördert. Auf dieser Strecke war ein Kugelhahn zur Drosslung des<br />
Volumenstroms installiert. Flockungsmittelreaktionsbehälter und der FHM-Reaktionsbehälter<br />
waren mit einem Schlauch (d=75 mm) gekoppelt. Die Wasserspiegeldifferenz zwischen den<br />
beiden Türmen betrug ca. 270 mm. Eine Drosselung zur genauen Volumenstromeinstellung<br />
war zusätzlich vor dem Zulauf des Tuchfilters montiert. Der Ablauf des Tuchfilters gelangte<br />
über ein Rohr mit 150 mm Durchmesser zum ca. 10 m entfernten Abwasserkanal, in den<br />
auch das Spülwasser und das Wasser der Schlammpumpe vom Boden des Filters abgeleitet<br />
wurden. Der Abwasserkanal war nicht direkt mit dem Zulauf des RÜB gekoppelt. Für<br />
Versuche ohne Chemikaliendosierung und höhere Filtergeschwindigkeiten (ab 2,5 m/h)<br />
wurde die Anlage über Weg 1 (siehe Abb. 32) beschickt.<br />
4.2.2.2 Betriebsparameter der Tuchfilter Versuchsanlage<br />
Auf Grund der maximal erreichbaren Wasserspiegeldifferenz zwischen Flockungsbehälter<br />
und Rohwasserwanne des Tuchfilters konnte dieser mit einer maximalen<br />
Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h betrieben werden (Weg 2). Ohne Kopplung der<br />
Flockungsanlage wurden Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit von bis zu 7,5 m/h<br />
gefahren. Die Filtertrommel, deren Mantelfläche aus einem Stahlgitter besteht, auf das die<br />
Filtertücher (Standard- und Mikrofaser-Filtertuch) aufgespannt waren, besaß einen<br />
Durchmesser von 740 mm und eine Länge von 935 mm. Die nutzbare Filterfläche betrug<br />
somit 2 m².
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 53<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 16: Betriebsparameter der verwendeten Tuchfilter Typ TF2-S-III Einheit<br />
Parameter Wert<br />
Außenmaße mit Laufsteg<br />
Länge 2860 mm<br />
Breite 2020 mm<br />
Höhe 2170 mm<br />
Filtertrommel<br />
Länge 935 mm<br />
Durchmesser 740 mm<br />
Fläche 2 m²<br />
Filterbetrieb Weg 1 ohne<br />
FM/FHM<br />
Weg 2 mit<br />
FM/FHM<br />
Durchflussrate 5-15 m³/h 5 m³/h<br />
Filtergeschwindigkeit 2,5-7,5 m/h 2,5 m/h<br />
4.2.3 Mikroflotation<br />
4.2.3.1 Aufbau Versuchsanlage Mikroflotation<br />
Im Rahmen des Projektes „Reduzierung des Frachteintrags aus Mischwasserentlastungen“<br />
kam die mobile Aquatector-Microfloat-Rechteckversuchszelle der Firma Enviplan als<br />
Versuchsanlage zum Einsatz.<br />
Mit Hilfe einer Exzentnerschneckenpumpe, die im Container der Versuchsanlage installiert<br />
ist, wurde das Mischwasser aus dem Regenüberlaufbecken zur ca. 25 m entfernten Anlage<br />
befördert. Am Zulaufschlauch, dessen Saugende im RÜB hing, befand sich ein Siebkorb.<br />
Das Mischwasser strömte in einen Reaktionsbehälter mit einem Nutzvolumen von ca. 0,16<br />
m³. Je nach Versuchslauf wurde mittels Dosierpumpe das Flockungsmittel zudosiert. Für<br />
eine bessere Durchmischung war der Reaktionsbehälter mit einem Rührwerk ausgestattet.<br />
Bei einem Volumenstrom von 2 m³/h ergab sich eine Chemikalienreaktionszeit im Behälter<br />
von ca. 5 min. das Über ein Rohr floss das Mischwasser freien Gefälle der<br />
Mikroflotationsanlage zu. Das Flockungshilfsmittel wurde mittels Dosierpumpe direkt in das<br />
Zulaufrohr dosiert. Dem Mischwasser wurde über die Entspannungsorgane mit im Recycle-<br />
Verfahren mit Luft gesättigtes Klarwasser zugeführt. Die bei der Entspannung entstehenden<br />
Mikroblasen flotierten die suspendierten Feststoffe und Flocken zur Wasseroberfläche. Der<br />
Flotatschaum wurde über ein Kettenräumsystem entfernt, gesammelt und zusammen mit<br />
dem Bodenschlamm über einen Schlauch (d=110 mm) in die ca. 10 m entfernte Kanalisation<br />
abgeführt. Ein Teil des Klarwassers wurde zurück zum Sättiger gepumpt, wo es mit Druckluft<br />
aufgesättigt wurde, die mittels Kompressor erzeugt worden war. Das restliche Klarwasser<br />
wurde in die Kanalisation eingeleitet.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 54<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 34: Mikroflotation: Schematischer Aufbau der Versuchsanlage<br />
Abbildung 35: Mikroflotation: Blick in die Versuchsanlage (links), Aquatector (rechts)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 55<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 36: Mikroflotation: Flotat-Zwischenspeicher und Steuereinheit (links),<br />
Reaktionsbehälter (rechts)<br />
4.2.3.2 Betriebsparameter der Versuchsanlage Mikroflotation<br />
Der Durchfluss der Anlage wurde auf 2 m³/h eingestellt. Das Recycle-Stromverhältnis belief<br />
sich auf 65 % des Durchfluss, also auf 1,3 m³/h (vom Hersteller für die Versuche empfohlen).<br />
Die nutzbare Flotationsoberfläche der Aquatector-Microfloat-Rechteckversuchszelle betrug<br />
ca. 2 m². Der Betriebsdruck des Aquatector, dem Sättiger der Anlage, lag bei 3 bis 3,5 bar.<br />
Nach Angabe des Herstellers können mit dem Aquatector Blasengrößen zwischen 30 bis<br />
50 µm erzeugt werden.<br />
Tabelle 17: Betriebsparameter der verwendeten mobilen Mikroflotation<br />
Parameter Wert<br />
Maße<br />
Länge ca. 2 m<br />
Breite ca. 1 m<br />
Flotationsoberfläche 2 m²<br />
Aquatector<br />
Betriebsdruck 3-3,5 bar<br />
Recycle-Strom 1,3 m³/h<br />
Flotationsbetrieb<br />
Durchflussrate 2 m³/h<br />
Filtergeschwindigkeit 1 m/h
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 56<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.3 Versuchsdurchführung<br />
Um die Leistungsfähigkeit der ausgewählten Verfahren zur Mischwasserbehandlung am<br />
Regenbecken BlnX zu testen, wurden an jeder Anlage Versuche ohne den Einsatz von<br />
Chemikalien gefahren. Daran anschließende Versuche unter Einsatz von Chemikalien<br />
sollten Aufschluss darüber geben, ob der deutlich höhere Aufwand im Verhältnis zur<br />
erwarteten besseren Reinigungsleistung steht und dies anschließend interpretiert werden.<br />
Da alle Versuche abhängig von der Wetterlage bzw. des Füllzustandes des RÜB waren,<br />
konnten keine Tage und Uhrzeiten innerhalb der Planungsphase festgelegt werden. Die<br />
Untersuchungsreihen folgen demnach keinem zeitlichen Schema. Die Anlagen wurden vor<br />
jedem Untersuchungstag an das RÜB angeschlossen. Die Schläuche für den Zu- und<br />
Abtransport des Mischwassers wurden über eine Zufahrtsstraße zum benachbarten<br />
Pumpwerk verlegt. Nach Beendigung der Versuche erfolgte jeweils der Rückbau der<br />
Anschlüsse, um den normalen Arbeitsablauf der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe auf dem Gelände<br />
nicht zu beeinträchtigten. Die Zulaufschläuche wurden mit der montierten Pumpe (Tuchfilter)<br />
bzw. den Siebkörben (Fuzzy Filter®, Mikroflotation) in den Einstiegsschacht des RÜB<br />
(siehe Abb. 28) eingeführt. Die Eintauchtiefe der Ansaugöffnung des Zulaufschlauches lag<br />
bei jedem Versuch ca. 20-80 cm unterhalb des Wasserspiegels im Becken. Auf diese Weise<br />
wurde einerseits ein versehentliches Trockenlaufen der Zuführpumpe verhindert,<br />
andererseits kein abgesetzter Bodenschlamm aus dem Becken mit angesaugt.<br />
Der Versuchsablauf an den einzelnen Versuchsanlagen ist in diesem Kapitel nur allgemein<br />
beschrieben. Die jeweiligen genauen Betriebsdaten, wie Filtergeschwindigkeiten,<br />
Probenahmeintervalle, Probenanzahl etc. der einzelnen Versuchstage sind im Kapitel<br />
„Versuchsergebnisse“ der jeweiligen Anlage aufgeführt.<br />
4.3.1 Übersicht Versuchsprogramm<br />
Tabelle 18 stellt das Versuchsprogramm mit den einzelnen Betriebsweisen und<br />
Einstellungen der Versuchsläufe dar. Die Erläuterung der verwendeten Abkürzungen für die<br />
Versuchsläufe ist Kap. 4 „Kategorisierung der Versuchsläufe“ zu entnehmen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 57<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 18: Übersicht Versuchsprogramm<br />
Betriebsweise Fuzzy Filter® Tuchfilter Mikroflotation<br />
Lauf vF<br />
[m/h]<br />
Kompr.<br />
[%]<br />
Lauf vF<br />
[m/h]<br />
Lauf w<br />
[m/h]<br />
F1L1-8 1)<br />
72 5-40 T21L1<br />
F3L1-8<br />
2)<br />
T22L1 2)<br />
7,5<br />
F4L1<br />
F8L1, F12L1<br />
72<br />
72<br />
40<br />
30<br />
T13L1<br />
T21L2<br />
6,25<br />
2) Ohne<br />
Chemikalien<br />
F7L1<br />
F6L2, F10L1<br />
24<br />
24<br />
40<br />
30<br />
T13L2<br />
5<br />
3,75<br />
F5L1 1) T14L1<br />
,<br />
F6L1-2<br />
24 10 T20L1-2<br />
T21L3 2)<br />
M2L1<br />
2,5<br />
1)<br />
M4L1<br />
M5L1 1)<br />
1<br />
M7L1<br />
M9L1<br />
M10L1<br />
FM1<br />
F8L3 24 40 T14L2-3<br />
F8L2 24 30<br />
F5L2, F6L3 24 10<br />
3) 2,5 M4L2 1<br />
F7L4 48 40<br />
F7L2-3 48 30<br />
F11L2 3)<br />
FM1+FHM<br />
T14L4<br />
24 40<br />
3)<br />
2,5 M4L3-4 1<br />
T15L1-3<br />
F12L2 4)<br />
F5L4 1)<br />
F6L5<br />
F11L1 3)<br />
F5L3 1)<br />
24 30<br />
24 10<br />
FM2<br />
F6L4<br />
F10L3 24 40 T17L1 2,5 M10L2 1<br />
F10L2 24 30 T18L1-2<br />
T19L1-4<br />
FM2+FHM F10L5 24 40 T17L2<br />
F10L4 24 30 T18L3 4)<br />
2,5 M10L3-5 1<br />
KP F6L6 24 30 T16L1-3 2,5 M7L2-4<br />
M9L2-5<br />
1<br />
1) künstlich erzeugtes MW; 2) Mikrofaser Filtertuch; 3) FM1, 2. Lieferung; 4)Probenahme Spezialanalyse<br />
4.3.2 Versuchsablauf Fuzzy Filter®<br />
Vor jedem Beginn der Versuchsläufe wurde eine gründliche Reinigung des Filtermediums<br />
vorgenommen. Der durchgeführte Waschzyklus vor jedem Versuchstag wurde wie folgt<br />
gewählt: 2x(180s/60s/60s/60s/60s/240s). Jeder Abschnitt beschreibt eine Modifikation der<br />
verwendeten Luftventile: 2x(alle/links/rechts/links/rechts/alle). Für die Waschzyklen zwischen<br />
den Versuchsläufen wurde das Waschprogramm jeweils mit 1x(180s/60s/60s/60s/60s/240s)<br />
gefahren. Nach Beendigung jeder Waschphase wurde eine meist drei-minütige Spülung<br />
vorgenommen, um eine ausreichende Ausschwemmung der remobilisierten Schmutzstoffe<br />
zu gewährleisten. Die Probenahme begann direkt nach Beendigung der Spül-/Waschphase.<br />
Da die Online-Trübungsmessung als Parameter für das Einleiten der Waschphase infolge<br />
eines Defekts des Systems nicht verwendet werden konnte, wurde deshalb die Waschphase<br />
bzw. die Beendigung eines Versuchslaufs mittels zweier Kriterien in Abhängigkeit von den<br />
jeweiligen Gegebenheiten gestartet:<br />
a) ein Durchtritt der Flocken bzw. eine Trübungsänderung im Ablauf ist visuell festzustellen<br />
oder<br />
b) nach einer zeitlich festgesetzten Filterlaufzeit, um das komplette Programm eines<br />
Versuchstages bzw. Versuchsläufe mit anderen Konditionen fahren zu können.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 58<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Am Ende jedes Versuchstages wurde jeweils eine längere Waschphase eingeleitet, um die<br />
Verschmutzung des Filterbettes so gering wie möglich zu halten, und nach zu erwartender<br />
langer Standzeit bis zum nächsten Regenereignis mit möglichst „sauberem“ Filterbett starten<br />
zu können. Des Weiteren wurde der Fuzzy Filter® vor dem ersten Versuchslauf eines<br />
Versuchstages so lange ohne Probenahme gefahren, bis alles „alte“ Mischwassers im<br />
Reaktionsbehälter ausgetauscht war.<br />
4.3.3 Versuchsablauf Tuchfilter<br />
Die Wiederinbetriebnahme des Tuchfilters erfolgte zu Beginn jedes Versuchstages durch die<br />
Reinigung des Polstoffes mit einer 3 bis 4-fachen Trommelumdrehung bei eingeschalteter<br />
Absaugvorrichtung. Ebenso wurde die Schlammpumpe zur fast kompletten Leerung des<br />
Tuchfilters vor Beginn der Versuche genutzt. Anschließend erfolgte die Beschickung des<br />
Tuchfilters mit dem zu untersuchenden Mischwasser aus dem RÜB. Die ersten beprobten<br />
Versuchsläufe wurden erst nach einem Vorlauf des Tuchfilters (bis nach Einsatz des ersten<br />
automatischen Spülvorgangs) durchgeführt. Bei den automatischen Spülvorgängen eines<br />
Tages blieb die Schlammpumpe im Normalbetrieb ausgeschaltet. In den Wintermonaten<br />
wurde nach Beendigung eines Versuchstages das gesamte Wasser des Tuchfilters<br />
abgelassen um eine Schädigung durch Frost zu verhindern. Die Reinigung des Tuchfilters<br />
erfolgte dann erst nach der Beschickung mit dem neuen Mischwasser. Während der<br />
Versuchsphase wurden zwei unterschiedliche Polstoffe getestet: ein Standard-Filtertuch und<br />
ein feineres Mikrofaser-Filtertuch.<br />
4.3.4 Versuchsablauf Mikroflotation<br />
Die Mikroflotation wurde mindestens eine Stunde vor der ersten Beprobung angefahren.<br />
Grund hierfür war der notwendige komplette Austausch des stehenden Wassers in der<br />
Anlage mit dem neu zugeführten Mischwasser aus dem RÜB (Beschickung 2 m²/h, Volumen<br />
Mikroflotation ca. 2 m²). Des Weiteren wurde während der Vorlaufphase das gesamte<br />
Restflotat des Vorversuchstages mittels der integrierten Räumeinheit abgezogen. Nach<br />
einem ausreichendem Durchsatz von mindestens 2 m² folgten dann die Versuchsläufe bzw.<br />
die Beprobung.<br />
4.3.5 Verwendete Fällungs- und Flockungschemikalien<br />
Eine Vielzahl von Fällungs-/Flockungs- und Kombinationsvarianten bestimmen mittlerweile<br />
den Markt der Abwasserindustrie. Da in der Mischwasserreinigung keine großen<br />
Erfahrungen mit dem Einsatz von Chemikalien vorliegen konnte bei der Wahl der<br />
Chemikalien nur eine gewisse Orientierung und Abschätzung der Leistungsfähigkeit der<br />
Fällungs- und Flockungsmittel erfolgen. Auch labortechnische Versuche konnten nur<br />
hinreichend aussagekräftige Ergebnisse liefern. Die in diesem Projekt eingesetzten<br />
Flockungsmittel (Koagulationsmittel) gehören zu den anorganischen Metallsalzen, welche in<br />
der Abwasserreinigung die bedeutendste und am besten erprobte Gruppe darstellen.<br />
Die Datenblätter der jeweiligen Hersteller sind im Anhang aufgeführt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 59<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.3.5.1 Flockungsmittel<br />
Als Flockungsmittel wurden ein Polyaluminiumchlorid- und ein Eisen(III)-Chlorid-Präparat auf<br />
der Basis anorganischer und organischer Polyelektrolyte ausgewählt. Gründe für den Einsatz<br />
der ausgewählten Flockungsmittel:<br />
� Diese Metallsalze haben sich in anderen Bereichen der Abwasserindustrie schon<br />
bewährt.<br />
� Hohe Ionenladungen (Al 3+ , Fe 3+ ) lassen schon bei geringen Konzentrationen eine<br />
gute Koagulation erwarten (Schulze-Hardy-Regel).<br />
� Schulze-Hardy-Regel besagt, dass „die Valenz des Gegenions zur<br />
Oberflächenladung den hauptsächlichen Effekt auf die Stabilität von Kolloiden<br />
ausübt“ (zit. nach [Fritz 2006], S.59).<br />
� Aluminium-/Eisen-Hydroxokomplexe (gute Bildung hauptsächlich im neutralen<br />
pH-Wert Bereich der üblich für Mischwässer ist) haben einen verstärkenden Effekt<br />
auf die Entstabilisierung, gegenüber der alleinigen Kompression der diffusen<br />
Doppelschicht durch Gegenionen (Eisen-/ Aluminium-Ionen). Dies gründet aus der<br />
hohen Adsorptionsfähigkeit der genannten Hydroxokomplexe, die das Kolloidoberflächenpotential<br />
in Richtung einer Ladungsneutralisation überführen können. Ein<br />
Nachteil ist eine mögliche Überdosierung: Bei zu hohen Konzentrationen kann es<br />
durch Oberflächenumladung zu einer Restabilisierung der gebildeten Flocken<br />
kommen. [Hahn et al. 1998], [Sieker 2005]<br />
� Vorhandene Polyelektrolyte fördern die Entstabilisierung bzw. Agglomeration der<br />
Koagulate durch Adsorption von Makromolekülen.<br />
4.3.5.2 Flockungshilfsmittel<br />
Zur optimalen Ausbildung der Makroflocken wird bei beiden Koagulationsmitteln ein<br />
hochmolekulares anionisches Flockungshilfsmittel getestet und verwendet. Generell kann<br />
davon ausgegangen werden, dass hochmolekulare Flockungshilfsmittel Flocken mit hoher<br />
Scherstabilität ausbilden [Hahn et al. 1998], was bei den hohen hydraulischen Belastungen<br />
im Mischwasserentlastungsbereich zu bevorzugen ist.<br />
4.3.5.3 Kombinationspräparat<br />
Als dritte Basisvariante und zum Vergleich mit den „herkömmlichen“<br />
Abwasserreinigungschemikalien dient ein Kombinationspräparat ebenso auf<br />
Aluminiumsalzbasis mit integriertem Flockungshilfsmittel.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 60<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 19: Beschreibung der zum Einsatz kommenden Chemikalien<br />
Produktbezeichnung Beschreibung Bemerkung<br />
NALCO 71232 (FM1)<br />
Polyaluminiumpräparat<br />
kationisches Flockungsmittel auf<br />
unverdünnt verwendet<br />
Anwendungsbereich:<br />
Basis von anorganischen und<br />
organischen Polyelektrolyten<br />
pH: 4-10<br />
Koagulant zur Fest-<br />
/Flüssigtrennung<br />
NALCO 71260 (FM2)<br />
Eisen-III-Chlorid (FeCl3)-Präp.<br />
kationisches niedermolekulares<br />
Flockungsmittel auf der Basis von<br />
Anwendungsbereich:<br />
Hydroxidbildnern und organischen<br />
pH: 3-11<br />
Polyelektrolyten<br />
Koagulant zur Fest-<br />
/Flüssigtrennung<br />
NALCO 7757 (FHM) ölfreies hochmolekulares<br />
anionisches Flockungshilfsmittel<br />
(Flüssigpolymer/ Polyelektrolyt)<br />
Chargepac 55 (KP) Kombinationspräparat<br />
flüssiges anorganisches<br />
Flockungsmittel auf Al-Salz-Basis<br />
am Standort auf 10%ige<br />
Lösung verdünnt<br />
am Standort auf<br />
0,5%ige Lösung<br />
verdünnt<br />
unverdünnt verwendet<br />
Alle Chemikalien standen in 25 l-Kanistern zur Verfügung. Zur Herstellung benötigter<br />
Verdünnungen dienten 50 l- und 60 l-Fässer, in denen die jeweils benötigte Lösung<br />
angesetzt wurde. Nach der Befüllung mit der errechneten Frischwassermenge eines<br />
Behälters folgte die langsame Zudosierung des gewählten Flockungsmittels bzw.<br />
Flockungshilfsmittels. Während dessen wurde mit Hilfe des Rührwerkaufsatzes einer<br />
Bohrmaschine das Ansetzgefäß kontinuierlich durchmischt. Die Durchmischung wurde<br />
jeweils erst 5-10 Minuten nach Ende der Zudosierung beendet, um eine sehr gute<br />
Homogenisierung der Lösung zu gewährleisten. Die Chemikalien wurden den<br />
Versuchsanlagen mit ProMinent Magnetdosierpumpen gamma/L zugeführt. Der Ort der<br />
jeweiligen Dosierung des Fällungs- und Flockungshilfsmittels bzw. des<br />
Kombinationspräparats ist in den Aufbauskizzen des Fuzzy Filters® (Abb. 30), des<br />
Tuchfilters (Abb. 32) und der Mikroflotation (Abb. 34) jeweils gekennzeichnet.<br />
4.3.6 Kritische Betrachtung der verwendeten Chemikalien<br />
4.3.6.1 Al – Ionen<br />
Ein Problem der chemischen Behandlung des Mischwassers liegt in dem möglichen Austrag<br />
unerwünschter Stoffe bei Überdosierung, die den Fällungs- und Flockungsmitteln<br />
entstammen. Neben enthaltenen Spurenstoffen können auch die Wirksubstanzen dem<br />
Gewässer und der angeschlossenen Ökologie Schaden zufügen. Aluminium-Ionen können<br />
einen erschwerten Sauerstoffaustausch von Fischen mit dem Gewässer durch Ablagerung<br />
auf Kiemenoberflächen hervorrufen und stören bei Aufnahme den Salzgehalt der Tiere in<br />
den Körperzellen. In Trinkwassergewinnungsgebiete gelangtes Aluminium kann bei<br />
Aufnahme durch den Menschen zu Störungen des Phosphatstoffwechsels und des<br />
Nervensystems führen. Ebenso werden Krankheiten wie Alzheimer und Arteriosklerose mit<br />
erhöhter Aluminiumkonzentration in Verbindung gebracht. [Häfliger 2004]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 61<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.3.6.2 Fe(III) – Ionen<br />
Eisen(III)-Ionen sind in ihrem Schädigungspotential gegenüber der Ökologie wesentlich<br />
geringer einzuschätzen als Aluminium-Ionen. Eisenverbindungen gehören zum natürlichen<br />
System der Gewässer. Die meisten Verbindungen liegen zum Großteil in ungelöster Form in<br />
den Sedimenten vor und treten in Wechselwirkung mit den Gewässern in einem<br />
dynamischen Gleichgewicht auf. Reduktions- und Oxidationsprozesse bestimmen die<br />
Eisen(II)- und Eisen(III)-Konzentrationen im System. Eisenverbindungen kommen in<br />
Gewässern in Konzentrationen zwischen 0,1 und 10 mg/l vor. Generell wird von einer<br />
Hintergrundbelastung von 0,5-1 mg/l ausgegangen. [Brandorff et al. 1997]<br />
Aus diesem Grund scheint ein eventueller Austrag von Eisen (III)-Ionen keine gravierenden<br />
Auswirkungen zu haben und kann in den meisten Fällen durch das dynamische System<br />
gepuffert werden. Der Austrag weiterer Stoffe (Spurenstoffe) in den Eisen(III)-Präparaten<br />
muss jedoch beachtet werden.<br />
4.3.7 Kritische Betrachtung der Versuchsdurchführung<br />
Alle Anlagen wurden vor Beginn jedes Versuchstages so eingefahren, dass theoretisch ein<br />
kompletter Austausch des gesamten Becken- bzw. Filterraumvolumens stattfinden konnte.<br />
Vorhandenes Restwasser, Schmutzpartikel sowie Fällungs- und Flockungschemikalien aus<br />
vorangegangenen Versuchen können auch bei einer gründlichen Vorlaufphase noch zu<br />
geringen Anteilen im System verweilen. Bei der Mikroflotation und dem Tuchfilter wurden<br />
Schlamm- und Absaugpumpen zur Unterstützung mit in Betrieb genommen. Für den Fuzzy<br />
Filter® kann eine komplette Entfernung unerwünschter Reststoffe durch sein geringes<br />
Filterraumvolumen und hohe Filtergeschwindigkeiten im Betrieb ohne Chemikalien<br />
weitestgehend angenommen werden. Generell ist bei Versuchen mit Fällungs- und<br />
Flockungschemikalien durch vorhandene Totzonen in den Fällbehältern der Fehler des<br />
Reststoffverbleibs vorangegangener Versuche deutlich höher einzuschätzen. Des Weiteren<br />
konnten wahrscheinlich vor und nach den Waschzyklen der Filter keine identischen<br />
Ausgangssituationen für jeden Testlauf geschaffen werden. Nach einem Waschzyklus<br />
können immer noch unterschiedliche Partikelkonzentrationen im Filtermaterial enthalten sein,<br />
die die Eigenschaft des nächsten Filterlaufs mit beeinflussen können.<br />
4.4 Analytik<br />
4.4.1 Probenahme<br />
Die Probenahmeintervalle aller Versuche lagen zwischen 5 und 60 min (Langzeitversuch<br />
Fuzzy Filter®). Für alle Proben wurden 0,5 l PE-Flaschen verwendet. Die Zulauf- und<br />
Ablaufproben wurden zum jeweils gleichen Zeitpunkt genommen. Die Probenahmestellen<br />
der technischen Anlagen sind in der jeweiligen Aufbauskizze des Fuzzy Filters® (Abb. 30),<br />
des Tuchfilters (Abb. 32) und der Mikroflotation (Abb. 34) eingezeichnet. Der Zulauf des<br />
Fuzzy Filters® wurde vor (PZ1) und zusätzlich nach (PZ2) dem Fällungs- und<br />
/Flockungsbehälter beprobt. Die Proben wurden innerhalb eines Zeitraumes von 24 Stunden<br />
analysiert und bis zur Analyse kühl gelagert.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 62<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.4.2 Untersuchte Parameter<br />
Die Analysen für alle CSB-Fraktionen, P-Fraktionen, AFS und die Fällungs- und<br />
Flockungsversuche wurden im Labor des Fachgebietes <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> der<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong> am Campus <strong>Berlin</strong>-Wedding, TIB-Gelände durchgeführt.<br />
Jeweils eine Zu- und Ablaufprobe der Versuchsläufe F12L2 und T18L3 sind extern vom<br />
Labor der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe hinsichtlich bestimmter Spurenstoffe analysiert worden.<br />
Zur Bestimmung der Filtrations- bzw. Flotationsleistung der einzelnen Versuchsanlagen<br />
wurden im Labor des <strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> die Parameter AFS, CSBgesamt, CSBfiltriert,<br />
Pgesamt, Pfiltriert und Portho (Orthophosphat) jeweils der Zulauf- und Ablaufproben analysiert.<br />
Tabelle 20: Überblick über die verwendeten Analysemethoden<br />
Parameter Methode Messbereich<br />
CSBgesamt<br />
CSBfiltriert<br />
Pgesamt<br />
Pfiltriert<br />
Portho<br />
AFS<br />
Küvettentest Hach Lange<br />
Küvettentest Hach Lange<br />
Küvettentest Hach Lange<br />
Küvettentest Hach Lange<br />
Küvettentest Hach Lange<br />
DIN 38409<br />
Membranfilter ME 25 Whatman<br />
Cellulosemischester<br />
Porenweite: 0,45 µm<br />
LCK 114 150-1000 mg/l<br />
LCK 614: 50-300 mg/l<br />
LCK 314 15-150 mg/l<br />
LCK 114 150-1000 mg/l<br />
LCK 614: 50-300 mg/l<br />
LCK 314 15-150 mg/l<br />
LCK 350: 2-20 mg/l<br />
LCK 348: 0,5-5 mg/l<br />
LCK 348: 0,5-5 mg/l<br />
LCK 349: 0,05-1,5 mg/l<br />
LCK 348: 0,5-5 mg/l<br />
LCK 349: 0,05-1,5 mg/l<br />
Zur AFS-Bestimmung wurde ein definiertes Probenvolumen mit Membranfiltern aus<br />
Cellulosemischester der Firma Whatman mit einer Porenweite von 0,45 µm mit Hilfe von<br />
Unterdruck filtriert. Zur Vorbereitung der Filter wurden diese mit destilliertem Wasser gespült,<br />
getrocknet und ihr Leergewicht bestimmt. Die beladenen Filter wurden im Trockenschrank<br />
bei 105°C bis zur konstanten Gewichtseinstellung gelagert und anschließend ausgewogen.<br />
4.4.3 JAR - Tests zur Fällung / Flockung<br />
Für die Chemikalien Chargepac 55 und Nalco 71260 (FeCl3) mit Nalco 7757 wurden Jar-<br />
Versuche im labortechnischen Maßstab durchgeführt. Jar-Tests werden häufig für die<br />
wissenschaftliche Simulation von Fällungs- und Flockungseinheiten zur Wasseraufbereitung<br />
eingesetzt. In bestimmten Behältern mit eigenem Rührwerk werden optimale Dosierungen<br />
und Chemikalieneigenschaften untersucht. Jar-Tests zeichnen sich durch Programmierung<br />
bestimmter Schnellmisch-/Rühr-/ und Sedimentationsphasen aus, deshalb sind ihre<br />
Ergebnisse gut reproduzierbar.<br />
Für das Präparat Nalco 71232 führte die Firma Nalco bereits einige Vorversuche mit<br />
Mischwasser durch und empfahl einen bestimmten Dosierbereich.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 63<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
4.4.3.1 Flockungsversuche mit Nalco 71260 (FeCl3)<br />
Um einen optimalen Dosierbereich des Flockungsmittels FeCl3 zu gewährleisten wurden im<br />
Vorfeld im Labor Jar-Tests durchgeführt. Die Untersuchungen wurden mit Mischwasser des<br />
Versuchstages 7 durchgeführt. (siehe Tab. 22)<br />
Die 10%ige FeCl3-Lösung wurde in unterschiedlichen Konzentrationen (100 bis 350 ppm)<br />
den jeweiligen Jar-Bechergläsern, die mit 0,8 l Mischwasser befüllt waren, zu dosiert. Das<br />
Jar-Test Programm wurde wie folgt eingeteilt: 30 s Schnellrührphase, 10 min Rührphase und<br />
10 min Sedimentierphase.<br />
Während der Sedimentierphase entstanden gut erkennbare Mikroflocken. Für eine schnelle<br />
Überprüfung der Fällungseigenschaften wurde mit Hach Lange Küvettentests der Portho –<br />
Gehalt der Proben bestimmt. Nach Auswertung der Ergebnisse konnte ein optimaler<br />
Dosierungsbereich von 200-250 ppm Fe festgestellt werden.<br />
Eine vorhergehende Testreihe zeigte, dass Dosierungen von über 350 ppm eine rötliche<br />
Färbung verursachen. Dies lässt auf eine Überdosierung schließen.<br />
Um die Makroflockenbildung mit Hilfe des Flockungshilfsmittel (FHM) Nalco 7757 (0,5 %<br />
verdünnt) zu untersuchen, wurde den einzelnen Jar-Bechergläsern, in denen bereits die<br />
Mikroflockenbildung abgeschlossen war, das FHM in 1 ppm-Schritten zu pipettiert. Ab einer<br />
Konzentration von 4 bis 5 ppm FHM bildeten sich nach wenigen Minuten gut absetzbare<br />
Makroflocken aus. Das Optimum der FHM-Zugabe betrug ca. 5 ppm.<br />
4.4.3.2 Flockungsversuche mit Chargepac 55<br />
Zur Ermittlung eines sinnvollen Dosierbereichs für Chargepac 55 wurden ebenfalls Jar-<br />
Versuche im labortechnischen Maßstab durchgeführt. Es wurden die Parameter CSB, Pgesamt<br />
und Portho untersucht. Mangels echten Mischwassers wurde „synthetisches“ Mischwasser<br />
verwendet. Hierfür wurde Abwasser (aus dem Mischwasserkanal bei Trockenwetter) mit<br />
Frischwasser in einem Verhältnis von 1:4 versetzt (18 Liter Leitungswasser + 6 Liter<br />
Abwasser = 24 Liter Mischwasser). Für die Jar – Tests wurden jeweils 800 ml Mischwasser<br />
unterschiedliche Flockungsmittelmengen (zwischen 0,25 ml/l und 1,5 ml/l) Chargepac 55<br />
zugesetzt. Das Eigenvolumen des Flockungsmittels wurde bei diesen Versuchen<br />
vernachlässigt. Die Probenahme erfolgte nach einer 30 s Schnellmisch-, +10 min Rühr-,<br />
+10 min Sedimentierphase, ca. 5 mm unter der Wasseroberfläche aus dem klaren<br />
Überstand.<br />
Bei einer Dosierung von 0,275 ml/l schien eine ausreichende Abtrennung der untersuchten<br />
Stoffe erreicht worden zu sein, es bildeten sich jedoch keine Makroflocken aus. Die<br />
Flockenphase wirkte wie eine diffuse Wolke, die schon bei leichter Bewegung des<br />
Becherglases ihre Kompaktheit verlor und sehr hohe Instabilität aufwies. Die generelle<br />
Eignung von Chargepac 55 sollte dennoch auf den technischen Anlagen erprobt werden.<br />
4.4.4 Kritische Betrachtung der Analysen<br />
Geringe Schwankungen aller Messreihen an den Versuchsanlagen sind meist auf<br />
statistische und systematische Fehler bei der Analyse der einzelnen Stoffe zurückzuführen.<br />
Ebenso sind Inhomogenitäten in der Probenzusammensetzung des Zu- und Ablaufes<br />
zwischen den einzelnen Proben nicht zu vermeiden. Durch die relativ geringe Anzahl an
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 64<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Proben sind Ausreißertests nicht direkt durchführbar. Aus diesem Grund können stark<br />
abweichende Werte nur bei eindeutiger Sachlage zu Ausreißern deklariert werden. Die<br />
Begründungen sind den entsprechenden Texten der Auswertung zu entnehmen. Aus diesen<br />
Gründen werden Darstellung und Auswertung hauptsächlich über gemittelte Zu- und<br />
Ablaufwerte und über eine gemittelte Eliminierungsrate vorgenommen.<br />
5 Ergebnisse und Auswertung<br />
a) Kategorisierung der Versuchsläufe<br />
Zur besseren Übersichtlichkeit der Versuchsreihen werden die Versuche in einem eigens<br />
definierten einfachen Verfahren beschrieben. Die einzelnen Versuche werden nach<br />
durchgeführten Versuchstagen und Läufen numerisch kategorisiert. Die Versuchstage sind<br />
chronologisch durchnummeriert und mit der entsprechenden Nummer gekennzeichnet. Der<br />
betrachtete Versuchslauf eines Tages wird mit einem L und seiner entsprechenden<br />
Laufnummer gekennzeichnet. Zur Unterscheidung der verschiedenen Reinigungstechniken<br />
wird der entsprechende Anfangsbuchstabe vor die Nummer des Versuchstages eingeführt:<br />
F = Fuzzy Filter ®<br />
T = Tuchfilter<br />
M = Mikroflotation<br />
Beispiel: Fuzzy Filter ® , Versuchstag 5, Lauf 3 � F5L3.<br />
Somit ist eine lückenlose Nachvollziehbarkeit über den jeweils betrachteten Versuchslauf<br />
gewährleistet.<br />
b) Klassifizierung der Mischwasserqualitäten<br />
Da sich im Betrieb der Anlagen und bei der späteren Analyse der Daten herauskristallisierte,<br />
dass die unterschiedlich auftretenden Mischwasserqualitäten einen signifikanten Einfluss auf<br />
die Leistungsfähigkeit der Techniken besitzen können, werden die Konzentrationsschwankungen<br />
und die arithmetischen Mittelwerte ( ) der einzelnen untersuchten Parameter<br />
zu Beginn jeder Ergebnisdarstellung einer Reinigungstechnik mit aufgeführt und nach der<br />
eigens festgelegten Bewertung in Gruppen eingeordnet. Dies dient bei der späteren<br />
Auswertung der direkten Einordnung der erhaltenen Ergebnisse in Bezug auf die<br />
Verschmutzung des jeweiligen Mischwassers. Die Bewertung der Mischwasserqualität wird<br />
mittels Buchstaben und Zahlen beschrieben. Die Buchstaben geben Auskunft über die<br />
Konzentrationen der partikulären Inhaltsstoffe. Die Summe der Zulaufprobenmittelwerte von<br />
AFS und CSBpart bilden einen fiktiven Wert (Wfikpart), der den Gehalt der partikulären<br />
Inhaltsstoffe im Mischwasser beschreibt. Die Zahlen geben Auskunft über die Konzentration<br />
von Portho im Mischwasser.<br />
Die genaue Anleitung der Einteilung der Mischwässer entsprechend der Kriterien ist in<br />
Tabelle 21 beschrieben.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 65<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 21: Mischwasserkategorisierung<br />
Mischwasserqualität: Hauptkriterium Buchstabe (Belastung durch partikuläre Stoffe)<br />
A<br />
leicht belastetes<br />
Mischwasser<br />
B<br />
mäßig belastetes<br />
Mischwasser<br />
C<br />
stark belastetes<br />
Mischwasser<br />
D<br />
sehr stark<br />
belastetes<br />
Mischwasser<br />
X1<br />
(X=A;B)<br />
X2<br />
(X=B;C;D)<br />
X3<br />
(X=B;C;D)<br />
X4<br />
(X=B;C;D)<br />
X5-6<br />
(X=B;C;D)<br />
Wfikpart = < 100 mg/l<br />
Wfikpart = 100-200 mg/l<br />
Wfikpart = 200-300 mg/l<br />
Wfikpart = 300-400 mg/l<br />
Vorkommen meist nach längeren<br />
Regenperioden und nach Schneeschmelzen<br />
� Kanalisation und Einzugsgebiet während des<br />
Regenereignisses relativ sauber.<br />
Vorkommen meist nach wechselhaften<br />
Wetterbedingungen, häufiges auftreten<br />
� Kanalisation und Einzugsgebiet während des<br />
Regenereignisses „normal“ verschmutzt<br />
Vorkommen meist nach längeren<br />
Trockenwetterperioden<br />
�Kanalisation und Einzugsgebiet durch zuvor<br />
ausbleibenden Regen stärker verschmutzt<br />
Vorkommen meist nach sehr langen<br />
Trockenwetterperioden und mögliche<br />
Auswirkung eines Spülstoßes<br />
�Kanalisation und Einzugsgebiet durch zuvor<br />
lang ausbleibenden Regen stark verschmutzt,<br />
eventuell ausgeprägter Spülstoß wird im RÜB<br />
aufgefangen.<br />
Mischwasserqualität: Nebenkriterium Zahl (Konzentration Ortho-Phosphat)<br />
Σ Porthozu = 0-1 mg/l<br />
Σ Porthozu = 1-2 mg/l<br />
Σ Porthozu = 2-3 mg/l<br />
Σ Porthozu = 3-4 mg/l<br />
Σ Porthozu = 3-4 mg/l<br />
Geringe Portho-Belastung<br />
Korreliert mit leicht - mäßiger partikulärer<br />
Verschmutzung<br />
Mäßige Portho-Belastung<br />
Korreliert mit mäßig - (sehr) stark partikulärer<br />
Verschmutzung<br />
hohe Portho-Belastung<br />
Korreliert mit mäßig - (sehr) stark partikulärer<br />
Verschmutzung<br />
Sehr hohe Portho-Belastung<br />
Korreliert mit mäßig - (sehr) stark partikulärer<br />
Verschmutzung<br />
Übermäßige Portho-Belastung<br />
selbsterzeugtes synthetisches Mischwasser<br />
Wfikpart = fiktiver Wert gebildet aus den partikulären Parametern = (Σ AFSzu; CSBpartzu)<br />
5.1 Fuzzy Filter ®<br />
5.1.1 Versuchsergebnisse<br />
In Tabelle 22 sind die Schwankungsbereiche und Mittelwerte der betrachteten Inhaltsstoffe<br />
der jeweiligen Mischwässer und deren Qualitätsstufe chronologisch nach der Durchführung<br />
dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 66<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 22: Mischwasserqualitäten der Fuzzy Filter®-Versuchstage<br />
Versuchstag MW-<br />
Qualität<br />
02.03.10*<br />
F1<br />
21.03.10<br />
F3<br />
27.03.10<br />
F4<br />
08.04.10* 1)<br />
F5<br />
27.04.10<br />
F6<br />
03.05.10<br />
F7<br />
07.05.10<br />
F8<br />
01.06.10<br />
F10<br />
19.07.10<br />
F11<br />
03.08.10<br />
F12<br />
B3<br />
D4<br />
B2<br />
AFS<br />
[mg/l]<br />
29 - 35<br />
33<br />
117 - 152<br />
130<br />
44 - 56<br />
50<br />
CSBtot<br />
[mg/l]<br />
145 - 153<br />
148<br />
357 - 389<br />
375<br />
95 - 120<br />
111<br />
CSBpart<br />
[mg/l]<br />
54 - 78<br />
70<br />
225 - 259<br />
247<br />
39 - 68<br />
60<br />
Ptot<br />
[mg/l]<br />
3,7 - 4,3<br />
4,0<br />
6,5 - 7,3<br />
7,1<br />
2,2 - 2,5<br />
2,4<br />
Portho<br />
[mg/l]<br />
2,4 - 2,9<br />
2,76<br />
3,6 - 4<br />
3,74<br />
1,2 -1,5<br />
1,32<br />
C6 86 316 156 7,5 5,15<br />
B2<br />
C3<br />
A2<br />
B1<br />
A2<br />
B2<br />
50 -70<br />
58<br />
54 - 156<br />
79<br />
32 - 58<br />
43<br />
17 - 52<br />
32<br />
10 - 40<br />
27<br />
52 - 72<br />
61<br />
147 - 168<br />
160<br />
180 - 321<br />
241<br />
105 - 119<br />
111<br />
111 - 134<br />
125<br />
195 - 206<br />
197<br />
287 - 321<br />
308<br />
* Modellmischwasser<br />
1) Errechnete MW aus 1 FFzu + 5MFzu aus dem Parallelbetrieb<br />
49 - 96<br />
83<br />
107 - 233<br />
154<br />
35 - 56<br />
45<br />
53 - 93<br />
77<br />
39 - 61<br />
51<br />
82 - 94<br />
89<br />
5.1.1.1 Versuchstag 1 (02.03.2010) und Versuchstag 3 (21.03.2010)<br />
2,7 - 3,1<br />
2,9<br />
3,7 - 5,3<br />
4,4<br />
2 - 2,4<br />
2,2<br />
2,2 - 2,6<br />
2,4<br />
1,9 - 2,3<br />
2,2<br />
3,8 – 4,7<br />
4,3<br />
1,4 - 1,5<br />
1,47<br />
2,0 - 2,4<br />
2,24<br />
1,1 - 1,3<br />
1,21<br />
0,8 - 1<br />
0,9<br />
1,4 - 1,6<br />
1,49<br />
1,6 – 1,9<br />
1,78<br />
Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit des Fuzzy Filters ® bei unterschiedlichen<br />
Kompressionsgraden wurden an den Versuchstagen 1 und 3 durchgeführt.<br />
Für die Schulung der Anlagenbetreiber durch das Fachpersonal wurde am Versuchstag 1 ein<br />
„synthetisches“ Modellmischwasser (B3) im RÜB erzeugt. Am Versuchstag 3 stand echtes<br />
Mischwasser (D4) im RÜB zur Verfügung.<br />
Die allgemeine Versuchsdurchführung und Probenahme verlief an beiden Versuchstagen<br />
vergleichbar ab. An beiden Tagen wurde der Fuzzy Filter® mit einem Volumenstrom von<br />
15 m³/h gefahren, was einer Filtergeschwindigkeit von 72 m/h entspricht. Nach einer<br />
Filterlaufzeit von 15 min (F1L1) bzw. 12 min (F3L1) wurde jeweils eine Zu- und Ablaufprobe<br />
genommen, der Spülzyklus manuell eingeleitet und nach Abschluss der gesamten<br />
Waschperiode die Kompression um 5 % für den neuen Versuchslauf erhöht. Auf Grund<br />
vergleichbarer Filterleistung bei unterschiedlichen Kompressionsgraden (siehe Kap. 4.1.2.1)<br />
sind in Tabelle 23 die Zu- und Ablaufwerte des jeweiligen Versuchstages gemittelt<br />
dargestellt. Die Abkürzung „n“ steht für die Anzahl der Proben eines Laufs.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 67<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 23: F1 und F3: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Kompr.<br />
[%]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
F1L1 8 8x 15 5-40 23 (33) 130 (148) 53 (70) 3,8 (4,02) 2,76 (2,78)<br />
F3L1 8 8x 12 5-40 86 (130) 312 (375) 185 (247)<br />
6,41<br />
(7,05)<br />
3,64 (3,74)<br />
5.1.1.2 Versuchstag 4 (27.03.2010)<br />
Am Versuchstag 4 wurde ein Langzeitversuch mit dem Fuzzy Filter® unter fest definierten<br />
Konditionen und echten Mischwasserbedingungen (B2) durchgeführt. Der Langzeitversuch<br />
sollte zeigen, ob über die gesamte Filterlaufzeit eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit<br />
bzw. der Filterwirkung des Fuzzy Filters® nachzuweisen ist. Mit einem Durchsatz von<br />
15 m³/h und einer Komprimierung des Filterbetts von 40 % wurden alle Zu- und<br />
Ablaufproben im 1-Stunden-Takt genommen. Die erste Probenahme erfolgte bei Minute 5.<br />
Die gesamte Filterlaufzeit belief sich auf 425 min. In Tabelle 24 sind die Ergebnisse der Zu-<br />
und Ablaufkonzentrationen der einzelnen Parameter bis zur Abnahme der Filterleistung nach<br />
305 min gemittelt dargestellt. Der Verlauf über die gesamte Filterlaufzeit wird in der<br />
Auswertung (siehe Kap. 5.1.2.2) aufgeführt.<br />
Tabelle 24: F4: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Kompr.<br />
[%]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
F4L1 6 305 40 31 (50) 99 (111) 46 (60)<br />
5.1.1.3 Versuchstag 5 (08.04.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,18<br />
(2,37)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,39 (1,32)<br />
Zur Inbetriebnahme der Installierten Fällungs-/ und Flockungseinheit des Fuzzy Filters®<br />
(Weg 2, Abb. 30) wurde ein künstliches Mischwasser im Regenbecken erzeugt. Am<br />
gesamten Versuchstag wurde mit einer Filtergeschwindigkeit von 24 m/h (Volumenstrom: 5<br />
m³/h) gearbeitet.<br />
Die Probenahme der Chemikalienversuche für den Zulauf erfolgte fälschlicherweise<br />
zwischen der Fällungs- /Flockungseinheit und dem Fuzzy Filter®. Die Chemikalien<br />
verändern durch Ausfällung, Flockung und Einschlussflockung die Zusammensetzung und<br />
Eigenschaften der Zulaufproben signifikant und lassen keine Schlüsse mehr auf die<br />
„originalen“ Mischwasserqualitäten zu. Folglich konnten die Zulaufproben der<br />
Chemikalienläufe (F5L2-4, Tabelle 25) für die Analyse nicht verwendet werden. Um dennoch<br />
eine annähernde Aussage über den Zulauf treffen zu können, wurde ein Mittelwert aus der<br />
Zulaufprobe F5L1 und den Zulaufproben der parallel dazu mit dem gleichen Rohwasser<br />
betriebenen Mikroflotation gebildet. Durch den parallelen Betrieb der Mikroflotation und der<br />
gleichen Entnahmestelle aus dem Regenbecken kann der Mittelwert für die Analyse<br />
verwendet werden. Das errechnete Mischwasser wird als C6 eingestuft.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 68<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Nach der Probenahme des Vorversuchs V5L1 bei 15 min wurden die Chemikalienversuche<br />
im Anschluss im Abstand von jeweils 5 min beprobt. Die Chemikalien Nalco 71232 (FM1,<br />
PAC) und Nalco 7757 (FHM) kamen in verschiedenen Testläufen zum Einsatz. Die mittleren<br />
Zu- und Ablauflaufwerte sind mit den Chemikaliendosierungen in Tabelle 25 aufgeführt.<br />
Tabelle 25: F5: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Kpr. FM1/FHM AFSab<br />
(AFSzu)<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[%] [mg WS/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
Ptot, ab (Ptot,<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
F5L1 1 10 - 74 (86) 282 (294) 137 (149) 6,84 (6,99) 4,59 (4,79)<br />
F5L2 6 10 25,1 75 (86) 220 (316) 85 (156) 2,69 (7,45) 0,35 (5,15)<br />
F5L3 2 10 25,1 / 5,8 23 (86) 148 (316) 19 (156) 0,73 (7,45) 0,44 (5,15)<br />
F5L4 5 30 25,1 / 5,8 14 (86) 143 (316) 10 (156) 0,74 (7,45) 0,45 (5,15)<br />
5.1.1.4 Versuchstag 6 (27.04.2010)<br />
Am Versuchstag 6 wurden weitere Untersuchungen zur Leistungsfähigkeit des Fuzzy<br />
Filters® in Kombination mit physiko-chemischer Behandlung unter realen<br />
Mischwasserverhältnissen durchgeführt. Das abgesetzte Mischwasser (B2) befand sich über<br />
Nacht im Regenüberlaufbeckenbecken und wurde erst am darauf folgenden Morgen für die<br />
Untersuchungen genutzt.<br />
Die Chemikalien Nalco 71232 (FM1), Nalco 7757 (FHM) und Chargepac 55 (KP) kamen in<br />
verschiedenen Testläufen zum Einsatz. Alle Versuche wurden mit einer Filtergeschwindigkeit<br />
von 24 m/h (Volumenstrom 5 m³/h) gefahren und sind mit den dazugehörigen mittleren Zu-<br />
und Ablaufwerten in der Tabelle 26 beschrieben. Die Probenahme erfolgte in einer 5 min-<br />
Taktung.<br />
Tabelle 26: F6: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Kpr. FM1/FHM<br />
(KP)<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot,<br />
[%] [mg WS/l] [mg/l]<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab (Portho,<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
F6L1 1 10 - 36 (62) 124 (164) 55 (86) 2,19 (3,05) 1,28 (1,54)<br />
F6L2 1 30 - 30 (64) 128 (168) 62 (88) 1,95 (2,77) 1,29 (1,44)<br />
F6L3 1 10 25,1 40 (60) 127 (166) 56 (90) 1,29 (2,8) 0,07 (1,52)<br />
F6L4 3 10 25,1 / 5,8 37 (61) 99 (166) 31 (64) 0,85 (2,91)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 69<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Im Anschluss folgten Versuche mit Chemikalienzugabe bei einer Filtergeschwindigkeit von<br />
48 m/h.<br />
Zum Einsatz kamen die Chemikalien Nalco 71232 (FM1) und Nalco 7757 (FHM). In<br />
Tabelle 27 sind die mittleren Zu- und Ablaufwerte aller durchgeführten Versuchsreihen<br />
aufgetragen. Die Probenahme beim Langzeitversuch erfolgte in einer 10 min-Taktung. Die<br />
Chemikalienversuche wurden im 5 min-Takt beprobt.<br />
Tabelle 27: F7: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Kpr. FM1/FHM AFSab<br />
(AFSzu)<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[%] [mg WS/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
F7L1 7 40 - 36 (93) 183 (253) 96 (168)<br />
F7L2 3 30 12,6 / 2,9
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 70<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
durchgeführten Testläufe und die gemittelten Zu- und Ablaufwerte der betrachteten<br />
Parameter.<br />
Tabelle 29: F10: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Kpr. FM2/FHM AFSab CSBtot, ab<br />
(AFSzu) (CSBtot, zu)<br />
[%] [mg WS/l] [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
F10L1 3 30 - 23 (43) 87 (124) 27 (74) 1,88 (2,4) 0,83 (0,92)<br />
F10L2 4 30 13,3
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 71<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
In den beiden nachstehenden Abbildungen sind die Analyseergebnisse der beiden<br />
behandelten Wässer über dem jeweiligen Kompressionsgrad dargestellt.<br />
Abbildung 37: FF: Vergleich des Einflusses steigender Kompressionsgrade auf die<br />
Filterwirkung bei unterschiedlichen Mischwasserqualitäten<br />
Die Eliminierungsraten von 5% bezüglich AFS und 35% bezüglich CSBpart (Versuch F1L1)<br />
sind eindeutig als „Ausreißer“ identifiziert und wurden nicht dargestellt.<br />
Bei Versuchsreihe F3L1 ist eine kontinuierliche Abnahme der AFS-Zulaufkonzentrationen<br />
von ca. 150 auf 100 mg/l AFS durch Sedimentationsvorgänge im Regenbecken festzustellen.<br />
Durch die Abnahme des Verschmutzungsgrades kombiniert mit steigender Kompression ist<br />
ein Vergleich der untersuchten Kompressionsgrade nicht eindeutig durchzuführen. Die beste<br />
Eliminierungsrate bei einer 10 %igen Kompression könnte folglich der höheren stofflichen<br />
Belastung des Filters gegenüber höheren Kompressionsgraden geschuldet sein. Konstant<br />
auftretende Zulaufkonzentrationen bei F1L1 und unabhängig vom Kompressionsgrad<br />
auftretende Eliminierungsraten (vergleichbar F3L1) lassen jedoch ebenso keine signifikante<br />
Einflussnahme der Kompression auf die Filterwirkung erkennen. Der AFS-Ablauf liegt in der<br />
betrachteten Versuchsreihe in einem geringen Schwankungsbereich zwischen 20-25 mg/l.<br />
Geringfügig auftretende Konzentrationsschwankungen sind hauptsächlich auf<br />
unvermeidbare Inhomogenitäten zwischen den einzelnen Proben und auf statistische Fehler<br />
in der Analyse zurückzuführen. Identische Konzentrationsdifferenzen zwischen Zu- und<br />
Ablauf werden mit 5 und 10 %iger Kompression (9-10 mg/l AFS) im Vergleich mit 35 % und<br />
40 % Kompression (9-10 mg/l AFS) ermittelt.<br />
Im Allgemeinen ist nicht zu erkennen, dass durch ansteigende Komprimierungsgrade des<br />
Filterbetts eine stetige Verbesserung der Filterleistung eintritt. Die Parameter der partikulären<br />
Fraktion AFS und CSBpart, bei denen ein erhöhter Rückhalt durch eine Verringerung der<br />
Porengrößen im Filterbett zu erwarten wäre, zeigen keine fortschreitende Verbesserung der<br />
Eliminierungsraten, die auf eine steigende Filterwirkung zurückzuführen wäre. Obwohl zwei<br />
komplett unterschiedliche Mischwasserzulaufeigenschaften untersucht wurden (Konstanz in<br />
der Zulaufqualität, Mischwasserherkunft) kann eine Verbesserung der Filterwirkung mit<br />
steigenden Kompressionsgraden nicht bestätigt werden. Aufgrund der Kürze der beprobten<br />
Filterlaufzeit kann jedoch keine generelle Aussage über die Kompressionswirkung bei<br />
längeren Filterlaufzeiten gemacht werden.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 72<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Im Allgemeinen lagen die ermittelten Eliminierungsraten unabhängig vom Kompressionsgrad<br />
in einem Schwankungsbereich von: AFS: ca. 20-40 %, CSBtot: ca. 15-20 %, CSBpart: 20-30<br />
%, Ptot:
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 73<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
durchströmender Partikel wird erhöht. Durch Remobilisierung schon adsorbierter Partikel mit<br />
geringen Bindungskräften (nicht optimal entsprechender Porengröße) werden „kleinere“<br />
Partikel in tiefere Schichten des Filterbettes eingelagert und der Filterkörper zunehmend<br />
optimiert. Folglich nehmen Differenzen unterschiedlicher Filterströmungen im Filterbett durch<br />
eine Art Homogenisierung des Filterbetts ab und es werden Turbulenzen in den Poren<br />
vermindert, die eine Adsorption erschweren bzw. eine Remobilisierung erleichtern. Des<br />
Weiteren sind durch die Separierung der Partikel in bevorzugte Porengrößen Verstopfungen<br />
und Verblockungen kleinerer Poren durch größere Partikel weniger wahrscheinlich und die<br />
theoretische Beladung nimmt zu. Diese „Filterhomogenisierung“ optimiert die Filterwirkung<br />
nach einer Einlaufphase (Phase 1) über die Zeit.<br />
Ab Minute 365 ist eine signifikante Verschlechterung des AFS-Rückhalts um ca. 65 %<br />
gegenüber Minute 305 auf 10 mg/l AFS-Rückhalt unter konstanten Zulaufbedingungen zu<br />
verzeichnen. Der genaue Zeitpunkt der Abnahme der Filterwirkung konnte nicht erfasst<br />
werden. Es ist jedoch eindeutig eine Abnahme der Filterleistung nach 305 min bezüglich der<br />
abfiltrierbaren Stoffe zu erkennen. Ein Durchtreten der Partikel durch das Filterbett ist<br />
offensichtlich gegeben. Eine zunehmende Beladung des Filters bewirkt eine Abnahme der<br />
Strömungsfläche in den theoretischen Schichten des Filterbettes. Bei gleichbleibendem<br />
Volumenstrom wird folglich die hydraulische Belastung auf die adsorbierten Partikel stetig<br />
erhöht. Ab einem gewissen Punkt ist der auftretende Druck stärker als die Adsorptionskräfte<br />
der Partikel und eine erhöhte Remobilisierung bzw. ein „Durchpressen“ der Partikel durch<br />
das Filterbett findet statt.<br />
Für die Vergleichsauswertung unterschiedlicher Eliminierungsraten (siehe Kap 5.1.2.3) wird<br />
der letzte Teil des Versuchslaufs (nach 305 min) nicht berücksichtigt, um die reine<br />
Filterwirkung des Fuzzy Filters ® unter „normalen“ Bedingungen zu ermitteln.<br />
In Abbildung 39 sind die Konzentrationsverläufe der CSB-Fraktionen des betrachteten<br />
Langzeitversuches F4L1 grafisch dargestellt.<br />
Abbildung 39: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktionen über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, F4L1, 40 %, vF= 72 m/h, MWQ: B2<br />
Die CSB-Fraktionen zeigen ähnliche Verlaufsmuster wie die Verläufe der Zu- und<br />
Ablaufkonzentrationen der abfiltrierbaren Stoffe in den Phasen 1 und 2. Bis Minute 125 ist
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 74<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
eine relative konstante Differenz zwischen den Zu- und Ablaufwerten zu verzeichnen. Im<br />
Mittel wird eine CSBpart-Reduktion von ca. 12 mg/l erreicht.<br />
Zwischen Minute 125 und 245 ist ähnlich wie bei beim Parameter AFS eine Verbesserung<br />
der Filterwirkung zu verzeichnen. Die CSBpart-Reduktionen zwischen den Zu- und<br />
Ablaufkonzentrationen liegen im Bereich von 18-20 mg/l (Steigerung um 33-40 % gegenüber<br />
Phase 1). Der CSBpart-Rückhalt korreliert mit dem der AFS und zeigt eine deutliche<br />
Steigerung der Filterwirkung in Phase 2.<br />
Nach 245 min tritt eine Verringerung der Zulaufqualität der partikulären CSB-Fraktion um ca.<br />
30 % auf. Die signifikante Abnahme der Zulaufkonzentrationen nach 245 min verdeutlicht,<br />
welchen starken Änderungen Mischwasserverhältnisse unterliegen können und die nicht<br />
anhand eines einzelnen Parameters unmittelbar festzustellen sind (vgl. Abb. 38 AFS-<br />
Verlauf). Diese starken Änderungen der Zulaufqualitäten sind bei der<br />
Mischwasserbehandlung durch die Dynamik der Ereignisse jederzeit möglich.<br />
Die Verschlechterung der Eliminierungsleistung bei Minute 305 ist mit dem maximalen<br />
Rückhalt der partikulären Stoffe, wie er bei den abfiltrierbaren Stoffen festgestellt wurde,<br />
nicht vereinbar. Grund ist die starke Veränderung der Zulaufkonzentration der oxidierbaren<br />
Stoffe, die für eine scheinbare Verschlechterung der Filterwirkung verantwortlich ist. Der<br />
erhöhte „natürliche“ Austritt bei hoher stofflicher Belastung nicht abfiltrierbarer Stoffe aus<br />
dem Filterbett (vor Minute 305) ist in der Messung der Ablaufkonzentration (bei Minute 305)<br />
noch der zuvor deutlich höheren Zulaufkonzentration geschuldet. Unter absoluter<br />
Betrachtung ist dennoch eine Abnahme der Ablaufwerte festzustellen.<br />
Der in dieser Auswertung grafisch nicht aufgeführte Gesamtphosphor zeigt einen konstanten<br />
Verlauf zwischen 2-3 mg/l für die Zu- und Ablaufwerte und wird im Mittel um ca. 8 % im<br />
behandelten Mischwasser reduziert. Ein Rückhalt gelöster Phosphatverbindungen wurde<br />
nicht festgestellt.<br />
Generell konnte bei diesem Versuch eine Verbesserung der Filterwirkung über die<br />
Filterlaufzeit bis zum Durchbruch bei einer Gesamtfilterdauer von 7 Stunden ermittelt<br />
werden. Nach einer Einlaufphase von ca. 2 Stunden wurde eine steigende Filterwirkung bis<br />
5 Stunden Filterlaufzeit und ein anschließender deutlicher Abfall der Filterwirkung<br />
festgestellt.<br />
Die mittleren prozentualen Eliminierungsraten über die Filterlaufzeit bis 305 min des<br />
Versuchslaufs F4L1 (für CSB-Fraktion bis 245 min wegen Verfälschung der<br />
Eliminierungsrate bei 305 min durch starken Abfall der Zulaufkonzentrationen) liegen bei:<br />
AFS: 36 %, CSBtot: 11 %, CSBpart: 24 %, Ptot: 8 %, Portho: 0 %.<br />
Einen weiteren Versuch zur Filterwirkung über die Filterlaufzeit stellt Abbildung 40 dar.<br />
Gezeigt wird die Veränderungen der AFS-Qualitäten in Zu- und Ablauf über die Filterlaufzeit.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 75<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 40: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, F12L1, 30 % vF= 72 m/h, MWQ: B2<br />
Der grafische Verlauf unterstreicht die zuvor ermittelten Ergebnisse bezüglich einer<br />
Erhöhung der Filterwirkung und einem anschließendem „Durchbruch“ der abfiltrierbaren<br />
Stoffe. Zwischen Probe 5 min und 45 min ist eine Zunahme des AFS-Rückhalts von 16 auf<br />
22 mg/l festzustellen. Eine Unterteilung der Filterwirkung in unterschiedliche Phasen<br />
vergleichbar F4L1 kann nicht eindeutig beobachtet werden. Durch die Schwankungen der<br />
Zulaufkonzentrationen ist keine erkennbare Grenze zwischen Phase 1 und Phase 2 zu<br />
erkennen. Die AFS-Reduktion befindet sich bis Minute 135 in einem konstanten Bereich von<br />
20-22 mg/l.<br />
Bei Minute 185 ist eine erhöhte Filterwirkung und eine AFS-Reduktion von 28 mg/l<br />
(Steigerung um ca. 20 %) zu verzeichnen. Dies korreliert mit der zuvor betrachteten AFS-<br />
Auswertung F4L1, welche ebenfalls bei einer Filterlaufzeit von 3 Stunden einen signifikanten<br />
Anstieg der Filterwirkung nachwies.<br />
Nach dieser maximal ermittelten Filterwirkung bezüglich abfiltrierbarer Stoffe ist wiederum<br />
eine Abnahme der AFS-Reduktion von 28 mg/l auf 12 mg/l zu verzeichnen. Die Interpretation<br />
der Verbesserung und anschließender Abnahme der Filterwirkung ist mit der AFS-Bewertung<br />
in F4L1 identisch.<br />
In Abbildung 41 ist der Verlauf der Zu- und Ablaufwerte der CSB-Fraktionen dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 76<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 41: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktionen über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, F12L1, 30 % vF= 72 m/h, MWQ: B2<br />
Die Änderung der Filterwirkung ist bei Betrachtung der CSB-Fraktionen nicht festzustellen.<br />
Ein relativ konstanter Verlauf der Konzentrationen ist über die gesamte Filterlaufzeit zu<br />
erkennen. Der maximal ermittelte AFS-Rückhalt bei 180 min korreliert mit dem maximal<br />
ermittelten CSBpart-Rückhalt von 34 mg/l (durchschnittlicher Rückhalt über gesamte<br />
Filterlaufzeit: 28 mg/l). Eine Änderung der Filterleistung über die Gesamtfilterdauer ist jedoch<br />
im Vergleich zur AFS-Entwicklung nicht vorhanden. Die Entfernung der CSBtot-Fraktion<br />
resultiert fast ausschließlich aus der Entfernung von Partikelgrößen über 45 µm (CSBpart).<br />
Gelöste oxidierbare Stoffe werden durch den Filtrationsprozess nicht aktiv entfernt.<br />
Der in dieser Auswertung grafisch nicht aufgeführte Gesamtphosphor bestätigt die maximal<br />
ermittelte Filterleistung bei 180 min. Der Rückhalt von ca. 1 mg/l Ptot liegt deutlich über den<br />
anderen ermittelten Werten der Versuchsreihe zwischen 0,3-0,5 mg/l. Gelöste<br />
Phosphorverbindungen werden nur zu einem geringen Anteil mit entfernt. Vergleichbar mit<br />
der gelösten CSB-Fraktion unterliegen sie ausschließlich einer „Mitentfernung“ durch<br />
Anlagerungsprozesse an afiltrierbare Stoffe.<br />
Die mittleren prozentualen Eliminierungsraten über die Filterlaufzeit bis 180 min des<br />
Versuchslaufs F12L1 liegen bei:<br />
AFS: 32 %, CSBtot: 10 %, CSBpart: 31 %, Ptot: 11 %, Portho: 5 %.<br />
Beide Versuchsläufe mit einer Filtergeschwindigkeit von 72 m/h und einer Kompression von<br />
40 % zeigen vergleichbare Entwicklungen über die gesamte Filterlaufzeit. Sie zeigen eine<br />
Verbesserung der Filterwirkung bezüglich der AFS-Fraktion bis zu einem bestimmten<br />
Zeitpunkt der Filtration. Ein anschließendes Durchtreten abfiltrierbarer Stoffe ist bei beiden<br />
Versuchen eindeutig festzustellen. Des Weiteren geht aus den Untersuchungen hervor, dass<br />
der Fuzzy Filter® wie erwartet nicht geeignet ist, um gelöste Stoffe aus dem Mischwasser<br />
effektiv zu entfernen.<br />
5.1.2.3 Einfluss einer hohen Dynamik der Zulaufqualitäten auf die Filterwirkung<br />
Die Verläufe der Zu- und Ablaufkonzentrationen der Parameter AFS, CSBtot und CSBpart<br />
eines Langzeitversuches mit einer Filtergeschwindigkeit von 24 m/h und starken<br />
Zulaufkonzentrationsschwankungen sind in den folgenden Abbildungen dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 77<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 42: FF: Zu- und Ablaufkonzentrationen von AFS (oben) und den CSB-Fraktionen<br />
(unten) über die gesamte Filterlaufzeit, F7L1, 40 %, vF= 24 m/h, MWQ: C3<br />
Die Abbildungen zeigen eine hohe Dynamik in den Zulaufkonzentrationen im mittleren<br />
Bereich der gesamten Filtrationsdauer. Durch eine erneute Befüllung des Regenbeckens<br />
während des Betriebes des Fuzzy Filters® wurden weitere Stoffe aus der Kanalisation<br />
eingetragen und sedimentierte Partikel im Regenbecken teilweise aufgewirbelt. Vor und nach<br />
Betrieb der Regenbeckenpumpe ist die Sedimentationsphase der Stoffe durch die<br />
kontinuierliche Abnahme der Zulaufkonzentrationen eindeutig dargestellt. Während des<br />
Pumpereignisses ist eine gute Dämpfung der massiven Erhöhung der Stoffkonzentrationen<br />
zu erkennen. Am Beispiel der abfiltrierbaren Stoffe wird die stoffliche Stoßwirkung am<br />
deutlichsten. Aus dem sprunghaften Anstieg der Zulaufwerte von ca. 50 mg/l AFS auf über<br />
150 mg/l resultiert lediglich eine Erhöhung der Konzentration im Ablauf von 16 mg/l auf<br />
32 mg/l.<br />
Die Ablaufkonzentrationen der betrachteten Parameter steigen ab Beginn des<br />
Pumpereignisses geringfügig an, während die Zulaufwerte stetig sinken. Durch die erhöhte<br />
stoffliche Belastung des Filters treten vermehrt Auswaschungsprozesse der schlagartig in<br />
den Filter eingetretenen bzw. zurückgehaltenen Stoffe auf, da der Filter einer deutlich<br />
höheren stofflichen Belastung unterliegt als zu Beginn des Filtrationsprozesses. Der Fuzzy<br />
Filter® kann diese höhere Belastung nicht komplett kompensieren und es treten erhöhte<br />
Ablaufwerte im Anschluss an die erneute Beckenbefüllung gegenüber der Filtration bis<br />
Minute 25 auf. Trotzdem ist eine gute Pufferfähigkeit gegeben. Eine deutliche Steigerung des
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 78<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
absoluten Rückhalts der AFS- und CSB-Fraktionen beginnend mit einer signifikanten<br />
Konzentrationserhöhung im Zulauf ist zu vermerken. Der maximale Ablaufwert von 30 mg/l<br />
AFS (Minute 15) vor dem Pumpbetrieb steigt am Ende des Filtrationszyklus, trotz der<br />
erheblichen Belastung des Filters, um maximal 24 mg/l auf 54 mg/l (Minute 55) an.<br />
Anschließend sinkt die Ablaufkonzentration auf 48 mg/l (Minute 65). Ein Durchbruch des<br />
Filters infolge einer Verschlechterung der Filterleistung ist demnach nicht festzustellen. Die<br />
Eliminierungsraten der abfiltrierbaren Stoffe belaufen sich zu Beginn und am Ende des<br />
Filtrationsprozesses auf ca. 50 % (CSBpart ca. 30 %). Der Fuzzy Filter® zeichnet sich folglich<br />
als Filtertechnik mit guten Puffereigenschaften gegenüber stofflichen Stoßbelastungen aus.<br />
Auf Grund der starken stofflichen Schwankungen im Zulauf wird dieser Versuch nicht zum<br />
Vergleich mit anderen Versuchen herangezogen (siehe Kap. 5.1.2.4).<br />
5.1.2.4 Vergleich der Filterwirkung unterschiedlicher Filtergeschwindigkeiten<br />
In diesem Kapitel werden alle vergleichbaren Ergebnisse der Versuchsläufe ohne<br />
Chemikalien zusammengetragen. Neben den Versuchen zur Auswirkung der<br />
Kompressionsgradänderung und verschiedenen Langzeitversuchen werden ausgewählte<br />
Vorversuche bei Chemikalienversuchsreihen ebenso zur Betrachtung herangezogen. Es<br />
werden die Ergebnisse der Versuche mit Filtergeschwindigkeiten von 72 m/h und 24 m/h<br />
getrennt ausgewertet und anschließend verglichen. Für die Auswertung werden nur<br />
vergleichbare Untersuchungen mit relativ konstanten Zulaufkonzentrationen dargestellt.<br />
a) Vergleich aller auswertbaren Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit von 72 m/h<br />
Die mittleren Zu- und Ablaufwerte der Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit von 72 m/h<br />
sind in Abbildung 43 dargestellt. Da in Kapitel 4.1.2.1 nicht festgestellt werden konnte, dass<br />
die Kompression einen signifikanten Einfluss auf die Filterwirkung besitzt, werden<br />
unterschiedliche Kompressionsgrade der Versuche F1L1 und F3 L1 zusammengefasst. Die<br />
Versuche unter realen Mischwasserbedingungen sind von links beginnend nach abfallender<br />
Mischwasserbelastung aufgetragen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 79<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 43: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit<br />
von 72 m/h bei differierenden Mischwasserqualitäten ohne Chemikalienanwendung<br />
Tabelle 31: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 72 m/h unter differierenden Mischwasserqualitäten ohne<br />
Chemikalienanwendung<br />
Versuch F3L1 F12L1 F4L1 F8L1 F1L1*<br />
MWQ D4 B2 B2 A2 B3<br />
Kompression 5-40 % 30 % 40 % 30 % 5-40 %<br />
Probenanz. 8 6 6 11 8<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 34 (86) 32 (43) 36 (32) 42 (25) 30 (23)<br />
CSBtot 17 (312) 10 (275) 11 (99) 14 (96) 12 (130)<br />
CSBpart 25 (185) 31 (61) 24 (46) 17 (36) 24 (53)<br />
Ptot 9 (6,41) 11 (3,81) 8 (2,18) 11 (1,91) 6 (3,8)<br />
Portho 3 (3,64) 5 (1,69) 0 (1,39) 5 (1,12) 0 (2,78)<br />
*Modellmischwasser<br />
Abbildung 43 veranschaulicht die großen Differenzen zwischen den Zulaufkonzentrationen<br />
von leicht belastetem (F4L1 u. F8L1) und stark belastetem Mischwasser (F3L1).<br />
Trotz der signifikanten Unterschiede zwischen den Zulaufkonzentrationen sind vergleichbare<br />
prozentuale Eliminierungsraten aller betrachteten Parameter festzustellen. Generell können<br />
alle ermittelten Eliminierungsraten unabhängig von der Mischwasserqualität in einen<br />
identischen Leistungsbereich eingeordnet werden. Eine Erhöhung der prozentualen<br />
Entfernung unerwünschter Stoffe ist bei stärker belasteten Mischwasserqualitäten zwar nicht<br />
gegeben, der absolute Rückhalt unerwünschter Stoffe aus dem Mischwasser ist jedoch<br />
deutlich erhöht. Stärkere Verschmutzungsgrade des Mischwassers bedeuten eine schnellere<br />
und höhere Beladung des Filterbetts und entsprechend eine steigende Zunahme der<br />
Filterwirkung durch die Einlagerung der Partikel (vergl. Kap. 5.1.2.2).<br />
Geringe Differenzen in den Eliminierungsraten lassen keine Rückschlüsse auf einen<br />
eventuellen Einfluss unterschiedlicher Kompressionsgrade auf die Filterwirkung zu und<br />
bestätigen die Versuchsbetrachtung F1L1 und F3L1 (siehe Kap.5.1.2.1). Es muss jedoch<br />
beachtet werden, dass die unterschiedlichen behandelten Mischwässerqualitäten signifikante<br />
Differenzen in den Partikelgrößen aufgewiesen haben könnten, was eine direkte Aussage<br />
zur Filterwirkung in Abhängigkeit von der Kompression nicht zulässt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 80<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
b) Vergleich aller auswertbaren Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit von 24 m/h<br />
Die mittleren Zu- und Ablaufwerte der auswertbaren Versuche mit 24 m/h sind in<br />
Abbildung 44 dargestellt.<br />
Abbildung 44: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit<br />
von 24 m/h bei differierenden Mischwasserqualitäten ohne Chemikalienanwendung<br />
Tabelle 32: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 24 m/h unter differierenden Mischwasserqualitäten ohne<br />
Chemikalienanwendung<br />
Versuch F6L1 F6L2 F10L1 F5L1*<br />
MWQ B2 B2 B1 C6<br />
Kompression 10 % 30 % 30 % 10 %<br />
Probenanzahl 1 1 3 1<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 42 (36) 53 (30) 48 (23) 14 (74)<br />
CSBtot 24 (124) 24 (128) 30 (87) 4 (282)<br />
CSBpart 37 (55) 29 (62) 64 (27) 8 (137)<br />
Ptot 28 (2,19) 30 (1,95) 22 (1,88) 2 (6,8)<br />
Portho 17 (1,28) 10 (1,29) 10 (0,83) 4 (4,59)<br />
* Modellmischwasser<br />
Die hohe CSBpart-Eliminierung bei F10L1 kommt durch hohe gemessene Ablaufwerte der<br />
gelösten CSB-Fraktion zustande, welche deutlich über den dazugehörigen<br />
Zulaufkonzentrationen liegen, und kann nicht auf die Filterleistung bezogen werden.<br />
Die Leistungsfähigkeit des Fuzzy Filters® bei der Behandlung des Modellmischwassers<br />
F5L1 fällt im Vergleich zu den anderen Versuchen deutlich ab. Trotz der sehr hohen<br />
Zulaufkonzentrationen sind nur sehr geringe Eliminierungsraten festzustellen.<br />
Betriebsstörungen konnten während des Betriebes nicht festgestellt werden. Der Grund<br />
muss in der Zusammensetzung und der Eigenschaft des Modellmischwassers liegen. Das<br />
Mischwasser scheint sehr kleine Partikel zu besitzen, die durch den Fuzzy Filter ® bei einer<br />
10 %igen Kompression nicht effektiv abgeschieden werden können.<br />
Generell sind die betrachteten Eliminierungsraten der anderen Versuche bei vergleichbarer<br />
Mischwasserqualität in einen identischen Leistungsbereich einzuordnen. Ähnlich der<br />
vorhergehenden Vergleichsdarstellung ist eine Verbesserung des Stoffrückhalts durch eine
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 81<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Erhöhung der Kompression nicht signifikant gegeben. Es werden keine richtungsweisenden<br />
Unterschiede der Ablaufwerte zwischen einer Kompression von 10 % (F6L1) und 30 %<br />
(F6L2) ermittelt, welche eindeutig auf eine Verbesserung der Filterwirkung durch eine<br />
Änderung des Kompressionsgrades zurückzuführen wären. Das betrachtete echte<br />
Mischwasser dagegen scheint Partikelfraktionen zu enthalten, die mit beiden getesteten<br />
Varianten gleichermaßen zurückgehalten werden können.<br />
Um eine allgemeine Aussage über die Filterwirkung des Fuzzy Filters® treffen zu können,<br />
werden die mittlere Eliminierungsraten der aufgeführten Versuche für 24 m/h und 72 m/h an<br />
echten Mischwasserbedingungen arithmetisch gemittelt und mit den dazugehörigen<br />
Schwankungsbereichen in der Tabelle 33 aufgeführt.<br />
Tabelle 33: FF: Vergleich der Eliminierungsraten bei unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten<br />
ohne Chemikalieneinsatz<br />
vF<br />
24 m/h<br />
72 m/h<br />
AFS<br />
[%]<br />
42-53<br />
47<br />
30-42<br />
35<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
24-30<br />
26<br />
10-17<br />
13<br />
CSBpart<br />
[%]<br />
29-37<br />
33<br />
17-31<br />
24<br />
Ptot<br />
[%]<br />
22-30<br />
26<br />
6-11<br />
9<br />
Portho<br />
[%]<br />
10-17<br />
12<br />
Die Ergebnisse zeigen einen besseren Rückhalt der betrachteten Parameter bei einer<br />
geringeren Filtergeschwindigkeit. Trotz des geringen Datenumfangs kann dies eindeutig<br />
festgestellt werden. Nach dieser Untersuchung kann durch eine Reduzierung der<br />
Filtergeschwindigkeit von 72 auf 24 m/h eine Erhöhung der prozentualen Eliminierungsraten<br />
für AFS, CSBtot und Ptot mit ca. 10-15 % und für CSBpart und Portho mit ca. 10 % abgeschätzt<br />
werden.<br />
Grund ist die geringere hydraulische Belastung des Filterbettes bei einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 24 m/h. Bei dieser relativ geringen Geschwindigkeit ist die<br />
Wahrscheinlichkeit einer Remobilisierung adsorbierter Partikel im Filterbett gegenüber einer<br />
signifikant höheren Filtergeschwindigkeit von 72 m/h als geringer einzuschätzen. Ebenso<br />
kommt es bei hohen Filtergeschwindigkeiten durch erhöhte Krafteinwirkung auf die Partikel<br />
zu geringerer Adsorption an den Filterstoff bzw. an schon adsorbierte Partikel. Es wird<br />
ersichtlich, dass gelöste Fraktionen wie Portho deutlich besser bei geringerer hydraulischer<br />
Belastung und demzufolge weniger Turbulenzen durch die damit einhergehende bessere<br />
Anlagerung an partikuläre Stoffe entfernt werden können.<br />
5.1.2.5 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen können in Bezug auf die ermittelten Versuchsergebnisse der<br />
Mischwasserbehandlung mittels Fuzzy Filter® ohne Chemikalieneinsatz getroffen werden:<br />
� Die Annahme, dass eine höhere Kompression einen höheren Rückhalt vor allem<br />
partikulärer Stoffe zur Folge hat, kann nicht bestätigt werden.<br />
� Bei einem höher belasteten Mischwasser kann generell ein höherer absoluter Rückhalt<br />
der partikulären Bestandteile erzielt werden.<br />
0-5<br />
2
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 82<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
� Die theoretische Annahme, dass eine längere Filterlaufzeit die Filterleistung durch eine<br />
fortschreitende Beladung des Filterbetts verbessert, kann bestätigt werden. Die<br />
Filterwirkung verbessert sich nach einer konstanten Filterphase (Einlaufphase) bis zu<br />
einem Maximum der Filterwirkung, gefolgt von einer anschließenden deutlichen<br />
Abnahme der AFS-Reduktion (Durchtreten der Stoffe durch den Filter).<br />
� Unter B-Mischwasserqualität konnte eine effektive Filterlaufzeit vor Beginn eines<br />
„Durchbruchs“ abfiltrierbarer Stoffe von 305 min ( 18 mg/l AFS-Red.) bei 40 %<br />
Kompression und 180 min ( 21 mg/l AFS-Red.) bei 30 % Kompression festgestellt<br />
werden.<br />
� Die prozentualen Eliminierungsraten weisen meist unabhängig von der<br />
Mischwasserqualität und dem Kompressionsgrad vergleichbare Größenordnungen auf.<br />
� Bei einer Reduzierung der Filtergeschwindigkeit von 72 m/h auf 24 m/h nimmt die<br />
Filterleistung bezüglich des Rückhalts partikuläre Inhaltsstoffe deutlich zu (10-15 %) und<br />
auch gelöste Stoffe können besser mit entfernt werden (Portho-Rückhalt ca. 10 %).<br />
� Der Fuzzy Filter® kann signifikante Konzentrationserhöhungen (u.a. Spülstöße) gut<br />
bewältigen.<br />
� Die Änderung eines Zulaufparameters (hier CSBpart) hat nicht zwingend die Änderung<br />
eines entsprechenden Parameters (hier AFS) zur Folge.<br />
Tabelle 34 zeigt den Vergleich der Eliminierungsraten von Versuchen ohne<br />
Chemikalieneinsatz mit unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten.<br />
Tabelle 34: FF: Vergleich der Eliminierungsraten bei unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten<br />
ohne Chemikalieneinsatz<br />
Lauf vF [m/h] n MWQ<br />
F6L1-2<br />
F10L1<br />
F1L1<br />
F3L1<br />
F4L1<br />
F8L1<br />
F12L1<br />
24 5 B1-2<br />
72 39 A2-D4<br />
AFS<br />
[%]<br />
42-53<br />
47<br />
30-42<br />
35<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
24-30<br />
26<br />
10-17<br />
13<br />
5.1.3 Auswertung Fuzzy Filter® Versuche mit Chemikalien<br />
5.1.3.1 PAC Präparat<br />
CSBpart<br />
[%]<br />
29-37<br />
33<br />
17-31<br />
24<br />
Ptot<br />
[%]<br />
22-30<br />
26<br />
6-11<br />
9<br />
Portho<br />
[%]<br />
10-17<br />
12<br />
In der folgenden Abbildung ist die Wirkungsweise der Kombination aus Polyaluminiumchlorid<br />
(PAC) und anionischem Flockungshilfsmittel bezüglich der Zu- und Ablaufwerte bei stark<br />
verschmutztem Mischwasser (C3) dargestellt. Betriebsparameter und ermittelte<br />
Eliminierungsraten sind in Tabelle 35 aufgeführt. Es wurde mit Filtergeschwindigkeiten von<br />
24 m/h (F7L1) und 48 m/h (F7L2-4) gearbeitet.<br />
0-5<br />
2
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 83<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 45: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F7L1 bis F7L4, FM1+FHM, stark<br />
belastetes Mischwasser C3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 35: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F7L1 bis F7L4,<br />
FM1+FHM, stark belastetes Mischwasser C3<br />
Versuch F7L1 F7L2 F7L3 F7L4<br />
Kompression 40 % 30 % 30 % 40 %<br />
Chemikalien Ohne Chemikalien<br />
FM1: 12,6 mg Al/l<br />
FHM: 2,9 mg WS/l<br />
FM1: 19,5 mg Al/l<br />
FHM: 2,9 mg WS/l<br />
FM1: 12,6 mg Al/l<br />
FHM: 2,9 mg WS/l<br />
Probenanzahl 7 3 4 5<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 61 (36) 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 84<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
der Versuche F7L2 und F7L4 zieht sehr gute Eliminierungsraten bezüglich des getesteten<br />
Mischwasser C1 nach sich:<br />
AFS: ca. 99,9 %, CSBtot: ca. 60 %, CSBpart: ca. 90 %, Ptot: ca. 80 %, Portho: ca. 80 %<br />
Im Folgenden werden die Auswirkungen der PAC-Konzentrationsänderung näher betrachtet.<br />
Abbildung 46 zeigt den Verlauf der Zu- und Ablaufkonzentrationen der Chemikalienversuche<br />
der betrachteten Versuchsreihe F7.<br />
Abbildung 46: FF: F7L2 bis F7L4, Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und Ablaufkonzentrationen<br />
Bei Versuch F7L3 sind deutliche Anzeichen einer Überdosierung zu beobachten. Es tritt<br />
sofort eine signifikante Abnahme der Filterwirkung ein. Schlechtere Flockeneigenschaften<br />
und eine erhöhte Instabilität der Flocken gegenüber F7L2 und F7L4 begründen den direkten<br />
Austritt aus dem Filterbett. Restabilisierungsprozesse sind vor dem Eintritt in das Filterbett<br />
für geringere Flockengrößen und Stabilitätsverluste verantwortlich (siehe Theorie Kap.3.4).<br />
Die kurzzeitig eingelagerten Agglomerate weisen eine geringe Scherstabilität auf und werden<br />
durch die hydraulische Belastung und Kollisionen mit nachfolgenden Partikeln im Filterbett<br />
zerstört und zu einem Großteil remobilisiert. Ein zunehmender Austritt kleinerer<br />
„Bruchstücke“ aus dem Filterbett ist die Folge. In welcher Form die erhöhte Zugabe des<br />
Aluminiumpräparates (F7L3) verantwortlich ist für eine Behinderung der<br />
Makroflockenausbildung und/oder einer Restabilisierung gebildeter Agglomerate, kann nicht<br />
eindeutig geklärt werden.<br />
Aus den Versuchsreihen wurde ein Rückgang der Eliminierungsraten in dieser 20-minütigen<br />
Testphase (F7L3) im Mittel wie folgt festgestellt: CSBpart: ca. 25-30 %, AFS und<br />
CSBtot: ca. 15 %, Ptot.: 10 %.<br />
Aus dieser Untersuchung kann die Annahme getroffen werden, dass bei einer Portho-<br />
Reduktion von über 80 % eine Überdosierung durch das eingesetzte Flockungsmittel (PAC)<br />
möglich ist. Des Weiteren kann abgeleitet werden, dass eine zu hoch angesetzte Dosierung<br />
derart instabile Flocken erzeugt, dass bereits zu Beginn der Filtrationsphase die Tendenz<br />
zum Durchbruch besteht.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 85<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Zur Validierung der negativen Auswirkung einer zu hoch angesetzten Dosierung des PAC-<br />
Präparates auf die Entfernung partikulärer Parameter wird in Abbildung 47 eine<br />
Versuchsreihe unter Verwendung von FM1 zur Behandlung eines leicht belasteten<br />
Mischwassers A2 betrachtet. Die Filtergeschwindigkeit der Chemikalienversuche betrug<br />
24 m/h.<br />
Abbildung 47: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F8L1 bis F8L3, FM1, leicht<br />
belastetes Mischwasser A2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 36: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F8L1 bis F8L3, FM1,<br />
leicht belastetes Mischwasser A2<br />
Versuch F8L1 F8L2 F8L3<br />
Kompression 30 % 30 % 40 %<br />
Chemikalien - FM1: 19,5 mg Al/l FM1: 19,5 mg Al/l<br />
Probenanzahl 11 4 5<br />
Parameter Eliminierungsrate [%], (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 42 (25) 20 (37) 0 (50)<br />
CSBtot 14 (96) 37 (71) 35 (71)<br />
CSBpart 17 (36) 51 (24) 23 (31)<br />
Ptot 11 (1,9) 50 (1,06) 68 (0,7)<br />
Portho 5 (1,22) > 96 (< 0,05) > 96 (< 0,05)<br />
Bei der Behandlung eines leicht belasteten Mischwassers A2 mit einer<br />
Flockungsmitteldosierung von 19,5 mg Al/l, im Vergleich zu der zuvor betrachteten<br />
Versuchsreihe F7L2 bis F7L4 (MWQ: C3), ist eindeutig von einer zu hoch angesetzten<br />
Dosierung auszugehen. Die sehr geringen Ablaufwerte (unter der Nachweisgrenze<br />
eingesetzter Analyseverfahren) von 0,05 mg/l Portho bestätigen eine übermäßige Dosierung<br />
an FM1. Die hohen AFS-Konzentrationen im Ablauf ergeben sich durch Zusammenschlüsse<br />
kleiner Partikelgrößen (< 0,45 µm) infolge von Fällungs- und Flockenbildungsprozessen zu<br />
größeren, wodurch diese in die abfiltrierbare Fraktion übertreten. Folglich wird AFS im<br />
System generiert. Die gebildeten Koagulate liegen zwar oberhalb der definierten Schwelle zu<br />
den partikulären Stoffen, können jedoch vom Fuzzy Filter® nicht effektiv zurückgehalten<br />
werden. Dies wird unter Betrachtung der höheren Ablaufkonzentrationen gegenüber den<br />
Zulaufkonzentrationen bei F8L3 ersichtlich. Das PAC-Präparat behindert bei einer zu hoch<br />
angesetzten Dosierung nicht nur die Makroflockenausbildung durch das anionische FHM
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 86<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
(siehe F7L2-4), es bildet nicht einmal Flocken einer Größe, die mit der höchsten<br />
eingesetzten Kompression des Filterbettes von 40 % entfernt werden könnten. Sicher ist,<br />
dass eine Überdosierung des Aluminiumpräparates negative Auswirkungen auf die<br />
Entfernung partikulärer Stoffe besitzt.<br />
Weitere Versuchsläufe zur Wirkung von PAC allein und in Kombination mit anionischem<br />
Flockungshilfsmittel zur Behandlung eines stark verschmutzen, synthetischen Mischwassers<br />
mit sehr hoher Portho Belastung (C6) sind in Abbildung 48 aufgeführt. Die<br />
Filtergeschwindigkeit der Chemikalienversuche betrug 24 m/h. Es muss beachtet werden,<br />
dass der gemittelte Zulaufwert zum Fuzzy Filter während der Chemikalienversuche im<br />
Wesentlichen aus der parallel laufenden Mikroflotation bestimmt wurde. Der Versuch ist nicht<br />
direkt auf die Mischwasserbehandlung übertragbar, gibt jedoch Aufschlüsse über<br />
verschiedene Wechselwirkungen unter Verwendung des Flockungsmittels und FHM.<br />
Abbildung 48: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F5L1 bis F5L4, FM1, FM1+FHM,<br />
stark belastetes Modellmischwasser mit hoher Portho-Belastung C6 (Zulauf = linker Balken einer<br />
Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 37: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F5L1 bis F5L4, FM1,<br />
FM1+FHM, stark belastetes Modellmischwasser mit hoher Portho-Belastung C6<br />
Versuch F5L1 F5L2 F5L3 F5L4<br />
Kompression 10 % 10 % 10 % 30 %<br />
Chemikalien Ohne Chemikalien FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FHM: 5,8 mg WS/l<br />
FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FHM: 5,8 mg WS/l<br />
Probenanzahl 1 6 2 5<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 14 (74) 13 (75) 73 (23) 83 (14)<br />
CSBtot 4 (282) 31 (219) 53 (147) 55 (143)<br />
CSBpart 8 (137) 46 (85) 88 (19) 94 (10)<br />
Ptot 2 (6,8) 64 (2,69) 90 (0,7) 90 (0,7)<br />
Portho 4 (4,59) 93 (0,35) 92 (0,44) 91 (0,45)<br />
F5L2 und F5L4 wurden nach einer 20- bzw. 25-minütigen Testphase abgebrochen, da eine<br />
deutliche Abnahme der Filterwirkung visuell festgestellt und in anschließenden Analysen<br />
bestätigt wurde. F5L3 wurde nach 10 min Filterlaufzeit beendet. Der Versuch soll einen<br />
Vergleich zwischen einer 10 und 30 %igen Kompression im darauffolgenden Versuchslauf
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 87<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
F5L4 ermöglichen. Zum Vergleich der Versuchsreihe ist der Vorlauf ohne Chemikalien des<br />
Versuchstages mit aufgeführt.<br />
Verglichen mit den guten Ergebnissen der betrachteten Versuchsläufe F7L1+3<br />
(FM1: 12,6 mg Al/l bei einem Portho-Zulaufwert von ca. 2 mg/l) scheint die Verdopplung der<br />
Flockungsmitteldosierung in dieser Testreihe F5L2 bis F5L4 (FM1: 25,1 mg Al/l bei Porthozu<br />
von ca. 5 mg/l) bezüglich einer Portho-Fällung in einem sinnvollen Bereich zu liegen.<br />
Eliminierungsraten von über 90 % werden erreicht.<br />
Eine Betrachtung der Ablaufwerte weist jedoch verglichen mit F7L1+3 auf Flocken mit<br />
geringer Scherstabilität hin, was sich durch steigende Ablaufkonzentrationen über die<br />
Filterdauer bemerkbar macht. In Abbildung 49 sind die Zulaufwerte der betrachteten<br />
Parameter auf Grund der Mittelwertbildung über die parallelen Mikroflotationsdaten nicht<br />
dargestellt. Eine qualitative Betrachtung kann dennoch vorgenommen werden.<br />
Abbildung 49: FF: F5L2 bis F5L4, Verlauf der AFS und CSBpart Ablaufkonzentrationen<br />
F5L2 zeigt ähnliche Ablaufverhältnisse wie F7L3 (siehe Abb. 42). Ablaufwerte um<br />
0,35 mg/l Portho und ein ß-Wert von 6 deuten nicht eindeutig auf eine zu hohe Dosiermenge<br />
hin. Im Laufe der Filterlaufzeit von 30 min erhöhen sich die Ablaufwerte bezüglich AFS und<br />
CSBpart auf das Doppelte. Eine Makroflockenbildung unter alleiniger Anwendung von PAC ist<br />
nicht zu beobachten. Ob Überdosierungsprozesse auftreten oder das PAC-Präparat bei der<br />
Verwendung im (Modell-)Mischwasserbereich generell nicht geeignet ist zur<br />
Makroflockenbildung, kann nicht eindeutig geklärt werden. Eindeutige Aussagen über<br />
Flockenbildungsprozesse unter alleiniger PAC-Anwendung mit geeigneter Dosierung können<br />
durch fehlende Daten im realen Mischwasserbereich leider nicht erfolgen.<br />
Eine signifikante Verbesserung des Rückhalts von CSBtot, CSBpart und Ptot ist unter Zugabe<br />
des Flockungshilfsmittels (F5L4) gegeben. Bei gleich bleibendem Kompressionsgrad werden<br />
deutlich bessere Ablaufwerte erreicht. Zudosiertes FHM steigert die Leistungsfähigkeit des<br />
Filters bezüglich der partikulären Fraktionen erheblich. Eine Kompressionserhöhung auf<br />
40 % (F5L4) bewirkt nochmals eine Steigerung der Eliminierungsraten bzw. einen erhöhten<br />
Rückhalt der gebildeten Makroflocken. Das FHM scheint einerseits hauptsächlich organische<br />
Komponenten über Adsorptionsmechanismen zu vernetzen, andererseits durch seinen<br />
anionischen Charakter einer eventuell auftretenden Restabilisierung (Umladung der
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 88<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
organischen Oberflächen durch erhöhte Flockungsmittelzugabe) durch die kationischen<br />
Komplexe und Ionen entgegenzuwirken.<br />
Mindestens zwei theoretische Annahmen kommen für diese Überlegung in Frage:<br />
a) Durch Oberflächenumladungen infolge erhöhter Adsorptionsraten der kationischen<br />
Komplexe und Ionen an meist negativ geladene, organische Stoffe entstehen positive<br />
elektrostatische Ladungen an den Kolloidoberflächen � Zudosiertes anionisches<br />
Flockungshilfsmittel neutralisiert die Ladungsdichten der adsorbierten Komplexe an den<br />
Oberflächen bzw. bewirkt eine „Rückladung“ und steht als „Brückenkopf“ für erneute<br />
Agglomerationsvorgänge bereit.<br />
b) Zudosiertes anionisches Flockungshilfsmittel neutralisiert die frei vorhandenen,<br />
überschüssigen Al-Ionen/Komplexe im ausgefällten Mischwasser und verbessert so den<br />
Flockungseffekt durch Verhinderung einer Umladung durch vorhandene Kationen.<br />
Durch Flockenbildung, Einschlussflockung und anschließenden Rückhalt im Filterbett<br />
werden bei den verwendeten Kompressionsgraden (10% und 40%) unter Zusatz von FHM<br />
ca. 90 % von CSBpart, Ptot, und Portho aus dem Mischwasser entfernt. Mittlere<br />
Eliminierungsraten über 70 % bzw. 80 % für den Parameter AFS und über 50 % für den<br />
Parameter CSBtot werden ebenso ermittelt. Ein Vergleich der Versuche F5L3 und F5L4 zeigt,<br />
dass eine Verringerung der Porengrößen im Filterbett (Komprimierung von 10 % auf 30 %)<br />
bei gleicher Chemikalienzugabe zwar eine 10 %ige Steigerung der Elimination abfiltrierbarer<br />
Stoffe bewirkt, diese jedoch ebenso durch den Einsatz einer 10 %ige Kompression<br />
signifikant entfernt werden können. Großtechnisch müssen die verschiedenen<br />
Kompressionsvarianten gegeneinander abgewogen werden. Eine 10 %ige Kompression<br />
würde eine höhere Beladung des Filters zulassen, jedoch den mittleren Ablaufwert nach<br />
dieser Betrachtung um ca. 10 mg/l erhöhen. Kapazitätsfragen und immissionsorientierter<br />
Gewässerschutz müssen dabei von Fall zu Fall neu diskutiert werden. Zur Validierung der<br />
aufgestellten Vermutungen wird eine Versuchsreihe mit identischer Chemikaliendosierung<br />
zur Behandlung eines mäßig verschmutzten Mischwasser (B2) mit geringer Portho-Belastung<br />
betrachtet. Zwei Vorversuche ohne Chemikalien mit einer Kompression von 10 % und 30 %<br />
werden gemittelt aufgeführt. Die Filtergeschwindigkeit aller Versuche betrug 24 m/h.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 89<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 50: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F6L1 bis F6L5, FM1, FM1+FHM,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter<br />
Balken)<br />
Tabelle 38: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F6L1 bis F6L5, FM1,<br />
FM1+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B2<br />
Versuch F6L1-2 F6L3 F6L4 F6L5<br />
Kompression 10 % + 30 % 30 % 10 % 30 %<br />
Chemikalien Ohne Chemikalien FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FHM: 5,8 mg WS/l<br />
FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FHM: 5,8 mg WS/l<br />
Probenanzahl 2 1 3 7<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 48 (33) 33 (40) 36 (37) 74 (15)<br />
CSBtot 24 (128) 24 (127) 40 (99) 48 (83)<br />
CSBpart 33 (58) 38 (56) 52 (31) 77 (21)<br />
Ptot 29 (2,07) 54 (1,29) 71 (0,86) 85 (0,44)<br />
Portho 16 (1,53) 96 (0,07) >96(96 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 90<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 51: FF: F6L4 und F6L5 Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und Ablaufkonzentrationen<br />
Vermutlich sind zu geringe Flockengrößen, welche mit einer Kompression von 10 % (F6L4)<br />
nicht effektiv abgeschieden werden können, für ein schnelles Durchtreten verantwortlich.<br />
Allgemein weisen die gebildeten Flocken eine hohe Instabilität durch Restabilisierungsprozesse<br />
auf und werden nach Einlagerung in das Filterbett durch Kollision nachfolgender<br />
Partikel und durch die Scherkräfte, die im Filterbett wirken, zerstört bzw. remobilisiert.<br />
Es werden unterschiedliche Flockeneigenschaften zwischen einer (Über-)Dosierung mit PAC<br />
und einer Überdosierung mit PAC + FHM deutlich. Erstere sind von geringerer Größe und<br />
treten auch bei einer Kompression von 30 % direkt aus dem Filter aus (F6L4). Die gebildeten<br />
Flocken aus der Kombination aus PAC und FHM hingegen werden bei einer 30 %igen<br />
Kompression bis zu einem gewissen Zeitpunkt noch eindeutig zurückgehalten. Ihre<br />
Flockeneigenschaften scheinen dennoch nicht optimal zu sein. Nach einer relativ kurzen<br />
Filterdauer (F6L5, 15 min) ist ein Austreten der Flocken aus dem Filterbett festzustellen.<br />
Der anschließende Durchbruch des Filters ist nur undeutlich zu sehen. Auch wenn bei<br />
diesem Versuch nicht von optimalen Flockeneigenschaften ausgegangen werden kann, soll<br />
diese Betrachtung aufzeigen, dass eine Zunahme der Ablaufkonzentration nicht zwingend<br />
eine Rückspülung erforderlich macht. Unter diesem Gesichtspunkt sollte eine Entscheidung<br />
zugunsten eines Weiterbetriebes und damit geringen Spülwasseranfalls bei geringer<br />
Erhöhung der Ablaufwerte (F6L5) ausfallen. Die gemittelten Ablaufwerte sind zwischen<br />
0-15 min und 0-45 min identisch. Bei einer praktischen Anwendung müssten die zum Ziel<br />
gesetzten Ablaufkonzentrationen und die Kapazitäten der Gesamtanlage mit in die<br />
Entscheidung einfließen. Dieser Zustand einer nicht optimalen Chemikaliendosierung ist<br />
durch die Dynamik der Mischwasserbehandlung in der Praxis realistisch. Ein Indikator für<br />
den Start der Spülung könnte ein vorher definierter Trübungsablaufwert sein.<br />
Das Problem der schwankenden Mischwasserqualitäten wird unter Betrachtung der<br />
aufgeführten Versuchsergebnisse verdeutlicht. Ohne Online-Messungen des Zulaufs ist eine<br />
optimale Behandlung von Mischwässern nicht zu bewerkstelligen. Fällung und Flockung<br />
müssen auf das zu behandelnde Wasser sehr gut abgestimmt werden. Einer Überdosierung<br />
an Flockungsmittel kann durch Zugabe eines Flockungshilfsmittels entgegengewirkt, jedoch<br />
nicht die Flockeneigenschaften einer optimalen Dosierung erreicht werden. Diesem Punkt<br />
muss deutliche Beachtung geschenkt werden, da eine nicht direkt identifizierbare
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 91<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Überdosierung (F6L5) vor allem zu Beginn einer Filterlaufzeit gute Ergebnisse suggerieren<br />
kann und eventuell in der Praxis nicht wahrgenommen wird. Die Folge ist ein unnötiger<br />
finanzieller Aufwand und eine weitere Belastung des Gewässers mit erhöhten<br />
Konzentrationen der Fäll- und Flockungsmittel im Ablauf.<br />
5.1.3.2 FeCl3 – Präparat<br />
Die Versuche mit Eisen(III)-Präparat wurden alle an einem Versuchstag bei mäßig<br />
belastetem Mischwasser (B1) durchgeführt. Die Zulaufkonzentrationen verhielten sich am<br />
gesamten Versuchstag relativ konstant. Die Abbildung stellt alle mittleren Eliminationsraten<br />
der durchgeführten Versuchsläufe zum Vergleich gegenüber. Alle Versuche wurden mit<br />
einem Durchsatz von 24 m/h bei unterschiedlichen Kompressionsgraden gefahren.<br />
Abbildung 52: FF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche F10L1 bis F10L5, FM2,<br />
FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser mit geringer Portho-Belastung B1 (Zulauf = linker<br />
Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 39: FF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche F10L1 bis F10L5, FM2,<br />
FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser mit geringer Portho-Belastung B1<br />
Versuch F10L1 F10L2 F10L3 F10L4 F10L5<br />
Kompression 30 % 30 % 40 % 30 % 40 %<br />
Chemikalien -<br />
FM2: 13,3 mg<br />
Fe/l<br />
FM2: 13,3 mg<br />
Fe/l<br />
FM2: 13,3 mg FM2: 13,3 mg<br />
Fe/l FHM: 1,4 mg Fe/l FHM: 1,4 mg<br />
WS/l<br />
WS/l<br />
Probenanz. 3 4 4 4 4<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 48 (23) 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 92<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Obwohl nur geringe Zulaufkonzentrationen von Portho (90 %) eines hoch belasteten Mischwassers (Portho_zu >5 mg/l) sind die<br />
Fällungseigenschaften des Eisen(III)-Präparates als weniger gut einzuschätzen.<br />
Allgemein ist die Elimination partikulärer Substanzen durch den Einsatz von FM2 (Fe)<br />
bezüglich dieser Mischwassereigenschaften hervorragend. Es konnte eine komplette<br />
Entfernung der partikulären Fraktionen ohne die Zugabe eines Flockungshilfsmittels erreicht<br />
werden (F10L2). Die Eisen(III)-Lösung ist wie das Aluminiumpräparat ein Flockungsmittel auf<br />
Basis von organischen Polyelektrolyten zur Förderung der Makroflockenbildung. Eindeutig ist<br />
festzustellen, dass die mit FM2 gebildeten Flocken bei Kompressionsgraden von 30 % und<br />
40 % hervorragend zurückgehalten werden können. Ob differierende Zusammensetzungen<br />
bestimmter Ingredienzien der beiden Flockungsmittel für den extremen Unterschied bei der<br />
Entfernung partikulärer Inhaltsstoffe eine Rolle spielen, kann hier durch fehlende Angaben<br />
der Hersteller nicht ermittelt werden.<br />
Die durch FM2 (Fe) gebildeten Makroflocken weisen sehr gute Eigenschaften und eine hohe<br />
Scherstabilität auf. Die Versuchsläufe wurden nach ca. einer Stunde ohne einen<br />
erkennbaren Durchbruch des Filters beendet. Auch bei der nachfolgenden Analyse wurden<br />
nahezu keine abfiltrierbaren Stoffe im Ablauf nachgewiesen. Dies konnte vorher nur bei den<br />
Versuchen mit Einsatz von PAC (mit FHM) bei F7L2 und F7L4, bei denen eine<br />
Überdosierung weitestgehend ausgeschlossen werden kann, beobachtet werden. Bei allen<br />
weiteren PAC-Testreihen traten die Flocken nach 10-15 min infolge ihrer schlechten<br />
Flockeneigenschaften auf Grund einer zu hohen Dosierung aus dem Filterbett aus.<br />
In Kombination mit FHM wurden durchschnittliche Ablaufwerte von 0,2 mg/l Portho erreicht.<br />
Eine Dosierung von FHM hat einen Anstieg der Eliminierungsraten der P-Fraktionen um<br />
ca. 15-20 % zur Folge. Grund ist die Entfernung der P-Fraktionen durch Einschlussflockung<br />
beim weiteren Zusammenschluss der bereits ausgebildeten Makroflocken durch FM2. Somit<br />
werden die P-Fraktionen mit den Makroflocken aus dem System entfernt.<br />
Durch fehlende vergleichbare Versuchsreihen ist jedoch nicht eindeutig zu belegen, ob eine<br />
optimale Dosierung bei dieser Versuchsreihe F10L2-5 erreicht wurde, oder ob eine weitere<br />
Erhöhung der Dosierung des FM oder FHM eine noch bessere Portho Entfernung zur Folge<br />
hätte, ohne negative Auswirkungen auf die anderen Parameter nach sich zu ziehen. Die<br />
Versuche zeigen, dass das eingesetzte Eisen(III)-Präparat in Kombination mit dem Fuzzy<br />
Filter® auch ohne den Einsatz eines FHM bei der Entfernung partikulärer Inhaltstoffe sehr<br />
gute Ergebnisse erzielen kann. Die durch das Eisen(III)-Präparat gebildeten Flocken können<br />
mittels Fuzzy Filter® komplett abgeschieden werden.<br />
5.1.3.3 Kombinationspräparat Chargepac 55<br />
Der einzige mit dem Kombinationspräparat Chargepac 55 durchgeführte Versuch wurde am<br />
Versuchstag 6 mit B2 Mischwasser und einer Filtergeschwindigkeit von 24 m/h gefahren. Der<br />
Versuch sollte die im Labor zuvor festgestellte geringe Scherstabilität der gebildeten Flocken<br />
geringer Größe bestätigen. Der Versuch wurde nach einer 15 minütigen Testphase wegen
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 93<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
sichtbarer Verschlechterung der Filterwirkung beendet. In Abbildung 53 sind die Zu- und<br />
Ablaufwerte und deren Verläufe für die Parameter CSBtot und AFS dargestellt.<br />
Abbildung 53: FF: F6L6 Verlauf der AFS und CSBpart Zu- und Ablaufkonzentrationen<br />
Die sofortige Verschlechterung der Filterwirkung über die Zeit ist neben den relativ geringen<br />
Eliminierungsraten für Chemikalienversuche der Parameter AFS (60 %) CSBtot (52 %) und<br />
CSBpart (70 %) ein Zeichen, dass ein Betrieb des Fuzzy Filters® mit dieser Chargepac 55-<br />
Dosierung keine optimale Variante darstellt. Eventuell ist eine Überdosierung für das direkte<br />
Durchtreten der Flocken mit verantwortlich, da eine Ablaufkonzentration von 0,05-0,07 mg/l<br />
Portho ermittelt wurde. Negative Auswirkungen einer möglichen Überdosierung konnten bei<br />
den anderen getesteten Verfahren (siehe Mikroflotation Kap.5.1.3) nicht festgestellt werden.<br />
Die zuvor durchgeführten Laborversuche haben jedoch eindeutig gezeigt, dass schon eine<br />
geringe mechanische Beanspruchung der gebildeten kleinen Flocken diese weitestgehend<br />
zerstören. Der Versuch unterstreicht die Annahme, dass die hohen hydraulischen<br />
Belastungen im Fuzzy Filter® Betrieb die Scherstabilität der gebildeten Flocken deutlich<br />
übersteigen. Die zuvor im Labor ermittelte geringe Stabilität und ein direktes Durchtreten der<br />
Flocken an der Anlage sind Gründe dafür, dass keine weiteren Versuche mit dem<br />
Kombinationspräparat durchgeführt wurden, um die Anlage für mehr Erfolg versprechende<br />
Versuche besser zu nutzen.<br />
5.1.3.4 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen können bezüglich der Versuchsergebnisse zur Mischwasserbehandlung<br />
mittels Fuzzy Filter® bei Chemikalieneinsatz getroffen werden:<br />
a) Allgemeine Aussagen<br />
� Eine nahezu 100 %ige Eliminierung von AFS konnte neben dem alleinigen Einsatz<br />
von Eisen(III)-Präparat auch mit PAC in Kombination mit anionischem<br />
Flockungshilfsmittel ermittelt werden.<br />
� Eine höhere Abtrennung partikulärer Inhaltsstoffe ist durch den Einsatz von<br />
Eisen(III)-Präparat gegenüber PAC zu erwarten.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 94<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
� Eine höhere Ausfällung gelöster Stoffe (Portho) ist durch den Einsatz von PAC<br />
gegenüber Eisen(III)-Präparat zu erwarten.<br />
� Bei geeigneter Chemikaliendosierung können gebildete Makroflocken durch<br />
alleinige Anwendung von Eisen(III)-Präparat und in Kombination mit FHM, sowie<br />
gebildete Agglomerate aus PAC nur in Kombination mit anionischem Polymer bei 30<br />
%iger und 40 %iger Filterbettkompression nahezu vollständig abgeschieden werden<br />
b) PAC-Versuche<br />
� Unter alleiniger Anwendung von PAC kann keine Makroflockenbildung bzw.<br />
Ausbildung gut abscheidbarer Agglomerate festgestellt werden.<br />
� Eine Überdosierung des Flockungsmittels in Kombination mit dem verwendeten<br />
Flockungshilfsmittel kann die Abtrennung partikulärer Stoffe deutlich vermindern.<br />
� Das anionische Flockungshilfsmittel kann einer Überdosierung der eingesetzten<br />
Flockungsmittel entgegenwirken.<br />
� Bei einer Portho-Fällung von
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 95<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 40: FF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten<br />
Lauf Betriebs-<br />
param.<br />
F7L2<br />
48 m/h,<br />
30 %<br />
F10L4<br />
24 m/h,<br />
30 %<br />
F10L2 24m/h,<br />
30 %<br />
n FM/FHM<br />
[mg<br />
WS/l]<br />
3 FM1:<br />
12,6/2,9<br />
4 FM2:<br />
13,3/1,4<br />
4 FM2:13,3 B1<br />
MWQ AFS<br />
[%]<br />
(mAb<br />
[mg/l])<br />
99,9<br />
C3<br />
(
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 96<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.2.1.1 Versuchstag 13 (14.09.2010)<br />
Am Versuchstag 13 wurden die ersten Versuche mit dem Tuchfilter (Weg 1; siehe Abb. 32)<br />
betrieben. Das Mischwasser wurde zur Kategorie B1 zugeordnet. Insgesamt wurden zwei<br />
Versuchsläufe ohne Chemikalien mit unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten gefahren. Bei<br />
T13L1 betrug die Filtergeschwindigkeit 6,25 m/h. T13L2 wurde mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 3,75 m/h durchgeführt. Je nach Laufzeit eines Versuchs wurden<br />
die Probenahmeintervalle auf 5 oder 10 min festgesetzt. Durch die geringere<br />
Filtergeschwindigkeit von 3,75 m/h verlängerte sich die Versuchslaufzeit auf 54 min bis zur<br />
Erreichung der voreingestellten Wasserspiegeldifferenz von 20 cm, bei der die<br />
Filtertuchreinigung einsetzte. Bei dem Versuch mit der höheren Filtergeschwindigkeit von<br />
6,25 m/h lag die Filterlaufzeit eines Versuchslaufs bei 23 min.<br />
Tabelle 42: T13: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Filtergeschw.<br />
[m/h]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot,<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
T13L1 6 23 6,25 14 (49) 99 (139) 45 (88) 1,52 (1,64) 0,90 (0,91)<br />
T13L2 7 54 3,75 14 (48) 109 (145) 47 (80) 1,52 (1,72) 0,98 (0,95)<br />
5.2.1.2 Versuchstag 14 (17.10.2010)<br />
Am Versuchstag 14 wurde ein Versuchslauf ohne Chemikalien durchgeführt, sowie drei<br />
weitere mit dem Nalco-Präparat FM 71232 (FM1). Die Beschickung des Tuchfilters erfolgte,<br />
wie alle Chemikalienversuche über Weg 2 (siehe Abb. 32). Die Mischwasserqualität ist mit<br />
B3 einzustufen. Allerdings können die Versuche mit Chemikaliendosierung nur bedingt<br />
ausgewertet werden, da die FM-Charge fehlerhaft war. Die Abläufe zeigten eine gelbliche<br />
Verfärbung und die AFS-Ablaufwerte lagen ca. 100 % über den Zulaufwerten. Der Lauf ohne<br />
Chemikalien-Dosierung wird in Kapitel 4.2.2 dargestellt. T14L1 wurde nach 45 min<br />
abgebrochen, da sich keine Änderung der Wasserspiegeldifferenz einstellte. Die<br />
Probenahme erfolgte alle 20 min.<br />
Tabelle 43: T14: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Filtergeschw.<br />
[m/h]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
T14L1 3 45 2,5 59 (67) 165 (192) 89 (117) 3,43 (3,68) 1,91 (2,02)<br />
5.2.1.3 Versuchstag 15 (20.10.2010)<br />
Am Versuchstag 15 wurden drei Läufe gefahren. Die Versuche wurden relativ zeitnah nach<br />
der Beschickung des Beckens gestartet. Das Mischwasser besaß die Qualitätsstufe D3.<br />
Die Filtergeschwindigkeit betrug 2,5 m/h, bedingt durch die vorgeschaltete Flockungsanlage.<br />
Als Flockungsmittel kam FM 71232 (FM1, PAC) und als Flockungshilfsmittel das Polymer<br />
Nalco 7757 (FHM) zum Einsatz. Die Probenahmeintervalle lagen bei 5 min.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 97<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
In Tabelle 44 werden die einzelnen Versuche mit der jeweiligen Chemikaliendosierung<br />
aufgezeigt.<br />
Tabelle 44: T15: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM1/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T15L1 5 15 12,6 / 7,1 61 (135) 194 (288) 105 (190)<br />
T15L2 5 13 25,1 / 8,5 20 (129) 116 (283) 31 (198)<br />
T15L3 3 10 25,1 / 9,8 4 (135) 89 (285) 7 (203)<br />
5.2.1.4 Versuchstag 16 (04.11.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
3,74<br />
(6,40)<br />
1,28<br />
(6,52)<br />
0,28<br />
(5,98)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,98 (2,89)<br />
0,60 (2,90)<br />
0,13 (2,80)<br />
Versuchstag 16 wurde für Versuche mit Mischwasser der Stufe B3 mit dem Kombipräparat<br />
Chargepac 55 in unterschiedlichen Dosierungen genutzt. Die Filtergeschwindigkeit wurde auf<br />
2,5 m/h eingestellt. Je nach Laufzeit der einzelnen Versuche erfolgte die Probenahme alle 5<br />
bis 10 min. Die unterschiedlichen Laufzeiten sind Tabelle 45 zu entnehmen.<br />
Tabelle 45: T16: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
KP<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T16L1 5 25 8,2 41 (62) 125 (171) 49 (87)<br />
T16L2 6 34 12,3 78 (62) 137 (169) 71 (87)<br />
T16L3 5 38 16,5 102 (59) 150 (165) 90 (91)<br />
5.2.1.5 Versuchstag 17 (06.11.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,87<br />
(3,67)<br />
2,79<br />
(3,75)<br />
3,11<br />
(3,65)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,56 (2,27)<br />
0,63 (2,14)<br />
0,26 (2,25)<br />
Am Versuchstag 17 wurden zwei Versuche mit A1-Mischwasser und einer FeCl3-Dosierung<br />
durchgeführt. Die Filtergeschwindigkeit betrug 2,5 m/h. Als Flockungsmittel kam das Nalco-<br />
Produkt 71260 (FM2, Fe) zum Einsatz. T17L1-2 wurden mit einer 9,4 mg Fe/l Dosierung<br />
gefahren. T17L2 wurde zusätzlich mit 1,4 mg WS/l FHM betrieben. Die Probenahme erfolgte<br />
alle 5 min (T17L1) bzw. alle 10 min (T17L2).<br />
Tabelle 46: T17: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM2/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot,<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T17L1 5 26 9,4 / - 7 (12) 38 (62) 11 (29)<br />
T17L2 5 41 9,4 / 1,4 15 (20) 44 (70) 18 (37)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
0,33<br />
(1,14)<br />
0,53<br />
(1,30)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
0,06 (0,68)<br />
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 98<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.2.1.6 Versuchstag 18 (12.11.2010)<br />
Der Tuchfilter wurde am Versuchstag 18 mit einer Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h und<br />
B2-Mischwasser betrieben. Als Flockungsmittel kam das FeCl3-Präparat Nalco 71260 (FM2)<br />
zum Einsatz. Zusätzlich wurde bei T18L3 das Flockungshilfsmittel Nalco 7757 (FHM) zu<br />
dosiert. Für die Spezialanalysen für das Labor der <strong>Berlin</strong>er Wasserbetriebe wurden Proben<br />
zur 15ten min von T18L3 genommen. Die Probenahmeintervalle lagen bei 5 min bzw.<br />
10 min.<br />
Tabelle 47: T18: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM2/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot,<br />
zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T18L1 3 10 9,4 / - 5 (46) 46 (108) 7 (61)<br />
T18L2 4 30 11,3 / - 31 (48) 75 (121) 40 (77)<br />
T18L3 5 19 9,4 / 1,0 16 (43) 58 (114) 20 (70)<br />
5.2.1.7 Versuchstag 19 (16.11.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
0,50<br />
(2,16)<br />
1,05<br />
(2,38)<br />
0,62<br />
(2,30)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
0,21 (1,22)<br />
0,05 (1,27)<br />
0,08 (1,22)<br />
Am Versuchstag 19 wurden vier Versuche mit einer Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h<br />
durchgeführt. Das Regenüberlaufbecken wurde während der Versuchsläufe weiter beschickt.<br />
Die Konzentration der Zulaufwerte nahm über den Tagesverlauf ab. Das Mischwasser<br />
gehörte zur Kategorie B2. Als Flockungsmittel kam das Nalco-Produkt 71260 (FM2) zum<br />
Einsatz. Die Versuche wurden mit unterschiedlichen Konzentrationen gefahren. Die<br />
Probenahme erfolgte alle 5 bzw. 10 min.<br />
Tabelle 48: T19: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM2/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T19L1 5 34 7,9 / - 60 (88) 127 (195) 58 (111)<br />
T19L2 4 15 9,4 / - 40 (96) 142 (229) 72 (139)<br />
T19L3 3 9 10,4 / - 19 (83) 90 (166) 26 (98)<br />
T19L4 3 11 11,3 / - 21 (71) 67 (147) 22 (87)<br />
5.2.1.8 Versuchstag 20 (22.11.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,59<br />
(4,00)<br />
1,98<br />
(2,82)<br />
0,65<br />
(1,98)<br />
0,49<br />
(1,78)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
0,65 (1,85)<br />
0,42 (1,27)<br />
0,13 (0,90)<br />
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 99<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 49: T20: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T20L1 5 38 - 63 (101) 201 (261) 98 (141)<br />
T20L2 6 49 - 62 (93) 207 (252) 94 (132)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
3,33<br />
(3,81)<br />
3,36<br />
(3,80)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,77 (1,82)<br />
1,77 (1,84)<br />
5.2.1.9 Versuchstag 21 (14.01.2011)<br />
Der Versuchstag 21 wurde für weitere Versuche ohne Chemikalien mit Mischwasser der<br />
Kategorie C2 genutzt. Die Konzentration der Zulaufwerte nahm im Tagesverlauf ab. Die<br />
Besonderheit der Läufe liegt in der Verwendung des zuvor neu aufgespannten Mikrofaser-<br />
Filtertuches.<br />
T21L1-3 wurden mit unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten (2,5; 5 und 7,5 m/h) gefahren.<br />
Die Anlage wurde über Weg 1 beschickt. Die Laufzeiten betrugen 12 (T21L1), 21 (T21L2)<br />
und 54 min (T21L3).<br />
Tabelle 50: T21: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Filtergeschw.<br />
[m/h]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T21L1 4 12 7,5 55 (144) 138 (238) 66 (167)<br />
T21L2 4 21 5 39 (123) 128 (221) 60 (151)<br />
T21L3 6 50 2,5 25 (99) 128 (192) 66 (128)<br />
5.2.1.10 Versuchstag 22 (27.01.2011)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,13<br />
(2,74)<br />
1,98<br />
(2,58)<br />
1,90<br />
(2,40)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,08 (1,07)<br />
1,05 (1,03)<br />
0,96 (0,98)<br />
Am Versuchstag 22 wurde ein Lauf ohne Chemikalien mit dem Mikrofaser-Filtertuch<br />
durchgeführt. Die Beschickung des Tuchfilters erfolgte über Weg 1 mit einem Durchsatz von<br />
15 m³/h (vF= 7,5 m/h). Die Mischwasserqualität wurde auf B3 eingestuft. Da kaum eine<br />
Änderung der Wasserspiegeldifferenz zu verzeichnen war, wurde der Lauf nach 90 min<br />
abgebrochen. Die Probenahmeintervalle betrugen 15 bzw. 30 min.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 100<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 51: T22: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
Filtergeschw.<br />
[m/h]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
T22L1 6 (90) 7,5 51 (60) 160 (169) 82 (93)<br />
5.2.2 Auswertung Tuchfilter - Versuche ohne Chemikalien<br />
5.2.2.1 Einfluss der Filterlaufzeit auf die Filterwirkung<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
3,40<br />
(3,44)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,14 (2,10)<br />
Am Versuchstag 20 wurde ein Langzeitversuch von ca. 89 min ohne Einsatz von<br />
Chemikalien mit einer Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h durchgeführt (Standard Filtertuch).<br />
In Abbildung 54, in der die AFS-Zu- und Ablaufwerte über die Versuchslaufzeit dargestellt<br />
werden, ist die Tuchreinigung nach 38 min durch den sprunghaften Anstieg des Ablaufwertes<br />
erkennbar.<br />
Abbildung 54: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Die AFS-Zulaufwerte nehmen über die Versuchslaufzeit kontinuierlich ab. Grund hierfür ist<br />
die fortschreitende Sedimentation der partikulären Mischwasserinhaltsstoffe im<br />
Regenüberlaufbecken. Nach der Reinigungsphase wird über die Abnahme der AFS-<br />
Ablaufwerte die zunehmende Beladung des Filtertuchs und damit bessere Filterwirkung<br />
ersichtlich. Durch die Reinigung des Filtertuches wird die Filtergeschwindigkeit erhöht und<br />
die Ablaufwerte steigen zunächst sprunghaft an. Mit zunehmender Beladung des Tuches<br />
verringert sich die Filtergeschwindigkeit und die Ablaufwerte sinken, wie in den beiden<br />
Teilläufen ersichtlich, über die Filterlaufzeit ab. Bedingt durch die weitere Beladung bildet<br />
sich ein Filterkuchen aus, der wiederrum die Filtergeschwindigkeit zusätzlich herabsetzt. Bei<br />
geringeren Filtergeschwindigkeiten werden Scherkräfte minimiert und die Bedingungen für<br />
weitere Anlagerungen einzelner Partikel optimiert.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 101<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 55: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Auch für die Parameter CSBtot und CSBpart ist eine geringe Abnahme der Zulaufwerte zu<br />
beobachten. Die automatische Tuchreinigung ist zur Minute 38 über den Anstieg der<br />
Ablaufwerte gut erkennbar. Die Ablaufwerte der beiden Teilläufe liegen auf einem ähnlichen<br />
Niveau.<br />
Abbildung 56: TF: T20L1 bis T20L2, Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über die<br />
gesamte Filterlaufzeit, vF= 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Die Ptot-Zulaufwerte liegen bei 3,8 mg/l und die Ablaufwerte zwischen 3,16 und 3,61 mg/l.<br />
Auch hier ist die Tuchreinigung gut erkennbar. Für den Parameter Portho kann wie erwartet<br />
kaum eine Reinigungsleistung verzeichnet werden, dadurch ist auch kein Anstieg des<br />
Ablaufwertes während der Reinigung zu beobachten. Auf eine Darstellung der Portho-<br />
Verlaufskurve wird verzichtet.<br />
In Tabelle 52 werden die mittleren Zu- und Ablaufwerte der beiden Teilläufe aufgezeigt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 102<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 57: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T20L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser C2 (Zulauf = linker Balken<br />
einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 52: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T20L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser C2<br />
Versuch T20L1 T20L2<br />
vF [m/h] 2,5<br />
Filtertuch Standard<br />
Chemikalien ohne Chemikalien<br />
Probenanzahl 5 6<br />
Parameter<br />
Eliminierungsrate [%],<br />
(mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 38 (62) 33 (63)<br />
CSBtot 23 (207) 18 (205)<br />
CSBpart 30 (94) 29 (96)<br />
Ptot 13 (3,33) 12 (3,36)<br />
Portho 3 (1,77) 4 (1,77)<br />
Die AFS-Eliminierungsrate beträgt für den ersten Teillauf ca. 38 %, für den zweiten 33 %.<br />
Auch für den Parameter CSBtot ist eine Abnahme der Eliminierungsraten zwischen den<br />
beiden Läufen erkennbar. Diese Beobachtung hängt mit den geringer werdenden<br />
Zulaufkonzentrationen der Parameter AFS und CSBtot über die gesamte Filterlaufzeit<br />
zusammen. Die Eliminierungsleistung des Tuches hängt von der Mischwasserzusammensetzung<br />
ab. Höhere Partikelkonzentrationen können je nach Größe der Partikel<br />
besser zurück gehalten werden als geringe, da der Filter schneller beladen wird und sich so<br />
weitere Partikel anlagern können. Dies wird durch die unterschiedlichen Laufzeiten der<br />
einzelnen Teilläufe bestätigt. Die Laufzeit des Filtrationsprozesses der beiden Teilläufe<br />
erhöht sich von 38 min (T20L1) auf 49 min (T20L2). Generell werden trotz erhöhter<br />
Zulaufwerte bei T20L1 die gleichen Ablaufkonzentrationen wie bei T20L2 erreicht.<br />
5.2.2.2 Einfluss unterschiedlicher Filtergeschwindigkeiten<br />
a) Versuche mit dem Standard – Filtertuch<br />
Am Versuchstag 13 wurden zwei Versuche (Standard Filtertuch) mit unterschiedlichen<br />
Filtergeschwindigkeiten ohne Chemikalien-Dosierung gefahren (T13L1: 6,25 m/h, T13L2:<br />
3,75 m/h).
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 103<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 58: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: B1<br />
Bei der Betrachtung der AFS-Zulaufwerte zeigt sich für T13L1 eine kontinuierliche Abnahme<br />
über die Versuchslaufzeit, welche sich auch auf die Ablaufwerte überträgt. Die zweite<br />
Ablaufprobe bei T13L1 lässt auf einen Messfehler schließen. Die Abnahme der Zulaufwerte<br />
begründet sich aus der Sedimentation der partikulären Stoffe im RÜB. T13L2 zeigt für die<br />
ersten 35 min eine stetige Verringerung der Ablaufwerte. Die höheren Ablaufwerte ab Minute<br />
35 könnten auf einen Durchbruch einzelner Partikel hinweisen, welche mit zunehmender<br />
Beladung durch das Standard Filtertuch gedrückt werden. Der erhöhte Zulaufwert der<br />
54 min-Probe spiegelt sich auch bei den CSB- und P-Werten wieder. Vermutlich resultiert<br />
der Wert aus einer erneuten Beckenbeschickung, welche die zum Teil sedimentierten<br />
Partikel im RÜB wieder aufwirbelt. Der Ablaufwert der 54 min-Probe zeigt an, dass bei hohen<br />
Zulaufwerten mit einem hohen Anteil größerer Partikel, verursacht durch die<br />
Beckenbeschickung, die Eliminierungsleistung positiv beeinflusst wird. Insgesamt liegen die<br />
Zulaufwerte für T13L1 um 10 mg/l höher als bei T21L2 (ohne Betrachtung der 54 min-<br />
Probe). Die mittleren Ablaufwerte betragen bei T13L1 und T13L2 jeweils 14 mg/l.<br />
Abbildung 59: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: B1<br />
Die Verläufe der CSB-Ablaufwerte von T13L1 zeigen die zunehmende Beladung des<br />
Filtertuches über die Versuchslaufzeit an. Bei T13L2 bleiben die Ablaufwerte trotz<br />
Schwankungen der Zulaufwerte relativ konstant. Die mittleren CSBpart-Ablaufwerte liegen für<br />
beide Versuche im Bereich von 45-47 mg/l.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 104<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 60: TF: T13L1-2 Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: B1<br />
Die P-Zulaufwerte nehmen bei T13L1 über die Versuchslaufzeit ab. Die Ablaufwerte zeigen<br />
einen ähnlichen Verlauf wie die Zulaufwerte. Bei T13L2 verhalten sich die Ptot-Ablaufwerte<br />
identisch zu den CSBpart-Ablaufwerten. Trotz Zulaufschwankungen zeigen sie nahezu keine<br />
Veränderung auf. Der mittlere Zulauf liegt bei T13L2 höher als bei T13L1. Der T13L1-<br />
Ablaufwert zur Minute 23 (kurz vor der Filtertuchreinigung) weist den geringsten Ptot-Wert<br />
von 1,3 mg/l auf. Insgesamt liegen die mittleren Ablaufwerte von beiden Versuchen bei<br />
1,52 mg/l.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 105<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 61: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T13L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, mäßig belastetes Mischwasser B1 (Zulauf =<br />
linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 53: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T13L1-2 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 6,25 bzw. 3,75 m/h, mäßig belastetes Mischwasser B1<br />
Versuch T13L1 T13L2*<br />
vF [m/h] 6,25 3,75<br />
Filtertuch Standard<br />
Chemikalien ohne Chemikalien<br />
Probenanzahl 6 6*<br />
Parameter<br />
Eliminierungsrate [%],<br />
(mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 72 (14) 64 (14)<br />
CSBtot 29 (99) 25 (109)<br />
CSBpart 49 (45) 41 (47)<br />
Ptot 7 (1,52) 12 (1,52)<br />
Portho 0 (0,91) 3 (0,95)<br />
*Die Werte der 54 min-Probe sind nicht in der Berechnung der mittleren Ablaufwerte /Eliminierungsraten<br />
enthalten.<br />
Die Darstellung der mittleren Zu- und Ablaufwerte zeigt die unterschiedlichen Zulaufwerte<br />
der Versuche T13L1 und T13L2. Beide Versuche weisen trotz unterschiedlicher<br />
Filtergeschwindigkeiten und Zulaufschwankungen nahezu identische mittlere Ablaufwerte<br />
auf. Bei der Betrachtung der Eliminierungsraten zeigt sich, dass bei Versuch T13L1 mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 6,25 m/h für die Parameter AFS und CSBpart etwas höhere<br />
Eliminierungsraten im Vergleich zu Versuch T13L2 mit einer Filtergeschwindigkeit von<br />
3,75 m/h erreicht werden können. Die höheren Eliminierungsraten setzen sich meist aus den<br />
höheren Zulaufwerten bei Versuch T13L1 zusammen. Bei T13L1 kann bei höheren<br />
Zulaufwerten der partikulären Stoffe ein besserer absoluter Rückhalt bei gleichen<br />
Ablaufkonzentrationen wie bei T13L2 erreicht werden. T13L2 weist bei höheren<br />
P-Zulaufwerten höhere Eliminierungsgrade der P-Fraktion bei niedrigerer<br />
Filtergeschwindigkeit auf.<br />
Durch die erhöhte Filtergeschwindigkeit wird die Beladung des Tuches beschleunigt.<br />
Partikuläre Stoffe bilden so schneller einen Filterkuchen. Dadurch erhöht sich der<br />
Filterwiderstand und der Wasserspiegel im Filterbecken steigt schneller an, welcher die
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 106<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
automatische Tuchreinigung in Gang setzt. Dies wird durch die unterschiedlichen<br />
Filterlaufzeiten verdeutlicht. Bei T13L1 beträgt diese 23 min und bei T13L2 54 min.<br />
Bei geringeren Filtergeschwindigkeiten dauert die Filterlaufzeit deutlich länger, dadurch<br />
könnte eine Ausbildung eines Filterkuchens optimiert werden. Dieser Effekt verringert die<br />
Filtergeschwindigkeit zusätzlich. Scherkräfte werden reduziert und eine Anlagerung kleinerer<br />
Partikel sowie ein Einschluss gelöster Stoffe werden optimiert. Vermutlich resultiert daher der<br />
bessere absolute Rückhalt des Parameters Ptot bei dem Versuch mit der geringeren<br />
Filtergeschwindigkeit.<br />
b) Mikrofaser Filtertuch Versuche<br />
Am Versuchstag 21 wurden drei Versuche ohne Chemikalien-Dosierung mit dem Mikrofaser<br />
Filtertuch und unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten durchgeführt (T21L1: 7,5 m/h,<br />
T21L2: 5 m/h T21L3: 2,5 und m/h).<br />
Abbildung 62: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der AFS-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Auffällig sind die über den Versuchstag abnehmenden Zulaufwerte, bedingt durch die<br />
Sedimentation im RÜB. Die Verringerung der Ablaufwerte über die Versuchslaufzeit ist bei<br />
allen Versuchen zu beobachten. Besonders bei T21L3 mit einer Filtergeschwindigkeit von<br />
2,5 m/h wird die zunehmende Beladung des Tuches über den Verlauf der Ablaufkurve<br />
ersichtlich. Der erhöhte Ablaufwert zur 50. min könnte einen Partikel-Durchbruch oder einen<br />
Messfehler andeuten. Grundsätzlich weisen die Ergebnisse bei geringeren<br />
Filtergeschwindigkeiten auf kleinere Ablaufwerte hin mit deutlicher Erhöhung der<br />
Filterlaufzeit.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 107<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 63: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der CSB-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Die Betrachtung der CSB-Ablaufwerte zeigt, dass mit abnehmender Filtergeschwindigkeit die<br />
Eliminierungsraten geringer werden. Ein Problem bei der Betrachtung stellen die<br />
abnehmenden Zulaufwerte dar. Die CSB-Ablaufwerte liegen für alle Versuche auf einem<br />
ähnlichen Niveau.<br />
Abbildung 64: TF: T21L1-3 Zu- und Ablaufkonzentrationen der P-Fraktion über die gesamte<br />
Filterlaufzeit, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, ohne Chemikalienanwendung, MWQ: C2<br />
Die Ablaufkurven des Parameters Ptot verlaufen für die drei Versuche nahezu parallel<br />
unterhalb der Zulaufkurven (siehe Abb. 64). Unabhängig von den abnehmenden<br />
Zulaufwerten und den unterschiedlichen Filtergeschwindigkeiten liegen die Ptot-<br />
Eliminierungsraten bei allen Versuchen um die 22 %.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 108<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 65: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T21L1-3 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser C2 (Zulauf =<br />
linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 54: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T21L1-3 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 7,5 bzw. 5 bzw. 2,5 m/h, stark belastetes Mischwasser C2<br />
Versuch F21L1 F21L2 F21L3<br />
vF [m/h] 7,5 5 2,5<br />
Filtertuch Mikrofaser<br />
Chemikalien ohne Chemikalien<br />
Probenanzahl 4 4 6<br />
Parameter Eliminierungsrate [%], (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 62 (55) 68 (39) 75 (25)<br />
CSBtot 44 (138) 42 (128) 34 (128)<br />
CSBpart 61 (66) 60(60) 49 (66)<br />
Ptot 22 (2,13) 23 (1,98) 21 (1,90)<br />
Portho 0 (1,08) 0 (1,05) 1,5 (0,96)<br />
Bei der Betrachtung des Parameters AFS wird deutlich, dass mit abnehmender<br />
Filtergeschwindigkeit die Eliminierungsrate trotz niedrigeren Zulaufwerten steigt. Der<br />
Versuch T21L3 zeigt niedrigere AFS-Ablaufwerte im Vergleich zu T21L1-2. Die Versuche<br />
T21L1-2 besitzen bis auf den Parameter AFS identische Eliminierungsraten bei sinkenden<br />
CSB-Zulaufkonzentrationen. Die geringeren CSB-Eliminierungsraten bei T21L3 weisen auf<br />
die abnehmenden Zulaufwerte hin, da die erreichten Ablaufwerte für alle drei Versuche<br />
unabhängig von der Filtergeschwindigkeit nahezu konstant sind. Eine Eliminierung des<br />
Parameters Portho kann ohne Einsatz von Chemikalien wie erwartet nicht erreicht werden.<br />
Wegen der relativ hohen Abnahme der Zulaufwerte kann bei Verringerung der<br />
Filtergeschwindigkeit und geringeren mittleren AFS-Ablaufwerten eine Abnahme des<br />
absoluten Rückhalts von Lauf T21L1 zu Lauf T21L3 festgestellt werden.<br />
5.2.2.3 Vergleich der ermittelten Reinigungsleistungen<br />
In dem folgenden Balkendiagramm (Abb. 66) sind die jeweiligen Versuche ohne Chemikalien<br />
bei ähnlichen Filtergeschwindigkeiten gegenübergestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 109<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 66: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T13L2, T20L1-2 und T21L3<br />
ohne Chemikalienanwendung, vF= 3,75 bzw. 2,5 m/h, unterschiedlich belastete Mischwässer<br />
(Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 55: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T13L2, T20L1-2 und<br />
T21L3 ohne Chemikalienanwendung, vF= 3,75 bzw. 2,5 m/h, unterschiedlich belastete<br />
Mischwässer<br />
Versuch F13L2 F20L1-2 F21L3<br />
vF [m/h] 3,75 2,5 2,5<br />
Filtertuch Standard Standard Mikrofaser<br />
Chemikalien ohne Chemikalien<br />
Probenanzahl 7 11 6<br />
Parameter Eliminierungsrate [%], (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 64 (14) 35 (63) 74 (25)<br />
CSBtot 25 (109) 20 (205) 34 (128)<br />
CSBpart 41 (47) 30 (96) 49 (66)<br />
Ptot 12 (1,52) 12 (3,35) 21 (1,90)<br />
Portho 3,2 (0,95) 3,4 (1,77) 1,5 (0,96)<br />
Bei der Betrachtung der Versuche mit dem Standard Filtertuch zeigt sich für T13L2 mit<br />
niedriger Mischwasserqualität (B1) und leicht erhöhter Filtergeschwindigkeit eine schlechtere<br />
absolute Entfernung der untersuchten Parameter als bei T20L1-2 (MWQ: C2). Die CSBtot-,<br />
Ptot- und Portho-Eliminierungsraten liegen für die beiden Versuche mit dem Standard Filtertuch<br />
in einem ähnlichen Bereich, obwohl die Zulaufkonzentrationen deutlich von einander<br />
abweichen. Die hohen Eliminierungsraten der partikulären Stoffe von T13L2 könnten durch<br />
unterschiedliche Mischwassereigenschaften hervorgerufen werden. So würde ein erhöhter<br />
Anteil an größeren Partikeln die Eliminierungsrate positiv beeinflussen. Untersuchungen zur<br />
Partikelgrößenverteilung der jeweiligen Mischwässer wurden im Rahmen des Projektes<br />
allerdings nicht durchgeführt. Die guten Eliminierungsraten der partikulären Stoffe von T13L2<br />
konnten mit dem Standard Filtertuch nicht wiederholt erzielt werden.<br />
Der Vergleich der Versuchstage 20 und 21 mit ähnlichen Mischwasserqualitäten bezogen<br />
auf die partikulären Stoffe zeigt eindeutig die bessere Filterwirkung des Mikrofaser<br />
Filtertuches. Außer für den Parameter Portho liegen alle Eliminierungsraten höher als bei<br />
T13L2 und T20L1-2. Durch die Mikrofasern, welche einen Einzelfilamentdurchmesser von<br />
ca. 7,4 µm (Standard Tuch: 27,4 µm) besitzen, werden bei gleicher Faserlänge wie bei dem
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 110<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Standard Tuch (12 mm) durch das Ablegen der Polfasern feinere Durchflusskanäle erzeugt,<br />
welche einen besseren Rückhalt der partikulären Stoffe verursachen.<br />
5.2.2.4 Versuche mit geringer Reinigungsleistung<br />
Im folgenden Abschnitt werden zwei Läufe ohne Chemikaliendosierung aufgezeigt, bei<br />
denen deutlich geringere Eliminierungsraten im Vergleich zu den oben dargestellten<br />
Versuchsergebnissen ermittelt wurden. Die Läufe werden gesondert betrachtet, da nach 45<br />
(T14L1) bzw. 90 min (T22L1) Laufzeit sich keine bzw. kaum eine Wasserspiegeldifferenz<br />
einstellte. Die Läufe wurden, bevor es zu einer automatischen Filtertuchreinigung kommen<br />
konnte, aus Zeitgründen abgebrochen. Das Mischwasser besitzt an beiden Versuchstagen<br />
die MWQ-Stufe B3.<br />
Abbildung 67: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T14L1 und T22L1 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 bzw. 7,5 m/h, mäßig belastete Mischwässer B3 (Zulauf = linker<br />
Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 56: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T14L1 und T22L1 ohne<br />
Chemikalienanwendung, vF= 2,5 bzw. 7,5 m/h, mäßig belastete Mischwässer B3<br />
Versuch T14L1 T22L1<br />
vF [m/h] 2,5 7,5<br />
Filtertuch Standard Mikrofaser<br />
Chemikalien ohne Chemikalien<br />
Probenanzahl 3 6<br />
Parameter<br />
Eliminierungsrate [%],<br />
(mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 12 (59) 15 (51)<br />
CSBtot 14 (165) 6 (154)<br />
CSBpart 24 (89) 12 (82)<br />
Ptot 7 (3,43) 1,2 (3,40)<br />
Portho 5 (1,91) 0 (2,14)<br />
An Hand der Ergebnisse und dem geringen Anstieg der Wasserspiegeldifferenz kann<br />
geschlussfolgert werden, dass es sich wahrscheinlich an den beiden Versuchstagen um<br />
Mischwasser mit äußerst geringen Partikelgrößen handelt. Bei T22L1 mit hoher<br />
Filtergeschwindigkeit und unter Verwendung des feinen Mikrofaser Tuches beträgt die AFS-<br />
Eliminierungsrate 15 %; bei T14L1 mit dem Standard Filtertuch nur 12 %.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 111<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Bei Tuchfilterversuchen auf der KA Gümmerwald wurde die Partikelgrößenverteilung des<br />
Filterablaufs ermittelt. Daraus ergaben sich für das Standard Filtertuch (PA13) D50-Werte von<br />
10 µm und für das feinere Filtertuch (PE15) D50-Werte von 4,5 µm. [Grabbe 1998]<br />
Dies könnte für den Versuchstag 14 bedeuten, dass ein Großteil der im Zulauf vorhandenen<br />
Partikel einen Durchmesser kleiner 10 µm besitzt. Die abgeschiedenen 12 % setzen sich aus<br />
Partikeln größer 10 µm und kleineren Partikel, welche durch Anlagerung mit entfernt werden,<br />
zusammen.<br />
Für den Versuchstag 22 kann aus den D50-Werten der Versuche des Standortes KA<br />
Gümmerwald abgeleitet werden, dass ein Großteil der Partikel des Mischwassers einen<br />
Durchmesser kleiner 4,5 µm aufweisen. Da im Rahmen des Projektes keine<br />
Partikelgrößenverteilungen bestimmt wurden, können nur Abschätzungen über die<br />
auftretenden Partikelgrößen vorgenommen werden.<br />
Da anfallende Mischwässer starke Konzentrationsschwankungen und unterschiedliche<br />
Partikelgrößenverteilungen aufweisen, ist eine Betriebsweise ohne Chemikalieneinsatz nur<br />
bedingt zu empfehlen. Es können Wässer mit sehr geringen Partikelgrößen auftreten, welche<br />
ohne Einsatz von Chemikalien nicht ausreichend behandelt werden können.<br />
5.2.2.5 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen beziehen sich auf die ermittelten Versuchsergebnisse der<br />
Mischwasserbehandlung mittels Tuchfilter ohne Chemikalieneinsatz.<br />
� Die Ablaufkonzentrationen bleiben bei geringfügigen Zulaufschwankungen stabil.<br />
(T20L1-2)<br />
� Hohe Zulaufkonzentrationen bewirken einen höheren absoluten Rückhalt der Stoffe.<br />
� Die Annahme, dass mit Erhöhung der Filtergeschwindigkeit die Filterleistung abnimmt<br />
kann wegen starker Schwankung der Zulaufkonzentrationen nicht eindeutig bestätigt<br />
werden.<br />
� Am Versuchstag 13 werden bei T13L1 mit vF= 6,25 m/h und höheren Zulaufwerten<br />
die gleichen Ablaufwerte wie bei T13L2 mit vF= 3,75 m/h erzielt.<br />
� Höhere Filtergeschwindigkeiten sowie höhere Zulaufkonzentrationen verkürzen die<br />
Filterlaufzeit und damit erhöht sich die Anzahl der notwendigen Reinigungen.<br />
� Das Mikrofaser-Filtertuch weist im Vergleich zum Standard-Filtertuch bessere<br />
Eliminierungsraten auf.<br />
� Bei Versuchen mit dem Mikrofaser-Filtertuch werden mit abnehmender<br />
Filtergeschwindigkeit geringere AFS-Ablaufwerte erzielt.<br />
Folgende Eliminierungsraten konnten mit dem Tuchfilter ohne Chemikalieneinsatz erzielt<br />
werden.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 112<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 57: TF: Vergleich der mittleren Eliminierungsraten der Versuche mit Standard und<br />
Mikrofaser Filtertuch ohne Chemikalieneinsatz<br />
Lauf<br />
T13L1-2<br />
T20L1-2<br />
T21L1-3<br />
vF [m/h]<br />
(Filtertuch)<br />
2,5-6,25<br />
(Standard)<br />
2,5-7,5<br />
(Mikrofaser)<br />
n MWQ<br />
23 B1-C2<br />
14 C2<br />
AFS<br />
[%]<br />
33-72<br />
45<br />
62-75<br />
68<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
18-29<br />
24<br />
34-44<br />
40<br />
CSBpart<br />
[%]<br />
29-49<br />
37<br />
49-61<br />
57<br />
Ptot<br />
[%]<br />
7-13<br />
11<br />
21-23<br />
22<br />
Portho<br />
[%]<br />
0-4<br />
2<br />
0-2<br />
1
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 113<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.2.3 Auswertung Tuchfilter Chemikalienversuche<br />
Alle Chemikalienversuche wurden mit dem Standard Filtertuch und einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h durchgeführt.<br />
5.2.3.1 PAC – Präparat<br />
Die Versuche mit dem Polyaluminiumchlorid-Präparat FM 71232 (FM1, PAC) der Firma<br />
Nalco und dem anionischen Polymer Nalco 7757 (FHM) werden am Versuchstag 15 mit<br />
Mischwasser der Kategorie D3 durchgeführt. Das PAC-Präparat Nalco 71232 ist ein<br />
kationisches Flockungsmittel auf der Basis von organischen und anorganischen<br />
Polyelektrolyten. In Abbildung 68 sind die drei Versuche mit den Zu- und Ablaufwerten<br />
gegenübergestellt.<br />
Abbildung 68: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T15L1-3, FM1+FHM, vF= 2,5,<br />
sehr stark belastetes Mischwasser D3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)<br />
Tabelle 58: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T15L1-3, FM1+FHM,<br />
vF= 2,5, sehr stark belastetes Mischwasser D3<br />
Versuch T15L1 T15L2 T15L3<br />
Chemikalien<br />
FM1: 12,6 mg Al/l<br />
FHM: 7,1 mg WS/l<br />
FM1: 25,1 mg Al/l<br />
FHM: 8,5 mg WS/l<br />
FM1: 25,1mg Al/l<br />
FHM: 9,8 mg WS/l<br />
Laufzeit [min] 15 13 10<br />
Probenanzahl 5 5 3<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 55 (61) 85 (20) 97 (4)<br />
CSBtot 33 (194) 59 (116) 69 (89)<br />
CSBpart 45 (105) 85 (31) 97 (7)<br />
Ptot 42 (3,74) 80 (1,28) 95 (0,28)<br />
Portho 31 (1,98) 79 (0,60) 95 (0,13)<br />
T15L1 mit einem Chemikalieneinsatz von 12,6 mg Al/l FM1 und 7,1 mg WS/l FHM weist im<br />
Vergleich zu T15L2 eindeutig auf eine unzureichende Dosierung mit daraus resultierenden<br />
hohen Ablaufwerten hin.<br />
T15L2 wurde mit 25,1 mg Al/l FM1 und 8,5 mg WS/l FHM gefahren. Die Eliminierungsraten<br />
steigen im Vergleich zu T15L1 auf über 79 %. Die CSBtot-Eliminierungsrate liegt im Schnitt
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 114<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
bei 59 %. Die Portho-Eliminierungsrate beträgt 79 % und zeigt die guten Fälleigenschaften des<br />
FM1 auf.<br />
Bei T15L3 blieb die FM1-Dosierung-Einstellung konstant. Die Dosierung des Polymers<br />
wurde auf 9,8 mg WS/l erhöht. Dies hat eine Eliminierungsrate von 95 bis 97 % für fast alle<br />
Parameter zur Folge. Durch die erhöhte FHM-Zugabe wird die Makroflockenbildung<br />
optimiert. Es werden nahezu die gesamten partikulären Stoffe sowie die gelöste P-Fraktion<br />
durch Fällung und Flockeneinschluss abgeschieden. Die CSBtot-Eliminierungsrate kann auf<br />
69 % angehoben werden. Die Dosierung bei T15L3 kann für dieses Mischwasser der<br />
Qualitätsstufe D3 als optimal angesehen werden. Es werden sehr geringe<br />
Ablaufkonzentrationen erzielt: AFS: 4 mg/l, CSBpart: 7 mg/l, Ptot: 0,3 mg/l und Portho: 0,13 mg/l.<br />
Trotz der relativ hohen Dosierung kann eine Überdosierung weitestgehend ausgeschlossen<br />
werden, da keine Abnahme der Eliminierungsraten der partikulären Stoffe durch<br />
Flockenzerstörung zu verzeichnen ist. Eine Theorie, welche keine Abnahme der<br />
Eliminierungsraten der partikulären Stoffe begründen würde, besteht in der Annahme, dass<br />
die zerstörten Flockenanteile vom Tuchfilter immer noch ausreichend zurück gehalten<br />
werden können.<br />
Im Vergleich zu anderen Versuchstagen mit Chemikaliendosierungen wird bei T15L2-3 ein<br />
relativ hoher Chemikalienverbrauch festgestellt.<br />
5.2.3.2 Eisen(III) – Präparat<br />
Im folgenden Kapitel werden die Läufe mit einer FeCl3-Präparat-Dosierung (Nalco-Produkt<br />
71260) gegenübergestellt und ausgewertet. An den Versuchstagen 17, 18 und 19 wurden<br />
Versuche in unterschiedlichen Konzentrationen von (7,9 bis 11,3 mg Fe/l) mit einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 2,5 m/h gefahren. Teilweise wurde das Polymer Nalco 7757 (FHM)<br />
mit dem FeCl3-Präparat kombiniert.<br />
a) Versuchstag 17<br />
Die beiden Läufe am 17. Versuchstag wurden mit einer 9,4 mg Fe/l Dosierung gefahren.<br />
T17L2 wurde mit einer zusätzlichen Polymerzugabe von 1,4 mg WS/l durchgeführt. T17L1<br />
zeigt für die AFS-Eliminierungsrate mit 43 % ein relativ schlechtes Ergebnis. Da das<br />
Mischwasser eine sehr geringe Belastung (A1) aufweist (im Vergleich zu anderen<br />
Versuchstagen an denen mit FM2 Versuche durchgeführt wurden), ist wahrscheinlich eine<br />
Überdosierung dafür verantwortlich. Diese kann eine Oberflächenumladung hervorrufen,<br />
welche eine Restabilisierung der Flocken verursacht [Hahn et al. 1998], [Sieker 2005]. Der<br />
Fällungsprozess erklärt die hohe Portho-Eliminierungsrate (92 %). Bei einer Überdosierung<br />
können durch die oben beschriebene Oberflächenumladung keine Makroflocken dauerhaft<br />
gebildet werden. Dadurch werden partikuläre Stoffe nur geringfügig vom Standard Filtertuch<br />
abgeschieden (geringe AFS- und CSBpart-Eliminierungsraten).
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 115<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 69: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T17L1-2, FM2, FM2+FHM, vF=<br />
2,5, gering belastetes Mischwasser A1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)<br />
Tabelle 59: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T17L1-2, FM2+FHM,<br />
vF= 2,5, gering belastetes Mischwasser A1<br />
Versuch T17L1 T17L2<br />
Chemikalien FM2: 9,4 mg Fe/l<br />
FM2: 9,4 mg Fe/l<br />
FHM: 1,4 mg WS/l<br />
Laufzeit [min] 26 41<br />
Probenanzahl 5 5<br />
Parameter<br />
Eliminierungsrate [%],<br />
(mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 43 (7) 28 (15)<br />
CSBtot 39 (38) 37 (44)<br />
CSBpart 63 (11) 51 (18)<br />
Ptot 71 (0,33) 59 (0,53)<br />
Portho 92 (0,06) 93 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 116<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 70: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T18L1-3, FM2, FM2+FHM, vF=<br />
2,5, mäßig belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf =<br />
rechter Balken)<br />
Tabelle 60: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T18L1-3, FM2,<br />
FM2+FHM, vF= 2,5, mäßig belastetes Mischwasser B2<br />
Versuch T18L1 T18L2 T18L3<br />
Chemikalien FM2: 9,4 mg Fe/l FM2: 11,3 mg Fe/l<br />
FM2: 9,4 mg Fe/l<br />
FHM: 1,0 mg WS/l<br />
Laufzeit [min] 10 30 19<br />
Probenanzahl 3 4 5<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 89 (5) 35 (31) 63 (16)<br />
CSBtot 58 (46) 38 (75) 49 (58)<br />
CSBpart 88 (7) 48 (40) 71 (20)<br />
Ptot 77 (0,50) 56 (1,05) 73 (0,62)<br />
Portho 83 (0,21) 96 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 117<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Überdosierung des Flockungshilfsmittels liegen. Der Verdacht einer FHM-Überdosierung<br />
kam bereits beim Schütteln der Ablaufproben auf, welches eine leichte Schaumbildung<br />
verursachte. Die längere Laufzeit des Versuches im Vergleich zu T18L1 ist ein weiterer<br />
Hinweis auf eine Überdosierung, da intakte Makroflocken zu einer schnelleren Beladung des<br />
Filters und somit zu einer kürzeren Filterlaufzeit geführt hätten.<br />
c) Versuchstag 19<br />
Am 19. Versuchstag wurde B2-Wasser mit unterschiedlichen FM2-Dosierungen behandelt<br />
(7,9; 9,4; 10,4 und 11,3 mg Fe/l).<br />
Zum Vergleich der einzelnen Versuche werden die Zu- und Ablaufwerte der fünf<br />
untersuchten Parameter gegenübergestellt (siehe Abb. 71).<br />
Abbildung 71: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T19L1-4, FM2, vF= 2,5, mäßig<br />
belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 61: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T19L1-4, FM2, vF= 2,5,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B2<br />
Versuch T19L1 T19L2 T19L3 T19L4<br />
Chemikalien FM2: 7,9 mg Fe/l FM2: 9,4 mg Fe/l FM2: 10,4 mg Fe/l FM2: 11,3 mg Fe/l<br />
Laufzeit [min] 34 15 9 11<br />
Probenanzahl 5 4 3 3<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 32 (60) 58 (40) 77 (19) 70 (21)<br />
CSBtot 35 (127) 38 (143) 46 (90) 54 (67)<br />
CSBpart 48 (58) 48 (72) 74 (26) 75 (22)<br />
Ptot 35 (2,59) 30 (1,98) 67 (0,65) 72 (0,49)<br />
Portho 65 (0,65) 67 (0,42) 86 (0,10) 94 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 118<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Eliminierungsraten zwischen T19L2 und T19L3 bei geringer Erhöhung der Dosierung relativ<br />
stark.<br />
Beim Vergleich von T19L3 und T19L4 zeigt sich kaum noch eine Veränderung der<br />
Ablaufwerte der partikulären Stoffe, trotz geringerer T19L4-Zulaufkonzentrationen. Der<br />
gleichbleibende AFS-Ablaufwert bei T19L4 mit höherer Dosierung und niedrigerer<br />
Zulaufkonzentration könnte auf eine Überdosierung mit einhergehender Zerstörung der<br />
Flocken hinweisen. Die Erhöhung der Filterlaufzeit im Vergleich zu T19L3 könnte auch eine<br />
Überdosierung andeuten. Die erhöhte FM2-Dosierung führt zur fast vollständigen Elimination<br />
des Portho-Parameters. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass eine Dosierung von<br />
10,4 mg Fe/l für dieses Mischwasser ausreichend ist.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 119<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
d) Vergleich einzelner Mischwässer mit einer FM2-Dosierung von 9,4 mg Fe/l<br />
Im folgenden Kapitel werden die drei Versuche mit einer FM2-Dosierung von 9,4 mg/l an<br />
unterschiedlichen Versuchstagen betrachtet. Auffällig sind die unterschiedlich hohen<br />
Mischwasserqualitäten der einzelnen Versuchstage (siehe Abb. 72).<br />
Abbildung 72: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T17L1, T18L1 und T19L2,<br />
FM2: 9,4 mg Fe/l, vF= 2,5, gering und mäßig belastete Mischwässer A1, B2 (Zulauf = linker<br />
Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 62: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T17L1, T18L1 und<br />
T19L2, FM2: 9,4 mg Fe/l, vF= 2,5, gering und mäßig belastete Mischwässer A1, B2<br />
Versuch T17L1 T18L1 T19L2<br />
Chemikalien FM2: 9,4 mg Fe/l<br />
Laufzeit [min] 26 10 15<br />
Probenanzahl 5 3 4<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 43 (7) 89 (5) 58 (40)<br />
CSBtot 39 (38) 58 (46) 38 (143)<br />
CSBpart 63 (11) 88 (7) 48 (72)<br />
Ptot 71 (0,33) 77 (0,50) 30 (1,98)<br />
Portho 92 (0,06) 83 (0,21) 67 (0,42)<br />
Bei T17L1 liegen die Stoffkonzentrationen des Mischwassers (A1) weit unter denen von<br />
T18L1 und T19L1, dadurch wird der Einfluss der Überdosierung des Flockungsmittels<br />
besonders auf die AFS-Eliminierungsrate, die nur 43 % beträgt, deutlich. Der mittlere AFS-<br />
Zulaufwert beträgt bei T17L1 nur 16 mg/l, bei T18L1 46 mg/l und bei T19L2 96 mg/l. Bedingt<br />
durch die für das Mischwasser A1 hohe Dosierung des Flockungsmittels wird Portho zu 92 %<br />
eliminiert. Die partikulären Parameter können bei T18L1 auf 5 mg/l AFS und 7 mg/l CSBpart<br />
reduziert werden. Diese Ablaufwerte stellen die geringsten der drei Versuche dar.<br />
Abgesehen von dem Parameter Portho werden bei T18L1 die höchsten Eliminierungsraten<br />
erzielt. Bedingt durch die hohen Zulaufwerte am Versuchstag 19 können im Vergleich nur<br />
relativ schlechte Ablaufwerte mit einer FM2-Dosierung von 9,4 mg/l erreicht werden.<br />
Zusammenfassend wird deutlich, dass am 17. Versuchstag eine Fe-Dosierung von 9,4 mg<br />
Fe/l für das gering belastete Mischwasser eine Überdosierung darstellt. Am Versuchstag 18<br />
scheint die Menge der Eisenzugabe eine ausreichend hohe Dosierung mit daraus<br />
resultierenden guten Ablaufwerten und Eliminierungsraten zu sein. Für das deutlich höher
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 120<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
belastete Mischwasser am 19. Versuchstag reicht die Zugabe von 9,4 mg Fe/l nicht aus, um<br />
gute Ablaufwerte und Eliminierungsraten zu erzielen.<br />
5.2.3.3 Kombinationspräparat Chargepac 55<br />
Abbildung 73 stellt die Zu- und Ablaufwerte der KP-Versuche am Versuchstag 16 dar.<br />
Abbildung 73: TF: gemittelte Zu- und Ablaufwerte der Versuche T16L1-3, KP, vF= 2,5, mäßig<br />
belastetes Mischwasser B3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 63: TF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche T16L1-3, KP, vF= 2,5,<br />
mäßig belastetes Mischwasser B3<br />
Versuch T16L1 T16L2 T16L3<br />
Chemikalien KP: 8,2 mg Al/l KP: 12,3 mg Al/l KP: 16,5 mg Al/l<br />
Laufzeit [min] 25 34 38<br />
Probenanzahl 5 6 5<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 34 (41) -26 (78) -74 (102)<br />
CSBtot 27 (125) 19 (137) 9 (150)<br />
CSBpart 44 (49) 18 (71) 1 (90)<br />
Ptot 22 (2,87) 26 (2,79) 15 (3,11)<br />
Portho 31 (1,56) 71 (0,63) 88 (0,26)<br />
T16L1 mit einer KP-Dosierung von 8,2 mg Al/l weist im Vergleich zu anderen oben<br />
beschriebenen Chemikalien-Versuchen relativ geringe Eliminierungsraten auf. Die CSBpart-<br />
Eliminierungsrate beträgt 44 %. Die Eliminierungsraten der anderen Parameter liegen im<br />
Bereich von 22 bis 34 %. Die geringen Rückhalteleistungen könnten auf eine nicht<br />
ausreichend hoch eingestellte Dosierung schließen. T16L2 zeigt, dass mit einer Erhöhung<br />
der KP-Zugabe die Eliminierungsrate nur für den Parameter Portho gesteigert werden kann.<br />
Die AFS-Ablaufwerte liegen über den Zulaufwerten und im Vergleich zu T16L1 ist die<br />
CSBpart-Rate mit nur 18 % deutlich geringer. Diese Beobachtungen weisen auf eine<br />
Zerstörung der Flocken hin. Offensichtlich hängt die Flockenzerstörung mit der geringen<br />
Scherstabilität der Chargepac-Flocken zusammen, welche bereits bei Laborversuchen<br />
beobachtet werden konnte. Durch den relativ hohen Sturz des Zulaufes in das Filterbecken<br />
werden die Flocken zerstört. Da bei T16L1 eine gewisse Reinigungsleistung zu verzeichnen<br />
ist, könnte bei T16L2 eine KP-Überdosierung für die Flockenzerstörung verantwortlich sein.<br />
Portho wird bei T16L2 ausreichend gefällt und somit weitestgehend eliminiert. Durch
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 121<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Überführung gelöster Stoffe in partikuläre mittels Chemikalieneinsatz und anschließender<br />
Zerstörung der Flocken steigt der AFS-Ablaufwert und es resultiert eine negative<br />
Eliminierungsrate. Bei T16L3 wird dies bei einer höheren KP-Dosierung verdeutlicht. Die<br />
Portho-Eliminierungsrate steigt auf 88 % an, und die AFS-Eliminierungsrate beträgt -74 %. Die<br />
CSBpart-Rückhalteleistung sinkt auf Grund der Flockenzerstörung auf 1 %. Die Erhöhung der<br />
Filterlaufzeit von Lauf zu Lauf mit steigender Dosierung deutet ebenfalls eine Überdosierung<br />
an.<br />
5.2.3.4 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen lassen sich bezüglich der ermittelten Versuchsergebnisse der<br />
Mischwasserbehandlung mittels Tuchfilter unter Chemikalieneinsatz treffen:<br />
� Mit höheren Chemikalien-Dosierungen verkürzen sich die Laufzeiten zwischen zwei<br />
Filterreinigungen, bedingt durch die vermehrte Makroflockenbildung und damit<br />
einhergehend schnelleren Beladung des Filtertuchs. Bei einer Überdosierung nimmt<br />
die Filterlaufzeit im Vergleich zu dem Lauf mit ausreichend hoher Dosierung wieder<br />
ab.<br />
� Mit FM1 (PAC) in Kombination mit FHM können bei richtiger Dosierung sehr gute<br />
Ergebnisse erzielt werden (T15).<br />
� Die FM2-Versuche (Fe) zeigen bei richtiger Dosierung gute Ablaufkonzentrationen<br />
(T18L1).<br />
� Bei der Kombination von FM2 mit FHM können bedingt durch die FHM-<br />
Überdosierung keine guten Eliminierungsraten erreicht werden (T18).<br />
� KP ist vermutlich auf Grund der geringen Scherstabilität für den Tuchfilter nicht<br />
geeignet (T16L1).<br />
� Auf Grund der unterschiedlichen Mischwässer an den jeweiligen Versuchstagen ist<br />
eine optimale Dosierung schwer einstellbar, da keine Vorrichtungen wie<br />
Trübungsmessgeräte für eine grobe Einordnung der Mischwasserqualität zur<br />
Verfügung standen. Daher sind vermehrt zu geringe Chemikalien-Dosierungen oder<br />
Überdosierungen zu verzeichnen.<br />
In Tabelle 64 sind die besten erreichten Eliminierungsraten der Chemikalienversuche im<br />
Überblick zusammengestellt.<br />
Tabelle 64: TF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten<br />
Lauf vF n FM/FHM MWQ AFS [%]<br />
(mAb<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
CSBpart<br />
[%] (mAb<br />
Ptot<br />
[%]<br />
[mg<br />
[mg/l]) (mAb [mg/l]) (mAb<br />
WS/l]<br />
[mg/l])<br />
[mg/l])<br />
T15L4 2,5 m/h 3 FM1:<br />
25,1/9,8<br />
D3 97 (4) 69 (89) 97 (11) 95 (0,3)<br />
T18L1 2,5 m/h 3 FM2: 9,4 B2 89 (5) 58 (46) 88 (7) 77 (0,5)<br />
Die Feststoffbeladung wird in Kapitel 5.4.1.3 betrachtet.<br />
Portho<br />
[%]<br />
(mAb<br />
[mg/l])<br />
95<br />
(0,13)<br />
83<br />
(0,21)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 122<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.3 Mikroflotation<br />
5.3.1 Versuchsergebnisse Mikroflotation<br />
In Tabelle 65 werden die Zulaufqualitätsstufen der einzelnen Versuchstage aufgezeigt.<br />
Tabelle 65: Mischwasserqualitäten (Zulauf) der Mikroflotations-Versuchstage<br />
Versuchstag MW-<br />
Qualität<br />
04.03.10*<br />
M2<br />
27.03.10<br />
M4<br />
08.04.2010*<br />
M5<br />
03.05.2010<br />
M7<br />
19.05.2010<br />
M9<br />
01.06.2010<br />
M10<br />
*Modellmischwasser<br />
AFS<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
[mg/l]<br />
CSBpart<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
[mg/l]<br />
C5 100 299 137 4,8 4,76<br />
B2<br />
C6<br />
C3<br />
A1<br />
B1<br />
38– 72<br />
53<br />
70 – 100<br />
86<br />
54 – 76<br />
65<br />
44 – 70<br />
52<br />
34 – 46<br />
40<br />
5.3.1.1 Versuchstag 2 (04.03.2010)<br />
136 – 161<br />
147<br />
317 – 330<br />
320<br />
199 – 239<br />
223<br />
81 – 92<br />
83<br />
124 – 132<br />
129<br />
52 – 87<br />
76<br />
146 – 180<br />
157<br />
124 – 149<br />
141<br />
34 – 48<br />
42<br />
79 – 93<br />
86<br />
2,7 – 2,9<br />
2,8<br />
7,3 – 7,9<br />
7,5<br />
3,8 – 4,4<br />
4,1<br />
1,9 – 2,0<br />
2,0<br />
2,2 – 2,5<br />
2,4<br />
1,6 – 1,7<br />
1,65<br />
5,1 – 5,4<br />
5,22<br />
2,2 – 2,4<br />
2,28<br />
1,0 – 1,1<br />
1,06<br />
0,8 – 0,84<br />
0,82<br />
Am Versuchstag 2 wurde die Mikroflotationsanlage zum ersten Mal eingesetzt. Die Versuche<br />
wurden mit künstlich erzeugtem Mischwasser der Qualitätsstufe C5 durchgeführt. Die<br />
Durchsatzgeschwindigkeit betrug, wie auch bei allen anderen Versuchstagen 1 m/h. Der<br />
erste Lauf wurde ohne Einsatz von Chemikalien gefahren. In Tabelle 66 werden die Zu- und<br />
Ablaufwerte der untersuchten Parameter aufgezeigt.<br />
Tabelle 66: M2: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM2/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
M2L1 1 60 - 44 (100) 180 (299) 76 (137) 3,93 (4,79) 3,03 (4,76)<br />
5.3.1.2 Versuchstag 4 (27.03.2010)<br />
Zur Behandlung des Mischwassers mit der Qualitätsstufe B2 wurden Chemikalienversuche<br />
am Versuchstag 4 durchgeführt. Die Probenahme erfolgte eine Stunde nach der jeweiligen<br />
Chemikalieneinstellung. Der erste Versuchslauf wurde ohne Zusatz von<br />
Flockungschemikalien betrieben. Drei anschließende Läufe wurden mit dem Flockungsmittel<br />
Nalco 71232 (FM1) gefahren. Zusätzlich wurde bei den letzten zwei Läufen das Polymer<br />
Nalco 7757 (FHM) in unterschiedlichen Konzentrationen zudosiert. In Tabelle 67 sind die<br />
einzelnen Versuchsläufe mit der jeweiligen Chemikaliendosierung und den Zu- und<br />
Ablaufwerten dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 123<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 67: M4: Betriebsparameter, mittlere Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM1/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
M4L1 1 60 - 34 (56) 196 (140) 29 (74)<br />
M4L2 2 60 25,4 40 (64) 94 (143) 35 (70)<br />
M4L3 2 60 25,4 / 6,8 2 (49) 64 (155) 14 (81)<br />
M4L4 2 60 25,4 / 8,4 6 (52) 62 (153) 14 (81)<br />
5.3.1.3 Versuchstag 5 (08.04.2010)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,94<br />
(3,02)<br />
1,86<br />
(2,83)<br />
0,63<br />
(2,89)<br />
0,56<br />
(2,74)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
1,63 (1,97)<br />
0,71 (1,63)<br />
0,1 (1,65)<br />
0,09 (1,66)<br />
Am Versuchstag 5 wurden fünf Versuche mit Modellmischwasser der Kategorie C6 gefahren.<br />
Als Flockungsmittel kam FM1 (PAC) zum Einsatz, welches mit unterschiedlichen<br />
Polymerkonzentrationen kombiniert wurde. Die Probenahme wurde eine Stunde nach der<br />
jeweiligen Chemikalieneinstellung durchgeführt. Die ermittelten Zu- und<br />
Ablaufkonzentrationen sind Tabelle 68 zu entnehmen.<br />
Tabelle 68: M5: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM1/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
M5L1 1 60 - 50 (100) 166 (306) 90 (162)<br />
M5L2 1 60 25,4 / 5,2 28 (86) 186 (324) 65 (180)<br />
M5L3 1 60 25,4 / 7,0 16 (88) 185 (317) 56 (146)<br />
M5L4 1 60 25,4 / 8,2 20 (70) 180 (325) 55 (148)<br />
M5L5 1 60 25,4 /10,2 20 (86) 179 (330) 45 (151)<br />
Ptot, ab<br />
(Ptot, zu)<br />
[mg/l]<br />
3,77<br />
(7,39)<br />
3,27<br />
(7,26)<br />
2,19<br />
(7,52)<br />
2,04<br />
(7,85)<br />
2,11<br />
(7,69)<br />
Portho, ab<br />
(Portho, zu)<br />
[mg/l]<br />
2,47 (5,1)<br />
2,07 (5,17)<br />
1,52 (5,26)<br />
1,44 (5,2)<br />
1,54 (5,36)<br />
M5L2-5 werden aufgrund stark abweichender Wassereigenschaften zu realen Mischwässern<br />
und unlogischen Ergebnissen bezüglich der eingesetzten Chemikalien nicht in die<br />
Auswertung einbezogen.<br />
5.3.1.4 Versuchstag 7 (03.05.2010)<br />
Am Versuchstag 7 wurden vier Läufe mit Mischwasser der Qualitätsstufe C3 durchgeführt.<br />
Als Flockungsmittel wurde das Kombipräparat Chargepac 55 (KP) mit aufsteigenden<br />
Dosierungen eingesetzt. Die Probenahme erfolgte eine Stunde nach der neuen<br />
Dosiereinstellung. Die Betriebskonditionen und Analysewerte sind in Tabelle 69<br />
zusammengefasst.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 124<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 69: M7: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
KP<br />
[mg Al/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
M7L1 1 60 - 28 (64) 149 (199) 81 (124)<br />
M7L2 1 60 2,5 52 (60) 146 (228) 71 (144)<br />
M7L3 1 60 10 22 (54) 117 (224) 35 (146)<br />
M7L4 1 60 12,4
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 125<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 71: M10: Betriebsparameter, Zu- und Ablaufwerte<br />
Lauf n Laufzeit<br />
[min]<br />
FM2/FHM<br />
[mg WS/l]<br />
AFSab<br />
(AFSzu)<br />
[mg/l]<br />
CSBtot, ab<br />
(CSBtot, zu)<br />
[mg/l]<br />
CSBpart, ab<br />
(CSBpart, zu)<br />
[mg/l]<br />
M10L1 1 60 - 40 (46) 117 (132) 69 (93)<br />
M10L2 1 60 12,6 / -
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 126<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 72: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten durchgeführter Versuche ohne<br />
Chemikalienanwendung im Vergleich<br />
Versuch M7L1 M4L1 M10L1 M9L1 M5L1* M2L1*<br />
MWQ C3 B2 B1 A1 C6 C5<br />
Probenanzahl 1 1 1 1 1 1<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 56 (28) 39 (34) 13 (40) 51 (34) 50 (50) 56 (44)<br />
CSBtot 25 (149) 32 (96) 11(117) 11 (81) 46(166) 40(180)<br />
CSBpart 35 (81) 61 (29) 26 (69) 50 (24) 45 (90) 45 (76)<br />
Ptot 19 (3,07) 0 (3,02) 12 (2,15) 0 (2,05) 49 (3,77) 18 (3,93)<br />
Portho 12 (1,99) 0 (1,97) 9 (0,75) 0 (1,19) 52 (2,47) 36 (3,03)<br />
* Modellmischwasser<br />
Bei der Behandlung realer Mischwässer können Eliminierungsraten von ca. 40-50 % AFS<br />
und CSBpart erreicht werden. Bei Versuch M10L1 wurden hingegen deutlich geringere<br />
Eliminierungsraten der partikulären Fraktionen ermittelt. Betriebsstörungen und<br />
Auffälligkeiten beim Betrieb der Anlage wurden nicht beobachtet. Bei Betrachtung eines<br />
parallel gelaufenen Fuzzy Filter®-Versuches zur Behandlung der identischen<br />
Mischwasserqualität (F10L1) sind gute Eliminierungsraten zu beobachten. Folglich kann die<br />
Möglichkeit von eventuell zu kleinen auftretenden Partikelgrößen für das Verfahren der<br />
Mikroflotation ausgeschlossen werden. In diesem Fall wäre eher eine bessere Abscheidung<br />
geringer Partikelgrößen bei Einsatz der Mikroflotation gegenüber einem Filtrationsverfahren<br />
zu erwarten gewesen (siehe Kap.4.3.3). Ebenso können verhältnismäßig viele große, nicht<br />
flotierbare Stoffe im Mischwasser ausgeschlossen werden, da sie infolge vorheriger<br />
Sedimentation im Ablauf gar nicht in Erscheinung treten würden. Der Grund für die<br />
schlechte Flotationsleistung ist nicht eindeutig feststellbar.<br />
Generell weist die Entfernung gelöster Fraktionen mittels der eingesetzten Flotationstechnik<br />
bei der Mischwasserreinigung nur eine geringe bis gar keine Wirkung auf. Gelöste Stoffe<br />
(
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 127<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
an die vorhandenen hydrophoben, flotierbaren Stoffe im Modellmischwasser und<br />
anschließender (Mit-)Flotation.<br />
Diese Betrachtung verdeutlicht, wie stark sich die Ergebnisse von synthetisch erstellten und<br />
echten Mischwässern unterscheiden und weisen auf die Notwendigkeit von Pilotprojekten<br />
außerhalb labortechnischer Bedingungen und mit echtem Mischwasser unter realen<br />
Bedingungen hin.<br />
Ohne Betrachtung des M10L1 liegen die Eliminierungsraten der echten Mischwasserproben<br />
in Bereichen zwischen 40-60 % AFS, 10-30 % CSBtot, 35-60 % CSBpart, 0-20 % Ptot und<br />
0-10 % Portho.<br />
5.3.2.2 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen bezüglich der ermittelten Versuchsergebnisse zur<br />
Mischwasserbehandlung mittels Mikroflotation ohne Chemikalieneinsatz können getroffen<br />
werden:<br />
� Die Mikroflotation erzielt deutlich bessere Eliminierungsraten gelöster P-Fraktionen<br />
bei der Behandlung synthetischer Mischwässer gegenüber echten Mischwasserverhältnissen<br />
� Notwendigkeit von Pilotprojekten an realen Bedingungen.<br />
� Gelöste Fraktionen werden meist nur durch Anlagerung an partikuläre Stoffe passiv<br />
aus dem Mischwasser „mitflotiert“.<br />
� Die Reinigungsleistung der Mikroflotation scheint sehr stark von verschiedenen<br />
Eigenschaften der Rohwässer abzuhängen.<br />
� Der Anteil an hydrophoben Stoffen im zu behandelten Wasser bestimmt die<br />
Leistungsfähigkeit der Mikroflotation signifikant. � Ein erhöhter Schmutzwasseranteil<br />
bewirkt eine bessere Flotationswirkung.<br />
In Tabelle 73 werden die mittleren Eliminierungsraten der Versuche ohne<br />
Chemikalieneinsatz dargestellt.<br />
Tabelle 73: MF: erzielte mittlere Eliminierungsraten ohne Chemikalienanwendung<br />
Lauf w [m/h] n MWQ<br />
M4L1<br />
M7L1<br />
M9L1<br />
M10L1<br />
1 4 A1-C3<br />
AFS<br />
[%]<br />
28-40<br />
34<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
11-32<br />
20<br />
CSBpart<br />
[%]<br />
26-61<br />
43<br />
5.3.3 Auswertung Chemikalienversuche<br />
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Versuche mit Chemikalieneinsatz interpretiert.<br />
Die zuvor ausgewerteten Versuche ohne Chemikalien werden zur Vergleichbarkeit der<br />
dazugehörigen Versuchsreihe mit aufgeführt.<br />
5.3.3.1 PAC – Präparat<br />
Im Folgenden ist eine Versuchsreihe zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit der<br />
Mikroflotation in Kombination mit PAC und anionischem Flockungshilfsmittel dargestellt. Die<br />
Ptot<br />
[%]<br />
0-19<br />
8<br />
Portho<br />
[%]<br />
0-12<br />
5
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 128<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Versuchsergebnisse unter echten Mischwasserbedingungen B2 sind in Abbildung 75<br />
grafisch dargestellt.<br />
Abbildung 75: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M4L1-4, FM1, FM1+FHM, mäßig<br />
belastetes Mischwasser B2 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 74: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M4L1-4, FM1,<br />
FM1+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B2<br />
Versuch M4L1 M4L2 M4L3 M4L4<br />
Chemikalien Ohne Chemikalien FM1: 25,4 mg Al/l<br />
FM1: 25,4 mg Al/l<br />
FHM: 6,8 mg WS/l<br />
FM1: 25,4 mg Al/l<br />
FHM: 8,4 mg WS/l<br />
Probenanzahl 1 2 2 2<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 39 (34) 38 (40) 96 (2) 89 (6)<br />
CSBtot 32 (96) 34 (94) 59 (64) 60 (62)<br />
CSBpart 61 (29) 49 (35) 83 (14) 83 (14)<br />
Ptot 0 (3,02) 34 (1,86) 78 (0,63) 79 (0,56)<br />
Portho 0 (1,97) 56 (0,71) 94 (0,1) 94 (0,09)<br />
Ohne Chemikalieneinsatz ist keine Eliminierung der P-Fraktionen festzustellen. Durch die<br />
Zugabe des Flockungsmittels (25,4 mg Al/l) findet eine Ptot- und Portho-Eliminierung statt. Eine<br />
Verbesserung des Rückhalts partikulärer Inhaltstoffe kann nicht beobachtet werden. Die<br />
ermittelte Portho-Eliminierungsrate von knapp 60 % weist auf eine nicht optimale Ausfällung<br />
hin. Unter Annahme einer nicht zu hoch angesetzten Dosierung bei M4L2 mit einer Portho-<br />
Fällung von ≤ 80 % (siehe Fuzzy Filter®: Kap. 4.1.3) wird bestätigt, dass das<br />
Aluminiumpräparat für die Mischwasserbehandlung nicht optimal geeignet bzw. der Einfluss<br />
des gesamten Präparates auf die Makroflockenbildung nicht signifikant bzw. ausreichend<br />
gegeben ist für eine gute Entfernung partikulärer Inhaltstoffe.<br />
Durch FHM-Zugabe (M4L3) bei gleich bleibender Flockungsmitteldosierung werden eine<br />
96 %ige AFS-Eliminierung und eine signifikante Erhöhung der Eliminierungsrate aller<br />
weiteren untersuchten Parameter ermittelt. Die Dosierung von 6,8 mg WS/l FHM (M4L3)<br />
erzeugt offensichtlich eine optimale Flockenausbildung. Die entstandenen Makroflocken<br />
können hervorragend durch den Prozess der Flotation entfernt werden. Eine Erhöhung der<br />
Flockungshilfsmittelkonzentration von 6,8 auf 8,4 mg WS/l zeigt keine weitere Verbesserung<br />
der Ablaufqualität. Wegen der sehr geringen Differenzen der Chemikaliendosierung kann<br />
nicht eindeutig geklärt werden, ob eine weitere Erhöhung der
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 129<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Flockungshilfsmittelkonzentration im Allgemeinen keine Auswirkungen auf die<br />
Flockenbildung besitzt oder sich die Konzentration noch nicht im ganzen System<br />
durchgesetzt hat.<br />
Eine Dosierung von FM1: 25,4 mg Al/l + FHM: 6,8 mg WS/l (M4L3) erreicht für das mäßig<br />
verschmutzte Mischwasser (B2) folgende Eliminierungsraten: AFS: 99,9 %, CSBtot: 62 %,<br />
CSBpart: 90 %, Ptot: 80 % und Portho: 95 %.<br />
5.3.3.2 Eisen(III) – Präparat<br />
Im Folgenden wurden Untersuchungen bezüglich der Wirksamkeit zur Behandlung von<br />
Mischwässern mit Nalco FeCl3-Präparat 71260 (FM2) durchgeführt. Zusätzlich wurde bei drei<br />
Läufen das Polymer Nalco 7757 in unterschiedlichen Konzentrationen zu dosiert. Die<br />
Mischwasserqualität des Versuchstages wird der Kategorie B1 zugeordnet.<br />
Abbildung 76: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M10L1-5, FM2, FM2+FHM, mäßig<br />
belastetes Mischwasser B1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 75: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M10L1-5, FM2,<br />
FM2+FHM, mäßig belastetes Mischwasser B1<br />
Versuch M10L1 M10L2 M10L3 M10L4 M10L5<br />
Chemikalien -<br />
FM2: 12,6 mg<br />
Fe/l<br />
FM2: 12,6 mg<br />
Fe/l<br />
FHM: 1,1 mg<br />
WS/l<br />
FM2: 12,6 mg<br />
Fe/l<br />
FHM: 1,4 mg<br />
WS/l<br />
FM2: 12,6 mg<br />
Fe/l<br />
FHM: 2,8 mg<br />
WS/l<br />
Probenanzahl 1 1 1 1 1<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 13 (40) 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 130<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Die erhöhte CSBpart-Eliminierung in Versuch M10L3 ist durch einen ungewöhnlich hohen<br />
gelösten CSB-Anteil im Ablauf zu erklären und ist nicht auf die Leistungsfähigkeit der<br />
Mikroflotation zu beziehen.<br />
Die ermittelten negativen Auswirkungen einer ähnlichen FHM-Dosierung bei Verwendung<br />
von Eisen(III)-Präparat bei den Tuchfilterversuchen (T17L2, T18L3) sind bei der<br />
Mikroflotation nicht feststellbar. Eine eventuelle Verschlechterung der Flockeneigenschaften<br />
zeigt keine Auswirkungen auf die Ablaufkonzentrationen. Vermutlich kann die Mikroflotation<br />
kleinere Partikelgrößen effektiver entfernen als bestimmte Filtrationstechniken (hier<br />
Tuchfilter).<br />
Das FeCl3-Präparat bewirkt für dieses gering belastete Mischwasser eine ausreichend gute<br />
Makroflockenbildung. Dies bestätigen die Testreihen der Filtertechniken, die ebenso zu dem<br />
Schluss kommen, dass eine Behandlung des Mischwassers unter alleinigem Einsatz von<br />
FM2 sehr gute Erfolge erzielen kann.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 131<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.3.3.3 Kombinationspräparat Chargepac 55<br />
Abbildung 77 zeigt die grafische Darstellung der Zu- und Ablaufkonzentrationen der<br />
Versuche M7L1-4 mit dem Kombinationspräparat Chargepac 55.<br />
Abbildung 77: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M7L1-4, KP, stark belastetes<br />
Mischwasser C3 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 76: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M7L1-4, KP, stark<br />
belastetes Mischwasser C3<br />
Versuch M7L1 M7L2 M7L3 M7L4<br />
Chemikalien - KP: 2,5 mg/l Al KP: 10 mg/l Al KP: 12,4 mg/l Al<br />
Probenanzahl 1 1 1 1<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 56 (28) 13 (52) 59 (22) 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 132<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Abbildung 78: MF: Zu- und Ablaufwerte der Versuche M9L1-5, KP, gering belastetes<br />
Mischwasser A1 (Zulauf = linker Balken einer Farbgruppe, Ablauf = rechter Balken)<br />
Tabelle 77: MF: Betriebsparameter und Eliminierungsraten der Versuche M9L1-5, KP, gering<br />
belastetes Mischwasser A1<br />
Versuch M9L1 M9L2 M9L3 M9L4 M9L5<br />
Chemikalien - KP: 5 mg/l Al KP: 7,5 mg/l Al KP: 12,4 mg/l Al KP: 24,9 mg/l Al<br />
Probenanzahl 1 1 1 1 1<br />
Parameter Eliminierungsrate [%] (mittlere Ablaufkonzentration [mg/l])<br />
AFS 51 (34) 82 (10) 70 (14) 96 (2) 74 (14)<br />
CSBtot 11 (81) 30 (55) 53 (39) 49 (41) 51 (40)<br />
CSBpart 50 (24) 46 (18) 86 (5) 84 (7) 89 (5)<br />
Ptot 0 (2,05) 70 (0,58) 80 (0,38) 81 (0,37) 79 (0,4)<br />
Portho 0 (1,19) 77 (0,24) 91 (0,09) 95 (0,05) 95 (0,05)<br />
Eine optimale Dosierung scheint für dieses leicht belastete Mischwasser A1 im Bereich von<br />
12,4 mg Al/l zu liegen. Es wurden eine optimale Portho- und AFS-Entfernung erreicht. Im<br />
Ablauf der Anlage wurde massive Schaumbildung beobachtet, was auf eine zu hohe<br />
Dosierung (24,9 mg/l Al bei M9L5) hindeutet. Negative Auswirkungen einer Überdosierung<br />
auf die Reinigungsleistung sind nicht zu beobachten. Die erhöhte Chemikalienkonzentration<br />
bewirkt keine Zunahme der Ablaufkonzentrationen, was auf eine Verringerung der<br />
Flockengrößen und Verschlechterung der Flockeneigenschaften zurückzuführen wäre. Der<br />
erhöhte AFS-Ablaufwert ist der Chemikalie im Ablauf geschuldet. Durch „verkleben“ der<br />
Filterporen bei der AFS-Bestimmung wird die Chemikalie und gefilterte Partikel unter 0,45<br />
µm in der Massenbestimmung als AFS gemessen. Bei den labortechnischen Versuchen<br />
konnten nach Zugabe des Kombinationspräparates nur Mikroflocken bei der visuellen<br />
Begutachtung festgestellt werden. Die gebildeten Mikroflocken des Chargepacs zeigen keine<br />
negativen Auswirkungen bezüglich der Flockengröße und -eigenschaft und können bei jeder<br />
Dosierung gleichermaßen effektiv flotiert werden. Dies bestätigt die Annahme aus den<br />
Metallsalzversuchen (FM2), dass die Mikroflotation im Gegensatz zu den untersuchten<br />
Filtertechniken auch kleinere Flockengrößen ausreichend gut entfernen kann. Großtechnisch<br />
muss darauf geachtet werden, dass eine zu hohe Chemikaliendosierung in den Ablaufwerten<br />
durch die wirkungsvolle Entfernung der gebildeten Flocken des Chargepac 55 nicht zu<br />
erkennen ist.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 133<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.3.3.4 Aussagen / Zusammenfassung<br />
Folgende Aussagen können in Bezug auf die ermittelten Versuchsergebnisse der<br />
Mischwasserbehandlung mittels Mikroflotation und Chemikalieneinsatz getroffen werden:<br />
� Der Einsatz von PAC ohne FHM-Dosierung zeigt keine ausreichende Ausbildung von<br />
Makroflocken.<br />
� Überdosierungen aller Chemikalienvariationen zeigen keine signifikanten negativen<br />
Auswirkungen auf die Eliminierungsraten der partikulären Parameter.<br />
o Mikroflotation kann im Gegensatz zu Filtertechniken „Mikro- und<br />
Makroflocken“ bzw. Flocken verschiedener Eigenschaften (u.a. signifikante<br />
Differenzen in der Scherstabilität) gleichermaßen effektiv flotieren<br />
o Achtung: Indikator für ungeeignete Chemikaliendosierung damit nicht<br />
vorhanden<br />
� Das Eisen(III)-Chlorid-Präparat zeigt sehr gute Ergebnisse ohne den Einsatz von<br />
Flockungshilfsmittel und scheint für die Mischwasserbehandlung besser geeignet als<br />
die alleinige Verwendung von PAC-Präparat.<br />
� Bei Anwendung einer Kombination aus PAC und FHM werden sehr gute Ablaufwerte<br />
erreicht vergleichbar der (alleinigen) Anwendung des Eisen(III)-Chlorid-Präparates.<br />
� Verglichen mit den Filtertechniken ist eine Verwendung des Chargepac 55 bei der<br />
Mikroflotation durch Auftreten nur geringer Scherkräfte offensichtlich gut möglich.<br />
o Die Flocken des Kombipräparates Chargepac werden trotz geringer<br />
Scherstabilität vom Prozess der Mikroflotation nicht zerstört und gute<br />
Ablaufwerte werden erreicht.<br />
Tabelle 78 zeigt die Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten.<br />
Tabelle 78: MF: Chemikalienversuche mit den besten erreichten Eliminierungsraten<br />
Lauf w n FM/FHM MWQ AFS [%]<br />
(mAb<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
CSBpart<br />
[%] (mAb<br />
Ptot<br />
[%]<br />
Portho<br />
[%]<br />
[mg<br />
[mg/l]) (mAb [mg/l]) (mAb (mAb<br />
WS/l]<br />
[mg/l])<br />
[mg/l]) [mg/l])<br />
M4L3 1 m/h 2 FM1:<br />
25,4/6,8<br />
B2 96 (2) 59 (64) 83 (19) 78 (0,6)<br />
95<br />
(0,10)<br />
M10L2 1 m/h 1 FM2:<br />
12,6<br />
B1 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 134<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.4 Vergleich der Reinigungsleistung<br />
5.4.1 Vergleich der ermittelten Reinigungsleistung: Fuzzy Filter®, Tuchfilter,<br />
Mikroflotation<br />
Die Reinigungsleistung ist neben der finanziellen Seite der entscheidende Faktor für die<br />
mögliche Auswahl der betrachteten Technologien zur weitergehenden<br />
Mischwasserbehandlung. Um eine Abschätzung eventuell auftretender Leistungsunterschiede<br />
zwischen den Anlagen geben zu können, werden in diesem Kapitel die<br />
Ergebnisse verglichen. Durch die zahlreichen unterschiedlichen Bedingungen an jedem<br />
Versuchstag (Mischwasserqualität, Filtergeschwindigkeit, Chemikaliendosierung) kann ein<br />
Vergleich der Anlagen nur allgemein gehalten werden. Zuerst wird die reine<br />
Leistungsfähigkeit der Anlagen ohne den Einsatz von Chemikalien verglichen. Anschließend<br />
folgt der Vergleich bei Chemikalieneinsatz über die jeweils erfolgreichsten<br />
Chemikalienversuche pro Technologie.<br />
5.4.1.1 Vergleich der Technologien ohne den Einsatz von Chemikalien<br />
In Tabelle 79 sind die Eliminierungsraten und deren Schwankungsbereiche aller Versuche<br />
ohne Chemikalienanwendung für jede Anlage zusammenfassend dargestellt. Zur Einordnung<br />
und Gewichtung der Ergebnisse ist der Bereich der behandelten Mischwasserqualität und<br />
die Probenanzahl (n) mit aufgelistet.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 135<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 79: Vergleich der Eliminierungsraten der jeweiligen Versuchsanlage ohne<br />
Chemikalienanwendung<br />
Anlage<br />
Fuzzy<br />
Filter®<br />
Tuchfilter<br />
Mikroflotation<br />
vF [m/h]<br />
(Filtertuch)<br />
MWQ n Lauf<br />
24 B1-2 5<br />
72 A2-D4 39<br />
2,5-6,25<br />
(Standard)<br />
2,5-7,5<br />
(Mikrofaser)<br />
B1-C2 23<br />
C2 14<br />
1 A1-C3 4<br />
F6L1-2<br />
F10L1<br />
F1L1<br />
F3L1<br />
F4L1<br />
F8L1<br />
F12L1<br />
T13L1-<br />
2<br />
T20L1-<br />
2<br />
T21L1-<br />
3<br />
M4L1<br />
M7L1<br />
M9L1<br />
M10L1<br />
AFS<br />
[%]<br />
42-53<br />
47<br />
30-42<br />
35<br />
33-72<br />
45<br />
62-75<br />
68<br />
28-40<br />
34<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
24-30<br />
26<br />
10-17<br />
13<br />
18-29<br />
24<br />
34-44<br />
40<br />
11-32<br />
20<br />
CSBpart<br />
[%]<br />
29-37<br />
33<br />
17-31<br />
24<br />
29-49<br />
37<br />
49-61<br />
57<br />
26-61<br />
43<br />
Ptot<br />
[%]<br />
22-30<br />
26<br />
6-11<br />
9<br />
7-13<br />
11<br />
21-23<br />
22<br />
Portho<br />
[%]<br />
10-17<br />
12<br />
Durch die hohe Anzahl an analysierten Proben und unterschiedlichen<br />
Filtergeschwindigkeiten in realen Bereichen für die Mischwasserbehandlung sind die<br />
Ergebnisse des Fuzzy Filters® und des Tuchfilters aussagekräftiger und realistischer<br />
gegenüber der Mikroflotation, welche auf Grund der geringen Beschickungsrate nur bedingt<br />
mit den beiden Filtertechnologien vergleichbar ist.<br />
Ein Vergleich der Techniken unter Bezugnahme auf die Eliminierung partikulärer<br />
Inhaltsstoffe (AFS, CSBpart) scheint eindeutig auf die Tuchfiltervariante mit Mikrofaser als die<br />
effektivste unter den betrachteten Verfahren zur Behandlung höher belasteter Mischwässer<br />
hinzuweisen. Fehlende Versuche können zwar keinen Beweis für die Leistungsfähigkeit des<br />
TuchfiltersMikrofaser unter geringen Mischwasserbelastungen liefern, die ermittelten Ergebnisse<br />
lassen jedoch ebenso einen relativ guten Rückhalt unter geringeren Belastungen vermuten.<br />
TuchfilterStandard zeigt eine signifikante Schwankung im Rückhalt abfiltrierbarer Stoffe von<br />
30-70 %. Bei Behandlung gering verschmutzter Wässer (B1) erreicht das Standardfiltertuch<br />
wider erwartend vergleichbare Maximalwerte bei der Filtration abfiltrierbarer Stoffe und fällt in<br />
der Behandlung höher belastetes Mischwasser C1 deutlich ab. Dies verweist auf die<br />
Abhängigkeit der Reinigungsleistung von den Mischwasserkonzentrationen als auch anderen<br />
Eigenschaften der unterschiedlichen Mischwässer (z. B. Partikelgröße). Vergleiche können<br />
vor allem bei der Behandlung unterschiedlicher Wässer nur sehr allgemein gehalten werden.<br />
Die Reinigungsleistung des „langsamen“ Fuzzy Filters®24m/h ist bezüglich der partikulären<br />
Inhaltsstoffe in den Bereich des TuchfilterStandard einzuordnen. Beide Filtersysteme weisen im<br />
Mittel sehr ähnliche Eliminierungsraten der partikulären Parameter auf. Hierbei ist zu<br />
erwähnen, dass der Fuzzy Filter®24m/h nur bei der Behandlung von Mischwasser mit der<br />
Qualitätsstufe B zum Einsatz kam (TuchfilterStandard B+C). Die Leistungsfähigkeit zur<br />
Entfernung partikulärer Substanzen war beim Fuzzy Filter®72m/h und bei der Mikroflotation im<br />
0-19<br />
8<br />
0-5<br />
2<br />
0-4<br />
2<br />
0-2<br />
1<br />
0-12<br />
5
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 136<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Vergleich zu allen anderen Varianten am ineffizientesten und beträgt im Mittel nur 35 %,<br />
wobei die Mikroflotation deutlich höhere Eliminierungen für partikulären CSB gegenüber dem<br />
Fuzzy Filter®72m/h erreichte.<br />
Im Allgemeinen kann bei der Eliminierung der gelösten P-Fraktion davon ausgegangen<br />
werden, dass diese hauptsächlich einer passiven Entfernung unterliegen. Fuzzy Filter®72m/h<br />
und TuchfilterStandard liegen in einem vergleichbaren Bereich der Entfernung der betrachteten<br />
P-Fraktionen. Die Mikroflotation kann in der maximalen Eliminierung besser eingestuft<br />
werden, wobei in 2 von 4 Auswertungen keine Entfernung der P-Fraktionen festgestellt<br />
wurde. Die besten Eliminierungsraten für Ptot sind bei Fuzzy Filter®24m/h und TuchfilterMikrofaser<br />
eindeutig festzustellen. In der Filterwirkung bezüglich der Portho-Fraktion scheinen jedoch<br />
signifikante Differenzen aufzutreten. Während der TuchfilterMikrofaser fast ausschließlich<br />
größere P-Verbindungen aus dem Wasser filtriert, erreicht der Fuzzy Filter®24m/h eine<br />
Reduktion gelöster Anteile von über 10 %. Dies ist jedoch nicht eindeutig auf die<br />
unterschiedliche Filterwirkungen zurückzuführen. Im Gegensatz zu den partikulären<br />
Fraktionen können Zusammensetzung und Eigenschaften der Mischwässer in einem<br />
höheren Maße Auswirkungen auf den Rückhalt gelöster Parameter besitzen, die<br />
hauptsächlich durch Anlagerungsmechanismen an partikuläre Stoffe mit entfernt werden.<br />
Einen weiteren entscheidenden Einfluss besitzt die Filtergeschwindigkeit auf diese unter<br />
geringen Bindungskräften angelagerten Partikel, welche unter höheren hydraulischen<br />
Belastungen vermehrt ausgespült werden. Dies veranschaulicht der deutlich höhere<br />
Rückhalt von Portho durch den Fuzzy Filter®24m/h gegenüber Fuzzy Filter®72m/h. Im Allgemeinen<br />
kann wie erwartet keine Reinigungstechnik gelöste Fraktionen effektiv aus dem Mischwasser<br />
entfernen. Die Mischwässer bestimmen hauptsächlich über ihren Charakter die sog.<br />
Mittentfernung gelöster Partikel (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 137<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Ablaufwerten führen. Die Versuche mit dem FeCl3-Präparat (FM2) erreichten für alle drei<br />
Anlagentypen auch ohne Polymerdosierung gute bis sehr gute Eliminierungsraten. Bei FM2-<br />
Versuchen mit zusätzlicher FHM-Dosierung konnten noch geringere Ablaufwerte der P-<br />
Fraktion im Vergleich zu einer alleinigen FM2-Behandlung erzielt werden. Mit dem<br />
Flockungsmittel FM1 kann eine höhere Ausfällung gelöster Stoffe gegenüber FM2 erwartet<br />
werden. Laut [Zhang 2003] nimmt der mittlere Partikeldurchmesser bei Einsatz von FeCl3 in<br />
deutlich kürzerer Zeit zu als mit PAC. Zudem wird FeCl3 eine bessere Flockungseffizienz zu<br />
gesprochen.<br />
Eine Anwendung des Kombipräparats Chargepac 55 (KP) zeigte nur bei der Mikroflotation<br />
gute Ergebnisse. Auf Grund der geringen Scherstabilität der gebildeten Flocken ist der<br />
Einsatz von KP für die beiden Filteranlagen nicht geeignet.<br />
Die besten erreichten Eliminierungsraten der Chemikalienversuche werden in Tabelle 80<br />
aufgezeigt.<br />
Tabelle 80: Vergleich der Eliminierungsraten und mittleren Ablaufwerte der jeweiligen<br />
Versuchsanlage unter Chemikalienanwendung<br />
Lauf Betriebs-<br />
param.<br />
F7L2<br />
48 m/h,<br />
30 %<br />
n FM/FHM<br />
[mg<br />
WS/l]<br />
3 FM1:<br />
12,6/2,9<br />
MWQ AFS [%]<br />
(mAb<br />
[mg/l])<br />
CSBtot<br />
[%]<br />
(mAb<br />
[mg/l])<br />
CSBpart<br />
[%] (mAb<br />
[mg/l])<br />
Ptot<br />
[%]<br />
(mAb<br />
[mg/l])<br />
C3 99,9 (
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 138<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
das anionische Flockungshilfsmittel einer Makroflockenzerstörung resultierend aus einer<br />
Überdosierung des Flockungsmittels entgegen wirken. Bei Portho-Eliminierungsraten von<br />
unter 80% werden keine negativen Auswirkungen auf die Eliminierungsraten der partikulären<br />
Parameter beobachtet und eine Überdosierung kann weitestgehend ausgeschlossen<br />
werden.<br />
Bei der Mikroflotation sind keine negativen Auswirkungen auf die Eliminierungsraten der<br />
partikulären Parameter bei vermeintlichen Überdosierungen aller Chemikalienvariationen zu<br />
vermerken. Vermutlich werden auch zerstörte Makroflocken-Anteile ausreichend gut flotiert.<br />
Die Flockungschemikalien FM1(PAC)/FHM und das FeCl3-Präparat (FM2) sind grundsätzlich<br />
für die Mischwasserbehandlung mit den drei Anlagentypen geeignet. Zur Behandlung von<br />
Mischwasser mit der Mikroflotation wäre auch ein Einsatz des KP vorstellbar.<br />
Eine Schwierigkeit stellen die schwankenden Mischwasserqualitäten dar. Um für das<br />
jeweilige Mischwasser die optimale Chemikalien-Dosierung zu bestimmen, müsste über eine<br />
online- Trübungsmessung eine Einschätzung der Mischwasserqualität erfolgen können. Eine<br />
weitere Unwägbarkeit liegt in der Handhabung des FHM, welches unmittelbar vor der<br />
Anwendung angesetzt werden muss. Dies führt zu erhöhtem Arbeitsaufwand. Außerdem<br />
stellt eine Überdosierung der Chemikalien mit dem daraus resultierenden Eintrag in das<br />
Gewässer ein zusätzliches Risiko dar. Aus den oben gewonnenen Ergebnissen und<br />
Überlegungen scheint das verwendete FM2 (FeCl3-Präparat) für die<br />
Mischwasserbehandlung für alle drei Anlagentypen das beste Mittel der Wahl zu sein.<br />
Betrachtung der ß – Werte<br />
Nach A 202 (ATV-DVWK, 2004) wird der β-Wert über die dosierte Metallkonzentration und<br />
den absoluten Ptot-Rückhalt ermittelt. Folgende Formel definiert den βPtot-Wert:<br />
xMe<br />
xPtot<br />
�<br />
Ptot<br />
xMe<br />
� AM<br />
�<br />
AM � x<br />
Me<br />
P<br />
Ptot<br />
Konzentration an zudosierten Metall [mg Me/l]<br />
Konzentration an zu fällenden Phosphor (Ptot zu – Ptot ab) [mg/l]<br />
AM Atommasse [mg/mmol]<br />
Für den Kläranlagenbetrieb sind für die Vor-, Simultan- und Nachfällung βPtot-Werte von 1,2<br />
(A 202) oder 1,5 (A 131) anzustreben. Der βPtot-Wert kann bei „strengerem<br />
Überwachungswert und abnehmender zu fällender Phosphatkonzentration“ (zit. nach [Eawag<br />
2008] S.37) erhöht werden. Laut [Eawag 2008] beträgt der β-Wert bei der Flockungsfiltration<br />
und der Nachfällung als zweite Stufe mindestens 2,5. „Zur Erreichung sehr niedriger<br />
Ablaufwerte kann der ß-Wert allerdings bis auf 4 mol/mol ansteigen.“ (zit. nach [Eawag 2008]<br />
S. 37)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 139<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
In Tabelle 81 sind für ausgewählte Chemikalienversuche die β-Werte dargestellt. Zusätzlich<br />
werden auch die β-Werte bezogen auf den gelösten P-Rückhalt (βPgelöst-Wert) angegeben.<br />
Tabelle 81: β-Werte ausgewählter Chemikalienversuche<br />
Lauf Dosierung<br />
F7L2<br />
T15L3<br />
M4L3<br />
F10L4<br />
F10L2<br />
FM1: 12,6 mg<br />
Al/l FHM: 2,9 mg<br />
WS/l<br />
FM1: 25,1 mg<br />
Al/l FHM: 9,8 mg<br />
WS/l<br />
FM1: 25,4 mg<br />
Al/l FHM: 6,8 mg<br />
WS/l<br />
FM2: 13,3 mg<br />
Fe/l FHM: 6,8 mg<br />
WS/l<br />
FM2: 13,3 mg<br />
Fe/l<br />
AFS ab<br />
(AFS zu)<br />
[mg/l]<br />
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 140<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.4.1.3 Betrachtung der Feststoffbelastung<br />
a) Fuzzy Filter®<br />
In Tabelle 82 sind die Feststoffbeladungen einzelner Fuzzy Filter®-Versuche<br />
zusammengefasst.<br />
Tabelle 82: FF: Feststoffbeladung ausgewählter Versuche bezogen auf das Filterbettvolumen<br />
Lauf Betriebsweise Kompr. MWQ Durchsatz<br />
[m³/h]<br />
F4L1<br />
305 min<br />
F12L1<br />
180 min<br />
F7L1<br />
65 min<br />
F7L4<br />
25 min<br />
F7L4<br />
25 min<br />
F10L2<br />
50 min<br />
F10L2<br />
50 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
FM1:12,6<br />
FHM: 2,9<br />
ohne Flocken<br />
FM1:12,6<br />
FHM: 2,9<br />
mit Flocken<br />
FM2:13,3<br />
ohne Flocken<br />
FM2:13,3<br />
mit Flocken<br />
FB: Feststoffbeladung bezogen auf das Filterbettvolumen<br />
AFS<br />
Rückhalt<br />
[mg/l]<br />
FB<br />
[kg TS/(m³ * h)]<br />
FB bez.<br />
Filterbett<br />
[kg TS]<br />
40 % B2 15 17,6 2,631 1,342<br />
30 % B2 15 21,2 2,717 0,954<br />
40 % C3 5 57 2,841 0,309<br />
40 % C3 10 72 7,177 3<br />
40 % C3 10 115,6 11,523 4,817<br />
30 % B1 5 39 1,667 1,63<br />
30 % B1 5 56,5 2,414 2,354<br />
Bei Versuchen ohne Chemikalien werden ähnlich hohe Feststoffbeladungen bei gleichen<br />
MWQ, konstanten Durchsatz und unterschiedlichen Kompressionsgraden ermittelt (F4L1 und<br />
F12L1). F7L3 weist wegen der erhöhten Zulaufbelastung und deutlich geringerem Durchsatz<br />
eine Feststoffbelastung auf, welche im Bereich von F4L1 und F7L1 liegt. Bedingt durch die<br />
Chemikaliendosierung und den hohen Durchsatz kann bei F7L4 eine relativ hohe<br />
Feststoffbeladung erzielt werden. Die Filterbettbeladung von knapp 5 kg TS stellt nicht die<br />
maximale Beladung des Filters dar (kein Durchbruch des Filterbetts). Bei den<br />
Chemikalienversuchen wird zusätzlich zu der Zulaufprobe eine Probe mit den gebildeten<br />
Flocken hinsichtlich des Parameters AFS untersucht. Da bei den Versuchen AFS komplett<br />
eliminiert wird, zeigt sich über die Zulaufprobe mit den gebildeten Flocken der Anteil der<br />
Feststoffbeladung, welche durch die Chemikalien verursacht wird. Dieser Anteil beträgt bei<br />
F7L4 ca. 38 % und bei F10L2 ca. 31 %. Die relativ geringe Feststoffbelastung bei F10L2<br />
resultiert aus den niedrigen Zulaufwerten und dem geringen Durchsatz von 5 m³/h im<br />
Vergleich zu den anderen Versuchen.<br />
Vergleich der AFS-Raumbeladung mit Literaturwerten<br />
[Hübner et al. 2002] gibt folgende Bemessungswerte für die AFS-Raumbeladung für die<br />
Auslegung von Raumfiltern bzw. einfachen (flachen) Sandfiltern an:<br />
einfache flache Sandfilter: 1-1,5 kg AFS/m³<br />
Raumfilter ohne Flockung: 3-4 kg AFS/m³<br />
Raumfilter mit Flockung: 2,5 kg AFS/m³
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 141<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
F4L1 weist einen Durchbruch erst bei Minute 305 auf. Die Umrechnung auf den absoluten<br />
Rückhalt an AFS bis zu diesem Zeitpunkt ergibt 13,1 kg AFS(TS)/m³. Für F12L1 wird eine<br />
Raumbeladung von 8,1 kg AFS(TS)/m³ ermittelt. F7L1 wurde nach 65 min ohne einen<br />
festzustellenden Durchbruch beendet und kann folglich nicht in die Betrachtung mit<br />
einbezogen werden. Trotz der unterschiedlich ermittelten AFS-Raumbeladung des Fuzzy<br />
Filters® bis zu einem Durchbruch kann deutlich von einer höheren Belastung des Filters<br />
gegenüber „herkömmlichen“ Filtern ausgegangen werden. Aus dieser Untersuchung heraus<br />
kann der Fuzzy Filter® das 2-3 fache der Masse an AFS gegenüber den genannten<br />
Raumfiltern von [Hübner et al. 2002] filtrieren, bevor eine Rückspülung sinnvoll erscheint.<br />
Für die Bemessung kann anhand dieser Ergebnisse ein Wert von 8-10 kg AFS/m³ für den<br />
Fuzzy Filter® angenommen werden.<br />
Die Versuche mit Chemikalien wurden vor einem Durchbruch der Flocken beendet und<br />
können folglich keine absoluten Werte liefern. Es zeigt sich auch hier die eindeutige Tendenz<br />
der höheren AFS-Raumbeladung gegenüber den aufgeführten Literaturwerten. F7L4 (ohne<br />
Flocken) weist eine AFS-Raumbeladung bis Minute 25 von 5,8 (3) kg AFS(TS) kg/m³ auf. Bei<br />
F10L2 (ohne Flocken) ist eine AFS-Raumbeladung bis Minute 50 von<br />
2 (1,4) kg AFS(TS) kg/m³ festzustellen.<br />
b) Tuchfilter<br />
In Tabelle 83 sind die Feststoffflächenbelastungen ausgewählter Tuchfilter-Versuche<br />
aufgezeigt.<br />
Tabelle 83: TF: Feststoffflächenbelastung ausgewählter Versuche bezogen auf die<br />
Filtertuchfläche<br />
Lauf Betriebsweise Filtertuch MWQ Durchsatz<br />
[m³/h]<br />
absol.<br />
Rückhalt<br />
[mg/l]<br />
FFB<br />
[kg TS/(m² *<br />
h)]<br />
absol.<br />
FFB<br />
[kg<br />
TS/m²]<br />
T20L1<br />
38 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
Standard C2 5 37,8 0,097 0,060<br />
T20L2<br />
49 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
Standard C2 5 30,2 0,075 0,062<br />
T21L1<br />
12 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
Mikrofaser<br />
C2 15 89,3 0,669 0,134<br />
T21L2<br />
21 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
Mikrofaser<br />
C2 10 83,5 0,418 0,146<br />
T21L3<br />
50 min<br />
ohne<br />
Chemikalien<br />
FM1: 12,6 mg<br />
Mikrofaser<br />
C2 5 73,8 0,185 0,154<br />
T15L1<br />
15 min<br />
Al/l<br />
FHM: 7,1 mg<br />
WS/l<br />
FM1: 25,1 mg<br />
Standard D3 5 73,8 0,19 0,046<br />
T15L3<br />
10 min<br />
Al/l<br />
FHM: 9,8 mg<br />
WS/l<br />
Standard D3 5 131 0,33 0,055<br />
T18L1<br />
10 min<br />
FM2: 9,4 mg<br />
Fe/l<br />
Standard B2 5 41 0,10 0,017<br />
T18L2<br />
30 min<br />
FM2: 11,3 mg<br />
Fe/l<br />
Standard B2 5 16,5 0,04 0,021<br />
FFB: Feststoffflächenbelastung bezogen auf Filtertuchfläche
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 142<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Die Versuche T20L1-2 verdeutlichen den Einfluss der unterschiedlichen Zulaufwerte. Bei<br />
gleicher Betriebsweise kann bei höheren Zulaufwerten (T20L1) ein erhöhter absoluter<br />
Rückhalt im Vergleich zu T20L2 festgestellt werden. Dadurch nimmt die<br />
Feststoffflächenbelastung bei erhöhten Zulaufwerten und konstanten Einstellungen zu. Mit<br />
dem Mikrofaser Filtertuch können bei ähnlicher MWQ und gleicher Betriebsweise auf Grund<br />
der feineren Filterkanälchen höhere absolute Rückhalte und daraus resultierend deutlich<br />
höhere Feststoffflächenbelastungen erzielt werden als mit dem Standard Filtertuch<br />
(Vergleich T20L1-2 und T21L3). Mit höheren Durchsätzen können deutlich höhere<br />
Feststoffflächenbelastungen unter sonst gleichbleibenden Einstellungen erreicht werden<br />
(T21L1-3). Höhere Chemikaliendosierungen bewirken eine bessere Flockenbildung und<br />
damit einen Anstieg der Feststoffflächenbelastung (T15L1-3). Letzteres gilt nicht für den Fall<br />
einer Überdosierung mit daraus folgender Flockenzerstörung und Abnahme der<br />
Eliminierungsleistung der partikulären Stoffe, wie bei T18L1 und T18L2 ersichtlich wird. Der<br />
Lauf T18L2 weist eine FM2 Überdosierung auf. Die Feststoffflächenbelastung nimmt um<br />
60 % im Vergleich zu T18L1 ab.<br />
Bei der Betrachtung der Versuchstage T21L1-3, T20L1-2 und T15L1-3, an denen jeweils nur<br />
eine Einstellung verändert wurde, fällt auf, dass die absoluten Feststoffflächenbelastungen<br />
[kg TS/m²] in einem ähnlichen Bereich liegen. Dies gründet aus den jeweiligen Laufzeiten<br />
eines Versuches. Für jeden Versuchstag ist mit Abnahme des absoluten Rückhaltes, bedingt<br />
durch die veränderte Einstellung oder Zulaufkonzentration, ein Anstieg der Laufzeit zu<br />
beobachten.<br />
c) Mikroflotation<br />
Tabelle 84 stellt die Feststoffflächenbelastungen ausgewählter Mikroflotations-Versuche dar.<br />
Tabelle 84: MF: Feststoffflächenbelastung ausgewählter Versuche bezogen auf die<br />
Flotationsfläche<br />
Lauf Betriebsweise MWQ<br />
Durchsatz<br />
[m³/h]<br />
AFS<br />
Rückhalt<br />
[mg/l]<br />
FFB<br />
[kg TS/(m² * h)]<br />
M4L1 ohne Chemikalien B2 2 22 0,022<br />
M7L1 ohne Chemikalien C3 2 36 0,036<br />
M9L1 ohne Chemikalien A1 2 36 0,036<br />
M7L4 KP: 12,4 mg Al/l C3 2 76 0,076<br />
M4L3<br />
FM1: 25,4 mg Al/l<br />
FHM:6,8 mg WS/l<br />
B2 2 50 0,050<br />
M10L2 FM2: 12,6 mg Fe/l B1 2 40 0,040<br />
Bedingt durch den geringeren Durchsatz bei den Versuchen mit der Mikroflotation werden<br />
niedrigere Feststoffflächenbelastungen im Vergleich zu Versuchen mit dem Tuchfilter<br />
ermittelt. Trotz unterschiedlicher Mischwasserqualitäten werden bei den Versuchen ohne<br />
Chemikalieneinsatz M7L1 und M9L1 die gleichen Feststoffflächenbelastungen festgestellt.<br />
Die Chemikalienversuche zeigen bedingt durch die unterschiedlichen Mischwasserqualitäten<br />
relativ unterschiedliche Feststoffflächenbelastungen auf.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 143<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Die Feststoffbelastungen der jeweiligen Anlagen können durch die unterschiedlichen<br />
Bezugsarten (Filterbett, Tuchfläche oder Flotationsfläche) und den unterschiedlichen<br />
Durchsätzen nur bedingt miteinander verglichen werden.<br />
5.4.1.4 Vergleich der Rückhaltewirkung von Spurenstoffen unterschiedlicher Chemikalienanwendung<br />
Spurenstoffe rücken zunehmend in den Blickpunkt der Betrachtung, da neben ihrer<br />
allgemein bekannten toxischen Wirkung auch signifikante Auswirkungen auf den<br />
Hormonhaushalt von Lebewesen und auf die Fertilität des männlichen Geschlechts [BAG<br />
2008] auftreten, welche zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht quantifiziert werden können. Aus<br />
diesem Grund werden neben Schwermetallen und den 16 PAK (polyzyklische aromatische<br />
Kohlenwasserstoffen) nach EPA (US Environmental Protection Agency) weitere Störstoffe<br />
untersucht. Die Einteilung erfolgt in folgende Bereiche:<br />
� Schwermetalle und 16 EPA-PAK<br />
� Pharmazeutika / Arzneimittel (+Metabolite)<br />
� PBSM (+Metabolite), Industriechemikalien (u.a. Korrosionsschutz,<br />
Desinfektionsmittel)<br />
Es ist zu erwähnen, dass die Entfernung dieser Stoffe hauptsächlich durch die eingesetzten<br />
Chemikalien bestimmt wird. Die verwendeten Reinigungstechniken spielen nur eine<br />
untergeordnete Rolle. Die Zulaufkonzentrationen vieler getesteter Stoffe liegen unterhalb der<br />
Nachweisgrenze des eingesetzten Analyseverfahrens und können dementsprechend nicht<br />
bewertet werden. Die kompletten Analyseergebnisse sind im Anhang aufgelistet.<br />
a) Schwermetalle und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe<br />
Da die Entfernung der betrachteten Stoffe stark von den Fällungs- und<br />
Flockungseigenschaften abhängig ist, sind die Analyseergebnisse von AFS und Portho der<br />
Versuche F12L2 und T18L3, die als Indikator für eine gute Fällung und Flockung dienen, mit<br />
aufgeführt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 144<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 85: Erzielte Reinigungsleistung bezüglich Schwermetalle und 16 EPA-PAK<br />
Fuzzy Filter®: F12L2, 40 %, 24 m/h<br />
TuchfilterStandard: T18L3, 2,5 m/h<br />
SM; PAK<br />
FM1: 23,9mg/l Al, FHM: 7,1 mg/l WS<br />
Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
FM2: 9,4 mg/l Fe, FHM: 1,0 mg/l WS<br />
Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
[µg/l] [µg/l] [%] [µg/l] [µg/l]<br />
[%]<br />
Kupfer 53 6 87 54 15 72<br />
Zink 480 94 80 300 120 60<br />
Blei 14 < 4 > 71 14 4,4 68<br />
Σ EPA-<br />
PAK*<br />
0,18 0,056 69 0,39 0,22 44<br />
Paramete Zulauf Ablauf Eliminierung Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
r<br />
[mg/l] [mg/l] [%] [mg/l] [mg/l] [%]<br />
AFS 52 4 93 43 16 63<br />
Portho 1,85 < 0,05 > 97 1,22 0,08 94<br />
* F12L2 = 4 PAK unter Nachweisgrenze im Zulauf, T18L3 = 9 PAK unter Nachweisgrenze im Zulauf<br />
Ein Rückhalt von Schwermetallen und PAK ist durch den Einsatz beider Filter mit den<br />
verwendeten Chemikalien möglich. Bei allen betrachteten PAK’s ist eine Abnahme der<br />
Konzentration zwischen Zu- und Ablauf festzustellen. F12L2 erreicht im Schnitt eine<br />
Entfernung von über 80 % Kupfer, Zink und Blei. Bei Versuch T18L3 wurde eine Entfernung<br />
der betrachteten Schwermetalle von ca. 70 % ermittelt. Ein ähnliches Verhältnis trat ebenso<br />
bei der Entfernung untersuchter PAK (F12L2 ca. 70 %, T18L3 ca. 45 %) auf. Ein besserer<br />
Rückhalt der betrachteten Störstoffe wurde zwar in der Kombination Fuzzy Filter® mit FM1<br />
und FHM festgestellt, der Vergleich der AFS-Eliminierung zeigt jedoch eine deutlich bessere<br />
Flokkulation und Abtrennung der gebildeten Agglomerate gegenüber T18L3. Da die<br />
Störstoffe hauptsächlich bei der Flockenbildung eingearbeitet und unter Einschlussflockung<br />
aus dem Mischwasser mit entfernt werden, ist die Flockenbildung für die Eliminierung<br />
hauptverantwortlich. Schwermetalle lagern sich bevorzugt an negative Oberflächen an,<br />
welche das Polymer bereitstellt. Große PAK’s werden über Adsorptionsmechanismen mit<br />
dem Polymer untereinander zu großen Flocken vernetzt. Das langkettige Polymer bildet das<br />
Gerüst (Brücken zwischen den großen Verbindungen wie PAK) des Agglomerates.<br />
Im Allgemein kann bei einer optimal auf die Parameter AFS und Portho abgestimmten<br />
Chemikaliendosierung auch ein sehr guter Nebeneffekt in Bezug auf die Eliminierung von<br />
Schwermetallen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen erwartet werden.<br />
b) Pharmazeutika / Arzneimittel<br />
15 Arzneimittel bzw. Metabolite aus Pharmazeutika wurden analysiert. Eine Auswahl<br />
bestimmetr Stoffe auf der Grundlage aussagekräftiger Daten (Zulauf über Nachweisgrenze,<br />
Eliminierung, Bekanntheitsgrad) ist in Tabelle 86 aufgelistet.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 145<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 86: Reinigungsleistung bezüglich Pharmazeutika<br />
Fuzzy Filter®: F12L2, 40 %, 24 m/h TuchfilterStandard: T18L3, 2,5 m/h<br />
Arzneistoff<br />
FM1: 23,9mg/l Al, FHM: 7,1 mg/l WS<br />
Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
FM2: 9,4 mg/l Fe, FHM: 1,0 mg/l WS<br />
Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
[µg/l] [µg/l] [%] [µg/l] [µg/l] [%]<br />
Bezafibrat 0,8 < 0,01 < 98 0,43 0,38 12<br />
Diclofenac 0,9 < 0,01 < 98 0,12 0,25 0<br />
Naproxen 0,3 < 0,05 < 83 0,25 0,33 0<br />
Sulfamethoxazol* 0,21 0,16 24 0,16 0,08 50<br />
Koffein 18 18 0 20 20 0<br />
* Antibiotikum<br />
Bei Verwendung des PAC mit anionischem Flockungshilfsmittel ist eine sehr gute Entfernung<br />
bestimmter Arzneistoffe aus dem Mischwasser nachweisbar. Die in ihren chemischen<br />
Eigenschaften vergleichbaren Stoffe Bezafibrat, Diclofenac und Naproxen müssen aktiv in<br />
den Vorgang der Fällung und Flockung unter Verwendung von PAC und FHM eingebunden<br />
sein. Hervorragende Eliminierungsraten können nicht ausschließlich der Einschlussflockung<br />
zugeordnet werden. Ein strukturell ähnlicher Aufbau mit jeweils einer reaktiven<br />
Carboxygruppe (–COOH) scheint bei allen drei Arzneistoffen eine gute Abscheidewirkung<br />
dieser Carbonsäuren durch PAC(FM1) + FHM zu bewirken.<br />
Erstaunlich sind die höheren Ablaufwerte bei T18L3 für Diclofenac und Naproxen. Dieses<br />
Phänomen kann nur auf eine kurzzeitige Erhöhung im Zulauf, welche nicht mit dem<br />
Ablaufwert korreliert, oder auf Auswaschungsvorgänge der Stoffe aus dem Filtermaterial<br />
begründet werden. Die Fällungs- und Flockungseigenschaften von FM2+FHM zeigen keine<br />
Wirkung auf die gute abscheidbare Arzneistoffgruppe durch PAC. Nur bei dem Antibiotikum<br />
Sulfamethoxazol kann eine Halbierung der Konzentration zwischen Zu- und Ablauf und eine<br />
bessere Eliminierung gegenüber der Verwendung von PAC festgestellt werden. Das Sulfon<br />
(R 1 -S(=O)2-R 2 ) wird vermutlich mit Eisen(III)-Präparat durch Reaktivität zwischen Eisen-<br />
Ionen und der Sylfonylgruppe komplexiert bzw. koaguliert.<br />
Die Konzentrationen mancher Stoffe ohne Carboxy- oder Sylfonylgruppe wie Koffein werden<br />
von beiden Chemikalienvariationen nicht beeinflusst.<br />
Im Allgemeinen ist eine gute Eliminierung von bestimmten Arzneistoffgruppen unter<br />
Verwendung von Chemikalien zur Fällung und Flockung möglich. Unter den 15 betrachteten<br />
Stoffen bei F12L2 unterlagen 6 einer Eliminierung, 7 befanden sich im Zulauf unterhalb der<br />
Nachweisgrenze und bei 2 wurde keine Wirkung bzw. eine Erhöhung im Ablauf festgestellt.<br />
c) PBSM und Industriechemikalien<br />
Organische und chemische Stoffe zur Pflanzenbehandlung und Schädlingsbekämpfung<br />
(PBSM) werden in diesem Kapitel mit weiteren Chemikalien aus der Industrie betrachtet.<br />
6 PBSM und 8 weitere Industriechemikalien wurden untersucht.<br />
Eine Auswahl ist in Tabelle 87 dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 146<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 87: Reinigungsleistung bezüglich PBSM und Industriechemikalien<br />
Fuzzy Filter®: F12L2, 40 %, 24 m/h TuchfilterStandard: T18L3, 2,5 m/h<br />
PBSM,<br />
FM1: 23,9 mg/l Al, FHM: 7,1 mg/l WS FM2: 9,4 mg/l Fe, FHM: 1,0 mg/l WS<br />
Industriechem. Zulauf Ablauf Eliminierung Zulauf Ablauf Eliminierung<br />
[µg/l] [µg/l] [%] [µg/l] [µg/l] [%]<br />
Mecoprop* 1,4 0,01 > 99 0,1 0,095 5<br />
2,4,5-T* < 0,1 < 0,01 k.A. < 0,01 < 0,01 k.A.<br />
Bentazon* < 0,1 0,02 k.A. < 0,01
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 147<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Schwermetallen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Des Weiteren<br />
wurde bei der Betrachtung der Arzneimittelstoffe und Industriechemikalien eine Affinität des<br />
PAC bezüglich Carbonsäuren festgestellt. Sehr gute Ablaufwerte unter Verwendung von<br />
PAC wurden erreicht. Das Eisen(III)-Präparat zeigte keine Wirkung auf die Carboxygruppen.<br />
Stoffe mit einer Sulfonylgruppe (Sulfone) wurden hingegen effektiver durch Eisen(III)-<br />
Präparat gegenüber der PAC-Anwendung abgeschieden. Andere Stoffe ohne die genannten<br />
reaktiven Gruppen (u.a. Koffein) zeigten keine Abnahme zwischen Zu- und<br />
Ablaufkonzentration.<br />
5.4.1.5 Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben<br />
Zur besseren Einordnung der im Rahmen des Projektes ermittelten Reinigungsleistung der<br />
drei Anlagen werden die Eliminierungsraten Literaturangaben vergleichbarer Versuche<br />
gegenübergestellt.<br />
a) Fuzzy Filter® Vergleichswerte<br />
Die aus den FF-Versuchen ohne Chemikalieneinsatz gewonnen Daten am Standort<br />
Bellermannstraße werden mit zwei FF-Anlagen in Columbus (Georgia) und Orangeburg<br />
(New York) verglichen. Die Anlage in Columbus kam zur Behandlung von Mischwasser in<br />
Kombination mit einem hydrodynamischen Abscheider zum Einsatz. Die Eliminierungsraten<br />
beziehen sich auf die kombinierte Verfahrensweise. Dadurch liegen die Eliminierungsraten in<br />
einem etwas höheren Bereich als bei der alleinigen Anwendung des FF am<br />
Versuchsstandort Bellermannstraße. Dies gilt vor allem für die P-Fraktion. Im Vergleich zur<br />
Pilotanlage in Orangeburg, welche mit Abwasser getestet wurde, werden ähnliche<br />
Ergebnisse erzielt.<br />
Tabelle 88: FF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben<br />
Ort Installation vF [m/h] Reinigungsleistung Erläuterung<br />
Bellermannstr.<br />
<strong>Berlin</strong>,<br />
Deutschland<br />
Columbus<br />
Water Works<br />
Columbus,<br />
Georgia, USA<br />
[Scherrenberg<br />
2006]<br />
USEPA<br />
Orangeburg,<br />
New York,<br />
USA<br />
[EPA 2002],<br />
[Scherrenberg<br />
2006]<br />
MW aus RÜB +<br />
FF-<br />
Versuchsanlage<br />
24-72<br />
MWÜ + hA + FF 40-68<br />
KAzu + hA + FF<br />
+ D<br />
24-48<br />
TSS: 30-60 %<br />
Ptot: 10 -25 %<br />
SM (u.Chem.): 80 %<br />
hA + FF:<br />
TSS: 70 %,<br />
Ptot: 60 %<br />
SM: 50-70 %<br />
(Fette/Öle: 80 %)<br />
TSS: 40 %<br />
Testphase<br />
0,5 Jahre ,11 Events<br />
Testphase<br />
5 Jahre ,40 Events<br />
-Größe FF 2x2 Fuß<br />
-1 Testserie 16d<br />
- Guter Rückhalt Partikel<br />
>50µm<br />
-optimale Betriebsführung<br />
mit Kompression 20%<br />
D = Desinfektion; FF = Fuzzy Filter®; hA = hydrodynamischer Abscheider; u.Chem. = unter Chemikalienanwendung<br />
KAzu = Kläranlagenzulauf; MWÜ = Mischwasserüberlauf
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 148<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
b) Tuchfilter Vergleichswerte<br />
Im Rahmen des Projektes wurde der Tuchfilter erstmalig zur Behandlung von Mischwasser<br />
eingesetzt. Daher werden die gewonnen Daten mit den Ergebnissen der Pilotversuche auf<br />
der KA Gümmerwald und einem Schweizer Projekt zur Behandlung von urbanem<br />
Straßenabwasser verglichen. Angesichts der unterschiedlichen Wasserqualitäten der drei<br />
Anwendungen zeigen die Ergebnisse zum Teil sehr unterschiedliche Eliminierungsleistungen<br />
der P-Fraktion. Allgemein lassen sich wie zu erwarten bei den drei Versuchsanlagen bessere<br />
Reinigungsleistungen mit den feineren Filtertüchern feststellen. Die TSS-Werte (= AFS)<br />
weisen trotz unterschiedlicher Wasserqualitäten je nach Filtertuchart auf ähnliche Ergebnisse<br />
hin.<br />
Tabelle 89: TF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben<br />
Ort Installation vF [m/h] Filtertuch<br />
Bellermannstr.<br />
<strong>Berlin</strong>,<br />
Deutschland<br />
KA<br />
Gümmerwald,Deutschland<br />
[Grabbe<br />
1998]<br />
Gemeinde<br />
Burgdorf,<br />
Schweiz<br />
[EAWAG/H<br />
SB/GSA/G<br />
BL 2005]<br />
MW aus<br />
RÜB+<br />
Mecana<br />
Trommelfilter<br />
Versuchsanlage<br />
Ablauf der<br />
Nachklärung<br />
Mecana<br />
Scheibenfilter<br />
Pilotanlage<br />
urbanes<br />
Straßenabwasser<br />
Mecana<br />
Trommelfilter<br />
2,5-6,25<br />
2,5-7,5<br />
5<br />
13<br />
k. A.<br />
c) Mikroflotation Vergleichswerte<br />
Standard<br />
Mikrofaser<br />
PA13 (grob)<br />
PE15 (fein)<br />
PA13 (grob)<br />
PE15 (fein)<br />
Standard<br />
Mikrofaser<br />
Reinigungsleistung<br />
ohne<br />
Chemikalieneinsatz<br />
TSS: 33-72 %<br />
CSB: 18-29%<br />
Ptot: 7-13 %<br />
TSS: 62-75 %<br />
CSB: 34-44 %<br />
Ptot: 21-23 %<br />
TSS: 60%, Ptot: 47 %<br />
TSS: 76 %, CSB: 18<br />
%, Ptot: 67 %<br />
TSS: 63 %, CSB: 15<br />
%, Ptot: 48 %<br />
TSS: 74 %, CSB: 25<br />
%, Ptot: 64 %<br />
TSS: 48 %, Cr: 35 %,<br />
Cu: 38 %, Fe: 35 %,<br />
Pb: 42 %, Zn: 25 %<br />
TSS: 78 %, Cr: 55%,<br />
Cu: 59 %, Fe: 70 %,<br />
Pb: 69 %, Zn: 22 %<br />
Erläuterung<br />
Testphase: 5<br />
Monate<br />
4,68 m³/h<br />
Die gewonnen Daten der Mikroflotation am Standort Bellermannstraße werden mit<br />
unterschiedlichen Versuchsanlagen, die zur Mischwasser- bzw. Regenwasserbehandlung<br />
zum Einsatz kamen, verglichen. Die Anlagen werden mit Chemikalieneinsatz betrieben. Auf<br />
Grund fehlender Daten kann kein Vergleich von Versuchsergebnissen ohne<br />
Chemikalieneinsatz aufgestellt werden. Die Daten der Versuchsanlage in Karlsruhe zeigen<br />
unter ähnlichen Voraussetzungen nahezu identische Ergebnisse zum Standort<br />
Bellermannstraße. Die TSS-Eliminierungsrate der Anlage in San Francisco liegt deutlich
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 149<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
unter den in <strong>Berlin</strong> erreichten 99,9 %. Die Anlagen in Paris zeigen gute<br />
Eliminierungsleistungen für TSS und CSB bzw. für Kohlenwasserstoffe (Anlage Chelles).<br />
Tabelle 90: MF: Vergleich der Reinigungsleistungen mit Literaturangaben<br />
Ort Installation Durchsatz Reinigungsleistung Erläuterung<br />
Bellermannstraße<br />
<strong>Berlin</strong>,<br />
Deutschland<br />
San Francisco,<br />
USA<br />
(1975)<br />
[Bursztynsky et<br />
al. 1975]<br />
Chelles/Paris,<br />
Frankreich<br />
(1993)<br />
[Bernard et al.<br />
1995]<br />
Paris, Frankreich<br />
[Lainé et al.<br />
1998]<br />
Karlsruhe,<br />
Deutschland<br />
[Sommer 2007]<br />
MW aus RÜB+<br />
MF-<br />
Versuchsanlage<br />
MW + MF<br />
(RW+SM) +<br />
DAF<br />
RW + DAF +<br />
SF + UV<br />
MW + MF-<br />
Versuchsanlage<br />
2 m³/h<br />
3600 m³/h<br />
13 m³/h<br />
k.A.<br />
k.A.<br />
TSS: 40-56 %<br />
CSB: 11-32 %<br />
Ptot: 0-19 %<br />
mit Chemikalien<br />
max. Werte:<br />
TSS: 99,9 %,<br />
CSB: 62 %<br />
Ptot: 80 %<br />
mit Chemikalien<br />
max. Werte:<br />
TSS: 51 %<br />
CSB: 55 %<br />
BSB5: 94 %<br />
mit Chemikalien:<br />
vollständige<br />
Entfernung<br />
Kohlenwasserstoffe<br />
DEF:<br />
TSS: >90 %<br />
CSB: >90 %<br />
mit Chemikalien:<br />
TSS: 86 %<br />
CSB: 70 %<br />
Cd, Cu, Pb: 80-93 %<br />
Testphase 3 Monate<br />
2 Module<br />
Recycle-Strom: 19%<br />
Konstante Ablaufwerte<br />
bei schwankenden<br />
Zulaufkonzentrationen<br />
Gesamtinstallation<br />
erreicht Badewasserqualität <br />
Oberflächenbeschickung:<br />
5m/h<br />
MF = Mikroflotation, MW = Mischwasser, DAF = Druckentspannungsflotation, RW = Regenwasser, UV = UV-<br />
Desinfektion, SM = Schmutzwasser, SF = Sandfilter<br />
Insgesamt zeigt ein Vergleich der gewonnen Eliminierungsraten mit Werten von Anlagen mit<br />
ähnlichen Aufgabenbereichen relativ identische Ergebnisse.<br />
5.5 An den Versuchsanlagen gewonnene Erfahrungswerte<br />
In den folgenden beiden Kapiteln werden die gewonnenen Erfahrungswerte bei Betrieb der<br />
getesteten Anlagen beschrieben. Nach einer allgemeinen Betrachtung über Betrieb und<br />
Instandhaltung der Anlagen folgt eine Ausführung über aufgetretene Betriebsstörungen.<br />
5.5.1 Betriebserfahrungen<br />
Die jeweiligen Versuchsanlagen konnten nach einer kurzen Einweisung ohne weitere<br />
Schwierigkeiten betrieben werden. Die jeweilige Steuerung der Anlagen erwies sich als<br />
übersichtlich und anwenderfreundlich. Auf Grund der Standortgegebenheiten betrug die Zeit<br />
für die Inbetriebnahme der Anlagen ca. 30 min. Wie bereits erwähnt wurden für jeden<br />
Versuchstag die Zulaufschläuche von dem RÜB-Einstiegsschacht zur Anlage und die<br />
Ablaufschläuche zum Straßenablauf gelegt. Bei den Versuchen mit Chemikalieneinsatz<br />
erwiesen sich die fehlenden Möglichkeiten zur Trübungsmessung als Hindernis, um eine<br />
optimale Dosierung für die jeweilige Mischwasserqualität einstellen zu können. Der Umgang<br />
mit den Chemikalien stellte keine weiteren Probleme dar. Für einen schnellen und<br />
unkomplizierten Zugang zu Trinkwasser für die Chemikalienmischung (Hydrant) sollte<br />
gesorgt sein. Bei der Herstellung der anwendungsfertigen Lösung des Polymers ist auf eine<br />
ausreichende Durchmischung und anschließende Reifezeit zu achten.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 150<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
5.5.2 Betriebsstörungen<br />
5.5.2.1 Mikroflotation<br />
Beim Betrieb der Mikroflotationsanlage traten während der gesamten Versuchslaufzeit keine<br />
größeren Störungen auf. An einem Versuchstag gab es Probleme bei der Inbetriebnahme<br />
der Anlage, da die Entfernung zwischen Zulaufpumpe (im Versuchsanlagencontainer) und<br />
Einstiegschacht des RÜB recht groß war und es deshalb zu Ansaugschwierigkeiten kam.<br />
Offensichtlich war der Ansaugschlauch zwischenzeitlich leer gelaufen und die Pumpe konnte<br />
das Luftpolster im Schlauch nicht wegfördern.<br />
Der vom Hersteller versprochene wartungsarme Betrieb kann insgesamt bestätigt werden.<br />
5.5.2.2 Fuzzy Filter<br />
Das Ansaugproblem der Zulaufpumpe zeigte sich auch bei der Kreiselpumpe des Fuzzy<br />
Filters® und trat ca. 3-4mal auf. Die Entfernung aller Anlagen zum RÜB-Einstiegsschacht<br />
war nahezu identisch. Auch hier konnte das Problem meist relativ zügig behoben werden.<br />
Einmal musste jedoch der Zulaufschlauch extern mit Wasser befüllt werden, um eine<br />
Ansaugwirkung der Kreiselpumpe zu erzielen. Aus diesen Erfahrungen heraus wird die<br />
Verwendung von Tauchpumpen empfohlen oder es muss sichergestellt werden, dass der<br />
Zulaufschlauch sich nicht entleeren kann. Letzteres könnte jedoch vor allem in den<br />
Wintermonaten mit Frost zu Problemen führen.<br />
Bei dem Kompressormotor des Fuzzy Filter® für die Luft/Wasserspülung kam es vereinzelt<br />
zu Startproblemen. Bedingt durch längere Trockenstandzeiten setzte sich der Motor fest,<br />
konnte aber einigermaßen schnell wieder zum Laufen gebracht werden. Neben diesen als<br />
geringfügig einzustufenden Startproblemen wurde bei den Anfangsversuchen im März 2010<br />
vereinzelt Streu-Splitt im Filterbett beobachtet, was zu Beeinträchtigung der Filterwirkung<br />
führte. Fälschlicherweise war bei der allerersten Inbetriebnahme die Ansaugöffnung des<br />
Zulaufschlauches direkt am Boden des RÜB positioniert worden. Dort abgelagerter Split<br />
(vom Winterdiensteinsatz auf den Straßen) wurde mit angesaugt und unter den Filterboden<br />
transportiert (siehe Abb. 79), von wo er bei höheren Filtergeschwindigkeiten auch ins<br />
Filterbett gelangte.<br />
Abbildung 79: Splitt-Anfall aus dem Zulaufbereich des Fuzzy Filters®<br />
Nach Räumung der Filterbodenkammer und nachfolgender Positionierung des<br />
Saugschlauchendes in mindestens 1 m Höhe über dem Boden des RÜB tauchte dieses
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 151<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Problem nicht wieder auf, außerdem nahm der aus den Wintermonaten zurückgebliebene<br />
Splitt auf den Straßen und damit im RÜB ab.<br />
5.5.2.3 Tuchfilter<br />
Der Tuchfilter zeigte einen reibungslosen Betrieb. Längere Standzeiten zogen keine<br />
Probleme bei der Inbetriebnahme nach sich. Auf Grund der zum Einsatz kommenden<br />
Tauchpumpe kam es zu keinen Ansaugproblemen. Allerdings setzte sich der zum Schutz der<br />
Versuchsanlagen verwendete Siebkorb (siehe Abb. 80) mit einer Lochweite von ca. 5 mm<br />
mit zunehmender Versuchslaufzeit vermehrt zu und musste öfter gereinigt werden.<br />
Abbildung 80: Tauchpumpe mit leicht zugesetztem Siebkorb<br />
Die Umrüstung der Filtertrommel vom Standardtuch- auf Mikrofasertuch-Betrieb konnte nach<br />
einigen Anfangsschwierigkeiten ohne weitere Komplikationen durchgeführt werden.<br />
5.5.2.4 Chemikalien<br />
Ein Ärgernis stellte die zweite Lieferung des FM1 dar. Bei Versuchen mit dieser Lieferung<br />
(und FHM-Dosierung) konnten keine brauchbaren Ergebnisse erzielt werden, was auch<br />
visuell festgestellt werden konnte. Nach mehrfacher Prüfung der Fällungs- und<br />
Flockungsinstallation wurde zur weiteren Ermittlung der Fehlerquelle ein Austausch des<br />
Fällmittels FM1 aus der 2. Lieferung mit Restbeständen aus der 1. Lieferung vorgenommen.<br />
Direkt nach Änderung des Flockungsmittels war eine deutliche Verbesserung der<br />
Ablaufqualität zu verzeichnen. Es konnte keine eindeutige Erklärung für die ausbleibende<br />
Flockenbildung bei FM1 (2. Lieferung) gefunden werden. Es ist jedoch offensichtlich, dass<br />
die erste und die zweite Lieferung kein identisches Produkt beinhalteten.<br />
Grundsätzlich kann neben vereinzelt aufgetretenen geringfügigen Startproblemen eine<br />
schnelle Inbetriebnahme der Anlagen bestätigt werden. Es ist ein relativ reibungsloser<br />
Betrieb mit geringem Wartungsaufwand der Versuchsanlagen festzustellen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 152<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen<br />
6.1 Kosten<br />
6.1.1 Einführung / Festlegung der Anlagen- und Betriebsparameter<br />
In diesem Kapitel werden die Investitions- und Betriebskosten des Fuzzy Filters ® , des<br />
Tuchfilters sowie der Mikroflotation für die Behandlung von Mischwasser gegenübergestellt.<br />
Die Grundlagen der Kostenanalyse basieren auf den Richtpreisangeboten und zusätzlichen<br />
Angaben der jeweiligen Anlagenbetreiber Bosman Watermanagement B.V, Mecana<br />
Umwelttechnik GmbH und Enviplan Ingenieurgesellschaft mbH.<br />
Die Parameter „mittlere Überlaufdauer“ und „mittlere Überlaufmenge“ für die Kostenanalyse<br />
werden aus den 24 Mischwasserüberlaufereignissen an 21 Tagen des<br />
Regenüberlaufbeckens am Versuchsstandort Bellermannstraße im Zeitraum März bis Ende<br />
August 2010 erhoben. Die mittlere Überlaufdauer betrug 1,6 Stunden und die mittlere<br />
Überlaufmenge belief sich auf 3.600 m³/h. Mit Sicherheitszuschlag wird mit einem<br />
2-stündigen Anlagen-Betrieb pro Entlastungsereignis gerechnet. Laut<br />
Abwasserbeseitigungsplan von <strong>Berlin</strong> 2001 kommt es im Mittel zu ca. 30<br />
Mischwasserüberlaufereignissen im Jahr [AB-Plan 2001]. Mit dieser Ereignisanzahl werden<br />
die folgenden Betriebskosten ermittelt. Zur Berechnung der Kosten für den Energieverbrauch<br />
wird ein Strompreis von 0,14 €/kWh festgelegt. Die Investitionskosten beinhalten keine<br />
Kosten für Chemikaliendosierstationen sowie Transport, Montage und Inbetriebnahme der<br />
Anlagen.<br />
Die Betriebskosten der Hersteller beziehen sich alle auf einen kontinuierlichen<br />
Anlagenbetrieb. Um die Energiekosten den Gegebenheiten der Mischwasserbehandlung an<br />
zu passen, wird mit 30 Ereignissen pro Jahr und der Filter-/Flotationslaufzeit von jeweils 2 h<br />
gerechnet. Für die Richtpreisangebote wurde eine Anlagenkapazität von jeweils 4.000 m³/h<br />
(FF: 4.200 m³/h) vorgegeben.<br />
6.1.2 Investitionskosten<br />
In Tabelle 91 werden die Investitionskosten der drei Anlagen aufgeführt.<br />
Tabelle 91: Investitionskosten Fuzzy Filter®, Tuchfilter und Mikroflotation (großtechnische<br />
Anlage, 4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung)<br />
Fuzzy Filter® Tuchfilter Mikroflotation<br />
Durchsatz 4.200 m³/h 4.000 m³/h 4.000 m³/h<br />
Betriebsweise<br />
mit / ohne<br />
Flockung<br />
ohne Flockung mit Flockung<br />
Typ 14 x Typ 7 16 x Typ SF15/75 22 x Typ SF15/75<br />
Investitionskosten<br />
1.785.000 €<br />
komplette Anlage<br />
2.835.200 €<br />
ohne<br />
Betonbecken<br />
3.898.400 €<br />
ohne<br />
Betonbecken<br />
mit / ohne<br />
Flockung<br />
4 x MF-Zelle á<br />
78 m²<br />
1.900.000 €<br />
komplette<br />
Anlage<br />
Kapitalkosten 1) 119.988 € 190.582 € 262.050 € 127.718 €<br />
1) Kapitalkosten = Investitionskosten x KFAKR(3 %; 20 a); Kapitalwiedergewinnungsfaktor KFAKR mit einem<br />
Zinssatz von 3 % und einer angenommenen durchschnittlichen Nutzungsdauer von 20 a,<br />
KFAKR(3 %; 20a) = 0,06722 [LAWA, 1993]
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 153<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Der Fuzzy Filter® wird in vorgefertigter Modulbauweise angeboten. Zur Behandlung von<br />
4.000 m 3 /h wurden von der Fa. Bosman Watermanagement B.V. 14 Stück des Typs 7 mit<br />
einer Leistungsfähigkeit von jeweils 300 m³/h angeboten, wodurch sich eine tatsächliche<br />
Leistungsfähigkeit von 4.200 m 3 /h ergibt. Die Kosten für die Kompressoren sind in den FF-<br />
Investitionskosten enthalten.<br />
Die Investitionskosten des Tuchfilters beinhalten die Filtermodule, die Steuerung sowie den<br />
Filterschütz. Nicht enthalten sind alle Betonteile des Filterbeckens. Die Betriebsweise mit<br />
Flockung benötigt eine größere Filtertuchfläche( 1.650 m² statt 1.200 m²). Daraus resultiert<br />
die unterschiedliche Modulanzahl.<br />
Die Mikroflotationsanlagen setzten sich aus 4 MF-Zellen á 78 m² (13 x 6 m) zusammen. Die<br />
MF-Investitionskosten beinhalten 20.000 € für EMSR-Technik.<br />
Investitionskosten für Zulaufpumpen aller drei Anlagen sind nicht mit aufgeführt. Sie dürften<br />
jedoch unabhängig von den eingesetzten Anlagen in einem vergleichbaren Kostenbereich<br />
liegen.<br />
Zur Bestimmung der Kapitalkosten wird laut [LAWA 1993] ein Zinssatz (i) von 3 %<br />
angenommen. Die durchschnittliche Nutzungsdauer (n) der Anlagen werden auf Grund des<br />
diskontinuierlichen Betriebes bei der MW-Behandlung auf 20 Jahre festgesetzt. Der<br />
Kapitalwiedergewinnungsfaktor (KFAKR) errechnet sich wie folgt [LAWA 1993]:<br />
KFAKR<br />
�i; n�<br />
n<br />
i � �1 � i�<br />
�1�i� �1<br />
� n<br />
Daraus ergibt sich ein KFAKR(3 %; 20 a) von 0,06722. Die Multiplikation der<br />
Investitionskosten mit dem KFAKR bilden die Kapitalkosten der jeweiligen Anlagen.<br />
6.1.3 Betriebskosten<br />
In Tabelle 92 werden die Betriebskosten der einzelnen Anlagen nach Betriebsweise<br />
dargestellt.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 154<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 92: Betriebskosten Fuzzy Filter®, Tuchfilter und Mikroflotation (großtechnische Anlage,<br />
4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung)<br />
Fuzzy Filter® Tuchfilter Mikroflotation<br />
Durchsatz 4.200 m³/h 4.000 m³/h 4.000 m³/h<br />
Betriebsweise<br />
mit / ohne<br />
Flockung<br />
Typ 14 x Typ 7<br />
ohne<br />
Flockung<br />
16 x Typ<br />
SF15/75<br />
mit Flockung<br />
22 x Typ<br />
SF15/75<br />
ohne<br />
Flockung<br />
mit Flockung<br />
4 x MF-Zelle á 78 m²<br />
Energiekosten 1) 288 €/a 121 €/a 170 €/a 1.344 €/a 2.016 €/a<br />
Zulaufpumpe 770 €/a<br />
∑<br />
Energiekosten<br />
1.058 €/a 891 €/a 940 €/a 2.114 €/a 2.786 €/a<br />
Ersatzteilaufwand<br />
k.A. 125.908 €/a 2) 173.123 €/a 2) 12.000 €/a 4)<br />
Wartungsaufwand<br />
k.A. 22.560 €/a 3) 31.680 €/a 3) 4.000 €/a 5)<br />
∑<br />
Betriebskosten<br />
1.058 €/a 149.359 €/a 205.743 €/a 18.114 €/a 18.786 €/a<br />
1)<br />
Energiekosten: FF: Kompressor; TF: Antrieb, Absaug-, Schlammpumpen; MF: Aquatector, Kompressor, Antrieb<br />
für Abräumsystem, Bodenschlammpumpe<br />
2) Verschleißteile und Filtertücher: Filtertuchwechsel nach 3 Jahren Standzeit bezogen auf kontinuierlichen Betrieb<br />
3)<br />
Wartungsaufwand bezogen auf kontinuierlichen Betrieb für Tuchwechsel, Intensivreinigung der Tücher alle 12<br />
Monate, sonstige Wartung bei 30 €/h<br />
4) bezogen auf kontinuierlichen Betrieb<br />
5) bezogen auf kontinuierlichen Betrieb (30 €/h)<br />
Die Betriebskosten der Fuzzy Filter -Anlagen setzen sich aus den Energiekosten der Zulauf-<br />
Pumpe und des Kompressors für die Luft/Wasser-Spülung zusammen. Es wird von 30<br />
Mischwasser-Überlaufereignissen mit einem Anlagenbetrieb von jeweils 2 Stunden<br />
ausgegangen. Zur Berechnung des Energieverbrauchs für die Filterreinigung werden pro<br />
Ereignis zwei Spülungen á 15 min angesetzt. Angaben zum Ersatzteil- und<br />
Wartungsaufwand liegen nicht vor, sind jedoch bei dem diskontinuierlichen Mischwasser-<br />
Betrieb als gering einzustufen. Die Standzeit des Filtermaterials kann bei kontinuierlichem<br />
Betrieb mehr als 20 Jahre betragen. Insofern sind bezüglich des Filtermaterials nur eventuell<br />
nötige Reinigungskosten (Chlorspülung) zu berücksichtigen.<br />
Die Betriebskosten der Tuchfilteranlagen setzen sich aus den Energiekosten für die<br />
Filterantriebe, die Filterabsaugpumpen, die Bodenschlammpumpen und die Zulauf-Pumpe,<br />
sowie aus den Kosten des Ersatzteil- und Wartungsaufwandes zusammen. Die<br />
Energiekosten beziehen sich auf 30 MW-Überlaufereignisse mit jeweils 2-stündigem Betrieb<br />
der Anlagen. Zur Abschätzung der Betriebskosten der Zulauf-Pumpe wird der<br />
Energieverbrauch der Pumpe des Fuzzy Filters® angenommen. Auf Grund fehlender<br />
Erfahrungen mit großtechnischen Tuchfilter-Anlagen im diskontinuierlichen Betrieb mit<br />
längeren Trockenstandzeiten werden die Kosten des Ersatzteil- und Wartungsaufwandes<br />
des kontinuierlichen Betriebes herangezogen. Dabei stellen die Filtertücher einen Großteil<br />
der Betriebskosten dar. Bei einem kontinuierlichen Betrieb kann laut Hersteller von einer<br />
3-jährigen Standzeit bei einer jährlichen Intensivreinigung ausgegangen werden. Da bei der<br />
Mischwasserbehandlung nur geringe Betriebsstunden zu verzeichnen sind, kann von einer
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 155<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
längeren Standzeit der Filtertücher ausgegangen werden. Dadurch relativieren sich die<br />
Kosten für die Filtertücher und den Wartungsaufwand, welcher den Wechsel und die<br />
Intensivreinigung der Tücher beinhaltet. Ein negativer Einfluss auf die Filtertücher durch<br />
längere Trockenstandzeiten konnte im Versuchszeitraum nicht beobachtet werden.<br />
Bei der Berechnung der Energiekosten der Mikroflotationsanlage werden wieder 30 MW-<br />
Überlaufereignisse mit einem 2-stündigen Betrieb betrachtet. Je nachdem ob die<br />
Betriebsweise mit oder ohne Flockung erfolgen soll, ändert sich der erforderliche Gasanteil<br />
für eine optimale Flotation und somit auch die Energiekosten. Bedingt durch die geringen<br />
Erfahrungswerte eines großtechnischen Mikroflotations - Einsatzes zur<br />
Mischwasserbehandlung werden die Kosten für den Ersatzteil- und Wartungsaufwand für<br />
einen kontinuierlichen Betrieb aufgezeigt. Bei der Mischwasserbehandlung kann davon<br />
ausgegangen werden, dass die tatsächlichen Betriebskosten allerdings weit unter den<br />
angegebenen Kosten liegen.<br />
6.1.4 Chemikalienkosten<br />
In diesem Kapitel werden ausschließlich die Kosten für die verwendeten, gebräuchlichen<br />
Flockungsmittel (Eisen(III)-Chlorid und Polyaluminiumchlorid) betrachtet. Eine<br />
Kostenabschätzung für das eingesetzte Flockungshilfsmittel und Kombinationspräparat kann<br />
auf Grund fehlender Angaben und Vergleichswerte aus großtechnischer Anwendung nicht<br />
durchgeführt werden. Die aufgewendeten Kosten in diesem Projekt sind mit einem<br />
großtechnischen Anlagebetrieb bzw. einem großtechnischen Abnehmer nicht zu vergleichen.<br />
Aus diesem Grund wird auf eine Kostenabschätzung für Flockungshilfsmittel und das<br />
Kombipräparat verzichtet.<br />
6.1.4.1 Flockungsmittel<br />
Die Kosten für die verwendeten Flockungsmittel Eisen(III)-Chlorid und Polyaluminiumchlorid<br />
werden mit Hilfe von Preisen, die aus Erfahrungen im klärtechnischen Bereich beruhen,<br />
ermittelt. Um eine Preisabschätzung unabhängig vom Herstellertyp durchführen zu können<br />
und eine Korrelation mit anderen Produkten zu erhalten, werden die Preise auf die reine<br />
Wirksubstanz bezogen. Eventuelle Unterschiede in der Zusammensetzung der gesamten<br />
Chemikalienlösung, die einen Einfluss auf die Fällungs- und Flockungsvorgänge besitzen<br />
können, werden hier nicht berücksichtigt.<br />
Wirksubstanz: Eisen (III)<br />
In einer 40 %igen FeCl3-Lösung befinden sich gemäß DIN EN 888 137 g Fe/kg bzw.<br />
137 kg Fe/t [Ekochem 2011]. Die Kosten einer 40 %igen FeCl3-Lösung belaufen sich<br />
erfahrungsgemäß aus dem großtechnischen Betrieb auf ca. 170 €/t. Folglich kosten<br />
137 kg WS (Fe (III)) ca. 170 €. Um eine einfache Berechnungsgrundlage für Simulationen zu<br />
erhalten wird der Preis für ein mg Fe errechnet.<br />
1 mg Fe � 1,24*10 -6 €
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 156<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Wirksubstanz: Aluminium<br />
In Polyaluminium(hydroxid-)chloridsulfat befinden sich in Abhängigkeit von der<br />
Zusammensetzung 52 g bis 90 g Al/kg bzw. 52 kg bis 90 kg Al/t. Die Kosten für<br />
Polyaluminium-(hydroxid-)chloridsulfat belaufen sich auf etwa 220 €/t. Dadurch entstehen<br />
Kosten für 52 kg - 90 kg WS (Al) in Höhe von rund 200 €. Der Preis für ein mg Aluminium<br />
liegt im folgenden Bereich:<br />
1 mg Al � 2,44*10 -6 – 4,23*10 -6 €<br />
Beispielrechnung:<br />
Unter Annahme der kompletten Behandlung der im Jahr 2010 entlasteten<br />
Mischwassermenge des RÜB BlnX in Höhe von 232.600 m³ (siehe Anhang 2) mit 15 mg/l<br />
WS werden folgende Kosten ermittelt:<br />
Eisen(III)-Chlorid<br />
PAC<br />
232.<br />
600.<br />
000<br />
232.<br />
600.<br />
000<br />
l �6<br />
mgFe €<br />
�1,<br />
24 �10<br />
€ �15<br />
� 4326<br />
a<br />
l a<br />
l �6<br />
mgAl<br />
€<br />
� 2,<br />
44�4,<br />
23��10<br />
€ �15<br />
� 8513�14.<br />
758�<br />
a<br />
l<br />
a<br />
Folglich lägen die aufzuwendenden Kosten für Flockungsmittel im Jahr 2010 für die<br />
Behandlung der gesamten entlasteten Mischwassermenge am RÜB BlnX im Bereich von ca.<br />
5000 €/a für Eisen(III)-Chlorid bzw. ca. 10000-15000 €/a für PAC.<br />
6.1.5 Kostenvergleich<br />
Bei der Betrachtung der Investitionskosten der drei Anlagen zeigt sich, dass der Fuzzy<br />
Filter®, trotz einer Anlagengröße von 4.200 m³/h mit Investitionskosten von ca. 120.000 € die<br />
günstigere Alternative gegenüber den beiden anderen Anlagen (4.000 m³/h) darstellt. Die<br />
Mikroflotationsanlage mit Investitionskosten von ca. 128.000 € liegt im Bereich der Fuzzy<br />
Filter® Anlage. Die Tuchfilter-Investitionskosten betragen ca. 262.000 € für die Betriebsweise<br />
mit Flockung und beinhalten noch keine Kosten für die Betonbauten, in welche die<br />
Scheibenfiltersysteme installiert werden. Die Anlagengröße des Fuzzy Filters® und der<br />
Mikroflotation ist von der Betriebsweise mit oder ohne Flockung weitestgehend unabhängig.<br />
Bei dem Tuchfilter beeinflusst die Betriebsweise sehr stark die benötigte Filtertuchfläche,<br />
sodass bei der Betriebsweise ohne Flockung bei einer Anlagengröße von 4.000 m³/h mit<br />
Investitionskosten von ca. 190.600 € zu kalkulieren ist, da die Filterscheibenanzahl von 22<br />
auf 16 reduziert werden kann.<br />
Eine Schwierigkeit bei der Betrachtung der Betriebskosten stellen einerseits die fehlenden<br />
Angaben bei dem Fuzzy Filter® (Ersatzteil- und Wartungsaufwand) und andererseits die
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 157<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
schwierige Abschätzung bedingt durch die fehlenden Erfahrungen mit den Anlagen im<br />
großtechnischen Mischwasser-Betrieb dar. Besonders bei der Abschätzung der<br />
Filtertuchstandzeiten werden die fehlenden Erfahrungswerte im Mischwasser-Betrieb<br />
deutlich, da diese einen Großteil der Betriebskosten bei dem Tuchfilter verursachen. Auch<br />
die Kalkulation des Wartungsaufwandes und der anfallenden Reparaturen stellt bedingt<br />
durch die diskontinuierliche Betriebsweise der Anlagen einen Unsicherheitsfaktor dar.<br />
Bei der Betrachtung der Energiekosten zeigt sich generell ein geringer Stromverbrauch der<br />
Anlagen. Die Mikroflotations-Energiekosten betragen bei einem Betrieb mit Flockung ca.<br />
2.800 €/a für eine Anlage mit einem Volumenstrom von 4.000 m³/h. Damit hat die MF-Anlage<br />
den höchsten Stromverbrauch. Die Energiekosten des Tuchfilters und des Fuzzy Filters®<br />
belaufen sich auf ca. 1.000 €/a.<br />
Der Einsatz von Eisen-Ionen aus einer Eisen(III)-Chlorid-Lösung zur Chemikalienbehandlung<br />
ist gegenüber einer Aluminiumanwendung unter Verwendung von PAC mit 30-50 %<br />
günstiger zu veranschlagen.<br />
6.2 Flächenbedarf<br />
Neben den Kosten für die Anlagen selbst ist der Flächenbedarf in urbanen Gebieten eine mit<br />
entscheidende Größe, da die Gesamtkosten durch den eventuell notwendig werdenden<br />
Erwerb von Grundstücken deutlich steigen können. Die Angabe der benötigten Fläche erfolgt<br />
für die zuvor betrachteten Anlagen mit einer Leistungsfähigkeit von 4.000 bzw. 4.200 m³/h.<br />
Der dargestellte Flächenbedarf der einzelnen Anlagen beinhaltet keine Stellflächen für<br />
Fällungs- und Flockungsanlagen, für eventuell notwendige Zwischenspeicher für Schlamm<br />
oder für sonstige benötige Anlagenbauteile wie elektrische Leitungen/Trassen usw.<br />
Tabelle 93: Flächenbedarf Fuzzy Filter ® , Tuchfilter und Mikroflotation (großtechnische Anlage,<br />
4.000 bzw. 4.200 m 3 /h Durchsatzleistung)<br />
Flächenbedarf<br />
Fuzzy Filter ®<br />
14 x Typ 7<br />
Tuchfilter<br />
16 bzw. 22 x Typ<br />
SF15/75<br />
ohne Flockung 371 m²<br />
112 m²<br />
mit Flockung<br />
ca. 510 m²<br />
*reine Flotationsoberfläche ohne Fläche der Anlagenbauteile<br />
Mikroflotation<br />
4 x MF-Zelle<br />
á 78 m²<br />
312 m² *<br />
Der Flächenbedarf der Fuzzy Filter® - Anlage liegt mit ca. 112 m² weit unter den benötigten<br />
Flächen der beiden anderen Anlagen. Die reine Fläche der 14 Filtereinheiten des Typs 7 ist<br />
mit insgesamt 32,2 m² äußerst gering. Die Mikroflotation stellt mit der reinen<br />
Flotationsoberfläche von 312 m² einen mittleren Platzbedarf im Vergleich aller Anlagen dar.<br />
Die Tuchfilteranlage ohne Flockungsbetrieb benötigt für die 16 Module ca. 371 m². Für eine<br />
Auslegung der TF-Anlage mit Flockung wird eine Fläche von ca. 510 m² veranschlagt und<br />
beansprucht somit die größte Fläche der reinen Anlage zur Filtration ohne Einbezug weiterer<br />
benötigter Anlagenbauteile.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 158<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6.3 Spülwasser- und Schlammanfall der großtechnischen Anlagen<br />
6.3.1 Spülwasseranfall<br />
Grundsätzlich kann auf einen Einsatz von Klarwasser bei allen drei Technologien verzichtet<br />
werden. Für die Spülung des Fuzzy Filters® wird Rohwasser genutzt. Bei der Reinigung des<br />
Tuchfilters wird Filtrat genutzt. Bei der Mikroflotation fällt kein Spülwasser an. Jedoch muss<br />
zusätzlich zu dem Flotat das Schlammwasser der Bodenschlammpumpen entsorgt werden.<br />
Durch den Einsatz der Luft-Wasser-Spülung beträgt der Spülwasseranfall bei dem Fuzzy<br />
Filter® laut [Caliskaner et al. 1999] ca. 1% des Durchsatzes.<br />
Für den Tuchfilter werden bei Versuchen auf der KA Gümmerwald bei einer<br />
Filtergeschwindigkeit von 13 m/h und einer Feststoffflächenbelastung von 600 g/(m² *h) für<br />
das PE13-Tuch ein Spülwasseranteil von ca. 2 % und für das feinere PE15-Tuch von ca. 6<br />
% ermittelt. Bei niedrigerer Feststoffflächenbelastung verringert sich der Spülwasseranfall.<br />
(PE13, FFB: 200 g/(m² *h), Spülwasseranfall: ca. 0,4 % ([Grabbe 1998] S.192, Abbildung<br />
6-31)) Mit zunehmender Feststoffkonzentration im Zulauf steigt der Spülwasseranfall.<br />
[Grabbe 1998] Der mittlere AFS-Zulaufwert beträgt bei den im Rahmen des Projektes<br />
untersuchten Mischwässern ca. 68 mg/l. Dies hätte bei einer Filtergeschwindigkeit von 5 m/h<br />
einen Spülwasseranfall für das PA 13 Tuch von ca. 6 % und für das feinere Tuch von ca.<br />
13 % zur Folge. ([Grabbe 1998] S.193, Abbildung 6-32)<br />
6.3.2 Schlammanfall<br />
6.3.2.1 Fuzzy Filter®<br />
Zur Ermittlung des Schlammanteils einer großtechnischen FF-Anlage mit einem maximalen<br />
Durchsatz von 4.200 m³/h werden folgende Annahmen getroffen:<br />
� Filterbettvolumen 14 x Typ 7 (Kompression: 40 %): ca. 67 m³<br />
� Feststoffbeladung von F7L3 ohne Chemikalieneinsatz (vF= 24 m/h, Kompression:<br />
40 %, MWQ: C3): 2,884 kg TS/(m³ *h)<br />
� Feststoffbeladung von F7L4 mit Chemikaliendosierung (vF= 48 m/h, Kompression:<br />
40 %, MWQ: C3, Dosierung: FM1: 12,6 mg Al/l, FHM: 2,9 mg WS/l):<br />
11,523 kg TS/(m³ *h)<br />
� mittlerer Durchsatz: 3.600 m³/h<br />
� Spülwasseranteil ca. 1 %<br />
Mit den getroffenen Annahmen kann ein Schlammanfall von ca. 193 kg TS/h ohne<br />
Chemikalieneinsatz ermittelt werden. Mit Chemikaliendosierung würden für die beispielhafte<br />
Feststoffbelastung von F7L4 ca. 770 kg TS/h Schlamm anfallen. Bei einem mittleren<br />
Durchsatz von 3.600 m³/h wird ein Spülwasseranfall von 36 m³/h ermittelt. Hinzu kommen<br />
ca. 12 m³ pro Filtermodul für den Nachlauf, mit dem das Wasser im Filter komplett<br />
ausgetauscht wird, also ca. 170 m³ pro Spülereignis.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 159<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6.3.2.2 Tuchfilter<br />
Zur Abschätzung des Schlammanfalls für eine Anlagengröße von 4.000 m³/h werden<br />
folgende Parameter festgesetzt:<br />
Betriebsweise: Mikrofaser Filtertuch ohne Chemikalieneinsatz<br />
� Filtertuchfläche: 1.200 m² (Bemessung für Standard Filtertuch bei 4.000 m³/h ohne<br />
Chemikalieneinsatz)<br />
� Annahme der Flocken-Feststoffflächenbelastung von T21L2 (vF= 5 m/h, MWQ: C2):<br />
0,418 kg TS/(m² *h)<br />
� mittlerer Durchsatz: 3.600 m³/h<br />
� Spülwasseranfall: ca. 4 % ([Grabbe 1998] S.192, Abbildung 6-31)<br />
Daraus ergibt sich ein Schlammanfall von ca. 500 kg TS/h bei einem Spülwasseranfall von<br />
ca. 145 m³/h.<br />
Betriebsweise: Standard Filtertuch mit Chemikalieneinsatz<br />
� Filtertuchfläche: 1.650 m 2<br />
� Feststoffflächenbelastung von T15L3 (vF= 2,5 m/h, MWQ: D3,<br />
Dosierung: FM1: 25,1 mg Al/l, FHM: 9,8 mg WS/l): 0,33 kg TS/(m² *h)<br />
� zusätzlicher Anteil der Feststoffbelastung durch die Flockenbildung: ca. 35 % (aus<br />
den FF-Ergebnissen ermittelt)<br />
� Flocken-Feststoffflächenbelastung: 0,445 TS/(m² *h)<br />
� mittlerer Durchsatz: 3.600 m³/h<br />
� Spülwasseranfall: ca. 4,3 %<br />
Daraus ergibt sich ein Schlammanfall von ca. 545 kg TS/h ohne Einsatz von Fällungs-<br />
/Flockungshilfsmitteln bei einem Spülwasseranfall von ca. 155 m³/h. Bei Einsatz<br />
entsprechender Chemikalien ergibt sich ein Schlammanfall von ca. 730 kg TS/h.<br />
6.3.2.3 Mikroflotation<br />
Auf Grund der nur begrenzten Erfahrungen, die an der Versuchsanlage gemacht werden<br />
konnten, ist eine Abschätzung des Schlammanfalles einer großtechnischen Anlage schwer<br />
durchführbar. Die Versuchsanlage wurde mit einer Oberflächenbeschickung von 1 m/h<br />
gefahren. Die Oberflächenbeschickung großtechnischer Anlagen beträgt ca. 15 m/h. Es kann<br />
von einer weitaus höheren Feststoffflächenbelastung bei einer Oberflächenbeschickung von<br />
15 m/h ausgegangen werden. Daher werden die Ergebnisse aus den jeweiligen Versuchen<br />
auf die höhere Oberflächenbeschickung bezogen.<br />
Annahmen zur Ermittlung des Schlammanfalls einer großtechnischen Anlage mit 4.000 m³/h:<br />
� Flotationsoberfläche: 312 m²
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 160<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
� Feststoffflächenbelastung beispielhaft von Versuch M7L1 ohne Chemikalieneinsatz<br />
(Oberflächenbeschickung: 1 m/h, MWQ: C3): 0,036 kg TS/(m² *h) �auf<br />
großtechnische Anlage bezogen: 0,54 kg TS/(m² *h)<br />
� Feststoffflächenbelastung von Versuch M4L3 mit Chemikaliendosierung<br />
(Oberflächenbeschickung: 1 m/h, MWQ: B2, Dosierung: FM1: 25,4 mg Al/l,<br />
FHM: 6,8 mg WS/l): 0,05 kg TS/(m² *h) �auf großtechnische Anlage bezogen: 0,75<br />
kg TS/(m² *h)<br />
� mittlerer Durchsatz: 3.600 m³/h<br />
Der Schlammanfall liegt für die Betriebsweise ohne Chemikalien bei ca. 168 kg TS/h und für<br />
die Betriebsweise mit Chemikalien bei ca. 234 kg TS/h.<br />
Eine praktische Herausforderung stellt die Entsorgung der Filterspülwässer und des<br />
anfallenden Flotats der Mikroflotation dar. Beim Fuzzy Filter ® könnte ein Modul zur Reinigung<br />
für das anfallende Spülwasser der restlichen Filter dienen und so den Spülwasseranfall<br />
reduzieren. Generell müsste das Spülwasser zwischengespeichert und nach dem<br />
Starkregenereignis bzw. nach Einstellung des Trockenwetterabflusses im Kanal über die<br />
Kanalisation zur Kläranlage befördert werden.<br />
6.4 Theoretische Frachtenreduzierung der unteren Panke durch Behandlung<br />
der Mischwasserüberläufe<br />
6.4.1 Gesamtjahresfracht der unteren Panke<br />
Zur Bestimmung der mittleren Belastung der Panke wurden von der Senatsverwaltung für<br />
Gesundheit Umwelt und Verbraucherschutz <strong>Berlin</strong> Messreihen der letzten 10 Jahre zur<br />
Verfügung gestellt. Die Messungen wurden an der Messstelle 730, Mündung Nordhafen-<br />
Vorbecken (unterhalb der Entlastungsbauwerke von BlnX, siehe Abb. 29), erhoben. Der<br />
Mittelwert der gesamten Messungen der letzten zehn Jahre ist für die einzelnen Parameter in<br />
Tabelle 94 aufgeführt (Die Jahresmittelwerte sind im Anhang aufgelistet).<br />
Tabelle 94: Mittlere Belastung der unteren Panke in [mg/l] (Messstelle 730, Messdaten 2000-<br />
2010)<br />
Messstelle<br />
AFS [mg/l] CSB [mg/l] Ptot [mg/l] Portho [mg/l] O2 [mg/l]<br />
730<br />
2000 - 2010 7 27* 0,2 0,1 10,1<br />
* aus 3x TOC abgeschätzt<br />
Der mittlere Abfluss der Panke an der Kühnemannstraße beträgt 0,36 m³/h [Senat <strong>Berlin</strong><br />
2004] und beschreibt den zu betrachtenden Bereich der Mischwasserentlastungen zwischen<br />
der Abzweigung Nordgraben und der Mündung der Panke. Aus dem mittleren Abfluss<br />
können die Ablauffrachten des Gewässerabschnittes berechnet werden.<br />
Tabelle 95: Mittlere jährliche Fracht der unteren Panke in [t/a] (Messstelle 730, Messdaten 2000-<br />
2010)<br />
Abfluss Panke AFS [t/a] CSB [t/a] Ptot [t/a] Portho [t/a]<br />
0,36 m³/s 80 305 2,3 1,15
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 161<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6.4.2 Theoretische mittlere Entlastungsfrachten des RÜB Bln X<br />
Die mittlere Entlastungsmenge des Regenüberlaufbeckens wird über die jährlichen<br />
Entlastungsmengen des Regenbeckens BlnX der letzten 5 Jahre (siehe Anhang 2) bestimmt.<br />
Sie beträgt 181.300 m³. Die mittlere Entlastungsrate wurde über eine grafische Auswertung<br />
der Entlastungsdiagramme des RÜB BlnX (März bis September 2010) als Durchschnittswert<br />
ermittelt. Sie beträgt ca. 3.600 m³/h.<br />
Für eine Bilanzierung werden alle ermittelten Zulaufkonzentrationen realer Mischwässer der<br />
einzelnen Versuchstage arithmetisch gemittelt. Anschließend folgt die Korrelation der<br />
Mischwasserkonzentrationen mit der mittleren jährlichen Entlastungsmenge von 181.300 m³,<br />
um die mittleren jährlichen Entlastungsfrachten zu erhalten. Zum Abschluss wird über die<br />
gemittelte Zulaufkonzentration der prozentuale Anteil am Frachtenaustrag am belasteten<br />
Gewässerabschnitt der Panke anhand der berechneten Jahresfrachten ermittelt. Die<br />
mögliche Absetzwirkung des Regenbeckens wird vernachlässigt. Bei einem RÜB-<br />
Speichervolumen von 1.500 m³ und einem Durchsatz von durchschnittlich 3.600 m³/h<br />
(Pumpe Qmax = 3.960 m³/h) pro Ereignis ist die mechanische Reinigung durch Sedimentation<br />
als gering einzuschätzen. Die Prozentpunkte werden auf ganze Stellen gerundet. Alle Daten<br />
sind in Tabelle 96 aufgeführt.<br />
Tabelle 96: Anteil der Entlastungsfracht des RÜB BlnX an der Gesamtjahresfracht (GJF) der<br />
unteren Panke<br />
Parameter<br />
mittl. Mischwasser-<br />
Konzentration<br />
[mg/l]<br />
mittl. jährliche<br />
Entlastungsfracht aus<br />
RÜB<br />
[t/a]<br />
%-Anteil der Entl.-<br />
Fracht an GJF der<br />
unteren Panke<br />
[%]<br />
AFS 68 12,3 15<br />
CSB 187 33,9 11<br />
Ptot 3,2 0,58 25<br />
Portho 1,64 0,3 26<br />
Bei Betrachtung der prozentualen theoretischen Entlastungsfracht des RÜB in Bezug auf die<br />
abgeleitete Gesamtjahresfracht des betrachteten Gewässerabschnittes sind die ermittelten<br />
Werte unter diesem Gesichtspunkt sehr bemerkenswert. Nach dieser Berechnung stammt<br />
ca. 1/6 der jährlichen AFS-Fracht der Panke aus Entlastungen des RÜB Bln X, ebenso ca.<br />
1/10 der CSB- und jeweils 1/4 der betrachteten P-Frachten. Vor allem die<br />
Phosphorbelastung wird offensichtlich signifikant durch die Entlastungen mitbestimmt und<br />
kann erheblich zu einer Eutrophierung in den unterhalb liegenden Gewässerabschnitten<br />
beitragen.<br />
6.4.3 Modellrechnung: Theoretische Frachtenreduzierung durch Einsatz<br />
großtechnischer Behandlungsanlagen<br />
In diesem Kapitel werden die ermittelten Ablaufwerte der getesteten Anlagen mit der<br />
Gewässergüte der Panke in Beziehung gebracht, um die Auswirkungen der Überläufe des<br />
Regenbeckens BlnX bilanzieren zu können. Um möglichst reale Gegebenheiten zu<br />
simulieren, werden nur Versuchsreihen aus echten Mischwasserereignissen in die
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 162<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Betrachtung mit aufgenommen. Die Hauptkriterien der Betrachtung liegen einerseits auf der<br />
reinen Leistungsfähigkeit der untersuchten Reinigungstechniken, andererseits in<br />
Kombination mit Fällungs-/ und Flockungschemikalien. Neben der Anteilsbestimmung der<br />
Einleitungen an der stofflichen Gesamtfracht der Panke ist eine Betrachtung der<br />
Auswirkungen der stofflichen und hydraulischen Belastung des betroffenen<br />
Gewässerabschnittes ebenso abzuschätzen.<br />
6.4.3.1 Randbedingungen der Modellrechnung<br />
� mittlerer Abfluss des belasteten Gewässerabschnittes: 0,36 m³/h<br />
� mittlere jährliche Entlastungsmenge RÜB BlnX: 181.300 m³<br />
� mittlere Entlastungsrate RÜB BlnX: 3.600 m³/h<br />
� mittlere Entlastungskonzentration = mittlere Zulaufkonzentrationen aller Anlagen<br />
� mechanische Reinigung des Mischwassers im RÜB unberücksichtigt<br />
� Anlage zur weitergehenden Mischwasseraufbereitung: 4.000 m³/h (FF: 4.200 m³/h)<br />
� Annahme: 100 % der Überlaufmenge wird behandelt (zu beh.-Fracht)<br />
� mittlere jährliche zu behandelnde Entlastungsmenge: ca. 181.300 m³<br />
Um die Differenzen der Mischwasserqualitäten in die Bilanzierung mit einzubeziehen,<br />
werden die ermittelten Schwankungsbereiche der Eliminierungsraten für die Berechnungen<br />
herangezogen.<br />
6.4.3.2 Bilanzierung der zu erwartenden Stofffrachtreduktion bei Einsatz einer Reinigungstechnik<br />
zur weitergehenden Mischwasserbehandlung am RÜB Bln X ohne Chemikalienanwendung<br />
Für eine Abschätzung der Wirkung unter Einsatz jeder Reinigungstechnik bzw. Variation sind<br />
in den folgenden Tabellen die ermittelten Ergebnisse aus den Versuchen der einzelnen<br />
Anlagen (siehe Tab. 79, Kap. 4.4.1.1) mit der zu behandelnden Fracht in Beziehung<br />
gebracht. Das Modell soll zu einer Einschätzung verhelfen, inwieweit sich der Einsatz einer<br />
der getesteten Reinigungstechniken auf die Gewässergüte des belasteten Panke-<br />
Abschnittes ohne den Einsatz von Chemikalien auswirken kann. Die jährliche Einleitung<br />
nach einer weitergehenden Mischwasserbehandlung und die Reduktion der<br />
Entlastungsfracht errechnen sich aus der ermittelten Reinigungsleistung und den zuvor<br />
bestimmten mittleren jährlichen Entlastungsfrachten des RÜB BlnX in die „untere Panke“<br />
(siehe Tab. 96). Die Prozentpunkte werden auf 0,5-Stellen gerundet.<br />
a) Fuzzy Filter®<br />
Die Bilanzierung gibt eine Quantifizierung über die Erwartungen eines großtechnischen<br />
Betriebes jedes Anlagentyps wieder. Genaue Einschätzungen von bestimmten Anlagentypen<br />
bezüglich der betrachteten Parameter sind direkt den Tabellen zu entnehmen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 163<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 97: Fuzzy Filter: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren Panke<br />
mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung<br />
vF<br />
24 m/h<br />
72 m/h<br />
Parameter<br />
Reinigungsleistung<br />
FF4200<br />
[%]<br />
jährliche Einleitung<br />
FF4200 Entl.<br />
[t/a]<br />
Reduktion E-<br />
Fracht<br />
RÜB mit FF4200<br />
[t/a]<br />
Reduktion<br />
GJF untere<br />
Panke<br />
[%]<br />
AFS 42 - 53 5,8 - 7,1 5,2 - 6,5 6,5 – 8,0<br />
CSBtot 24 - 30 23,7 - 25,8 8,1 - 10,2 2,5 - 3,5<br />
Ptot 22 - 30 0,41 - 0,45 0,13 - 0,17 5,5 - 7,5<br />
Portho 10 - 17 0,25 - 0,27 0,03 - 0,05 2,5 - 4,5<br />
AFS 30 - 42 7,1 - 8,6 3,7 - 5,2 4,5 - 6,5<br />
CSBtot 10 - 17 28,1 - 30,5 3,4 - 5,8 1,0 – 2,0<br />
Ptot 6 - 11 0,52 - 0,55 0,03 - 0,06 1,5 - 2,5<br />
Portho 0 - 5 0,28 - 0,3 0 - 0,02 0 - 1,5<br />
Tabelle 98: Tuchfilter: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren Panke<br />
mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung<br />
Filtertuch Parameter<br />
Standard<br />
Mikrofaser<br />
Reinigungsleistung<br />
TF4000<br />
[%]<br />
jährliche Einleitung<br />
TF4000 Entl.<br />
[t/a]<br />
Reduktion E-<br />
Fracht<br />
RÜB mit TF4000<br />
[t/a]<br />
Reduktion<br />
GJF untere<br />
Panke<br />
[%]<br />
AFS 33 - 72 3,3 - 8,2 4,1 - 8,9 5 - 11<br />
CSBtot 18 - 29 24,1 - 27,8 6,1 - 9,8 2 - 3<br />
Ptot 7 - 13 0,5 - 0,54 0,04 - 0,08 1,5 - 3,5<br />
Portho 0 - 4 0,29 - 0,3 0 - 0,01 0 - 1<br />
AFS 62 - 75 3,1 - 4,7 7,6 - 9,2 9,5 - 11,5<br />
CSBtot 34 - 44 19,0 - 22,4 11,5 - 14,9 4 - 5<br />
Ptot 21 - 23 0,45 - 0,46 0,12 - 0,13 5 - 5,5<br />
Portho 0 - 2 0,29 - 0,3 0 - 0,01 0 - 1<br />
Tabelle 99: Mikroflotation: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren Panke<br />
mittels großtechnischer Anlage ohne Chemikalienanwendung<br />
w [m/h] Parameter<br />
1<br />
Reinigungsleistung<br />
MF4000<br />
[%]<br />
jährliche Einleitung<br />
MF4000 Entl.<br />
[t/a]<br />
Reduktion E-<br />
Fracht<br />
RÜB mit MF4000<br />
[t/a]<br />
Reduktion<br />
GJF untere<br />
Panke<br />
[%]<br />
AFS 28 - 40 7,4 - 8,9 3,4 - 4,9 4,5 - 6<br />
CSBtot 11 - 32 23,1 - 30,2 3,7 - 10,8 1 - 3,5<br />
Ptot 0 - 19 0,47 - 0,58 0 - 0,11 0 - 5<br />
Portho 0 - 12 0,26 - 0,3 0 - 0,04 0 - 3,5<br />
Im Allgemeinen kann ohne Verwendung von Chemikalien eine AFS-Reduktion in Höhe von<br />
5 t/a von allen Anlagen bis in einen Bereich von knapp 10 t/a (Mikrofasertuchvariante des<br />
Tuchfilters) erreicht werden. Dies würde eine Reduzierung der AFS - Gesamtjahresfracht<br />
des unteren, durch Mischwasserentlastungen aus BlnX belasteten Gewässerabschnittes um<br />
5-10 % bedeuten. In Abhängigkeit von der jeweils eingesetzten Technologie wäre mit einer<br />
entsprechenden CSB-Reduktion um knapp 5 bis 15 t/a zu rechnen, was einem prozentualen<br />
Anteil an der Gesamtjahresfracht von ca. 1 bis 5 % entspricht. Die Reduzierung der Ptot –
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 164<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Gesamtjahresfracht kann ungefähr im Bereich von ca. 50-150 kg/a eingeordnet werden und<br />
die für Portho von bis zu 50 kg/a, was jeweils einen prozentualen Anteil von bis zu 5 % der<br />
Gesamtjahresfracht ausmacht.<br />
6.4.3.3 Bilanzierung der zu erwartenden Stofffrachtreduktion bei Einsatz einer Reinigungstechnik<br />
zur weitergehenden Mischwasserbehandlung am RÜB Bln X mit Chemikaliendosierung<br />
Die Schwankungsbereiche der Eliminierungsleistung der drei Reinigungstechniken bei<br />
Chemikalieneinsatz sind in Tabelle 100 aufgeführt. Die Schätzungen beruhen auf den<br />
Ergebnissen der erfolgreich gelaufenen Testläufe. Wird von optimalen<br />
Chemikaliendosierungen für die jeweils auftretenden Mischwässer ausgegangen, kann jede<br />
der drei betrachteten Anlagen die gebildeten Flocken sehr gut aus dem Mischwasser<br />
entfernen.<br />
Tabelle 100: Theoretische Reduktion der Gesamtjahresfracht der unteren Panke mittels<br />
großtechnischer Anlage bei Chemikaliendosierung<br />
Parameter<br />
Reinigungsleistung<br />
A*<br />
[%]<br />
jährliche Einleitung<br />
A* Entl.<br />
[t/a]<br />
Reduktion E-Fracht<br />
RÜB mit A*<br />
[t/a]<br />
Reduktion GJF<br />
untere Panke<br />
[%]<br />
AFS 90-100 0 - 1,2 11,1 - 12,3 14 - 15,5<br />
CSBtot 50-70 10,2 - 16,9 17 - 23,7 5,5 - 8<br />
Ptot 70-95 0,03 - 0,17 0,41 - 0,55 18 - 24<br />
Portho 70-95 0,01 - 0,09 0,21 - 0,29 18 - 25<br />
* A = FF4200; TF4000; MF4000<br />
Die Bilanzierung der Entlastung des betrachteten Gewässerabschnittes der Panke zeigt,<br />
dass bei Einsatz einer großtechnischen Anlage mit Chemikalienanwendung eine deutliche<br />
Wirkung erzielt und eine signifikante Reduzierung aller betrachteten<br />
Mischwasserinhaltsstoffe erreicht werden kann. Es könnten mehr als 10 t AFS/a und ca.<br />
20 t CSB/a von der Panke ferngehalten werden, was bezogen auf deren Gesamtjahresfracht<br />
einen prozentualen Anteil von ca. 15 % AFS und ca. 5-8 % CSBtot ausmacht. Das<br />
Hauptargument für den Einsatz von Chemikalien wird bei Betrachtung der P-Fraktionen<br />
ersichtlich. Die Zusatzbelastung der unteren Panke durch knapp 600 kg P/a bzw.<br />
300 kg Portho/a aus den Mischwasserüberläufen des Regenbeckens könnte nahezu komplett<br />
vermieden werden. Eine weitgehende Entfernung der P-Fraktionen aus dem entlasteten<br />
Mischwasser könnte die Gesamtjahresfracht des Gewässerabschnitts um bis zu 25 %<br />
senken.<br />
6.4.4 Auswirkungen auf die Panke<br />
Unter Bezugnahme der verwendeten Parameter des Kostenmodells (siehe Kap. 5.1)<br />
- Betrieb einer Anlage als Mischwasserbehandlungseinheit mit jeweils 2 Stunden bei<br />
30 Entlastungsereignissen pro Jahr - wird nur ein Bruchteil des in der Panke abgeführten<br />
Volumens emittiert. Knapp 12 Millionen m³ (ermittelt mit mittlerem Abfluss von 0,36 m³/s)<br />
fließen jährlich im Mittel an den Überläufen vorbei. Bei einem mittleren Entlastungsvolumen<br />
von 181.000 m³ macht dies einen Anteil von 1,5 % am Gesamtvolumen aus. Folglich sind<br />
nur 1,5 % der eingespeisten Wassermenge mit 15 % bezüglich AFS, 10 % bezüglich CSB<br />
und 25 % jeweils bezüglich Gesamtphosphor und Orthophosphat an der Gesamtbelastung<br />
beteiligt. Auch bei Niederschlagsereignissen und Mischwasserentlastungen und
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 165<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
dementsprechend schnelleren Fließgeschwindigkeiten im Gewässer sind signifikante<br />
Verdünnungseffekte und ein zügiger Abtransport nur geringfügig gegeben.<br />
Der mittlere Abfluss der Panke beträgt ca. 1.300 m³/h. Durch die Aufteilung der<br />
Mischwasserentlastungen auf 3 Einläufe in die Panke können die maximal auftretenden<br />
Entlastungsströme von 3.900 m³/h (Qmax Pumpe RÜB) entsprechend gesplittet werden. Die<br />
hydraulische Belastung bewirkt ungefähr eine Verdopplung des Abflussvolumens im<br />
betrachteten Pankeabschnitt bezogen auf den mittleren Abfluss der Panke. Der erhöhte<br />
Abfluss der Panke bei Regenwetterlage ist nicht berücksichtigt.<br />
Legt man die mittlere Mischwasserentlastungskonzentration aus Tabelle 96 und die<br />
Stoffkonzentrationen der Panke (Messstelle 730) aus Tabelle 94 zugrunde, ist die Belastung<br />
des eingetragenen Mischwassers um folgende Faktoren höher als die entsprechende<br />
Stoffkonzentration im Gewässer: 10x AFS, 7x CSB, 16x Ptot und Portho<br />
Die akut auftretende Belastung des Gewässers schadet erheblich der angesiedelten Fauna<br />
und Flora. Es kann Sauerstoffzehrung bis unter die letale Grenze für Fische von 4 mg/l<br />
[Guderian et al. 2000] eintreten. Durch den hohen Eintrag an abfiltrierbaren Stoffen wird eine<br />
Verschlammung verursacht und durch den Abbau der eingetragenen Organik können sich im<br />
Schlamm anearobe Zonen ausbilden. Der massive Eintrag an Phosphor und leicht<br />
abbaubaren organischen Stoffen in Kombination mit den geringen Fließgeschwindigkeiten<br />
der Panke verursacht erhöhte mikrobiologischen Aktivitäten und Algenwachstum und<br />
schädigt so das Gewässer akut und nachhaltig.<br />
Durch eine Behandlung der Mischwasserüberläufe mit den getesteten Technologien ohne<br />
Chemikalieneinsatz kann von einer Reduzierung der stofflichen Einträge um ca. 30-70 %<br />
AFS, 20-30 % CSB ,10 % Gesamt-P und 0-5 % Portho ausgegangen werden. Dies hätte zur<br />
Folge, dass die Gewässersohle durch eine deutliche Abnahme der Konzentration an<br />
sedimentierbaren Stoffen entlastet und die Sauerstoffzehrung durch eine Reduzierung des<br />
Eintrags an oxidierbaren Stoffen um ein Viertel herabgesetzt würden. Eine schnellere<br />
Erholung der Gewässerflora und –fauna nach erfolgten Mischwasserentlastungen wäre<br />
möglich. Das Eutrophierungspotential würde ohne Chemikalienzugabe allerdings nur<br />
geringfügig herabgesetzt werden.<br />
Bei zusätzlichem Einsatz von Fällungs- und Flockungschemikalien ist nochmals eine<br />
deutliche Verminderung der stofflichen Einträge möglich. Eine bis zu 99%ige Entfernung<br />
abfiltrierbarer Stoffe würde keine weitere Belastung des Gewässers und der Gewässersohle<br />
mit sich bringen. Die mittleren AFS-Konzentrationen der Panke in Höhe von 7 mg/l können<br />
im entlasteten Mischwasser erreicht und unterschritten werden. Eine CSB-Reduktion im<br />
entlasteten Mischwasser in Höhe von 40-60 % würde die Sauerstoffzerrung im Gewässer<br />
signifikant herabsetzen, jedoch nicht gänzlich verhindern können. Eine ca. dreifach erhöhte<br />
CSB-Konzentration im behandelten Mischwasser im Vergleich zur CSB-Konzentration in der<br />
Panke würde dort immer noch eine zusätzliche Belastung hervorrufen.<br />
Bei optimaler Chemikalienauslegung zur P- Fällung können im entlasteten Mischwasser<br />
Ablaufwerte erreicht werden, die den mittleren Konzentrationen der unteren Panke in Höhe<br />
von 0,2 mg/l Ptot und 0,1 mg/l Portho entsprechen. Dies würde langfristig das<br />
Eutrophierungspotential des Gewässers deutlich senken und damit für disne Abschnitt die<br />
Ziele der WRRL erfüllen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 166<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
6.4.5 Möglichkeiten zur Installation der jeweiligen Anlagen in urbanen Gebieten mit<br />
hoher Bebauungsdichte<br />
Auf Grund teurer und häufig nicht vorhandener Freiflächen in urbanen Gebieten kann der<br />
Flächenbedarf bei der Auswahl einer Anlage zur weitergehenden Mischwasserbehandlung<br />
eine entscheidende Rolle spielen. Bei Anwendung der Anlagen in Kombination mit einem<br />
RÜB ist je nach Beschaffenheit des Beckens zu prüfen, ob eine Installation der Anlagen auf<br />
der Abdeckung des RÜB’s möglich ist. Eine zusätzliche Stabilisierung des RÜB’s wäre<br />
grundsätzlich, aber vor allem bei den schweren Anlagebauten Tuchfilter und Mikroflotation,<br />
zu prüfen. Bei größeren RÜB könnten die Tuchfiltermodule im RÜB installiert werden. Dabei<br />
sind jedoch die Reduzierung des Speichervolumens sowie die derzeitigen rechtlichen<br />
Rahmenbedingungen im Umgang mit Mischwasser zu beachten, die grundsätzlich eine<br />
Behandlung des gespeicherten Mischwassers in der Kläranlage vorsehen.<br />
Des Weiteren könnte bei einer Realisierung von Mischwasserspeichern in der Art der<br />
Pilotanlage des Projektes Spree 2011, die aus im Gewässer verankerten Kunststoffrohren<br />
mit aufmontierter Nutzplattform bestehen, der neu geschaffene Raum direkt als Standfläche<br />
für Anlagen zur weitergehenden Mischwasserreinigung genutzt werden.<br />
Eine weitere Möglichkeit der Implementierung der Reinigungsverfahren bei hoher<br />
Bebauungsdichte und ausreichender Breite des Einleitgewässers besteht darin, im<br />
Gewässer direkt vor Mischwasserentlastungspunken eine Art Floß zu verankern und auf<br />
diesem die Behandlungseinheiten zu installieren. Die Anlagen bleiben so relativ mobil und<br />
könnten nach eventueller Stauraumvergrößerung des jeweiligen Einzugsgebietes mit daraus<br />
resultierenden geringeren Mischwasserentlastungsraten zu einem anderen Einsatzort<br />
überführt werden. Bei einer Installation der Anlage auf bzw. direkt am Gewässer könnte<br />
außerdem, soweit vorhanden, das Kanalstück zwischen RÜB-Überlauf und Einleitungsstelle<br />
im Gewässer als Fällungs- und Flockungsraum fungieren.<br />
7 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen<br />
Die im Rahmen des Projektes gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass die getesteten Anlagen<br />
Fuzzy Filter ® , Tuchfilter und Mikroflotation grundsätzlich für die weitergehende<br />
Mischwasserreinigung geeignet sind. Alle Anlagen stellten sich als robust und<br />
bedienungsfreundlich heraus und zeigten keine nennenswerten Probleme im<br />
diskontinuierlichen Betrieb.<br />
Schwankende Mischwasserkonzentrationen über die gesamte Projektlaufzeit lassen nur<br />
allgemeine Aussagen über jede Reinigungstechnik im einzelnen und im Vergleich der<br />
Technologien zu. Ziel des Projektes war, die prinzipielle Eignung der vorher ausgewählten<br />
Verfahren zur Mischwasserbehandlung zu untersuchen. Die Aufgabe weiterführender<br />
Praxisuntersuchungen könnte darin bestehen, beispielsweise durch Änderungen in der<br />
Betriebsführung an den einzelnen Anlagen und/oder durch weitere Chemikalienversuche den<br />
Einsatz der Technologien zu optimieren. Dazu würde auch gehören, mittels online-<br />
Messgeräten kontinuierlich die Zulaufqualitäten zu messen und dementsprechend die<br />
Chemikaliendosierung und sonstigen Betriebseinstellungen der Anlagen anzupassen so
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 167<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
dass die Ablaufergebnisse systematisch verbessert werden können, was im Rahmen dieses<br />
„Sondierungsprojektes“ nicht vorgesehen und möglich war.<br />
Da die im Projekt getestete hydraulische Leistungsfähigkeit von Fuzzy Filter (24 bis 72 m/h)<br />
und Tuchfilter (2,5 bis 7,5 m/h) im Bereich der von den Herstellern angegeben üblichen<br />
großtechnischen Durchflussraten lag und bei diesen Filtergeschwindigkeiten im Allgemeinen<br />
auch gute Reinigungseffekte beim Mischwasser nachgewiesen werden konnten, ist davon<br />
auszugehen, dass beide Technologien gut geeignet sind, um unter den speziellen<br />
Bedingungen dezentraler Mischwasserentlastung eine weitergehende Reinigung der<br />
Entlastungsabflüsse herbeiführen zu können. Die Mikroflotationsanlage wurde entsprechend<br />
der Empfehlungen des Herstellers nur mit einer wesentlich geringeren als in der Praxis<br />
üblichen hydraulischen Belastung getestet (1 m/h anstatt 15 m/h), bei der jedoch auch gute<br />
bis sehr gute Reinigungseffekte erzielt wurden. Eine Beurteilung der Leistungsfähigkeit bei<br />
höheren Beaufschlagungen ist nur bedingt möglich, wobei der Schluss nahe liegt, dass auch<br />
dann deutliche Qualitätsverbesserungen des Mischwasserablaufs erreichbar sein sollten.<br />
Grundsätzlich ist die Reinigungsleistung der betrachteten Technologien bezüglich der<br />
untersuchten Parameter CSB, P und AFS ohne Chemikalienanwendung annähernd<br />
vergleichbar. Es ist zu beachten, dass die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Technologien<br />
sehr wesentlich durch die jeweiligen Mischwassereigenschaften bestimmt wird. Untypisch<br />
geringe Eliminierungsleistungen wurden vereinzelt bei allen Anlagen festgestellt, was direkt<br />
auf die jeweils angetroffenen Mischwassereigenschaften (u.a. geringe Partikelgrößen)<br />
zurückzuführen ist. Beim Betrieb der Anlagen ohne Chemikalienanwendung wiesen die<br />
Filtrationstechniken höhere Eliminierungsraten bei der Entfernung abfiltrierbarer Stoffe<br />
gegenüber der Mikroflotation auf. Der Tuchfilter mit Mikrofaser Filtertuch lieferte in Bezug auf<br />
die Entfernung der AFS- und CSB-Fraktionen die besten Ergebnisse bei allerdings<br />
geringeren Durchsatzraten als der Fuzzy Filter. Die höchsten Eliminierungsraten der P-<br />
Fraktionen wurden beim Fuzzy Filter ® mit der geringsten getesteten Filtergeschwindigkeit<br />
(24 m/h) ermittelt. Bei diesen Versuchen wurde ein erheblicher Einfluss der<br />
Filtergeschwindigkeit auf die Reinigungsleistung des Fuzzy Filters ® festgestellt. Bei einer<br />
Steigerung der Filtergeschwindigkeit von 24 auf 72 m/h ohne zusätzliche<br />
Chemikaliendosierung kann von einer allgemeinen Reduzierung der Eliminierungsleistung<br />
um ca. 10-20 % ausgegangen werden, was dann im Bereich der Leistungsfähigkeit der<br />
Mikroflotation läge (beim Fuzzy Filter allerdings mit einem 72 mal so hohen Durchsatz). Die<br />
Mikroflotation zeigte im Allgemeinen die geringsten Rückhaltewerte der abfiltrierbaren Stoffe<br />
und weist unter Betrachtung der Entfernung der P-Fraktionen erhebliche Schwankungen auf.<br />
Es muss jedoch nochmals darauf hingewiesen werden, dass inbesondere die Ergebnisse der<br />
Versuche ohne Chemikaliendosierung lediglich Momentaufnahmen darstellen, da sie<br />
ausgesprochen stark von der jeweils zur Verfügung stehenden Mischwasserqualität<br />
beeinflusst werden.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 168<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 101: Überblick über die besten erreichten Abbaugrade der getesteten Technologien<br />
ohne Chemikalieneinsatz<br />
Technologie Beschickungsrate [m/h]<br />
AFS<br />
[%]<br />
CSB tot<br />
[%]<br />
CSB part<br />
Fuzzy Filter® 24 - 72 53 30 37 30 17<br />
Tuchfilter (Mikrofaser) 2,5 – 7,5 75 44 61 23 2<br />
Mikrofloation 1 40 32 61 19 12<br />
Um weitreichendere Abbaugrade vor allem auch bezüglich Phosphor und kolloider Organik<br />
zu garantieren, ist der zusätzlich Einsatz von Fällungs- und Flockungschemikalien zu<br />
empfehlen. Die drei Anlagen erreichen bei annähernd optimaler Chemikaliendosierung und<br />
richtiger Chemikalienwahl hohe Abscheideraten. Polyaluminiumchlorid (PAC) und Eisen(III)-<br />
Chlorid können in Kombination mit jeder der drei Reinigungstechniken sehr gute<br />
Eliminierungsleistungen generieren. Bei PAC-Anwendung ist jedoch zusätzlich der Einsatz<br />
eines Flockungshilfsmittels für eine gute Eliminierung partikulärer Stoffe nötig. Beide<br />
Metallsalze können in Kombination mit dem verwendeten, anionischen Flockungshilfsmittel<br />
eine effektive Entfernung von Schwermetallen und polyzyklischen aromatischen<br />
Kohlenwasserstoffen bewirken. Bezüglich getesteter Arzneimittel- und Industriechemikalien<br />
ist eine partielle Entfernung in Abhängigkeit von der Reaktivität der Substanzen und der<br />
Chemikalienwahl möglich. Das Kombinationspräparat Chargepac 55 ist durch gebildete<br />
Flocken mit sehr geringer Scherstabilität nur in Kombination mit der Mikroflotation und bei<br />
niedrigen Durchsatzraten anwendbar. Generell konnten bei der Mikroflotation im Vergleich<br />
mit den beiden Filtrationstechniken immer dann stabilere Ablaufwerte nachgiewesen werden,<br />
wenn aufgrund nicht optimaler Chemikaliendosierung Flockenbildung und –stabilität<br />
ebenfalls nicht optimal ausfielen, und die Flocken in/auf den Filtern schnell wieder zerstört<br />
wurden.<br />
Tabelle 102: Überblick über die besten erreichten Reinigungsleistungen der getesteten<br />
Technologien mit Chemikalieneinsatz<br />
Technologie Beschickungsrate<br />
[m/h]<br />
AFS<br />
[%]<br />
CSB tot<br />
[%]<br />
CSB part<br />
[%]<br />
Ptot<br />
[%] [%]<br />
Fuzzy Filter ® 24 - 48 99,9 61 99 83 80<br />
Tuchfilter 2,5 97 69 97 95 95<br />
Mikrofloation 1 99,9 64 92 81 95<br />
Neben der zu erzielenden Reinigungsleistung wird die Eignung einer Technologie zur<br />
Mischwasserreinigung im urbanen Raum stark von den notwendigen Investitions- und<br />
Betriebskosten sowie vom Flächenbedarf bestimmt. Dementsprechend stellt der Fuzzy<br />
Filter® die günstigste Variante in Bezug auf den Investitionsaufwand dar. Darüber hinaus<br />
besticht er beim Vergleich der Technologien durch den geringsten Platzbedarf. Dieser macht<br />
nur ca. 20 bis 30% des benötigten Platzbedarfs von Tuchfilter und Mikroflotation aus (bei<br />
gleichem Durchsatz) und erscheint aus diesem Grunde als am besten geeignet für urbane<br />
Bereiche mit wenig verfügbarem Raum.<br />
[%]<br />
Ptot<br />
[%]<br />
Portho<br />
[%]<br />
Portho
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 169<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Auf Grund des Fehlens von Erfahrungen der Hersteller bezüglich ihrer Anlagen im<br />
diskontinuierlichen Betrieb und im Mischwasserbereich sind die zu erwartenden<br />
Betriebskosten für diese neue Anwendung für alle drei Technologien nur sehr allgemein<br />
abschätzbar. Unverhältnismäßig hohe Betriebskosten des Tuchfilters beispielsweise<br />
kommen durch einen vom Hersteller empfohlenen Wechselzyklus der Filtertücher für den<br />
kontinuierlichen Betrieb zustande, welcher nicht direkt auf den diskontinuierlichen Betrieb der<br />
Mischwasserreinigung übertragen werden kann. Aus diesem Grund können nur die<br />
möglicherweise im Rahmen eines späteren großtechnischen Versuchsbetriebs zur<br />
Mischwasserreinigung an einem konkreten Standort zu erhebenden Betriebs- und<br />
Instandhaltungskosten als belastbare Grundlage angesehen werden. Im Allgemeinen liegen<br />
jedoch die nach Herstellerangaben aufzuwendenden Energiekosten der beiden Filteranlagen<br />
deutlich unter den Energiekosten der Mikroflotationsanlage. Zusätzlich entstehende Kosten<br />
durch eventuell benötigte Fällungs- und Flockungseinheiten, Chemikalienaufwendung,<br />
Schlammanfall (Speicherung, evtl. Transport) etc. können von Fall zu Fall so unterschiedlich<br />
ausfallen, dass sie für den jeweiligen Einsatzfall individuell betrachtet und abgeschätzt<br />
werden müssen.<br />
Tabelle 103: Überblick über beispielhafte Investitions- und Betriebskosten jeweils einer<br />
großtechnischen Anlage der getesteten Technologien<br />
Betriebsweise<br />
Fuzzy Filter®<br />
(4.200 m 3 /h)<br />
mit/ohne<br />
Flockung<br />
Typ 14x Typ 7<br />
Investitionskosten<br />
1.785.000 €<br />
komplette<br />
Anlage<br />
Tuchfilter<br />
(4.000 m 3 /h)<br />
ohne Flockung mit Flockung<br />
16x Typ SF<br />
15/75<br />
2.835.200 €<br />
ohne<br />
Betonbecken<br />
22x Typ SF<br />
15/75<br />
3.898.400 €<br />
ohne<br />
Betonbecken<br />
Mikroflotation<br />
(4.000 m 3 /h)<br />
ohne<br />
Flockung<br />
mit<br />
Flockung<br />
4x MF-Zelle á 78 m 2<br />
1.900.000 €<br />
komplette Anlage<br />
Betriebskosten 1.058 €/a 149.359 €/a 205.743 €/a 18.115 €/a 18.790 €/a<br />
Entsprechend der durchgeführten beispielhaften Bilanzierung der Auswirkungen einer<br />
Behandlung des am RÜB <strong>Berlin</strong> X in die Panke entlasteten Mischwassers kann davon<br />
ausgegangen werden, dass in Abhängigkeit von der jeweils eingesetzten Technologie ohne<br />
Chemikalieneinsatz eine Reduzierung der Gesamtjahresfracht in der unteren Panke in Höhe<br />
von bis zu 10% bezüglich abfiltrierbarer Stoffe (AFS) und bis 5% bezüglich CSB und P<br />
erreicht werden könnte. Bei Zuhilfenahme von Fällungs- und Flockungsmitteln wären sogar<br />
eine bis zu 15%ige Reduzierung der AFS-Gesamtjahresfracht, eine bis zu 8%ige CSB-<br />
Frachtreduktion und eine bis zu 25%ige P-Frachtreduzierung in der unteren Panke möglich.<br />
Vor allem bei Betrachtung der akuten Folgen der Mischwasserentlastungen in diesem<br />
Bereich kann hier eine deutliche Verbesserung der Situation erreicht werden (Eutrophierung,<br />
Sauerstoffzehrung, Sohlkolmation).
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 170<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Tabelle 104: Überblick über die theoretisch mögliche Reduzierung der Gesamtjahresfracht in<br />
der unteren Panke bei Behandlung der am RÜB <strong>Berlin</strong> X entlasteten Mischwassermengen<br />
(entsprechend der Beispielrechnung aus Kap. 6.4)<br />
Reduzierung der Gesamtjahresfracht AFS CSB P<br />
Ohne Chemikalienzusatz bis 10% bis 5% bis 5%<br />
Mit Chemikalienzusatz bis 15% bis 8% bis 25%<br />
Die im Rahmen des Forschungsprojektes gewonnen Ergebnisse lassen keine eindeutige<br />
Favorisierung einer der drei getesteten Technologien zu. Im Prinzip sind alle drei Verfahren<br />
gut bis sehr gut zur weitergehenden Mischwasserreinigung geeignet. Nur bei genauer<br />
Kenntnis der Bedingungen an potentiellen Standorten kann abgewogen werden, welche Vor-<br />
und Nachteile welcher Technologie wie stark im Einzelfall zu wichten sind, um dann mit Hilfe<br />
der Erstellung einer Rangfolge eine optimale Auswahl zu ermöglichen. Emissions- und<br />
immisionsorientierte Betrachtungen müssen ebenso einbezogen werden wie örtliche<br />
Gegenheiten, rechtliche Rahmenbedingungen und Kosten.<br />
Prof. Dr.-Ing. Matthias Barjenbruch Dr.-Ing. Kathrin Gantner
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 171<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
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<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
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<strong>Berlin</strong> und Brandenburg. Teil 1: Ableitung der<br />
länderübergreifenden Bewirtschaftungsziele.<br />
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[Sieker 2005]<br />
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Band 508, 2.,neu bearbeitete Auflage<br />
Sieker, F. (2005). „Maßnahmen zur Regenwasserbewirtschaftung,<br />
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dat: 12.06.2011<br />
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[Springer Umweltlexikon 2000] Hrsg.: Bahadir, M.(2000). Springer Umweltlexikon,<br />
2. Auflage Springer-Verlag <strong>Berlin</strong> Heidelberg, New York,<br />
ISBN 3-540-63561-0
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 181<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
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[Stark et al. 2008] Stark, O. K., Damann, R., Stein, A. (2008). „Abtrennung<br />
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Betriebserfahrung in St. Wendel“ KA Korrespondenz<br />
Abwasser, Abfall, Nr. 5<br />
[TerraTech 2006] TerraTech (Ausgabe 10/2006). „Letzter Baustein der<br />
Sicherungsvariante Hallschlag, Stationäre Wasserreinigungsanlage<br />
behandelt kontaminiertes<br />
Sickerwasser der Rüstungsaltlast“ TerraTech,<br />
Supplement für Altlasten und Bodenschutz,<br />
Sanierungspraxis<br />
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dat: 03.08.2011<br />
[Vetter 2000] Vetter, O. (2000). „Verbesserung der Absetzwirkung von<br />
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Stuttgarter Berichte zur <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> Band<br />
160, Stuttgart, ISBN 3-486-26483-4<br />
[WEFTEC® 2005] original from Annual Water Environment Federation<br />
Technical Exhibition and Conference, Washington DC,<br />
Oct 30-Nov 2 2005, reprinted by Storm Water Program,<br />
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<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
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<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 183<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang<br />
Anhang 1: Panke Messstelle 730 Datenreihe 2000-2010, Senatsverwaltung für Gesundheit<br />
Umwelt und Verbraucherschutz <strong>Berlin</strong><br />
Messstelle O2 [mg/l] TOC [mg/l] BSB5 [mg/l] AFS [mg/l] Ptot [mg/l] Portho [mg/l]<br />
730<br />
2000 10,1 9,0 k. A. 7,7 0,21 0,11<br />
2001 10,0 8,6 k. A. 7,8 0,20 0,08<br />
2002 10,7 9,2 k. A. 7,0 0,20 0,1<br />
2003 10,3 8,5 k. A. 7,1 0,21 0,12<br />
2004 10,6 8,2 k. A. 5,5 0,18 0,09<br />
2005 10,1 8,9 k. A. 6,2 0,20 0,09<br />
2006 9,2 9,9 3,0 6,9 0,22 0,09<br />
2007 10,3 k. A. 3,0 6,5 0,23 0,12<br />
2008 10,0 k. A. 2,9 10,7 0,25 0,12<br />
2009 9,3 k. A. 3,5 9,8 0,22 0,11<br />
2010 10,3 11,6 4,0 9,2 0,22 0,11<br />
Mittelwert 10 9 3 7 0,2 0,1<br />
Anhang 2: Entlastungsmengen BlnX und <strong>Berlin</strong>gesamt [BWB]<br />
Jahr RÜB BlnX MWÜ BlnX MWÜ <strong>Berlin</strong> gesamt<br />
2006 47.600 m³ 34.300 m³ 1.539.200 m³<br />
2007 273.800 m³ 103.500 m³ 4.591.800 m³<br />
2008 228.800 m³ 5.000 m³ 3.474.000 m³<br />
2009 123.700 m³ 19.000 m³ 957.000 m³<br />
2010 232.600 m³ 20.000 m³ 1.185.000 m³
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 184<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 3: Messdaten Fuzzy Filter®<br />
Lauf t AFS<br />
zu<br />
AFS<br />
ab<br />
CSBtot<br />
zu<br />
[min] [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
CSBtot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
F1L1 5 1) 46 18 148 132 80,8 78,6 3,78 3,65 2,62 2,66<br />
10 1) 35 25 145 131 66,7 75,7 3,77 3,63 2,44 2,77<br />
15 1) 34 25 147 131 76,9 80,4 3,93 3,78 2,75 2,82<br />
20 1) 33 20 144 126 74,9 74,8 3,96 3,76 2,84 2,77<br />
25 1) 29 21 147 131 75,5 73,0 4,14 3,81 2,89 2,88<br />
30 1) 30 21 150 132 81,4 79,4 4,17 3,96 2,8 2,79<br />
35 1) 34 24 147 128 92,4 72,0 4,17 3,87 2,82 2,79<br />
40 1) 35 24 153 130 75,6 82,2 4,23 3,92 2,88 2,79<br />
F3L1 5 1) 152 100 379 317 128 127 6,96 6,48 3,62 3,61<br />
10 1) 146 83 364 291 128 129 6,92 5,91 3,72 3,76<br />
15 1) 133 87 379 316 123 126 7,04 6,22 3,69 3,66<br />
20 1) 123 83 357 321 132 126 6,58 6,35 3,78 3,6<br />
25 1) 123 93 389 324 130 129 7,23 6,51 3,92 3,83<br />
30 1) 129 90 383 303 136 133 7,3 6,67 3,94 3,86<br />
35 1) 117 76 376 312 121 125 7,25 6,72 3,62 3,32<br />
40 1) 117 76 373 312 127 125 7,12 6,42 3,63 3,51<br />
F4L1 5 46 34 116 104 57,3 52,7 2,37 2,13 1,21 1,38<br />
65 44 30 110 96 50,3 52,2 2,41 2,06 1,38 1,36<br />
125 46 34 109 103 43,7 51 2,36 2,25 1,2 1,41<br />
185 56 34 120 98 52,1 50,8 2,25 2,14 1,44 1,39<br />
245 52 30 116 104 48,9 53,7 2,41 2,16 1,38 1,39<br />
305 54 26 94,9 90,2 55,6 61,1 2,42 2,33 1,41 1,41<br />
365 54 44 101 85,2 60,6 53 2,46 2,27 1,45 1,41<br />
425 52 44 95 90,2 60,3 56,2 2,51 2,41 1,47 1,43<br />
F5L1 15 86 74 294 282 145 145 6,99 6,84 4,79 4,59<br />
F5L2 5 86 2) 46 316 2) 178 160 2) 123 7,45 2)<br />
1,64 5,15 2) 0,405<br />
10 86 2) 84 316 2) 202 160 2) 129 7,45 2)<br />
2,89 5,15 2) 0,343<br />
15 86 2) 78 316 2) 216 160 2) 135 7,45 2)<br />
3,7 5,15 2) 0,345<br />
20 86 2) 68 316 2) 227 160 2) 136 7,45 2)<br />
1,65 5,15 2) 0,321<br />
25 86 2) 94 316 2) 233 160 2) 142 7,45 2)<br />
1,64 5,15 2) 0,352<br />
30 86 2) 78 316 2) 257 160 2) 138 7,45 2)<br />
4,62 5,15 2) 0,349<br />
F5L3 5 86 2) 12 316 2) 143 160 2) 130 7,45 2)<br />
0,92 5,15 2) 0,46<br />
10 86 2) 20 316 2) 138 160 2) 137 7,45 2)<br />
0,66 5,15 2) 0,46<br />
15 86 2) 16 316 2) 143 160 2) 133 7,45 2)<br />
0,62 5,15 2) 0,45<br />
20 86 2) 18 316 2) 149 160 2) 134 7,45 2)<br />
0,71 5,15 2) 0,44<br />
25 86 2) 6 316 2) 143 160 2) 134 7,45 2)<br />
0,79 5,15 2) 0,44<br />
40 86 2) 28 316 2) 168 160 2) 133 7,45 2)<br />
0,75 5,15 2) 0,41<br />
F6L1 5 62 36 164 124 77,9 69,5 3,05 2,19 1,54 1,28<br />
F6L2 5 64 30 168 128 80,2 65,6 2,77 1,95 1,44 1,29<br />
F6L3 5 60 40 166,0 127 75,7 71,2 2,8 1,29 1,52 0,069<br />
F6L4 5 60 20 164,0 88,3 69,3 67,8 2,86 0,65 1,49
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 185<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Lauf t<br />
[min]<br />
AFS<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
AFS<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
F6L6 5 56 22 149 71,2 72,1 52,5 2,99 0,528 1,5
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 186<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Lauf t<br />
[min]<br />
AFS<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
AFS<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
F10L4 5 20 0 118 50,1 45,8 49,2 2,41 0,42 0,918 0,263<br />
20 17 0 111 46,4 45,3 45,8 2,43 0,364 0,868 0,191<br />
35 23 0 126 49,3 72,6 48,5 2,25 0,386 0,998 0,196<br />
F10L4 50 33 0 130 51,5 42,1 46,1 2,29 0,404 0,858 0,156<br />
F10L5 5 17 0 135 48,6 40 45,6 2,25 0,486 0,848 0,29<br />
15 17 0 114 45,7 47,7 45,5 2,33 0,402 0,928 0,239<br />
25 23 0 120 49,5 39,2 46,8 2,22 0,357 0,813 0,211<br />
35 30 0 127 47,3 44,2 42,8 2,61 0,338 0,905 0,182<br />
F12L1 5 60 44 287 252 199 194 3,8 3,53 1,69 1,65<br />
45 72 50 290 262 200 203 4,19 3,83 1,74 1,74<br />
90 70 50 287 257 205 197 4,03 3,73 1,71 1,7<br />
135 64 44 327 298 233 231 4,46 4,12 1,84 1,82<br />
180 56 28 325 290 234 233 4,69 3,72 1,83 1,66<br />
225 52 40 321 288 232 222 4,5 3,94 1,82 1,57<br />
F12L2 5 52 4 321 226 233 200 4,48 0,738 1,85 < 0,05<br />
1) Kompression Filterbett in %; 2) Errechnete MW aus 1 FFzu + 5MFzu aus dem Parallelbetrieb
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 187<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 4: Messdaten Tuchfilter<br />
Lauf t AFS<br />
zu<br />
AFS<br />
ab<br />
CSBtot<br />
zu<br />
CSBtot<br />
ab<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
Ptot<br />
zu<br />
Ptot<br />
ab<br />
Portho<br />
zu<br />
Portho<br />
ab<br />
[min [mg/l] [mg/l [mg/l] [mg/l] zu ab [mg/l [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
]<br />
]<br />
[mg/l] [mg/l] ]<br />
T13L1 0 58 24 145 116 51 53,2 1,91 1,8 0,98 0,977<br />
5 54 6 145 101 49,7 60,7 1,61 1,61 0,911 0,921<br />
10 54 16 135 102 47,8 53 1,57 1,54 0,866 0,933<br />
15 44 16 135 99,2 51 51,2 1,62 1,46 0,908 0,907<br />
20 42 10 134 88,6 55,4 53 1,6 1,39 0,856 0,873<br />
23 42 10 142 87,5 53,7 55 1,52 1,31 0,861 0,858<br />
T13L2 5 36 20 126 105 58,2 51 1,58 1,45 0,862 0,827<br />
15 44 14 154 107 61,8 56,1 1,81 1,5 0,987 0,918<br />
25 38 10 148 109 64,9 62,5 1,74 1,52 0,995 0,955<br />
35 36 10 145 110 66,1 65,2 1,72 1,54 1,01 0,987<br />
45 38 12 142 106 69,3 66,4 1,75 1,52 1,01 1,01<br />
50 34 16 152 115 66,7 66,4 1,74 1,56 1,04 1,02<br />
54 76 6 195 110 77,5 65,9 2,19 1,58 1,2 1,01<br />
T14L1 0 68 54 184 154 70 72,8 3,68 3,4 1,93 1,87<br />
20 66 60 197 163 75,9 74,2 3,68 3,39 2,06 1,89<br />
45 67 63 194 178 77,7 81 3,68 3,5 2,06 1,98<br />
T15L1 0 130 76 297 229 97,8 85,7 6,68 4,64 2,89 2,42<br />
5 146 70 287 206 102 89,7 6,24 4,41 2,89 2,24<br />
9 143 57 287 197 94,3 91,4 6,48 3,86 2,96 2,13<br />
11 123 50 285 176 94,4 89,6 6,31 2,97 2,85 1,62<br />
15 133 53 283 162 98,6 88,6 6,29 2,8 2,85 1,49<br />
T15L2 0 130 22 287 124 86,5 86,1 6,68 1,42 2,88 0,812<br />
5 120 22 283 117 88,4 86,4 6,24 1,43 2,94 0,654<br />
10 133 14 290 113 81,8 85,3 6,7 1,27 2,9 0,554<br />
12 130 22 281 115 80,6 84,3 6,39 1,19 2,83 0,531<br />
13 133 18 273 110 87,3 83,5 6,59 1,09 2,96 0,466<br />
T15L3 0 133 2 288 87 82,9 88,9 6,07 0,29 2,59 0,196<br />
5 136 4 284 88,1 80,7 77,6 5,91 0,254 2,92 0,117<br />
10 136 6 284 90,9 83,8 80 5,95 0,304 2,9 0,091<br />
T16L1 0 57 50 177 140 84,4 77,3 3,68 3,11 2,33 1,57<br />
10 50 38 173 127 83 80,6 3,76 2,86 2,26 1,7<br />
15 78 34 175 122 83,9 78 3,71 2,81 2,27 1,63<br />
20 63 42 162 122 91,8 76,1 3,38 2,78 2,23 1,48<br />
25 63 42 167 115 75,4 68,9 3,83 2,81 2,27 1,43<br />
T16L2 0 53 74 172 143 83,4 65,9 3,75 3,11 2,36 0,779<br />
10 60 66 165 132 84,8 65,2 3,79 2,61 1,92 0,716<br />
15 63 80 167 139 87,4 67 3,82 2,45 2,11 0,68<br />
20 63 78 167 122 80,8 68,8 3,67 2,54 2,17 0,554<br />
30 63 80 172 143 76,5 65,1 3,75 3,14 2,26 0,552<br />
34 67 88 170 144 77,4 63,9 3,72 2,88 2,01 0,509<br />
T16L3 0 57 98 160 145 75,7 62,7 3,79 3,11 2,21 0,369<br />
10 63 104 169 152 80 62,9 3,43 3,16 2,16 0,313<br />
20 60 102 172 154 76,8 56,8 3,68 3,15 2,33 0,222<br />
30 57 102 160 151 69,1 59,7 3,71 3,08 2,27 0,207<br />
38 57 104 162 146 68,6 58,6 3,66 3,06 2,27 0,199<br />
T17L1 0 14 8 61,3 42 30,9 28,7 1,18 0,421 0,655 0,068<br />
10 8 5 58,8 34 30,7 28,6 1,09 0,254 0,668 0,063<br />
15 16 4 60,9 36,2 37,8 26,4 1,03 0,312 0,686
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 188<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Lauf t<br />
AFS<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
AFS<br />
ab<br />
[mg/l<br />
]<br />
CSBtot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
zu<br />
[mg/l<br />
]<br />
Ptot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
T17L2<br />
[min<br />
]<br />
0 - 19 64,8 45,7 29,7 25,2 1,29 0,615 0,7
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 189<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Lauf t<br />
AFS<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
AFS<br />
ab<br />
[mg/l<br />
]<br />
CSBtot<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Ptot<br />
zu<br />
[mg/l<br />
]<br />
Ptot<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
zu<br />
[mg/l]<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l]<br />
T21L3<br />
[min<br />
]<br />
0 113 53 214 145 71,6 64,1 2,45 2,06 0,999 1,01<br />
10 100 53 202 137 65,4 61 2,41 1,99 1,04 0,971<br />
20 103 17 190 127 59,9 61,6 2,41 1,9 0,973 0,947<br />
30 93 3 184 122 56,3 60,9 2,37 1,82 0,953 0,948<br />
40 93 3 178 120 59,7 60,6 2,39 1,82 0,932 0,946<br />
50 93 23 184 114 68,7 63,7 2,35 1,79 0,981 0,966<br />
T22L1 0 64 54 168 162 76,7 75,4 3,48 3,4 2,02 2,17<br />
15 60 56 168 163 74,5 77,7 3,39 3,39 2,08 2,18<br />
30 58 46 167 161 76 78,3 3,47 3,43 2,11 2,14<br />
45 60 54 172 158 75,9 78,6 3,45 3,43 2,13 2,13<br />
60 60 50 171 158 76,5 77,8 3,43 3,38 2,08 2,18<br />
90 60 46 168 155 76,4 78,2 3,42 3,37 2,15 2,01
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 190<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 5: Messdaten Mikroflotation<br />
Lauf t AFS<br />
zu<br />
AFS<br />
ab<br />
CSBtot<br />
zu<br />
CSBtot<br />
ab<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
CSBtot<br />
filtr.<br />
Ptot<br />
zu<br />
Ptot<br />
ab<br />
Portho<br />
zu<br />
Portho<br />
ab<br />
[mg/l [mg/l [mg/l] [mg/l] zu ab [mg/l [mg/l] [mg/l] [mg/l]<br />
[mi<br />
n]<br />
] ]<br />
[mg/l] [mg/l] ]<br />
M2L1 60 100 44,3 299 180 162 104 4,79 3,93 4,76 3,03<br />
M4L1 30 56 34 140 95,6 66,1 66,9 2,94 3,02 1,63 1,97<br />
M4L2<br />
30<br />
60<br />
72<br />
56<br />
46<br />
34<br />
161<br />
125<br />
107<br />
81,7<br />
73,7<br />
73,1<br />
65,7<br />
52,6<br />
2,75<br />
2,9<br />
2,45<br />
1,27<br />
1,58<br />
1,68<br />
1,04<br />
0,381<br />
M4L3<br />
30<br />
60<br />
48<br />
50<br />
4<br />
0<br />
156<br />
153<br />
69,8<br />
58<br />
75,1<br />
72<br />
49,8<br />
50<br />
2,9<br />
2,9<br />
0,689<br />
0,6<br />
1,64<br />
1,65<br />
0,107<br />
0,09<br />
M4L4<br />
30<br />
60<br />
56<br />
48<br />
6<br />
6<br />
153<br />
153<br />
69,6<br />
53,7<br />
69,6<br />
74,2<br />
47<br />
49,1<br />
2,69<br />
2,78<br />
0,298<br />
0,828<br />
1,65<br />
1,67<br />
0,094<br />
0,095<br />
M5L1 60 100 50 306 166 144 76,1 7,39 3,77 5,1 2,47<br />
M5L2 60 86 28 324 186 144 121 7,26 3,27 5,17 2,07<br />
M5L3 60 88 16 317 185 171 129 7,52 2,19 5,26 1,52<br />
M5L4 60 70 20 325 180 177 125 7,85 2,04 5,2 1,44<br />
M5L5 60 86 20 330 179 179 134 7,69 2,11 5,36 1,54<br />
M7L1 60 64 28 199 149 74,7 67,6 3,8 3,07 2,27 1,99<br />
M7L2 60 60 52 228 146 84,2 75,4 4,21 3,12 2,23 1,39<br />
M7L3 60 54 22 224 117 77,8 81,9 3,84 2,1 2,21 1,05<br />
M7L4 60 76 0 239 86,1 90,1 74,2 4,23 0,958 2,33 0,505<br />
M9L1 60 70 34 91,7 81,4 43,4 57,4 2,01 2,05 1,09 1,19<br />
M9L2 60 54 10 78,1 54,5 44,3 36,3 1,92 0,579 1,04 0,244<br />
M9L3 60 46 14 82,2 38,8 43,5 33,4 1,92 0,382 1,04 0,09<br />
M9L4 60 44 2 79,8 41,1 38,4 34,5 1,94 0,371 1,05 0,05<br />
M9L5 60 54 14 80,9 39,7 38 34,8 1,93 0,4 1,06 0,051<br />
M10L1 60 46 40 132 117 39 48 2,45 2,15 0,831 0,753<br />
M10L2 60 40 0 130 63,6 38,7 43,7 2,48 0,807 0,826 0,06<br />
M10L3 60 34 4 128 66,2 42,8 63,4 2,21 0,858 0,795 0,05<br />
M10L4 60 44 0 130 64,6 50,7 46,5 2,22 0,812 0,816 0,05<br />
M10L5 60 38 4 124 61 42,3 44 2,37 0,736 0,84 0,05
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 191<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 6: Rechenweg, Bestimmung der Dosierung [mg WS/l]<br />
Rechenweg<br />
Bestimmung der Dosierung in mg WS/l<br />
In Laborversuchen wurde die für die jeweiligen Chemikalien bestimmten Dosierungen in ppm<br />
ermittelt. Im Fall des Flockungsmittels FM1 wird die Dosiermenge auf Empfehlung des<br />
Herstellers gewählt. Durch „Auslitern“ der Dosierpumpen werden die ppm-Angaben in ml/min<br />
übertragen. Mit Hilfe folgender Formel kann die Wirksubstanz der einzelnen Chemikalien in<br />
mg pro Liter errechnet werden.<br />
� � d � p � k<br />
x � �<br />
V<br />
x Dosierung auf die Wirksubstanz bezogen Wirksubstanz [mg WS/l]<br />
ρ Dichte der Chemikalie [g/cm³] (Herstellerangabe)<br />
d Dosierung [ml/min]<br />
p Wirksubstanz [%] (Herstellerangabe)<br />
k Verdünnungsfaktor<br />
�<br />
V Volumenstrom [l/h]<br />
Annahme: ρ [g/cm³] = ρ [g/ml]<br />
Die Dichte der verwendeten Chemikalien sind den jeweiligen Datenblättern zu entnehmen.
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 192<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 7: Datenblatt Nalco 71260 (FM2)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 193<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 8: Datenblatt Nalco 71232 (FM1)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 194<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 9: Datenblatt Nalco 7757 (FHM)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 195<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 10: Datenblatt Chargepac 55 (KP)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 196<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 11: Spezilanalyse Fuzzy Filter® (F12L2)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 197<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong>
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 198<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 12: Spezialanalyse Tuchfilter Zulauf (T18L3)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 199<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong>
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 200<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong><br />
Anhang 13: Spezialanalyse Tuchfilter Ablauf (T18L3)
<strong>FG</strong> <strong>Siedlungswasserwirtschaft</strong> 201<br />
<strong>TU</strong> <strong>Berlin</strong>