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1/2 | 2014

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SPECIAL Trink-, Prozess-

SPECIAL Trink-, Prozess- und Abwasser Bild: Arcadis Die Bauarbeiten für die Pilotanlage fanden zum Teil unter harten Winterbedingungen statt. Trinkwasseraufbereitung unter der Erde In der ander Grenze zu China gelegenen russischen Stadt Khabarovsk wird die Trinkwasserversorgung von Oberflächenauf Grundwasser umgestellt. Spannend an dem Projekt ist nicht nur die Größenordnung, sondern auch die Technologie: Die Trinkwasseraufbereitung erfolgt unter der Erde. Die von der Ingenieurgesellschaft Arcadis auf die Bedingungen vor Ort angepasste und weiterentwickelte Technologie könnte wegweisend für andere Regionen Russlands und auch für Deutschland sein. Dr.-Ing. Jobst Herlitzius, Helmuth Sumpf und Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek Etwa die Hälfte der 140 Millionen EinwohnerRusslandstrinkt Wasser, das nicht der Norm der Gesundheitsbehörden entspricht –dieshat die Russische Akademie der Wissenschaften in Untersuchungen festgestellt. Im rund 30 Kilometer zur chinesischen Grenze gelegenen Khabarovsk ist die Situation besonders kritisch, denn ihr Trinkwasser bezog die 600000-Einwohner-Stadt lange Zeit ausschließlich aus dem Fluss Amur. Weltweit bekannt wurde die Region 2005 durch die Havarie ineiner chinesischen Chemiefabrik, in deren Folge große Mengen Benzol in den Fluss gelangten. Doch auch im Normalbetrieb ist eine akzeptable Wasserqualität aus demAmur nur mit einemhohen Aufwand an Chemikalien zu gewährleisten. Da Russland keinenEinflussauf die chinesischen Kontaminationsquellen hat, wird die Trinkwassergewinnung in Khabarovsk bis zum Jahr 2018 komplett von Oberflächen- auf Grundwasseraus dem unweit derStadt gelegenen Tungusska-Vorkommen umgestellt. Anspruchsvolle Bedingungen Bei demProjektimFernenOsten handelt es sich umeines der größten Infrastrukturvorhaben Russlands. Die Randbedingungen sind anspruchsvoll: In Khabarovskherrschtjedes Jahr monatelang starker Frost. Darüber hinaus sind strenge ökologische Restriktionen zu beachten. Um das Grundwasser trinkbarzumachen, müssenEisen und Mangan und zum Schutz des Rohrleitungssystems zusätzlich aggressive Kohlensäure entfernt werden. Dafür kommen grundsätzlich ober- und unterirdische Verfahren in Betracht. Vorallemwegen der extremen Witterungsbedingungen (Bild) bietet die Aufbereitung unter der Erde in Khabarovsk jedoch Vorteile: Heizkosten für Technikgebäude, die für eine oberirdischeAufbereitung entstanden sind, fallen nicht an. Auch die Gefahr der Brunnenverockerung entfällt ebenso, wie Schwierigkeiten mit der Schlammentsorgung, die sichaufgrund der hohen Eisenkonzentrationen und der bis 2018 geplanten Aufbereitungsmenge vontäglich200 000 Kubikmeter (m³) Wasser bei der oberirdischen Aufbereitung ergeben hätten. Subterrestrische Wasseraufbereitung Die Technologie der unterirdischen Enteisenung ist fast soalt wie die der herkömmlichen oberirdischen Verfahren. In Deutschland wurden die ersten entsprechenden Anlagen bereits 1898 in Berlin errichtet. Mitte des vergangenen Jahrhunderts wurde die Idee wiederaufgegriffen und vorallem in den 1980er Jahren weiterentwickelt. Das Verfahrensprinzip: Über Infiltrationsleitungen und Brunnen wird sauerstoffhaltiges Wasser in den Untergrund eingeleitet, um gelöstes zweiwertiges Eisen und Mangan zu Metalloxidhydraten zuoxidieren, die dann abgeschieden werden und wiederum gelöstes Eisen und Mangan adsorbieren können. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit ist das Verhältnis von gefördertem zuinfiltriertem Wasser: Essoll deutlich größer als 2 sein. Beidem vondem Bohr-und Wasserwirtschaftsexperten Helmuth Sumpf unter dem Namen SUBTERRA 16 UmweltMagazin Januar/Februar 2014

und dem in Ostdeutschland unter dem Namen UNEIS entwickelten und vertriebenen Verfahren fungieren die Brunnenwechselweise als Förder-und Infiltrationsbrunnen. Auch in Russland gibt es bereits Erfahrungen zur Anwendung der subterrestrischen Aufbereitungstechnologie. Machbarkeit bei pH 6,0 Arcadis hat diese Erfahrungen aufgegriffen und in das Khabarovsker Projekt eingebracht. In einer Größenordnungwie im geplantenKhabarovsker Wasserwerk und auch unter den dortherrschendenRahmenbedingungen wurde eine subterrestrische Aufbereitung allerdings bis dato weltweit nochnicht realisiert. Um Fehlinvestitionen zu vermeiden, wurde Arcadis zunächst mit der Planung, Errichtung und dem Betrieb einer Pilotversuchsanlage beauftragt. Sie wurde 2007 termingerecht fertiggestellt. Ein mehrjähriger Probebetrieb, teilweise unterharten Winterbedingungen, schloss sichan. Der Eisengehalt wurde innerhalb von drei Monatenvon 25 auf 0,01Milligramm pro Liter (mg/l) gesenkt. Durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt wurdeim Verlauf eines Jahres das für die Entmanganung gewünschte mikrobielle Wachstum im Untergrund initiiert.In einem zweiten Schritt gelang die Adaption an die Bedingungen eines stark schwankenden pH-Wertes, der durch den Wechsel von Infiltration und Entnahmebedingt ist. Dieprinzipielle Machbarkeit der mikrobiell katalysierten unterirdischen Entmanganung bei einer Wassertemperatur von 6°Cund bei einem pH-Wert um 6,0 wurde somit erstmals nachgewiesen. 200 000 Kubikmeter pro Tag Mit der Gründung der Unternehmenstochter Arcadis Rus wurden bürokratische Hemmnisse beseitigt und die Geschäftstätigkeiten für die jeweiligen Vertragsseiten vereinfacht. Der Erfolg der Pilotversuche bestätigte die Pläne für die künftige Wasserfassung: Auf einer Gesamtlänge von drei Kilometern sollen in fünf baugleichen Sektionen mit je einer Anreicherungsanlage in zwei Reihen insgesamt 60 Brunnen angeordnet werden. Die Kapazität dieser Wasserfassung wird bei 100 000 Kubikmetern proTag liegen. UmweltMagazin Januar/Februar 2014 Im Jahr 2011 wurden die ersten zwölf Brunnen inBetrieb genommen. Während des Hochwassers von August und September 2013 war die Wasserfassung komplett von Wasser eingeschlossen und fast vollständig überflutet, obwohl die Entfernung zum Amur gewöhnlich 1,8 Kilometer beträgt. Die Produktion vonReinwasser musste jedochkeine Minute unterbrochen werden, da die Sohlender Brunnenstuben unddie Straßenoberflächen vorsorglich einen Meter über der natürlichen Geländeoberflächegeplant und gebaut wurden. Im Dezember 2013 erfolgten Arbeiten zurInbetriebnahme derzweitenSektion, ab 2014 werden weitere zwei Sektionen sauberes Wasser an die Verbraucher der Stadt Khabarovsk liefern.Bis 2018 sollen dort zwei weitere Wasserfassungen mit unterirdischer Enteisenung und Entmanganung errichtet werden, wodurch sich die Kapazität auf gut200 000 Kubikmeterpro Tagerhöhen wird. Subterrestrische Trinkwasseraufbereitung in Deutschland? In Deutschlandführtdie Technologie bei größeren Wasserwerkeneherein Nischen-Dasein. Dabei machen die Kostenvorteile das Verfahren aber auch für deutsche Wasserwerke durchaus interessant. Sie ergeben sich durch den Wegfall der oberirdischen Filteranlagen, die mit 50 Jahren sehr lange Lebensdauer der Brunnen und eine geringe Verockerung inden Rohren. Der Einsatz vonChemikalienentfällt, Maßnahmen derSpülwasser- und Schlammbehandlung sind nicht erforderlich. Diesekönnen bei deroberirdischen Enteisenung ein Kostentreiber sein, denn oft enthalten die Schlämme Arsen und müssen entsprechendentsorgt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass die unterirdischen Reaktionszonenals Barrieregegen anthropogene Schadstoffewirken, die über anströmendes oberflächennahes Grundwasser oder Uferfiltrat in die Wasserfassung gelangenkönnen. Dr.-Ing. Jobst Herlitzius, Arcadis Deutschland, Potsdam, j.herlitzius@Arcadis.de; Helmuth Sumpf, Nienhagen, helmuth.sumpf@live.de; Prof. Dr.-Ing. Thomas Grischek, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, grischek@htw-dresden.de MICROFILTRATION ULTRAFILTRATION NANOFILTRATION München 5.-9. Mai 2014 Halle A2 Stand Nr.516 GWP-Gemeinschaftstand Halle A5 Stand Nr.111/210 u. 112 Dubai, 14.-16. April 2014 BIO-CEL ® Getauchtes MBR-Modul für die biologische Abwasserbehandlung mit Selbstheilungseffekt •kostengünstig •hoher Fluss •geringer Energiebedarf •leicht zu integrieren •rückspülbar •hohe Betriebssicherheit •feinblasige Belüftung MCP für BIO-CEL ® Mechanische Membranreinigung für BIO-CEL ® MBR-Module •optimierter Energiebedarf •höchster Peak-Flow über lange Zeiträume •minimaler chem. Reinigungsbedarf •höchste Anlagenverfügbarkeit MICRODYN-NADIR GmbH Kasteler Straße 45 65203 Wiesbaden /Germany Tel. +49611 962 6001 info@microdyn-nadir.de WWW.MICRODYN-NADIR.COM

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