Fachartikel lesen

30
TRINKWASSER Aufbereitung
Fallbeispiele aus Hamburg
Optimierung
der Aufbereitungsverfahren
Dr.-Ing. Helmut KRÖNING
Teil 2: Drei Beispiele für die Sanierung von
Wasserwerken in Hamburg.
HAMBURGER WASSERWERK CURSLACK: Filterhalle mit Belüftungskaskade nach dem Umbau Bild 4
Besondere Berücksichtigung bei
der Planung der Sanierungsaufgaben
fand dabei das Auftreten
der Störgase Methan, Stickstoff und CO 2 .
3. Fallbeispiele
3.1 Wasserwerk Curslack
Das Wasserwerk Curslack ist, gemessen
am Anteil der geförderten Wassermenge,
das größte und bedeutendste im Versorgungssystem
der HWW mit einer maximalen
Tagesleistung von 80.000 m³.
Hinweis für unsere Leser
Der 1. Teil des Beitrages erschien in wwt-
Ausgabe 11–12/2009 auf den Seiten 37
bis 38. Interessenten wenden sich bitte
an die Redaktion:
wwt.redaktion@hussberlin.de.
Das 1928 in Betrieb gegangene Werk
wies altersbedingte Schäden an der Tragkonstruktion
auf, die einen Neubau erforderlich
machten /4/. Der Verfahrensvergleich
zwischen der alten Anlage und
der neuen ist in Tabelle 3 dargestellt.
Die Aufbereitungsversuche ergaben, dass
das bestehende Konzept der Aufbereitungsanlage
des Wasserwerks Curslack
bei vergleichbarer Leistungsfähigkeit vereinfacht
und damit wirtschaftlicher gestaltet
werden konnte:
Das Grundwasser wird nach dem neuen
Konzept mit technischem Sauerstoff angereichert
und zur Filteranlage gefördert.
In einer einstufigen Filtration mit
einer Filterschichthöhe von 2,80 m erfolgt
die Enteisenung und Entmanganung.
Nach der Filtration werden in
einer Flachbettentsäuerung Kohlensäure
und sonstige leichtflüchtige Wasserin-
haltsstoffe ausgetrieben. Das Wasser befindet
sich dann im Kalk-Kohlensäure-
Gleichgewicht, so dass die vorhandene
Nachentsäuerung mit Natronlauge entfallen
kann. Das Betriebschema ist in
Bild 5 wiedergegeben. Im Gegensatz zur
Altanlage sind alle Aufbereitungsstufen
geschlossen, so dass wesentlich geringere
Aufwendungen für Bauwerksunterhaltung
und Korrosionsschutz anfallen.
Im November 2004 erfolgte die Inbetriebnahme
des ersten von 4 Filterblöcken.
Im April 2005 wurde das alte Werk
abgeschaltet, nachdem im neuen Werk
alle 4 Filterblöcke erfolgreich betrieben
wurden und ein Trinkwasser der geforderten
Qualität lieferten. Im weiteren
Einfahr- und Optimierungsbetrieb verschlechterte
sich die Qualität des produzierten
Trinkwassers unvorhersehbar
wieder.
1–2/2010

Aus den durchgeführten Untersuchungen
war zu folgern, dass ein Zusammenwirken
folgender Faktoren hierfür ursächlich
war:
❙ Das zweiteilige Hebersystem mit Sammelbrunnen
wurde auf 15 Kleinheber
ohne Sammelbrunnen umgestellt.
❙ Neue Tiefbrunnen mit veränderten Filterstellungen
und damit veränderter
Grundwasserbeschaffenheit wurden in
Betrieb genommen.
❙ Die bisherige offene Filteranlage mit
offener Kaskadenbelüftung wurde
durch eine geschlossene Filteranlage
mit Einsatz von technischem Sauerstoff
ersetzt.
Die technischen Änderungen im Heberund
Belüftungssystem führten zu einem
geringeren Austrag von Störgasen. Die
vorgenannten Aufbereitungsprobleme
traten erst im Dauerbetrieb der Großanlage
auf. Sie waren nicht vorhersehbar,
da sie bei den halbtechnischen Vorversuchen
nicht festgestellt wurden (die Heberanlage
war zu diesem Zeitpunkt noch
nicht umgebaut).
Aufgrund der wasserchemischen Zusam -
mensetzung des Rohwassers (Methange-
Aufbereitung
Verfahrensvergleich Altanlage/Neuanlage Tab. 3
Verfahrensstufen neu alt
Belüftung geschlossen, Oxidator, offen, Kaskade
technischer Sauerstoff Luftsauerstoff
Aufbereitung einstufige Filtration, zweistufige Filtration,
Filterschichthöhe 2,8 m Filterschichthöhe 1,8 m je Filter
geschlossene überstaute Betonfilter offene Betonfilter mit freiem Wasserspiegel
Entsäuerung nach der Aufbereitung vor der Aufbereitung
geschlossen offen mit Belüftung,
flache Bauweise flache Bauweise
Nachentsäuerung entfällt Natronlauge
halte unter 0,2 mg, pH-Wert ausreichend
hoch) waren nach nationaler sowie internationaler
Fachliteratur und technischem
Regelwerk auch keine Probleme zu erwarten.
Weitere Untersuchungen und Aufbereitungsversuche
zeigten, dass eine Anpassung
des Aufbereitungssystems auf eine
offene Vorbelüftung erforderlich war
(Tabelle 4).
Verfahrensvergleich Tab. 4
Verfahrensstufen neu neu nach verfahrens-
technischer Ergänzung
Belüftung geschlossen, geschlossen,
Oxidator, Kaskade,
technischer Sauerstoff Luftsauerstoff
1–2/2010 www.wwt-online.de
31

TRINKWASSER Aufbereitung
Das entsprechende verfahrenstechnische
Betriebsschema ist in Bild 6 wiedergegeben.
Die Anpassungsarbeiten erfolgten im laufenden
Betrieb, sie wurden blockweise
durchgeführt und Anfang 2008 erfolgreich
abgeschlossen. Das in den geschlossenen
Kaskaden belüftete und teilgestrippte
Rohwasser fließt anschließend
im freien Gefälle direkt auf die Filter
(Bild 7). Die Filtergleichlaufregelung
muss te daher von einer Zulauf- auf eine
Ablaufregelung umgestellt werden. Die
Anpassungsarbeiten der Rohrleitungsführung
auf der Wasserseite waren minimal.
Da in der Vorbelüftung bereits ein
Teil der Entsäuerung erfolgt, konnte die
Luftleistung der Nachentsäuerung entsprechend
runter gefahren werden. Die
verbleibende Leistung der Lufttechnik
konnte direkt für die Vorbelüftung genutzt
werden, so dass nur eine Ergänzung
der Rohrleitungsführung erforderlich
wurde. Die Bilder 8a und 8b zeigen
eine Innenansicht der Kaskade.
3.2 Wasserwerk Baursberg
Das Wasserwerk Baursberg mit einer
heutigen maximalen Tagesleistung von
17.000 m³ ist 1859 in Betrieb genommen
worden. Ursprünglich bestand es im Wesentlichen
aus einer Langsamsandfiltration
von Elbwasser und einer Wasserspeicherung.
Es befindet sich auf dem ca.
90 m hohen Baursberg bei Blankenese,
damals zugehörig zur preußischen Stadt
Altona, heute ein Stadtteil Hamburgs.
1915 wurde die Anlage um eine Schnellfiltration
ergänzt, die sich in dem markanten
Filtergebäude im Zentrum der
Langsamsandfilter befindet (Bild 9). Sie
hatte die Aufgabe, die feinen Schwebstoffe
aus dem immer stärker verschmutzen
Elbwasser zurückzuhalten, die Langsamsandfilter
zu entlasten und leistungsfähiger
zu machen. Eine atmosphärisch
offene Verdüsung auf dem Dach der
Schnellfilteranlage sorgte für eine Sauer-
BETRIEBSSCHEMA: Neuanlage vor dem Umbau Bild 5
stoffanreicherung (Ausschnitt). Nach
der Erschließung neuer Grundwasservorkommen
und dem Bau des Wasserwerks
Haseldorfer Marsch konnte seit
1960 ganz auf den Einsatz von Elbwasser
verzichtet werden. Die Langsamsandfilter
blieben zunächst zur Nachbehand-
IM SCHNITT:
Anordnung
von Kaskade
und Filter
Bild 7
lung in Betrieb, da die Verweilzeit in den
Schnellfiltern zur alleinigen Aufbereitung
des reduzierten Grund wassers nicht
ausreichend war.
Die hohen Kosten für die Unterhaltung
der alten Anlage und die manuelle Reinigung
der Langsamsandfilter im Frühjahr
und Herbst jeden Jahres führten zur
Modernisierung des alten Werks. Die offene
Belüftung wurde 1985 auf die Dosierung
von technischem Sauerstoff
umgestellt und damit entbehrlich. Aus
baulichen Gründen wurde der offene
Verdüsungsbereich dann mit einer Flachdacheinhausung
versehen.
Sechs der 12 alten Schnellfilter nahm
man außer Betrieb. Die anderen 6 Filter
wurden umgebaut. Um die Filterleistung
zu verbessern, sollte ein feineres Filtermaterial
verwendet werden. Voraussetzung
hierfür war eine Erhöhung des
Frei bordes zwischen Oberkante Filtermaterial
und Schlammwasserrinne. Dieses
erreichte man dadurch, dass die offenen
runden Betonfilter durch eine Edel-
32 1–2/2010

stahlkonstruktion erhöht und abgedeckt
wurden (Bild 10). Als Filtermaterial kam
anstatt des bis dahin eingesetzten groben
Filtersandes ein feineres Material der
Körnung 0,7 bis 1,2 mm zum Einsatz. Im
Zuge des Umbaus wurden die Filter außerdem
mit elektrisch betriebenen Armaturen
versehen und automatisiert.
Aufgrund des baulichen Zustandes der
etwa 90 Jahre alten Filter wurde deren
Erneuerung notwendig. Zur weiteren
betrieblichen Optimierung plante man
eine Erhöhung der Filterschicht. Hierdurch
sollten sich die Laufzeiten der Filter
und deren Leistung verbessern und
der Betrieb stabilisiert werden.
Das Konzept sah daher einen Ersatz der
vorhanden 6 runden Filter durch einen
Neubau von 6 rechteckigen geschlossenen
Betonfiltern vor (Bild 11), die in der
vorhanden Filterhalle in drei Bauabschnitten
unter Aufrechterhaltung eines
Teilbetriebs errichtet werden sollten.
Um eine möglichst große Filterschichthöhe
realisieren zu können, enthielt das
Konzept den Bau düsenloser Filter, d. h.
ohne Filterboden. Zur Luft- und Wasserverteilung
beim Filterspülen und zur
Filtratableitung sollten stattdessen halbkreisförmige
Edelstahlelemente zum Einsatz
kommen, die in ihrer Konstruktion
einem Brunnenfilter ähneln. In einem
ersten Schritt wurde 2005 zunächst ein
entsprechender Filter (Filter 10) versuchsweise
komplett als geschlossener
rechteckiger Betonfilter auf dem Standort
des alten runden Filters neu gebaut.
Die aktive Filterschicht konnte so um
rund 70 % erhöht werden.
Im Zuge der Inbetriebnahme wurde ein
beschleunigter Anstieg des Filterwiderstands
festgestellt. Als Ursache konnte
das Ausgasen von Stickstoff im Filter
identifiziert werden. Bedingt durch die
Höhenlage müssen die neuen Filter weiterhin
im Unterzug arbeiten. Stickstoff,
der im Rohwasser geogen vorhanden ist,
gast massiv aus. Begünstigt wird die Ausgasung
durch die deutlich größere Filterschichthöhe,
der geringeren Filterfläche
Aufbereitung
NACH DEM UMBAU: Das neue Betriebsschema Bild 6 Bilder 8a und b
Innenansicht der Belüftungskaskade
1–2/2010 www.wwt-online.de
33

TRINKWASSER Aufbereitung
WASSERWERK BAURSBERG: Bild 9
Langsamsandfilter mit Filterhalle. Ausschnitt: Eine offene Verdüsung
auf dem Dach der Schnellfilterhalle sorgt für eine Sauerstoffanreicherung.
und dem damit verbundenen ungünstigeren
Druckverlauf im Filter. Diese Problematik
war zum damaligen Zeitpunkt
vom Betrieb der alten Filter nicht bekannt
und konnte auch nicht vermutet
werden.
Der Einsatz einer versuchsweise installierten
offenen Belüftung sorgte sofort
für eine Vermeidung der Ausgasungen
und eine erhebliche Leistungssteigerung
der Filtration. Die z. Z. durchgeführten
Umbaumaßnahmen sehen zwei Belüftungskaskaden
für die 6 Filter vor, die
räumlich in dem inzwischen abgedeckten
Bereich der ehemals atmosphärisch
offenen Verdüsung angeordnet werden
(Bilder 12 a und b). Um eine Entlüftung
unterhalb der Filterschicht realisieren zu
können, werden die restlichen Filter mit
einem pulverbeschichteten Stahlfilterboden
mit rund 80 Düsen pro m² ausgerüstet.
Dem heutigen Stand der Technik
entsprechend wird die Luft über Grobund
Feinfilter gereinigt. Das belüftete
Wasser fließt dann im freien Gefälle den
darunter liegenden Filtern zu.
Drei Filter sind bereits komplett erneuert
(Bild 13). Die restlichen drei Filter
und die Belüftungskaskaden werden
z. Z. gebaut.
IM 3D-MODELL:
Umbau der
Filteranlage
Bild 11
Erhöhung und Abdeckung Bild 10
der alten Filter mit einer
Edelstahlkonstruktion
Der Bau der neuen Filter in der vorhandenen
historischen Filterhalle unter
Aufrechterhaltung eines Teilbetriebs
stellt besondere Anforderungen an den
Bauablauf. Die vorhandene Gründung
konnte die hohen Auflasten durch die
neuen Filter nicht aufnehmen, so dass eine
separate Gründung mittels vor Ort
hergestellter Pfähle erfolgte und für die
restlichen Filter z. Z. erfolgt. Die Tiefgründung
besteht aus eingespülten rund
11 m langen Kleinverpresspfählen mit
zentralem nachgeführten Bewehrungsrundstahl
(D = 30 mm). Die einzelnen
Lägen des Bewehrungsrundstahls sind
WASSERWERK BAURSBERG: Bild 13
Halle mit drei neuen Filtern
34 1–2/2010

mittels Hülsenverschraubung verbunden.
Aufgrund der komplexen Geometrie
der Kellerräumlichkeiten erhielt jeder
Filter eine, den jeweiligen Gegebenheiten
angepasste Pfahlgründung, wie in
Bild 13 zu sehen ist.
3.3 Wasserwerk Großensee
Das Wasserwerk Großensee wurde 1892
in Betrieb genommen und hatte zunächst
eine Seewasserentnahme mit einer Aufbereitungsanlage,
bestehend aus 4 überdachten
Langsamsandfiltern. Die Anla-
Aufbereitung
Neue Filter mit Gründung und Vorbelüftung Bilder 12 a und b
ge wurde im Laufe der Zeit um eine
Schnellfilteranlage zur Aufbereitung von
Grundwasser und um einen Trinkwasserbehälter
erweitert. Die heutige Schnellfilteranlage
wurde 1985 in Betrieb genommen,
so dass die alte Seewasserauf-
1–2/2010 www.wwt-online.de
35

TRINKWASSER Aufbereitung
WASSERWERK GROSSENSEE: Bild 14
Eingangsgebäude mit dem Anbau für Nachentsäuerung und Pumpenvorlage
bereitung 1985 eingestellt werden konn te.
Das Werk hat heute eine maximale Tagesleistung
von 26.000 m³. Im Jahr 2000
wurde ein neuer Trinkwasserbehälter mit
zwei Kammern von je 3.000 m³ errichtet.
Die Filteranlage besteht aus 4 geschlossenen
Schnellfiltern mit jeweils direkt
darüber angeordneten Belüftungskammern
in Betonbauweise. Um die Enteisenungsleistung
zu verbessern, war eine
Reduzierung der Vorbelüftung notwendig.
Hierdurch wurde der Kohlensäureaustrag
vermindert. Durch diese Maßnahme
und durch die Einführung der
Kalzitlösekapazität als Parameter in der
neuen TrinkwV (siehe Vorbemerkungen)
wurde die Errichtung einer Nach-
entsäuerung erforderlich. Die geringe
Höhenlage der Filteranlage zum Trinkwasserbehälter,
dem das Wasser bisher
im freien Gefälle über eine kleine Kaskade
im Zugangsgebäude zufloss, erfordert
ein Zwischenpumpen des Filtrats
auf die Nachentsäuerung. Die Nachentsäuerung
und die Pumpenvorlage befinden
sich in einem Anbau des Zugangsgebäudes
des Reinwasserbehälters (Bild
14).
Das Filtrat fließt im freien Gefälle über
die Zulaufkammer der alten Kaskade im
Zugangsgebäude in die unter der Nachentsäuerung
befindliche Pumpenvorlage.
Zwei parallel geschaltete Inlinerpumpen
fördern es auf die zweistraßigen Flach-
Flachbettentsäuerung mit Lufttechnik Bild 16
IM 3D-MODELL: Bild 15
Zulauf zur Flachbett entsäuerung
bettbelüfter der Nachentsäuerung. Nach
der Passag fließt es im freien Gefälle über
die Ablaufkammer der alten Kaskade in
den Trinkwasserbehälter (Bild 15).
Bild 16 zeigt die Nachentsäuerung mit
den links angeordneten Gebläsen und
Luftfiltern sowie der im Hintergrund erkennbaren
Be- und Entlüftung der Pumpenvorlage.
Resümee
Störgase wie CH 4, N 2 oder CO 2 beeinträchtigen
häufig die Aufbereitung von
reduziertem Grundwasser. Bei der Umstellung
von Anlagen oder bei geänderten
Grundwasserverhältnissen ist das zu
beachten.
LITERATUR
/1/ Scherer, E.: Methanhaltige, reduzierte Grund -
wässer; Charakterisierung und Aufbereitung
mittels Desorption und biologischer Oxidation
in Schnellfiltern.
TU Hamburg Harburg Dissertation 1999
/2/ Bendinger, B.; Wichmann, K.: Abschlussbericht
DVGW-F&E-Vorhaben W 18/99 Methanotrophe
Bakterien als Bioindikator für Methan in der
Trinkwasseraufbereitung und methanbedingte
Aufbereitungsprobleme. DVGW-Forschungsstelle
TUHH, Technische Universität Hamburg-Harburg,
Hamburg, August 2007
/3/ Czekalla, Ch.: Mikrobiologische Grundlagen
von Enteisenung und Entmanganung – ein
Verfahrensüberblick.
In: energie wasserpraxis 4/2008, S. 56 – 58
/4/ Kröning, H.: Trinkwasser für Hamburg –
Neubau des Wasserwerkes Curslack, Teil 1.
In: wwt (2006) Nr. 5, S. 8 – 15, Teil 2.
In: wwt (2006) Nr. 7/8, S. 39 – 43
KONTAKT
Dr.-Ing. Helmut KRÖNING
Abteilungsleiter Anlagenbau
Hamburgwasser · Tel.: 040/78882738
helmut.kroening@hamburgwasser.de
www.hamburgwasser.de
36 1–2/2010