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Größe (Mm 3 /a) < 0,1 0,1-0,5 0,5-5 > 5 NV Anwendung Landwirtschaft Industrie Kommunal/Haushalt gemischt nicht verfügbar MEMBRANANLAGEN: für die Wasserwiedergewinnung /2/ Bild 4 Poröse Membranen, zu denen die Ultraund Mikrofiltration zählen, werden für die Elimination von partikulären Substanzen und Keimen eingesetzt, wobei Ultrafiltration Viren weitgehend zurückhält. Sie können als Vorbehandlung vor der Grundwasseranreicherung eingesetzt werden, um die Infiltrationsraten zu steigern, und dienen auch als Behandlungsstufe vor dichten Membranprozessen, um Fouling und Biofouling in der zweiten Stufe zu minimieren. Poröse Membranen haben nur eine sehr geringe oder keine Wirkung in Bezug auf gelöste Substanzen (z. B. Spurenstoffe). Für deren Rückhaltung werden dichte Membranen, insbesondere Umkehrosmose (UO) eingesetzt, die in Verbindung mit einer UF-Vorbehandlung das Qualitätsniveau von Trinkwasser erreicht oder sogar übertrifft. Die Kombination poröser und dichter Membranen erreicht eine Entkeimung in Höhe von 7 Log-Stufen (Toze, 2006, /15/). Einige Substanzen mit sehr geringem Molekülgewicht, beispielsweise das Nitrosamin NDMA, werden von UO-Membranen nicht vollständig zurückgehalten und werden, falls sie in relevanten Konzentrationen auftreten, in großtechnischen Behandlungsanlagen durch nachgeschaltete Oxidationsverfahren (z. B. UV-Bestrahlung in Verbindung mit Wasserstoffperoxid) eliminiert. Nachfolgend werden einige Beispiele für realisierte Wasserrecycling-Projekte mit Membrantechnik beschrieben. Landwirtschaftliche Bewässerung Europaweit ist die Landwirtschaft der größte Wasserverbraucher. Besonders in den südlichen Ländern erreicht ihr Anteil am Gesamtwasserverbrauch häufig 70 bis 80 %. Um eine nachhaltige Bewässerung mit recyceltem Wasser zu ermöglichen und der Versalzung der Böden vorzubeugen, ist die Wasserqualität zu kontrollieren. Diese Erwägung führte in Alicante (Spanien) zur Ausrüstung der Kläranlage Rincón de Léon mit einer weitergehenden Behandlungsstufe bestehend aus Ultrafiltration und Umkehrosmose, um die hohen Salzgehalte des Abwassers zu reduzieren. Von den 50.000 m³/d wird knapp die Hälfte entsalzt, zu gleichen Teilen mit dem UF-Filtrat gemischt und dann der Landwirtschaft zur Verfügung gestellt. Indirekte Wieder ver wen dung für Trinkwasser-Zwecke Um eine Übernutzung des natürlichen Grundwassers für die Trinkwassergewinnung und die damit verbundene Versalzung von küstennahem Grundwasser durch Eindringen von Meerwasser zu verhindern, wurde im westbelgischen Ort Wulpen ein Projekt zur weitergehenden Aufbereitung und Infiltration von Abwasser implementiert. Es werden pro Jahr 2,5 Mio. m³ behandeltes Abwasser aus einer kommunalen Kläranlage mit Mikrofiltration und Umkehrosmose sowie UV-Desinfektion aufbereitet und in den Sanddünen infiltriert (van Houtte und Verbauwhede, 2004, /16/). Das UO-Permeat wurde in einer ersten Betriebsphase mit 10 % MF-Permeat vermischt, um das UO-Permeat zu remineralisieren. Da jedoch gelegentlich Pestizide im Permeat der Mikrofiltration -SPECIAL 7-8/2009 nachgewiesen wurden, wurde diese Praxis eingestellt und seitdem das gesamte MF-Filtrat der Umkehrosmose zugeführt, um dann reines UO-Permeat zu infiltrieren. Das infiltrierte Wasser wird nach einer Mindestverweilzeit von 40 Ta gen im Untergrund der Dünen als Rohwasser gepumpt und nach einer einfachen Aufbereitung mit Belüftung und Filtration dem Trinkwassernetz zugeführt. Die Trink wasserrichtlinien werden dabei eingehalten und das System bringt die angeforderte Leistung. Das gegenüber dem natürlichen Grundwasser weichere Wasser führt bei den Nutzern bereits zu positiver Resonanz. Die Konstruktionskosten betrugen 2,5 Mio. € für die Bautechnik und 3,5 Mio. € für die elektromechanische Ausrüstung. Bild 5 zeigt das Konzept der Wasserrecycling-Anlage. Direkte Wiederverwendung für Trinkwasser-Zwecke Das einzige Wasserrecycling-Projekt mit direkter Nutzung des aufbereiteten Abwassers als Trinkwasser existiert derzeit in Windhoek/Namibia, einer der tro- www.wwt-online.de MEMBRANTECHNIK SPECIAL 13
DAS THEMA MEMBRANTECHNIK Versickerungsgebiet Grundwasserspiegel UV Desinfektion Infiltrationswasser Brunnen Aufbereitung zu Infiltrationswasser MF + RO FLIESSSCHEMA: Wasserrecycling-Anlage in Wulpen/Belgien Bild 5 ckensten Regionen im südlichen Afrika. Nach mehreren Jahrzehnten Erfahrung im Bereich des Wasserrecyclings für direkte Trinkwassergewinnung wurde die Aufbereitungsanlage Goreangab erweitert und mit einem Multi-Barrieren- Behandlungssystem ausgerüstet, das seit 2002 in Betrieb ist (Menge et al., 2009, /13/). In dem Projekt werden ca. 21.000 m³/d des Kläranlagenablaufs wieder gewonnen und auf Trinkwasserqualität gebracht. Dazu wird ein komplexer Behandlungsprozess mit Vor-Ozonierung, Flockung, Mehrschichtfiltration, Haupt-Ozonierung, biologisch aktivierte Aktivkohleadsorption und Aktivkohlefiltration sowie Ultrafiltration vor einer Chlordesinfektion eingesetzt. Das Behandlungssystem ist nicht nur darauf ausgerichtet, Trinkwasserqualität mit großer Zuverlässigkeit zu produzieren, sondern stellt für wesentliche chemische und mikrobiologische Schadstoffe eine mehrfache Barriere dar und vermeidet weitgehend die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten. Die Gesamtbehandlungskosten betragen 0,76 US $/m³ (Lahnsteiner et al., 2004, /9/). Die Hauptbarriere gegenüber pathogenen Keimen bildet die Ultrafiltration, die mit kapillaren Ultrafiltrationsmembranen der Firma NORIT (Bild 2) ausgerüstet ist und im Dead-End-Modus (inside-out) mit einem durchschnittlichen Permeatfluss von 107 l/(m²·h) bei einem Transmembrandruck im Bereich Trinkwasseraufbereitung KA Ablauf Trinkwasser Abwasser Kläranlage von 0,4-0,7 bar betrieben wird (Norit, 2003, /14/). Meerwasserentsalzung und Wasserrecycling Der katalanische Flussgebietsmanagement-Plan stellt auf europäischer Ebene eines der umfassendsten und aufwändigsten Konzepte für eine nachhaltige Wasserwirtschaft mit Berücksichtigung der fortschreitenden Wasserknappheit dar. Mit einem Gesamtinvestitionsvolumen von 6,39 Mrd. € erfolgt im Zeitraum von 2007 bis 2015 die Anpassung der Wasserinfrastruktur an die geänderten Rahmenbedingungen (ACA, 2008). Davon entfallen 319 Mio. € auf Wasserwiederverwendungs-Systeme und 607 Mio. € auf Entsalzungsanlagen. Für die Metropolenregion Barcelona findet insbesondere im Einzugsgebiet des Llobregat, der durch Abwässer von Salzbergwerken und eindringendes Meerwasser sehr hohe Salzgehalte aufweist, eine Reihe von Maßnahmen statt. Neben einer neuen UF-UO-Meerwasserentsalzungsanlage mit einer Kapazität von 200.000 m³/d (60 Mm³/a) wird der Bau einer Wasserwiedergewinnungsanlage mit einer Kapazität von 50 Mm³/a zur Behandlung eines Teils des Ablaufs der Kläranlage L’Hospitalet de Llobregat vorangetrieben, die eine Gesamtkapazität von 630.000 m³/d aufweist. Der wiedergewonnene Kläranlagenablauf soll die Wasserführung des Llobregat, der zur Trinkwassergewinnung genutzt wird, vergleichmäßigen, für Be- LITERATUR /1/ ACA – Agència Catalana de l’Aigua (2008) The Catalan Water Policy Action Plan 2007–2015 to ensure the Management Model for the 2025 horizon. Präsentation Gabriel Borras, TECHNEAU 5th Regional Technology Platform, Barcelona, 15. Dezember 2008 /2/ Aquarec (2006) Report on integrated water reuse concepts. www.aquarec.org /3/ Assano, T.; Burton, F.L.; Leverenz, H.L.; Tsuchihashi, R.; Tchobanoglous, G. (2007): Water reuse – issues, technologies, and applications, Mc Graw Hill, New York, ISBN 0-07-145927-8 /4/ Bixio, D.; Wintgens, T. (Hrsg.) (2006): Water Reuse System Management Manual, Aquarec Project Report, European Commission Community Research, ISBN 92-79-01934-1 /5/ EK – Europäische Kommission (2007): Water scarcity & droughts, in-depth assessment. European Commission – DG Environment /6/ EEA – European Environment Agency (2007): Climate change and water adaptation issues. Technical Report EEA 2/2007 /7/ GWI – Global Water Intelligence (2009): IDA Desalination Yearbook 2008-2009. Global Water Intelligence, London /8/ Higgins, J.; Warnken, J.; Sherman, P. P.; Teasdale, P. R. (2002): Survey of users and providers of recycled water: quality concerns and directions for applied research, Water Research 36 (20), 5045-5056 /9/ Lahnsteiner J.; Sevitz D.; Lempert G. (2004): Potable Reuse in Windhoek/Namibia. Newsletter of the IWA Water Reuse Specialist Group 01/2004, S. 15 – 17 /10/Listowski, A.; MacCormick, A. (2004): Sustainable Water Management in Urban Areas – Does it make Cents? Proceedings Enviro 04 Conference Sydney Australia, Australian Water Association, April 2004 /11/ Mediterranean Wastewater Reuse Working Group – MED WWR WG (2007) Mediterranean Wastewater Reuse Report, http://www.emwis.net/topics /12/Melin T.; Jefferson, B.; Bixio, D.; Thoeye, C.; De Wilde, W.; De Koning, J.; van der Graaf, J.; Wintgens, T. (2005): Membrane bioreactor technology for wastewater treatment and reuse. Proc. Integrated Concepts. In: Water Recycling, 13-17 February 2005, Wollongong/Australia, ISBN 1741280826 /13/Menge, J. G.; du Pisani, P. L.; König, E.; Theron- Beukes, T. (2009): Drinking Water Safety in Windhoek, Namibia: routine monitoring, trace organics, pathogenic indicators and salinity – comparing different water sources. In: T. van den Hoven und C. Kazner (Hrsg.) Techneau: Safe Drinking Water from Source to Tap - State of the Art & Perspectives, IWA Publishing London, ISBN 1843392755, S. 457-469 /14/NORIT Membrane Technology (2003) New Goreangab Water Reclamation Plant, Windhoek (Namibia) /15/Toze, S. (2006): Water reuse and health risks – real vs. perceived. Desalination 187, S. 41–51 /16/van Houtte, E.; Verbauwhede, J. (2004): Closing the water cycle: twenty months of operational experiences in Torreele (Flanders). Proceedings Aquarec Workshop; Thessaloniki, Greece; 11-12 March 2004 14 SPECIAL MEMBRANTECHNIK 7-8/2009
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