Oberflächenwasser bezeichnet alle natürlichen Wasserressourcen, die sich an oder nahe der Erdoberfläche befinden, wie Flüsse, Seen, Teiche, Stauseen und Meere. In der industriellen Wasseraufbereitung stellt Oberflächenwasser eine wichtige Quelle dar, die aufgrund ihrer Verfügbarkeit und ihres Volumens für verschiedene Prozesse genutzt wird. Allerdings erfordert die Nutzung von Oberflächenwasser eine gründliche Aufbereitung, da es häufig mit Schwebstoffen, organischen Verbindungen, pathogenen Mikroorganismen und anderen Verunreinigungen belastet ist.
In diesem Artikel wird eine umfassende Erklärung zum Thema Oberflächenwasser gegeben, einschließlich der Eigenschaften, der typischen Verunreinigungen, der Herausforderungen bei der Behandlung und der Technologien, die in der Praxis eingesetzt werden, um Oberflächenwasser für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen.
Inhaltsverzeichnis
Definition und Eigenschaften von Oberflächenwasser
Oberflächenwasser umfasst alle Wasserquellen, die nicht durch Gesteinsschichten oder Böden geschützt sind und daher stark von Umwelteinflüssen, klimatischen Bedingungen und menschlichen Aktivitäten beeinflusst werden.
Eigenschaften von Oberflächenwasser
Schwankende Qualität:
- Abhängig von der Jahreszeit, Niederschlägen, Abflüssen und der Nähe zu Siedlungs- oder Industriegebieten.
Hoher Gehalt an suspendierten Feststoffen:
- Schwebstoffe wie Sedimente, Ton, Schlamm oder organisches Material.
Hohe biologische Aktivität:
- Enthält Algen, Bakterien, Viren und Protozoen.
Variable chemische Zusammensetzung:
- Gelöste Salze, Nährstoffe wie Nitrat und Phosphat sowie Schwermetalle.
Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung:
- Direkte Einträge von Abwässern, Düngemitteln oder Chemikalien können die Wasserqualität stark beeinflussen.
Typische Verunreinigungen im Oberflächenwasser
1. Schwebstoffe und Sedimente
- Schwebstoffe bestehen aus Ton-, Sand- oder Schlammteilchen, die durch Erosion oder Abflüsse eingetragen werden.
- Herausforderung: Verstopfen von Filtern, Pumpen und Rohrleitungen.
2. Organische Stoffe
- Abgestorbene Pflanzenreste, Huminsäuren und gelöste organische Substanzen.
- Herausforderung: Erhöhung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) und Bildung von Biofouling.
3. Pathogene Mikroorganismen
- Viren, Bakterien und Protozoen, die durch landwirtschaftliche oder städtische Abflüsse ins Wasser gelangen.
- Herausforderung: Gesundheitsrisiken und Hygieneanforderungen.
4. Nährstoffe (Eutrophierung)
- Stickstoffverbindungen (NO₃⁻, NH₄⁺) und Phosphate.
- Herausforderung: Fördern das Algenwachstum und beeinträchtigen die Wasserqualität.
5. Schwermetalle und toxische Verbindungen
- Quecksilber, Blei, Cadmium oder Pestizide, die aus industriellen Abflüssen stammen können.
- Herausforderung: Toxizität und Gefahr für Mensch und Umwelt.
Technologien zur Aufbereitung von Oberflächenwasser
Die Behandlung von Oberflächenwasser erfordert ein mehrstufiges Verfahren, das auf die spezifischen Anforderungen der Industrie abgestimmt ist.
1. Mechanische Vorbehandlung
- Technologien:
- Rechen und Siebe: Entfernen grober Feststoffe wie Blätter, Äste und Müll.
- Sand- und Kiesabscheider: Trennen schwerere Sedimente und Partikel ab.
- Ziel: Schutz nachgeschalteter Systeme und Reduktion der Schwebstoffbelastung.
2. Koagulation und Flockung
- Prozess: Zugabe von Fällungsmitteln (z. B. Eisen- oder Aluminiumsalze) und Flockungshilfsmitteln in sogenannten CP-Anlagen.
- Wirkung:
- Feinste Partikel und gelöste organische Stoffe werden zu größeren Flocken agglomeriert, die einfacher entfernt werden können.
Foto: Einer unserer Flusswasseraufbereitungsanlage mit Koagulation und Flockung, ALMA BHU LHPS
3. Sedimentation und Flotation
- Technologien:
- Lamellenklärer: Beschleunigen die Abscheidung von Schwebstoffen.
- Druckentspannungsflotation: Entfernt Fette, Öle und fein verteilte Partikel durch Mikroluftblasen.
- Ziel: Reduktion von Feststoff- und CSB-Gehalten.
Foto: Unserer Flotationsanlage ALMA NeoDAF wird auch erfolgreich zur Phosphatelimination aus einem Badesee in Offenbach verwendet
4. Filtration
- Technologien:
- Sand- und Mehrschichtfilter: Entfernen feinste Partikel und Sedimente.
- Ultrafiltration (UF): Entfernt Mikroorganismen, kolloidale Stoffe und Schwebstoffe.
- Ziel: Sicherstellung einer gleichbleibenden Wasserqualität für nachfolgende Prozesse.
5. Desinfektion
- Technologien:
- UV-Desinfektion: Inaktiviert Mikroorganismen durch Zerstörung ihrer DNA.
- Chlorung: Wirksame Keimabtötung mit Restschutzwirkung.
- Ziel: Sicherstellung der mikrobiologischen Sicherheit.
Foto: Unsere Filtrationsanlage ALMA BHU SMF in Betonbauweise zur Flusswasseraufbereitung
Die Aufbereitung von Oberflächenwasser für industrielle Anwendungen ist komplex und stellt hohe Anforderungen an die eingesetzten Technologien:
Hohe Variabilität der Wasserqualität:
- Schwankende Belastungen erfordern flexible und adaptive Aufbereitungsprozesse.
Hoher Anteil an Schwebstoffen:
- Benötigt mehrstufige Filtrations- und Sedimentationsverfahren.
Mikrobiologische Kontamination:
- Erfordert zuverlässige Desinfektionsmethoden wie UV-Strahlung oder Chlorung.
Biofouling:
- Nährstoffe und organische Stoffe fördern das Wachstum von Mikroorganismen, was zu Ablagerungen in Anlagen führt.
Gesetzliche Anforderungen:
- Die Aufbereitung muss strenge Vorgaben in Bezug auf Abwasseremissionen und die Wasserqualität erfüllen.
Wasserrecycling aus Oberflächenwasser
In vielen Industrien gewinnt das Recycling von Oberflächenwasser an Bedeutung, um den Wasserverbrauch zu senken und Abwasserströme zu minimieren.
- Vorbehandlung: Entfernung von Schwebstoffen und organischen Belastungen durch Filtration und Fällung/ Flockung.
- Biologische Behandlung: Abbau organischer Verbindungen und Nährstoffe in Biofiltrationssystemen oder Membranbioreaktoren.
- Membrantechnologien: Einsatz von Ultrafiltration und Umkehrosmose, um hochreines Wasser zurückzugewinnen.
Fazit
Oberflächenwasser ist eine bedeutende Ressource für die industrielle Wasser- und Abwasserbehandlung. Seine variable Qualität und komplexen Belastungen stellen jedoch hohe Anforderungen an die Aufbereitungstechnologien. Durch den Einsatz fortschrittlicher mechanischer, chemischer und biologischer Verfahren kann Oberflächenwasser in eine zuverlässige Ressource für industrielle Anwendungen umgewandelt werden. Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Wasseraufbereitungstechnologien ermöglicht es, diese wertvolle Ressource nachhaltig und effizient zu nutzen.
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