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Festo Didactic
8028713 de
01/2014 R1.0
Wasseraufbereitung
EDS®
Water Management
Arbeitsbuch
Mit CD-ROM
Bestell.-Nr.: 8028713
Stand: 12/2013
Autoren: Martina Groß, Christian Klippstein*, Peter Maurer*, Yvonne Salazar,
Thomas Schwab**, Kevin Treffry-Goatley***, James Voortman***, Christian Wehlers
Grafik: Doris Schwarzenberger
Layout: 01/2014, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Deutschland, 2014
Internet: www.festo-didactic.de
E-Mail: did@de.festo.com
* Stuttgart University
Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA)
Bandtäle 2
70569 Stuttgart
Deutschland
** ADIRO Automatisierungstechnik GmbH
Limburgstrasse 40
73734 Esslingen
Deutschland
*** The Water Academy
P O Box 355
Knysna 6570
South Africa
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Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.
Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,
des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen
zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu
verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und
Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer
und Studenten des Standortes für den Unterricht.
Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in
Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer
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Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen,
Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen,
unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Hinweis
Soweit in diesem Arbeitsbuch nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 III
Inhalt
EDS® Water Management __________________________________________________________________ V
Beschreibung ____________________________________________________________________________ V
EDS® Systemdaten ________________________________________________________________________ VI
Die vier Systeme des EDS® Water Management ________________________________________________ VII
R&I-Fließbilder __________________________________________________________________________ VIII
Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management ____________________________ IX
Bestimmungsgemäße Verwendung _________________________________________________________ XII
Hinweise für den Ausbilder ________________________________________________________________ XIII
Struktur der Übungen ____________________________________________________________________ XIII
Aufgaben und Lösungen
1 Wasseraufbereitung ________________________________________________________________ 3
1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3
1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3
1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems ________________ 4
1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management ____________ 4
1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen ______________________________________________ 6
1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“ __________________________________ 7
2 Fällung und Flockung _______________________________________________________________ 9
2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9
2.1.1 Typen von Substanzen im Wasser ______________________________________________________ 9
2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9
2.1.3 Drei Schritte zur Entfernung von Kolloiden _______________________________________________ 9
2.1.4 Koagulations- und Flockungsphasen und die Kräfte hinter den Prozessen ____________________ 10
2.1.5 Kenndaten von Becken in Koagulations- und Flockungsprozessen __________________________ 11
2.1.6 Zur Koagulation eingesetzte Chemikalien ______________________________________________ 12
2.1.7 Optimale Dosierung _______________________________________________________________ 13
2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14
2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid ___________________________________________ 14
3 Chlordosierung und Desinfektion ____________________________________________________ 22
3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22
3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25
3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor _______________________________________ 25
Inhalt
IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713
Anhang ________________________________________________________________________________ 28
Sicherheitshinweise ______________________________________________________________________ 28
Komponenten ___________________________________________________________________________ 30
Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713 V
EDS® Water Management
Beschreibung
Das EDS® (Environmental Discovery System) Water Management Lernsystem simuliert den kompletten
Zyklus der Wassernutzung durch den Menschen. Dies beginnt bei der Wassergewinnung durch Abpumpen
aus Grundwasser, Quellwasser oder oberirdischen Gewässern über die anschließende Speicherung bis hin
zur Wasseraufbereitung. Weiterhin umfasst es die Wasserverteilung zu den Verbrauchern sowie den
Gebrauch, wodurch das Wasser zu Abwasser wird. Anschließend werden der Abwassertransport zusammen
mit Regenabflüssen und die Abwasserbehandlung nachvollzogen.
In einer echten Kläranlage wird das behandelte Abwasser in ein Gewässer geleitet. In der Regel ist dies ein
Fluss. Eine direkte Wiederverwendung ist unüblich, aber der Kläranlagenablauf ist ab dann wieder Teil
natürlicher Gewässer, den Ressourcen der Wassergewinnung . Der Wasserkreislauf des EDS® Water
Management ist tatsächlich geschlossen. Der Abfluss aus dem letzten Behälter wird wiederverwendet und
speist den Vorratsbehälter des Systems.
Das EDS® Lernsystem veranschaulicht diesen „künstlichen“ Wasserkreislauf mithilfe seiner vier Systeme:
1. Wasseraufbereitung (Water Treatment)
2. Wasserversorgung (Water Supply)
3. Abwassertransport (Wastewater Disposal)
4. Abwasserbehandlung (Wastewater Treatment)
Prozesse wie Pumpen, Speichern, Flockung, Desinfizieren und Verteilen von Wasser können durch
praktische Übungen erlernt werden. Nach dem Hinzufügen von festen Stoffen wird der Fluss des Abwassers
verfolgt, um Prozesse wie Sedimentation, Belüftung und Schlammrückführung aufzuzeigen.
Der Lernerfolg wird zudem durch eine umfassende Dokumentation mit Theorieteil unterstützt. Vier der
Arbeitsbücher beziehen sich unmittelbar auf ein System, während zwei übergreifende Arbeitsbücher
zusätzlich eine fundierte Einführung in die Regeltechnik und die Energieeffizienz bieten.
Folgende Arbeitsbücher sind verfügbar:
1. Wasseraufbereitung
2. Wasserversorgung
3. Abwassertransport
4. Abwasserbehandlung
5. Überwachen, Regeln und Optimieren
6. Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen
Jedes System kann einzeln für sich für ein Schulungsmodul eingesetzt werden. Das Lernsystem kann
individuell angepasst werden, da Rohrleitungen und Sensoren flexibel verwendbar sind. Sind die vier
Systeme miteinander verbunden, bilden sie ein ganzheitliches Lernsystem, das alle in den Arbeitsbüchern
beschriebenen Prozesse und Übungen abdeckt. Bei der integralen Verwendung der Systeme können
Schulungsteilnehmer sehen, wie einzelne Prozessschritte interagieren und sich eine in einem Bereich
ergriffene Maßnahme auf ein oder mehrere andere Systeme auswirkt.
EDS® Water Management
VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713
Denn wie in der Praxis beeinflussen sich auch hier die Prozesse gegenseitig. Eine Kläranlage muss
beispielsweise die über das Kanalisationssystem eingehende Menge und Zusammensetzung des Abwassers
bewältigen. Die einzelnen Systeme des EDS®- Water Management sind auf ähnliche Weise nur hydraulisch
durch Rohre miteinander verbunden. Die Regelungsvorgänge sind hingegen für jedes System separat. Das
EDS® Water Management ermutigt Schulungsteilnehmer also, „Dinge auszuprobieren“ und mithilfe
verschiedener Stellgrößen und Einstellungen am System auch Probleme zu simulieren. Solche Experimente
können durchgeführt werden, ohne dass Kosten oder Schäden entstehen, was in einem echten Wasser- oder
Klärwerk schlichtweg unmöglich ist.
Nach dem Abschluss der in den Arbeitsbüchern beschriebenen Schulungsmodule werden die
Schulungsteilnehmer über sehr viel mehr Fachwissen verfügen. Die starke Praxisorientierung hilft dabei, im
Laufe der Schulung erworbene Kenntnisse und Kompetenzen direkt auf die Arbeitsumgebung anwenden zu
können. Berufliche Schulungen tragen zum sicheren und effizienten Betrieb von Wasserwerken und
Kläranlagen bei und steigern die Verfügbarkeit von sauberem Trinkwasser.
EDS® Systemdaten
Abmessungen EDS® Water Management ohne Sammelbehälter (Systainer) und Tische
Breite: 2660 mm (Minimum), 3500 mm (Optimum)
Tiefe: 400 mm
Höhe: 1150 mm von Tischplatte
Das Lernsystem EDS® Water Management mit allen vier Teilsystemen
EDS® Water Management
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Die vier Systeme des EDS® Water Management
Wasseraufbereitung
Das System ist für die Verwendung in den folgenden Schulungsmodulen konzipiert:
Wasseraufbereitung
Überwachen, Regeln und Optimieren
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen
Durch die praktischen Übungen am Wasseraufbereitungssystem erschließen sich Schulungsteilnehmer die
Grundsätze, Funktionen und Arbeitsgänge einer Reihe von Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden
sie das Erlernte an, um einen umweltverträglichen Abwasserabfluss auf der einen Seite und die
Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite sicherzustellen.
Wasserversorgung
Das System ist für die Verwendung in den folgenden Schulungsmodulen konzipiert:
Wasserversorgung
Überwachen, Regeln und Optimieren
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen
Da das System in drei Schulungsmodulen verwendet wird, ist sein Anwendungsbereich weit und
Schulungsteilnehmer absolvieren viele praktische Übungen daran. Im Schulungsmodul „Wasserversorgung“
sind Pumpen ein Hauptthema, andere Übungen befassen sich mit Regelungstechnik für den
Wassertransport, damit die optimale Verteilung von Trinkwasser an den Verbraucher erzielt werden kann.
Zudem wird der Wasserfluss vom Wasserwerk zum Verbraucher untersucht.
Abwassertransport
Das System ist für die Verwendung in den folgenden Schulungsmodulen konzipiert:
Abwassertransport
Überwachen, Regeln und Optimieren
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen
Durch den Einsatz des Systems im Schulungsmodul „Abwassertransport“ machen sich die
Schulungsteilnehmer mit den Regeltechnologien der Abwasserentsorgung und der damit verbundenen
Prozesse vertraut. Der Abwasserfluss von urbanen Siedlungen zur Kläranlage wird untersucht.
EDS® Water Management
VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713
Abwasserbehandlung
Das System ist für die Verwendung in den folgenden Schulungsmodulen konzipiert:
Abwasserbehandlung
Überwachen, Regeln und Optimieren
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen
Im Schulungsmodul „Abwasserbehandlung“ werden mit Hilfe des Lernsystems die Grundlagen der
Abwasserbehandlungsprozesse mit den Schwerpunkten Absetzung (Sedimentation), biologische
Behandlung und Schlammrückführung verdeutlicht. Im Schulungsmodul „Energieoptimierung“
veranschaulicht das System Prozesse und Messungen zur Energieeffizienz in der Abwasserbehandlung,
insbesondere der Belüftung. Beim Modul „Überwachen, Regeln und Optimieren “ können die Themen
Durchfluss-Steuerung, Belüftung und Füllstandregelung behandelt werden.
R&I-Fließbilder
Das Wasseraufbereitungssystem und das Wasserversorgungssystem
EDS® Water Management
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Das Abwassertransportsystem und das Abwasserbehandlungssystem
Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management
Die unten stehende Tabelle listet auf, welches der EDS® Systeme für welche Übungen verwendet werden
kann. Die entsprechenden Systeme sind mit einem „X“ gekennzeichnet. Ist in einer Zeile kein „X“ zu finden,
handelt es sich um eine theoretische Übung, die keins der EDS® Systeme erfordert. „(X)“ dient als Hinweis,
dass die entsprechende Übung ggf. mit diesem System durchgeführt werden kann. Die mit einem „X“
gekennzeichneten Systeme sind jedoch vorzuziehen.
Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management
W-
PUR
W-
SUP
WW-
TRA
WW-
TRE
Getting started
Getting started beinhaltet auch Übungen für die Inbetriebnahme von
elektronischen Sensoren, Pumpen und Ventilen.
X X X X
Arbeitsbuch „Wasseraufbereitung“
2. Fällung und Flockung
2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid X
3. Chlordosierung und Desinfektion
3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor X
W-PUR: Water Treatment System (Wasseraufbereitungssystem)
W-SUP: Water Supply System (Wasserversorgungssystem)
WW-TRA: Wastewater Disposal System (Abwassertransportsystem)
WW-TRE: Wastewater Treatment System (Abwasserbehandlungssystem)
EDS® Water Management
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Zuordnung der Übungen zu den Systemen des EDS® Water Management
W-
PUR
W-
SUP
WW-
TRA
WW-
TRE
Arbeitsbuch „Wasserversorgung“
3. Betrieb von Pumpen
3.2.1 Steuern der Pumpe (X) X (X) (X)
3.2.2 Druckmessung und Widerstand im Leitungssystem X
3.2.3 Durchflussmessung und Widerstand im Leitungssystem X (X) X (X)
3.2.4 Steuern der Wasserversorgung mithilfe von Handventilen X (X) X (X)
4. Wassertransport zum Wasserturm
4.2.1 Steuern des Füllstands bei gleichzeitiger Wasserentnahme X
4.2.2 Manuelles Steuern des Füllstands mithilfe eines 2-Wege-Kugelhahns mit
pneumatischem Drehstellantrieb X
5. Wasserversorgung von unterschiedlichen Druckzonen
5.2.1 Simulation zweier Siedlungszonen in unterschiedlichen Höhenlagen (beide
Systeme werden verwendet) X und X
6. Wasserverlust
6.2.1 Ermittlung eines Wasserverlustes X
Arbeitsbuch „Abwassertransport“
2. Abwassertransport in Rohren - hydraulische Grundlagen
2.2.1 Abwassertransport in Freispiegelleitungen: Hydraulische Leistung,
Einstau und Überstau X
3. Feststofftransport
3.2.1 Feststofftransport in Kanalisationen bei unterschiedlichen Durchflüssen X
4. Betrieb von Kanalisationssystemen
4.2.1 Durchfluss-Steuerung am Regenüberlaufbecken X
Arbeitsbuch Abwasserbehandlung
2. Sedimentation
2.2.1 Einflüsse auf die Sedimentation
2.2.2 Simulation der Schlammsedimentation mit Granulat X
2.2.3 Untersuchen verschiedener Durchflüsse X
2.2.4 Einfluss der Feststofflast auf die Sedimentation X
3. Biologische Behandlung (Belebtschlamm)
3.2.1 Sichern einer hohen Schlammkonzentration im Belebungsbecken X
3.2.2 Belüftung X
W-PUR: Water Treatment System (Wasseraufbereitungssystem)
W-SUP: Water Supply System (Wasserversorgungssystem)
WW-TRA: Wastewater Disposal System (Abwassertransportsystem)
WW-TRE: Wastewater Treatment System (Abwasserbehandlungssystem)
EDS® Water Management
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Zuordnung der Übungen zu den Teilsystemen des EDS® Water Management
W-
PUR
W-
SUP
WW-
TRA
WW-
TRE
Arbeitsbuch „Überwachen, Regeln und Optimieren“
2. Regeltechnik: Pumpe
2.2.1 Regelung des Füllstands mithilfe eines Zweipunktreglers X
2.2.2 Regelung des Füllstands mithilfe eines stetigen Reglers X
2.2.3 Durchflussregelung mithilfe eines Proportional- und Integralreglers X X X
3. Regeltechnik: Proportional-Medienventil
3.2.1 Durchflussregelung X
3.2.2 Abflussregelung X
4. Regeltechnik: Belüftung
4.2.1 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines Zweipunktreglers X
4.2.2 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines stetigen Reglers X
Arbeitsbuch „Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen“
2. Energieverbrauch und -erzeugung
2.2.1 Primärenergieverbrauch
2.2.2 Energiesparen im Alltag
2.2.3 Energieverbrauch in Wasserwerken und Kläranlagen
2.2.4 Beurteilung des Stromverbrauchs einer Kläranlage
3. Formen, Wirkungsgrad und Leistung der Energie
3.2.1 Kontrolle des Verbrauchs von elektrischer Energie
im EDS® Water Management X X X X
3.2.2 Energieformen
3.2.3 Wirkungsgrad der Pumpe X X X X
3.2.4 Energieverbrauch des Magnetventils überprüfen X X
4. Störungseinflüsse und Wasserversorgung
4.2.1 Auswirkungen von Störungseinflüssen im Leitungssystem X X X X
5. Energieoptimierung von Pumpvorgängen: Regelung
5.2.1 Optimierung des Energieverbrauchs bei der Füllstandregelung X
5.2.2 Optimierung der Durchflussregelung X X X
W-PUR: Water Treatment System (Wasseraufbereitungssystem)
W-SUP: Water Supply System (Wasserversorgungssystem)
WW-TRA: Wastewater Disposal System (Abwassertransportsystem)
WW-TRE: Wastewater Treatment System (Abwasserbehandlungssystem)
EDS® Water Management
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Zuordnung der Übungen zu den Teilsystemen des EDS® Water Management
W-
PUR
W-
SUP
WW-
TRA
WW-
TRE
6. Energieoptimierung und Kosten der Belüftung
6.2.1 Energieverbrauch des Belüfters bei verschiedenen Leistungseinstellungen X
6.2.2 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines Zweipunktreglers X
6.2.3 Regelung der Sauerstoffkonzentration mithilfe eines stetigen Reglers X
6.2.4 Energieverbrauch der Belüftung X
6.2.5 Berechnung der Belüftungskosten
7. Ursachen für die Verschwendung von Energie
7.2.1 Übermäßiger Energieverbrauch und Gegenmaßnahmen
8. Energiemanagement
8.2.1 Ständige Kontrolle und der Maßnahmen zur Energieoptimierung
8.2.2 Kostenoptimierung
9. Energiegewinnung in Kläranlagen
9.2.1 Abschätzen der Energieerzeugung
W-PUR: Water Treatment System (Wasseraufbereitungssystem)
W-SUP: Water Supply System (Wasserversorgungssystem)
WW-TRA: Wastewater Disposal System (Abwassertransportsystem)
WW-TRE: Wastewater Treatment System (Abwasserbehandlungssystem)
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das EDS® Water Management darf nur:
für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand benutzt werden.
Die Komponenten des Lernsystems sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers bzw. Dritte entstehen und die Betriebssicherheit der Komponenten beeinträchtigt
werden.
Das EDS® Water Management ist ausschließlich für die technische und berufliche Aus- und Weiterbildung
(TVET, Technical and Vocational Education and Training) entwickelt und hergestellt. Die entsprechenden
Ausbildungsunternehmen und/oder ihre Ausbilder haben dafür Sorge zu tragen, dass sämtliche
Auszubildenden die in diesem Handbuch beschriebenen Sicherheitsvorkehrungen beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden eines Auszubildenden, eines
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Lernsystems
außerhalb einer reinen Aus- oder Weiterbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche
Schäden vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
EDS® Water Management
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Hinweise für den Ausbilder
Bitte beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten genauestens,
insbesondere auch alle Hinweise zur Sicherheit des vorigen Kapitels. Analysieren Sie zur Vermeidung
von Un- bzw. Notfällen die möglichen Gefahren von Übungen, bevor diese durchgeführt werden.
Elektrische Bauteile sind werkseitig vorverdrahtet und für den Direktanbau an das rechteckige Profil auf
einer H-Schiene montiert. Sie können alternativ als unverdrahteter Kit geliefert werden. In beiden Fällen
dürfen Verdrahtungsarbeiten nur von Fachpersonal vorgenommen werden.
Wie alle Schulungsprodukte von Festo Didactic sind auch die Lernsysteme des EDS® äußerst
praxisorientiert. Sie sind hauptsächlich darauf ausgerichtet, die berufliche Kompetenz von
Schulungsteilnehmern zu erweitern, die Übungen und Herausforderungen meistern müssen, die auch
im Berufsalltag vorkommen. Während der Schulung sollte sich der Ausbilder hauptsächlich auf die
Lernergebnisse konzentrieren und den Lernprozess so gestalten, dass die Lernziele am Ende erreicht
werden.
Da das EDS® Water Management echte Abläufe simuliert, ist es das ideale Hilfsmittel, um
Schulungsteilnehmern die neuesten und relevanten Kenntnisse und Kompetenzen zu vermitteln.
Folglich sollten die Übungen den Kern des Lernprozesses bilden. Der aus den praktischen Übungen
resultierende Wissens- und Kompetenzerwerb sollte anhand von theoretischen Erläuterungen und
Präsentationen unterstützt werden.
Da der Wissensstand bei den Schulungsteilnehmern normalerweise unterschiedlich ist, kann der Grad,
inwiefern Lehrinhalte eines Moduls vertieft werden sollten, erheblich schwanken. Insofern gibt es keine
wirkliche Empfehlung in Bezug auf die Dauer eines Schulungsmoduls. Generell sollte der Ausbilder ein
Schulungsmodul so planen und einteilen, dass den Schulungsteilnehmern genug Zeit für die Übungen
sowie Fragen und den Austausch von Wissen bzw. Erfahrungen bleibt.
Struktur der Übungen
Das Lernsystem und die Arbeitsbücher von Festo Didactic fördern einen didaktischen und auf den aktiven
Wissenserwerb ausgerichteten Lernansatz. Zur Unterstützung des praxisorientierten Lernprozesses spielen
die Übungen eine wichtige Rolle. Sie spiegeln reale berufliche Herausforderungen und Probleme wider.
Deswegen ist es wichtig, stets ihren beruflichen Kontext zu erklären. Infolgedessen bestehen die Übungen
aus den folgenden strukturellen Elementen:
Problemstellung
Die Problemstellung beschreibt ein Szenario von einem Arbeitsplatz und versetzt die
Schulungsteilnehmer in eine Arbeitsumgebung.
Aufbau
Unter Umständen erfolgt eine Anweisung, wie eine Übung vorzubereiten ist, welche Materialien
gebraucht werden oder wie das jeweils für die entsprechende(n) Übung(n) verwendete Teilsystem des
EDS® Water Management aufgebaut werden muss.
Lernergebnisse
Die Lernergebnisse ermöglichen die Beurteilung des Lernerfolgs bei Schulungsteilnehmern und dienen
Arbeitgebern als Orientierung für das Kompetenzniveau von Schulungsteilnehmern. Darüber hinaus
fungieren sie als Richtlinien für den Lernprozess.
EDS® Water Management
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Aufgaben
Aufgaben untergliedern die Übungen und beinhalten eine kurze und präzise Aufgabenstellung bzw.
Beschreibung, was zu tun, zu lösen oder zu erreichen ist.
Didaktische Hinweise
Didaktische Hinweise geben zusätzliche Tipps oder Informationen, die Schulungsteilnehmern helfen,
Aufgaben erfolgreich zu lösen. Beschreibungen von Software-Tools für Berechnungen, Messungen
usw., die hilfreich für die Lösung von Aufgaben sind, können hier ebenfalls enthalten sein.
Didaktische Hinweise für den Ausbilder
Hinweise für den Ausbilder liefern weitere Empfehlungen, Vorschläge und Informationen zur
professionellen Gestaltung der Schulung und effizienten Unterstützung der Schulungsteilnehmer beim
Lernen.
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Aufgaben und Lösungen
1 Wasseraufbereitung ________________________________________________________________ 3
1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3
1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3
1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems ________________ 4
1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management ____________ 4
1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen ______________________________________________ 6
1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“ __________________________________ 7
2 Fällung und Flockung _______________________________________________________________ 9
2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9
2.1.1 Typen von Substanzen im Wasser ______________________________________________________ 9
2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9
2.1.3 Drei Schritte zur Entfernung von Kolloiden _______________________________________________ 9
2.1.4 Koagulations- und Flockungsphasen und die Kräfte hinter den Prozessen ____________________ 10
2.1.5 Kenndaten von Becken in Koagulations- und Flockungsprozessen __________________________ 11
2.1.6 Zur Koagulation eingesetzte Chemikalien ______________________________________________ 12
2.1.7 Optimale Dosierung _______________________________________________________________ 13
2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14
2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid ___________________________________________ 14
3 Chlordosierung und Desinfektion ____________________________________________________ 22
3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22
3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25
3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor _______________________________________ 25
Anhang ________________________________________________________________________________ 28
Sicherheitshinweise ______________________________________________________________________ 28
Komponenten ___________________________________________________________________________ 30
Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33
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1 Wasseraufbereitung
1.1 Das Lernsystem
Das System ist für die Verwendung in den Schulungsmodulen Wasseraufbereitung sowie
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen konzipiert. Jedes Schulungsmodul kann mithilfe
eines Arbeitsbuches absolviert werden, in dem das Thema und die praktischen Übungen erklärt werden.
Durch die praktischen Übungen am
Wasseraufbereitungssystem erschließen sich
Schulungsteilnehmer die Grundsätze, Funktionen und
Arbeitsgänge einer Reihe von
Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden sie
das Erlernte an, um einen umweltverträglichen
Abwasserabfluss auf der einen Seite und die
Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite
sicherzustellen.
Abbildung des Wasseraufbereitungssystems
1.1.1 Systemdaten
Hauptkomponenten
Behälter, 3 l Drucksensor
Überlaufkante Chlorsensor (optional)
Kapazitiver Näherungsschalter 2/2-Wege-Magnetventil
Schwimmerschalter E/A-Schnittstelle
Durchflusssensor Aluminium-Profilplatte
Abmessungen
Breite: 355 mm
Tiefe: 400 mm
Höhe: 1100 mm von Tischplatte
Bestellnummer des Wasseraufbereitungssystems: 8024504
1 Wasseraufbereitung
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1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems
1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management
Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder (R&I) zeigen den funktionellen Aufbau einer technischen Anlage.
In R&I-Fließbildern werden verschiedene Symbole für Sensoren, Ventile, Aktuatoren, Motoren, Pumpen,
Behälter und Leitungsrohre verwendet. Die R&I-Fließbilder in diesem Arbeitsbuch basieren auf den
europäischen Normen EN 62424 bzw. EN 10628. Damit diese Fließbilder leicht zu entschlüsseln sind, wird
eine vereinfachte Form verwendet.
1 Wasseraufbereitung
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Symbol Bedeutung
Pumpe mit Elektromotor
Behälter (Absetzbeckenform)
Filter
Leitungsrohr
Abzweigung
Aktuator (allgemeines Symbol)
Manueller Aktuator
Handventil
Sensor
Oben: FIC bezeichnet einen Durchflusssensor (F = Flow), der den Istwert anzeigt (I)
und für den die Regelung (C = Closed-loop control) verwendet werden kann
Unten: Nummerierung
Weitere Erläuterungen zu den Buchstaben im oberen Teil des Symbols finden Sie
in der folgenden Tabelle.
Symbole: Beispiele aus den EDS® Systemen
Erster Buchstabe Darauffolgende Buchstaben
F Durchfluss, Volumenstrom A Alarm, Meldung
L Füllstand C Regelung
P Druck I Istwert
Q Qualität O Optisches Signal
T Temperatur R Registrierung
D Differenz +/- Schwelle
Bezeichnung von Sensoren
1 Wasseraufbereitung
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1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen
Anhand der Übung 2.2.1 „Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid“ lernt der Schulungsteilnehmer:
die grundlegenden Prozesse der Fällung und Flockung zu benennen
die für einen Fällungs- und Flockungsprozess erforderlichen Materialien zu wählen
die Fällung selbstständig durchzuführen
zu untersuchen, wie sich die Fällungsmittelüberdosierung auf die Fällung auswirkt
eine Sedimentationskurve zu erstellen und zu erklären
In der Übung 3.2.1 „Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor“ lernt der Schulungsteilnehmer:
die desinfizierenden Eigenschaften von Chlor zu beschreiben
das freie Chlor mit einem Chlorsensor zu messen
Chlor so zu dosieren, dass ein bestimmter Sollwert für freies Chlor erreicht wird
Probleme mit zu hohen oder zu niedrigen Chlordosierungen zu benennen
Wasserwerk in Nanking, China (Quelle: Festo)
1 Wasseraufbereitung
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1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“
Kann Wasser gefahrlos direkt aus einem Fluss oder See getrunken werden? Welche Schritte sind
erforderlich, um alle Verbraucher mit sauberem Wasser zu versorgen? Welche Kernprozesse gibt es bei der
Wasseraufbereitung?
Der Ausdruck „Wasserqualität“ beschreibt die physikalischen, chemischen und mikrobiologischen
Eigenschaften von Wasser. Diese Merkmale bestimmten gemeinsam die Wasserqualität. Die Wasserqualität
muss im Verhältnis zur Art der Verwendung bewertet werden. Wasser für den menschlichen Gebrauch muss
bestimmten Anforderungen genügen und ‒ am allerwichtigsten ‒ bedenkenlos trinkbar sein. Trinkwasser ist
Wasser, das sich sowohl für häusliche Zwecke wie Trinken, Waschen und Kochen als auch als Brauchwasser
für allgemeine industrielle Verwendungen eignet. Die Bezeichnung Trinkwasserqualität besagt, dass Wasser
gefahrlos getrunken werden kann, zufriedenstellend schmeckt und aussieht und keine Krankheiten
verursacht. Weitere Informationen über die Trinkwasserqualität finden Sie im Arbeitsbuch
„Wasserversorgung“.
Trinkwassertalsperre (ZVWKK - Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig, Baden-Württemberg, Quelle: Festo)
Aus Flüssen, Talsperren, Quellen oder Brunnen gewonnenes Wasser kann nur selten ohne Aufbereitung als
Trinkwasser genutzt werden. Meist muss das Rohwasser behandelt werden, bevor es diesen Zweck erfüllt.
Wasservorkommen sind nicht nur durch natürliche Prozesse wie Erosion und Auflösung von Salzen aus dem
Boden verunreinigt, sondern auch durch Menschen verursachte Prozesse und Abfälle. Menschengemachte
Verunreinigungen können entweder „natürlichen“, d. h. biologischen Ursprungs sein, wie z. B. mit
Exkrementen verunreinigter Oberflächenabfluss, oder „künstlich geschaffen“ sein, z. B. industrielle
Abwässer oder synthetische Chemikalien wie Pestizidrückstände.
Wenn die Grundwasserreserven nicht ausreichen, müssen sie mit Wasser aus Flüssen oder Seen ergänzt
werden. Falls die Qualität der Oberflächengewässer gut genug ist, reicht die natürliche Filterwirkung des
Bodens aus, um Trinkwasserqualität zu erreichen. Uferfiltration, Filterzonen und die Kanalisierung von
Wasser unterstützen die Filterwirkung. Je nach Typ und Grad der Verunreinigung im Rohwasser und den
angestrebten Qualitätsstandards werden geeignete Behandlungsmethoden gewählt.
1 Wasseraufbereitung
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Moderne Wasserwerke kombinieren meist mehrere Prozesse, um chemische, organische und bakterielle
Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Neben zentralen Großanlagen sind dezentrale
Wasserwerke in ländlichen oder weniger erschlossenen Regionen eine gute Alternative für die Versorgung
mit Trinkwasser.
Bei der Wassergewinnung besteht der erste Schritt der Wasseraufbereitung darin gröbere Feststoffe mit
Sieben zu entfernen. Danach werden im Wasserwerk diverse Eigenschaften des Rohwassers geprüft. Häufig
wird es zur Abtötung von Mikroorganismen und zur Vermeidung von Geruchs- und Geschmacksproblemen
vorgechlort. Die Wasseraufbereitung im engeren Sinne beginnt in der Schnellmischkammer oder dem
Mischbecken, wo dem Wasser verschiedene Chemikalien beigemischt werden. Flockungsmittel bewirken
das Verklumpen von Feinteilchen zu größeren Teilchen. Zur Regulierung des pH-Wertes und zur Oxidierung
von Eisen und Mangan wird Alkali hinzugefügt. Um die Korrosion von Rohren zu vermeiden, kann
Hexametaphosphat hinzugegeben werden.
Chemikalien und Wasser werden für eine kurze Zeit intensiv gemischt, was rasch zur vollständigen
Durchmischung führt, bevor sie in das Flockungsbecken oder Absetzbecken gelangen. Im Flockungsbecken
bilden verunreinigende Feinteilchen größere Klumpen, die sogenannten Flocken. Das Wasser fließt langsam
durch das Absetzbecken und die Flocken sinken auf den Grund, wo sie entfernt werden können. Als
nächstes fließt das Wasser durch Filter, die Partikel entfernen, die zu klein für eine Sedimentation im
Absetzbecken sind.
Wasserwerk in Nanking, China (Quelle: Festo)
Zum Schluss wird Chlor hinzugefügt und unter Umständen auch Fluor, um Karies beim Verbraucher zu
reduzieren. Danach bleibt das Wasser für einige Zeit in einem Kontaktbecken, damit das Chlor die Bakterien
abtöten und den Schwefelwasserstoff oxidieren kann. Das Wasser ist somit aufbereitet und kann verteilt
werden.
Hinweis
Dieses Arbeitsbuch behandelt die wichtigsten Prozesse der Flockung, Desinfektion und
Chlordosierung, während der Sedimentationsprozess im Arbeitsbuch „Abwasserbehandlung“
besprochen wird.
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Aufgaben und Lösungen
1 Wasseraufbereitung ________________________________________________________________ 3
1.1 Das Lernsystem _____________________________________________________________________ 3
1.1.1 Systemdaten _______________________________________________________________________ 3
1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems ________________ 4
1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management ____________ 4
1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen ______________________________________________ 6
1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“ __________________________________ 7
2 Fällung und Flockung _______________________________________________________________ 9
2.1 Grundlagen ________________________________________________________________________ 9
2.1.1 Typen von Substanzen im Wasser ______________________________________________________ 9
2.1.2 Fällung ____________________________________________________________________________ 9
2.1.3 Drei Schritte zur Entfernung von Kolloiden _______________________________________________ 9
2.1.4 Koagulations- und Flockungsphasen und die Kräfte hinter den Prozessen ____________________ 10
2.1.5 Kenndaten von Becken in Koagulations- und Flockungsprozessen __________________________ 11
2.1.6 Zur Koagulation eingesetzte Chemikalien ______________________________________________ 12
2.1.7 Optimale Dosierung _______________________________________________________________ 13
2.2 Übung __________________________________________________________________________ 14
2.2.1 Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid ___________________________________________ 14
3 Chlordosierung und Desinfektion ____________________________________________________ 22
3.1 Grundlagen ______________________________________________________________________ 22
3.2 Übung __________________________________________________________________________ 25
3.2.1 Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor _______________________________________ 25
Anhang ________________________________________________________________________________ 28
Sicherheitshinweise ______________________________________________________________________ 28
Komponenten ___________________________________________________________________________ 30
Abkürzungen ___________________________________________________________________________ 33
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1 Wasseraufbereitung
1.1 Das Lernsystem
Das System ist für die Verwendung in den Schulungsmodulen Wasseraufbereitung sowie
Energieoptimierung in Wasserwerken und Kläranlagen konzipiert. Jedes Schulungsmodul kann mithilfe
eines Arbeitsbuches absolviert werden, in dem das Thema und die praktischen Übungen erklärt werden.
Durch die praktischen Übungen am
Wasseraufbereitungssystem erschließen sich
Schulungsteilnehmer die Grundsätze, Funktionen und
Arbeitsgänge einer Reihe von
Wasseraufbereitungsprozessen. Später wenden sie
das Erlernte an, um einen umweltverträglichen
Abwasserabfluss auf der einen Seite und die
Trinkwasseraufbereitung auf der anderen Seite
sicherzustellen.
Abbildung des Wasseraufbereitungssystems
1.1.1 Systemdaten
Hauptkomponenten
Behälter, 3 l Drucksensor
Überlaufkante Chlorsensor (optional)
Kapazitiver Näherungsschalter 2/2-Wege-Magnetventil
Schwimmerschalter E/A-Schnittstelle
Durchflusssensor Aluminium-Profilplatte
Abmessungen
Breite: 355 mm
Tiefe: 400 mm
Höhe: 1100 mm von Tischplatte
Bestellnummer des Wasseraufbereitungssystems: 8024504
1 Wasseraufbereitung
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1.1.2 Rohrleitungs- und Instrumentationsfließbild des Wasseraufbereitungssystems
1.2 Die wichtigsten R&I-Symbole im Zusammenhang mit dem EDS® Water Management
Rohrleitungs- und Instrumentenfließbilder (R&I) zeigen den funktionellen Aufbau einer technischen Anlage.
In R&I-Fließbildern werden verschiedene Symbole für Sensoren, Ventile, Aktuatoren, Motoren, Pumpen,
Behälter und Leitungsrohre verwendet. Die R&I-Fließbilder in diesem Arbeitsbuch basieren auf den
europäischen Normen EN 62424 bzw. EN 10628. Damit diese Fließbilder leicht zu entschlüsseln sind, wird
eine vereinfachte Form verwendet.
1 Wasseraufbereitung
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Symbol Bedeutung
Pumpe mit Elektromotor
Behälter (Absetzbeckenform)
Filter
Leitungsrohr
Abzweigung
Aktuator (allgemeines Symbol)
Manueller Aktuator
Handventil
Sensor
Oben: FIC bezeichnet einen Durchflusssensor (F = Flow), der den Istwert anzeigt (I)
und für den die Regelung (C = Closed-loop control) verwendet werden kann
Unten: Nummerierung
Weitere Erläuterungen zu den Buchstaben im oberen Teil des Symbols finden Sie
in der folgenden Tabelle.
Symbole: Beispiele aus den EDS® Systemen
Erster Buchstabe Darauffolgende Buchstaben
F Durchfluss, Volumenstrom A Alarm, Meldung
L Füllstand C Regelung
P Druck I Istwert
Q Qualität O Optisches Signal
T Temperatur R Registrierung
D Differenz +/- Schwelle
Bezeichnung von Sensoren
1 Wasseraufbereitung
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1.3 Lernergebnisse in Korrelation mit Übungen
Anhand der Übung 2.2.1 „Eisenausflockung mithilfe von Eisenhydroxid“ lernt der Schulungsteilnehmer:
die grundlegenden Prozesse der Fällung und Flockung zu benennen
die für einen Fällungs- und Flockungsprozess erforderlichen Materialien zu wählen
die Fällung selbstständig durchzuführen
zu untersuchen, wie sich die Fällungsmittelüberdosierung auf die Fällung auswirkt
eine Sedimentationskurve zu erstellen und zu erklären
In der Übung 3.2.1 „Dosierung und Konzentrationsmessung von Chlor“ lernt der Schulungsteilnehmer:
die desinfizierenden Eigenschaften von Chlor zu beschreiben
das freie Chlor mit einem Chlorsensor zu messen
Chlor so zu dosieren, dass ein bestimmter Sollwert für freies Chlor erreicht wird
Probleme mit zu hohen oder zu niedrigen Chlordosierungen zu benennen
Wasserwerk in Nanking, China (Quelle: Festo)
1 Wasseraufbereitung
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1.4 Einführung in das Schulungsmodul „Wasseraufbereitung“
Kann Wasser gefahrlos direkt aus einem Fluss oder See getrunken werden? Welche Schritte sind
erforderlich, um alle Verbraucher mit sauberem Wasser zu versorgen? Welche Kernprozesse gibt es bei der
Wasseraufbereitung?
Der Ausdruck „Wasserqualität“ beschreibt die physikalischen, chemischen und mikrobiologischen
Eigenschaften von Wasser. Diese Merkmale bestimmten gemeinsam die Wasserqualität. Die Wasserqualität
muss im Verhältnis zur Art der Verwendung bewertet werden. Wasser für den menschlichen Gebrauch muss
bestimmten Anforderungen genügen und ‒ am allerwichtigsten ‒ bedenkenlos trinkbar sein. Trinkwasser ist
Wasser, das sich sowohl für häusliche Zwecke wie Trinken, Waschen und Kochen als auch als Brauchwasser
für allgemeine industrielle Verwendungen eignet. Die Bezeichnung Trinkwasserqualität besagt, dass Wasser
gefahrlos getrunken werden kann, zufriedenstellend schmeckt und aussieht und keine Krankheiten
verursacht. Weitere Informationen über die Trinkwasserqualität finden Sie im Arbeitsbuch
„Wasserversorgung“.
Trinkwassertalsperre (ZVWKK - Zweckverband Wasserversorgung Kleine Kinzig, Baden-Württemberg, Quelle: Festo)
Aus Flüssen, Talsperren, Quellen oder Brunnen gewonnenes Wasser kann nur selten ohne Aufbereitung als
Trinkwasser genutzt werden. Meist muss das Rohwasser behandelt werden, bevor es diesen Zweck erfüllt.
Wasservorkommen sind nicht nur durch natürliche Prozesse wie Erosion und Auflösung von Salzen aus dem
Boden verunreinigt, sondern auch durch Menschen verursachte Prozesse und Abfälle. Menschengemachte
Verunreinigungen können entweder „natürlichen“, d. h. biologischen Ursprungs sein, wie z. B. mit
Exkrementen verunreinigter Oberflächenabfluss, oder „künstlich geschaffen“ sein, z. B. industrielle
Abwässer oder synthetische Chemikalien wie Pestizidrückstände.
Wenn die Grundwasserreserven nicht ausreichen, müssen sie mit Wasser aus Flüssen oder Seen ergänzt
werden. Falls die Qualität der Oberflächengewässer gut genug ist, reicht die natürliche Filterwirkung des
Bodens aus, um Trinkwasserqualität zu erreichen. Uferfiltration, Filterzonen und die Kanalisierung von
Wasser unterstützen die Filterwirkung. Je nach Typ und Grad der Verunreinigung im Rohwasser und den
angestrebten Qualitätsstandards werden geeignete Behandlungsmethoden gewählt.
1 Wasseraufbereitung
8 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 8028713
Moderne Wasserwerke kombinieren meist mehrere Prozesse, um chemische, organische und bakterielle
Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen. Neben zentralen Großanlagen sind dezentrale
Wasserwerke in ländlichen oder weniger erschlossenen Regionen eine gute Alternative für die Versorgung
mit Trinkwasser.
Bei der Wassergewinnung besteht der erste Schritt der Wasseraufbereitung darin gröbere Feststoffe mit
Sieben zu entfernen. Danach werden im Wasserwerk diverse Eigenschaften des Rohwassers geprüft. Häufig
wird es zur Abtötung von Mikroorganismen und zur Vermeidung von Geruchs- und Geschmacksproblemen
vorgechlort. Die Wasseraufbereitung im engeren Sinne beginnt in der Schnellmischkammer oder dem
Mischbecken, wo dem Wasser verschiedene Chemikalien beigemischt werden. Flockungsmittel bewirken
das Verklumpen von Feinteilchen zu größeren Teilchen. Zur Regulierung des pH-Wertes und zur Oxidierung
von Eisen und Mangan wird Alkali hinzugefügt. Um die Korrosion von Rohren zu vermeiden, kann
Hexametaphosphat hinzugegeben werden.
Chemikalien und Wasser werden für eine kurze Zeit intensiv gemischt, was rasch zur vollständigen
Durchmischung führt, bevor sie in das Flockungsbecken oder Absetzbecken gelangen. Im Flockungsbecken
bilden verunreinigende Feinteilchen größere Klumpen, die sogenannten Flocken. Das Wasser fließt langsam
durch das Absetzbecken und die Flocken sinken auf den Grund, wo sie entfernt werden können. Als
nächstes fließt das Wasser durch Filter, die Partikel entfernen, die zu klein für eine Sedimentation im
Absetzbecken sind.
Wasserwerk in Nanking, China (Quelle: Festo)
Zum Schluss wird Chlor hinzugefügt und unter Umständen auch Fluor, um Karies beim Verbraucher zu
reduzieren. Danach bleibt das Wasser für einige Zeit in einem Kontaktbecken, damit das Chlor die Bakterien
abtöten und den Schwefelwasserstoff oxidieren kann. Das Wasser ist somit aufbereitet und kann verteilt
werden.
Hinweis
Dieses Arbeitsbuch behandelt die wichtigsten Prozesse der Flockung, Desinfektion und
Chlordosierung, während der Sedimentationsprozess im Arbeitsbuch „Abwasserbehandlung“
besprochen wird.
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