2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15756Steigende Sulfatkonzentrationen in Grundwässern und Uferfiltraten stellen viele Wasserversorgungsunternehmen vor aktuelle Herausforderungen. Die Gründe für den Anstieg sind vielfältig: - Durch Einstellung des Braunkohletagebaus und damit verbundene Flutung von ehemaligen Abbaugruben ist Sulfat in steigenden Konzentrationen in Oberflächenwässern zu finden. Es gelangt so in oberflächennahe Grundwässer, die zur Trinkwasseraufbereitung genutzt werden. - In Wassergewinnungsgebieten, die durch Pyrit-haltige Böden geprägt sind, verursachen steigende Konzentrationen von Nitrat die Oxidation des Sulfids zum Sulfat mit entsprechenden Auswirkungen auf die Rohwasserqualität. - Tiefengrundwässer wie in norddeutschen Wasserentnahmegebieten stehen teils mit Salzstöcken (insbesondere Gips) im Austausch und reichern auf diese Weise Sulfat an. Der Grenzwert der Trinkwasserverordnung für Sulfat liegt bei 250 mg/L und ist somit von allen WVU in Deutschland strikt einzuhalten. Im Projekt werden kommerziell verfügbare Technologien (Niederdruck-Umkehrosmose LPRO, Ionenaustauschverfahren CARIX) mit dem Ziel der energetisch optimierten, nachhaltigen Sulfatentfernung zur Aufbereitung unterschiedlicher Rohwässer der Trinkwassergewinnung getestet. In Hamburg kommen hierzu tiefe, salzreiche Grundwässer zum Einsatz (anaerob vor Enteisung sowie aerob nach Enteisenung), in Berlin wird oberflächenwassernahes Uferfiltrat aufbereitet. Die Ergebnisse im halbtechnischen Maßstab (Anlagenkapazitäten ca. 1 m3/h) werden unter Berücksichtigung verfügbarer Literaturdaten extrapoliert und für eine vergleichende Bewertung über Ökobilanz (Life Cycle Assessment) und Kostenrechnung ausgewertet. Auswertekriterien sind u.a. spezifische Energieverbräuche, Anwendungsverhalten und Nachhaltigkeit des jeweiligen Verfahrens unter wechselnder Rohwasserzusammensetzung. Über die industriell verfügbaren Technologien LPRO und CARIX hinaus wird eine kommerzielle Polymer-UF-Membran durch neuartige Beschichtungstechnologien modifiziert und so für die Zielsubstanz Sulfat optimiert. Diese innovative Technologie der Kapillar-NF arbeitet bei geringeren Betriebsdrücken als kommerzielle Systeme und wird so deutlich geringere spezifische Energiewerte für die Aufbereitung von Wässern mit höheren Sulfatkonzentrationen realisieren können. Letztere Versuche laufen parallel zu den LPRO- bzw. CARIX- Versuchen, im Technikum-Maßstab. Die Betriebsdaten der Kapillar-NF werden in der Ökobilanz berücksichtigt und mit den Ergebnissen von LPRO und CARIX kritisch verglichen.Water suppliers have to deal with increasing sulfate concentrations in ground water and bank filtrate used for drinking water production. There are several reasons for the increase of sulfate concentration. - Shut-down and flooding of open brown coal pits cause increased sulfate concentration in surface water. From the surface water, sulfate can migrate into near-surface groundwater that is used for drinking water production - Increasing concentrations of nitrate and the related oxidation of pyrite in pyrite dominated extraction sites result in oxidation of sulfide to sulfate with consequential effects on the ground water quality - Deep groundwaters, as present in northern German extraction sites, are partially in exchange with salt domes (especially gypsum) and therefore enrich sulfate The limit value for sulfate in drinking water is at 250 mg/L as prescribed in the German Drinking Water Regulation and must be strictly adhered by all drinking water suppliers. Within the project commercially available technologies (low pressure reverse osmosis LPRO, ion exchange process CARIX) are tested regarding energetically optimized, sustainable sulfate removal for the treatment of different raw waters for drinking water application. In Hamburg, deep and salty ground waters (anaerobic before and aerobic after deferrization) are tested, in Berlin near-surface bank filtrate is treated. Results from semi-technical scale (plant capacities ca. 1 m³/h) are extrapolated regarding available literature data and are compared through ecological (life cycle assessment) and economical assessment. Evaluation criteria are amongst others specific energy consumption, application behavior and sustainability of each technology under varying raw water compositions. Beyond the industrially available technologies LPRO and CARIX a commercial Polymer-UF-Membrane is post modified by a novel coating process and thus optimized for the target substance sulfate. This innovative technology of Capillary-NF runs at low operating pressures compared to the state of the art processes and will therefore be able to realize operation at lower energy demand for the treatment of waters with increased sulfate concentration. The experiments are run in parallel to the LPRO and CARIX trials in technical scale. The operation data of the Capillary-NF are regarded in the ecological assessment and are critically compared with results of LPRO and CARIX.