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Bei Talsperren beachten:

Saisonale Schwankungen der Parameter

Durchmischung um Frühjahr und Herbst --> Sauerstoff von Oben kommt nach unten --> Eisen und Mangan aus Boden lösen sich --> höhere Konzentrationen im Wasser --> bei Planung beachten

Algenblüte

Huminsäuren

NOM-Werte beachten

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Interne Verstopfung in den Poren der Membranen

Physische Verstopfung der Poren durch Blockierung und Adsorption

Dauerhafte Art der Verstopfung

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Unterscheidung in interne und externe Verstopfungen

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Filtrationszyklus: Filtration, Vorwärtsspülung, Rückspülung

Zykluslänge abhängig vom Verschmutzungsgrad des Rohwassers

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häufig genutzte Materialien für UF-Membranen

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häufig genutzte Materialien für UF-Membranen

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Polysulfon (PSO), Polyethersulfon (PES), Polyacrylnitril (PAN), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Celluloseacetat (CA), Polyamid (PA) und Polypropylen (PP)

auch teurere keramische UF-Membranen(Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2, SiC)

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UF-Module in verschiedenen Versionen erhältlich

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UF-Module in verschiedenen Versionen erhältlich

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Jede Version für unterschiedliche Prozesse geeignet

Spiralförmige Wickelmodule für sauberes Wasser

Gerahmte Module für hochkonzentrierte Lösungen

Röhrenförmige Module für die Trinkwasseraufbereitung

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Mariela Cuartucci; Ultrafiltration, a cost-effective solution for treating surface water to potable standard. Water Practice and Technology 1 June 2020; 15 (2): 426–436. doi: https://doi.org/10.2166/wpt.2020.039

Barlokova, D., Ilavsky, J., & Marton, M. (2020). Drinking water treatment with membrane ultrafiltration. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 444, No. 1, p. 012002). IOP Publishing.

Rudnick, Sebastian. (2018). Hydrological modelling of a catchment supported by the discharge of treated wastewater - A comparison of two model concepts. 10.18452/19501.

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Vereinfachung des Prozesses und reduzierter Installationsplatzbedarf

Ermöglichung von Prozessautomatisierung und -steuerung sowie Optimierung des Chemikalienverbrauchs, einschließlich reduzierter Ozonverwendung

Vielseitigkeit, da es an Änderungen in der Wassercharakterisierung angepasst werden kann

Reduzierung der Geruchsbildung

Reduzierung der Gefahr der Bildung von THMs

Bietet das Potenzial für eine effiziente Entfernung von MP (Mikroplastik)

Sicherstellung einer konsistenten Qualität des aufbereiteten Wassers unabhängig von Veränderungen in der Zufuhr

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Bildung von Filterkuchen durch Kristallisierung von Mineralien

Blockierung des Durchgangs durch die Membran

Kuchen erzeugt Widerstand gegen Durchfluss durch die Membran

Transmembraner Druck muss erhöht werden, um die Produktionskapazität zu halten

Vorübergehende Art der Membranverschmutzung

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Zwei Hauptbetriebsarten: Cross-Flow und Dead-End

# data[].attributes.body
Dead-End: Flüssigkeit wird durch die Membran gedrückt, Rückstände bleiben zurück

--> bei Trübstoffarmen Wässern energetisch günstiger

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Cross-Flow: Flüssigkeit fließt parallel zur Membranoberfläche, Reste werden abgespült

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"Außen nach innen" / "outside-in": Zulaufstrom von außerhalb nach innen, zu entfernende Spezies werden auf der Außenseite zurückgehalten

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"Innen nach außen" / "inside-out": Zulaufstrom geht durch die Innenseite, Filtrat verlässt die Kapillare von außen

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UF-Kapillarmembranen können 'innen nach außen' oder 'außen nach innen' betrieben werden

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Häufige Anwendung als Vorbehandlung für Umkehrosmose (RO)

In der Wasseraufbereitung wird oft Flockung und UF kombiniert (wenn sowohl Partikelrückhalt als auch Entfernung von organischen Stoffen notwendig sind)

Die Wirksamkeit der Ultrafiltration wird durch konventionelle Methoden wie Koagulation, Sedimentation und Flotation erhöht

Vorteil gegenüber konventionellen Aufbereitungsprozessen

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Entfernt suspendierte Feststoffe, Kolloide, Viren, Bakterien, Endotoxine und andere Pathogene

Entfernt auch hochmolekulare Spezies

sicherer Schutz gegen Trübungen

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Druckbetriebenes Trennverfahren

Basiert auf Größenausschluss (Siebung) mit polymeren porösen Membranen

Trennung im Bereich von 0,01 bis 0,1 μm (10 bis 100 nm)

Druckunterschied von 1-10 bar

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Bei Talsperrenwasseraufbereitung zunehmend eingesetzt:

Ultrafiltration

Ultrafiltration (UF) = effektiv in Entfernung von Viren, pathogenen Mikroorganismen (Bakterien), partikulären und kolloidalen Bestandteilen, Trübungen, Algen

Betrieb Einstufig oder Mehrstufig (Retentat der 1. Stufe wird ggf. durch andere Membran in 2. Stufe nochmal gefiltert)

Einsatz rückspülbarer Filtersysteme

Membrantypen:

keramisch, zylindrisch, spiralförmig

Spül- und Reinigungsintervalle:

mit Filtratspülung: stündlich

Filtrat + Chemikalien: täglich

chemische Reinigung: monatlich

Reinigungschemikalien:

Mineralsäuren, Laugen, Chlor bzw. Chlorbleichlaugen, Wasserstoffperoxid, Zitronensäure

effektiv: (Luft-)Wasserspülung + Chemikalienzusatz (erst Lauge, dann Säure)

Membrannutzungsdauer: 3-10 Jahre

# data[].attributes.body
Baur, A., Fritsch, P., Hoch, W., Merkl, G., Rautenberg, J., Weiß, M., & Wricke, B. (2019). Mutschmann/Stimmelmayr Taschenbuch der Wasserversorgung. SpringerLink ; Bücher. https://wwwdb.dbod.de/login?url=https://doi.org/10.1007/978-3-658-23222-1

Xue, W., Zhang, F., Zhang, K., Sun, J., Ding, W., Zhang, Q., & Li, Z. (2024). Enhanced separation and antifouling performance of ultrafiltration for surface water based on coagulation pretreatment by zirconium salts. Separation and Purification Technology, 334, 126014. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.126014

Yang, J., Liu, Y., Zhao, J., Wang, H., Li, G., & Liang, H. (2023). Controlling ultrafiltration membrane fouling in surface water treatment via combined pretreatment of O3 and PAC: Mechanism investigation on impacts of technological sequence. Science of The Total Environment, 895, 165168. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165168

Lee, Y.-G., Shin, J., Kim, S. J., Cho, K. H., Westerhoff, P., Rho, H., & Chon, K. (2023). An autopsy study of hollow fiber and multibore ultrafiltration membranes from a pilot-scale ultra high-recovery filtration system for surface water treatment. Science of The Total Environment, 866, 161311. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.161311

# data[].attributes.body
--> Zur Vorbeugung von Membran-Fouling

Arten:

Koagulation + Flockung

durch Metallsalze (Fe(III) und Al(III); auch mit anderen Metallsalzen z.B. Zirkonsalze mgl.)

gut zur Entfernung partikulär vorliegender organischer Stoffe

Oxidation

durch Ozonung --> wird auch oft zur Vorbehandlung genutzt; Effekte ggf. von Heterogenität und Variabilität der NOM abhängig

Adsorption

Pulveraktivkohle (PAC) --> Einsatz kontrovers diskutiert

Studien mit unterschiedlichen Ergebnissen bezüglich Effektivität der Fouling-Vorbeugung oder ggf. sogar -Verstärkung

als alleinige Vorbehandlungsmaßnahme vor UF zu unsicher

--> verschiedene Kombinationen möglich

# data[].attributes.body
Aufbereitung des Talsperrenwassers Eibenstock:

Calciumhydroxid -> Einstellung pH-Wert
Kohlenstoffdioxid -> Aufhärtung
Kaliumpermanganat -> Oxidation
Polyaluminiumchlorid -> Flockung

Aluminiumsulfat -> Flockung

mittelanionisches
Polyelektrolyt -> Flockungshilfe
Natriumhydroxid -> Einstellung pH-Wert
Aktivkohle -> Adsorption
Chlor -> Desinfektion
Chlordioxid -> Desinfektion

https://www.wasserwerke.net/trinkwasser/aufbereitungsstoffe

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Kalkwasser-Zusatz (Calciumhydroxid) für Gleichgewichts-pH-Wert.

# data[].attributes.body
Nariumchlorid (zur Chlor-Herstellung) -> Chlor-Zusatz für Erhöhung der Redox-Spannung und als Keimschutz in Leitungen.

Natriumhypochlorit (zur Desinfektion)

# data[].attributes.body
Aluminumsulfat (Fällung, Flockung)

Kaliumpermangat (Oxidation)

Natrium- und Calciumcarbonat (Entfernung von Partikeln, Einstellung der Wasserstoffionen-Konzentration (pH-Wert), des Salzgehaltes, des Calciumgehaltes und Säurekapazität, Entfernung von Eisen und Mangan)

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pH = 6,5 ... 9,5

Mn = 0,050 mg/l

Fe = 0,2 mg/l

Al = 0,2 mg/l

O₂ = 5 mg/l

FNU = 1

elektrische Leitfähigkeit (25°C) = 2790 µS/cm

# data[].attributes.body
pH = 6,34

Mn = 0,205 mg/l

Fe = 0,12 mg/l

Al = 0,159 mg/l

O₂ = 11,14 mg/l

FNU = 2,64 FNU

elektrische Leitfähigkeit (25°C) = 116,3 µS/cm

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Lage: Erzgebirge

Bauzeit: 1974 bis 1987

Inbetriebnahme: 1982

Gesamtstauraum: 84 Millionen m³

Wasserabgabe TW: 42 Millionen m³/a