10. Auﬂ age VEOLIA WATER Solutions & Technologies (Hrsg ... · VULKAN VEOLIA WATER Solutions &...

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VEOLIA WATERSolutions & Technologies (Hrsg.)

VEOLIAHandbuchWasserVerfahrenstechnologiender Aufbereitung

10. Aufl age(vormals WABAGHandbuch Wasser)

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Umschlag #2539 A5gb4cR23A.indd 1 01.12.2009 12:08:48 Uhr

VEOLIAHandbuch

Wasser10. Auflage

(vormals „WABAG Handbuch Wasser“)

VULKAN-VERLAG Essen

Wasser.book Seite 1 Montag, 23. November 2009 3:14 15

Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.ddb.de abrufbar.

ISBN 978-3-8027-2539-5

© 2010 Vulkan-Verlag GmbHHuyssenallee 52-56, 45128 EssenTelefon: +49(0)201 82002-0, Internet: http://www.vulkan-verlag.de

Lektorat: Nico HülsdauDruck: B o s s Druck und Medien, GochSatz: starke + partner, Willich

Das Werk einschließlich aller Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertungaußerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzu-lässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikrover-filmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Herausgeber undVerlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelleDruckfehler keine Haftung.


. . .

Vorwort zur 10. Auflage

Die im Jahr 2000 erschienene 9. Auflage wurde umfassend aktualisiert. Krüger WABAG ist

seit 2004 Teil von Veolia Water Solutions & Technologies. Gleichzeitig hat sich das Spektrum

an international verfügbaren Verfahrenstechniken in der Wasseraufbereitung erweitert, was

in dieser Auflage Berücksichtigung gefunden hat.

Somit erscheint das vormalige „WABAG Handbuch Wasser“ in seiner 10. Auflage als „VEOLIA

Handbuch Wasser“.

Im Interesse einer notwendigen Kontinuität wurde der Grundaufbau des Buches mit den

wesentlichen Ausführungen der 9. Auflage übernommen. Um den aktuellen Entwicklungen

in der Trinkwasseraufbereitung Rechnung zu tragen, wurden einige Kapitel wesentlich

erweitert und aktualisiert. So wurden im Kapitel Wasserchemie die Spurenstoffe THM, PFT

und Arzneimittelrückstände neu aufgenommen. Umfassend überarbeitet wurde das Kapitel

Verfahrenstechnik. Hinzugefügt haben die Herausgeber unter anderem die weltweit vielfach

eingesetzten Sedimentationsverfahren Multiflo und Actiflo, außerdem Siebtrommeln und

Scheibenfilter, Biofilter und das Adsorptionsverfahren Uranex zur Uranentfernung aus Trink-

wasser. Neue verfahrenstechnologische Entwicklungen wurden außerdem im Kapitel Mem-

branverfahren berücksichtigt, beispielsweise durch die Aufnahme der Keramikmembran.

Die Überarbeitung der 10. Auflage erfolgte durch Dr. Klaus Hagen und Dipl.-Ing. Lars Buffi.

Dieser Neuauflage wünschen wir einen breiten Kreis interessierter Anwender im Bereich der

Frischwasseraufbereitung. Über Anmerkungen und Hinweise freut sich das Herausgeber-

team, das über [email protected] zu erreichen ist.

Bayreuth/Celle, im November 2009

VWS Deutschland GmbH

Veolia Water Solutions & Technologies


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Inhaltsverzeichnis

5

Inhaltsverzeichnis

1 Zeichenerklärung und Maßeinheiten ............................... 19

1.1 Internationales Einheitensystem ................................................. 19

1.2 Begriffe und Einheiten .................................................................. 191.2.1 SI-Basiseinheiten ................................................................................... 221.2.2 Abgeleitete SI-Einheiten ........................................................................ 221.2.3 Zusätzlich zu den SI-Einheiten gesetzlich zugelassene Einheiten ............. 221.2.4 Einheiten und Größen in der Wasseranalytik ......................................... 23

1.3 Mol, molare Masse, Äquivalent .................................................. 23

2 Grundbegriffe der Wasserchemie ...................................... 25

2.1 Allgemeines ..................................................................................... 252.1.1 Die Verunreinigung des Wassers ........................................................... 252.1.1.1 Disperse Stoffe ..................................................................................... 252.1.1.2 Kolloiddisperse Stoffe ........................................................................... 252.1.1.3 Schutz-Kolloide .................................................................................... 262.1.1.4 Molekulardisperse Stoffe ...................................................................... 26

2.2 Summe Erdalkalien und Salzgehalt des Rohwassers ............. 26

2.3 Trübung und Partikelzahl ............................................................. 29

2.4 Chemische Äquivalente und Lösungen ..................................... 29

2.5 Elektrolytische Dissoziation ......................................................... 31

2.6 Säuren, Basen, Salze, Alkalität .................................................... 322.6.1 Säurekapazität bis pH = 8,2 und bis pH = 4,3 (positiver p- und m-Wert) 332.6.2 Basekapazität bis pH = 8,2 und bis pH = 4,3 (negativer p- und m-Wert) 35

2.7 Stickstoffverbindung ..................................................................... 362.7.1 Ammonium .......................................................................................... 362.7.2 Nitrat/Nitrit ........................................................................................... 362.7.3 Kjeldahl-Stickstoff ................................................................................. 36

2.8 Organische Summenparameter .................................................. 372.8.1 Biochemischer Sauerstoffbedarf ............................................................ 372.8.2 Chemischer Sauerstoffbedarf ................................................................ 372.8.3 Oxidierbarkeit ....................................................................................... 37


Inhaltsverzeichnis

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2.8.4 Total Organic Carbon und Dissolved Organic Carbon ............................ 382.8.5 Kohlenwasserstoffe .............................................................................. 382.8.6 Leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe ................................... 382.8.7 Adsorbierbare organische Halogenverbindungen .................................. 382.8.8 Phenolindex ......................................................................................... 392.8.9 Trihalogenmethane .............................................................................. 392.8.10 Perfluorierte Tenside ............................................................................. 40

3 Messmethoden und Geräte .................................................. 41

3.1 Titration ............................................................................................ 41

3.2 Elektrische Leitfähigkeit ............................................................... 41

3.3 Trübungsmessung .......................................................................... 42

3.4 Feststoffe und Glührückstand ..................................................... 433.4.1 Bestimmung der abfiltrierbaren Stoffe .................................................. 433.4.2 Gesamt-Trockenrückstand .................................................................... 433.4.3 Filtrat-Trockenrückstand ....................................................................... 433.4.4 Glührückstand ...................................................................................... 43

3.5 Wasserstoffionenkonzentration ................................................. 443.5.1 pH-Wert ............................................................................................... 443.5.2 pH-Wert reinen Wassers in Abhängigkeit von der Temperatur .............. 473.5.3 Messung des pH-Wertes ....................................................................... 48

3.6 Spektralphotometrie ..................................................................... 493.6.1 Ultravioletter Bereich ............................................................................ 493.6.2 Sichtbarer Bereich ................................................................................ 493.6.3 Infraroter Bereich ................................................................................. 50

3.7 Gaschromatographie ..................................................................... 50

3.8 Atom-Absorptions-Spektroskopie .............................................. 50

3.9 Ionensensitive Elektroden ............................................................ 51

3.10 Kolorimetrie ..................................................................................... 51

3.11 Organische Summenparameter .................................................. 513.11.1 Biochemischer Sauerstoffbedarf ............................................................ 513.11.2 Chemischer Sauerstoffbedarf ................................................................ 523.11.3 Oxidierbarkeit ....................................................................................... 523.11.4 Total Organic Carbon und Dissolved Organic Carbon ............................ 523.11.5 Kohlenwasserstoffe .............................................................................. 523.11.6 Leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe ................................... 53


Inhaltsverzeichnis

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3.11.7 Adsorbierbare organische Halogenverbindungen .................................. 533.11.8 Phenolindex ......................................................................................... 53

3.12 Sauerstoffmessung ........................................................................ 543.12.1 Sauerstoffbestimmung, Probennahme .................................................. 543.12.2 Jodometrisches Verfahren zur Sauerstoffbestimmung ........................... 55

4 Analytik ........................................................................................... 57

4.1 Allgemeines ..................................................................................... 57

4.2 Probenahme .................................................................................... 58

4.3 Bestimmung des pH-Wertes ........................................................ 60

4.4 Leitfähigkeitsmessung .................................................................. 614.4.1 Bestimmung der Dichte des Wassers .................................................... 64

4.5 Säureverbrauch und Laugenverbrauch des Wassers ............. 654.5.1 Säureverbrauch des Wassers ................................................................. 654.5.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 664.5.1.2 Bestimmung Säurekapazität KS 8,2 ........................................................ 664.5.1.3 Bestimmung Säurekapazität KS 4,3 ........................................................ 664.5.2 Laugenverbrauch des Wassers .............................................................. 664.5.2.1 Reagenzien .......................................................................................... 664.5.2.2 Bestimmung Basekapazität KB 4,3 .......................................................... 674.5.2.3 Bestimmung Basekapazität KB 8,2 .......................................................... 674.5.2.4 Auswertung ......................................................................................... 67

4.6 Aggressive Kohlensäure ............................................................... 68

4.7 Bestimmung der Schwebstoffmenge nach der Kalkentcarbonisierung .................................................................. 68

4.7.1 Ausführung .......................................................................................... 68

4.8 Bestimmung der Erdalkalien ....................................................... 694.8.1 Bestimmung der Summe der Erdalkalien mit EDTA-Lösung .................... 694.8.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 704.8.1.2 Ausführung .......................................................................................... 704.8.2 Bestimmung der Calcium- und Magnesiumionen .................................. 714.8.2.1 Reagenzien .......................................................................................... 714.8.2.2 Ausführung .......................................................................................... 714.8.2.3 Berechnung der Magnesiumionen ........................................................ 71


Inhaltsverzeichnis

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4.9 Photometrische Bestimmung der Kieselsäure ......................... 724.9.0.1 Reagenzien .......................................................................................... 724.9.0.2 Ausführung .......................................................................................... 72

4.10 Bestimmung der Phosphate ........................................................ 734.10.1 Photometrische Bestimmung des Phosphations .................................... 734.10.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 734.10.1.2 Ausführung .......................................................................................... 734.10.2 Kolorimetrische Bestimmung des Phosphations ..................................... 734.10.2.1 Reagenzien .......................................................................................... 744.10.2.2 Ausführung .......................................................................................... 744.10.3 Bestimmung des Gesamtphosphates und der polymeren Phosphate ..... 75

4.11 Bestimmung des Sulfat-Ions ........................................................ 754.11.1 SO4

2--Bestimmung über die Basekapazität KB 4,3 ................................... 754.11.2 Gewichtsanalytische SO4

2--Bestimmung ................................................ 764.11.2.1 Reagenzien .......................................................................................... 764.11.2.2 Ausführung .......................................................................................... 764.11.3 SO4

2--Bestimmung mit EDTA-Lösung .................................................... 764.11.3.1 Reagenzien und Geräte ........................................................................ 774.11.3.2 Ausführung .......................................................................................... 77

4.12 Chloridbestimmung ....................................................................... 784.12.1 Chloridbestimmung nach Mohr ............................................................ 784.12.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 784.12.1.2 Ausführung .......................................................................................... 78

4.13 Chlorbestimmung ........................................................................... 794.13.1 Bestimmung von freiem Chlor .............................................................. 794.13.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 794.13.1.2 Ausführung .......................................................................................... 79

4.14 Nitratbestimmung .......................................................................... 794.14.0.1 Reagenzien .......................................................................................... 794.14.0.2 Ausführung .......................................................................................... 79

4.15 Bestimmung des Ammoniumions .............................................. 804.15.1 Photometrische Bestimmung des Ammonium-Ions ............................... 804.15.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 804.15.1.2 Ausführung .......................................................................................... 804.15.2 Kolorimetrische Bestimmung des Ammonium-Ions ............................... 81

4.16 Hydrazinbestimmung .................................................................... 814.16.0.1 Reagenzien .......................................................................................... 814.16.0.2 Ausführung .......................................................................................... 81


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4.17 Kupferbestimmung ........................................................................ 814.17.1 Kolorimetrische Methode ..................................................................... 814.17.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 814.17.1.2 Ausführung .......................................................................................... 824.17.2 Photometrische Methode ..................................................................... 82

4.18 Eisenbestimmung ........................................................................... 834.18.1 Gesamteisenbestimmung nach der Sulfosalicylsäuremethode ................ 834.18.1.1 Reagenzien .......................................................................................... 834.18.1.2 Ausführung .......................................................................................... 834.18.2 Gesamteisenbestimmung mit Thioglykolsäure ....................................... 844.18.3 Bestimmung ungelöster Eisenoxide nach der Membranfiltermethode .... 84

4.19 Manganbestimmung ..................................................................... 854.19.01 Ausführung .......................................................................................... 85

4.20 Bestimmung der organischen Substanzen ............................... 854.20.1 Bestimmung des KMnO4-Verbrauchs in saurer Lösung .......................... 854.20.2 Bestimmung des KMnO4-Verbrauchs in alkalischer Lösung ................... 86

4.21 Zuckernachweis .............................................................................. 864.21.0.1 Reagenzien .......................................................................................... 874.21.0.2 Ausführung .......................................................................................... 87

4.22 Ölbestimmung ................................................................................ 874.22.1 Qualitative Ölbestimmung .................................................................... 874.22.2 Gewichtsanalytische Ölbestimmung ...................................................... 884.22.2.1 Reagenzien .......................................................................................... 884.22.2.2 Ausführung .......................................................................................... 884.22.3 Photometrische Ölbestimmung ............................................................. 88

4.23 Bestimmung der Natrium- und Kaliumionen .......................... 89

4.24 Verblockungsindex ........................................................................ 89

4.25 Trübungsmessung .......................................................................... 904.25.1 Formazin-Lösung (C2H4N2) ................................................................... 914.25.2 Formazin-Bezugslösungen .................................................................... 914.25.3 Verfahren zur Messung der Streustrahlung ........................................... 914.25.4 Kalibrierung .......................................................................................... 92

4.26 Schnellbestimmung von Austauschermaterialien .................. 92

4.27 Bestimmung der Kapazität von Austauschermaterialien ..... 93

4.28 Beladung des Materials und Errechnung der NK ................... 954.28.1 Schwach saures Kationenmaterial ......................................................... 954.28.2 Stark saures Kationenmaterial im Natriumaustausch ............................. 95


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4.28.3 Stark saures Kationenmaterial im Wasserstoffaustausch ........................ 954.28.4 Schwach basisches Anionenmaterial ..................................................... 964.28.5 Stark basisches Anionenmaterial ........................................................... 964.28.6 Ermittlung des Salzspaltungsvermögens von stark basischem

Anionenmaterial ................................................................................... 97

5 Verfahrenstechnik ..................................................................... 99

5.1 Physikalische Verfahren und Vorrichtungen ........................... 995.1.1 Sedimentation ...................................................................................... 995.1.1.1 Sandfang ............................................................................................. 1005.1.1.2 Dortmunder Becken ............................................................................. 1025.1.1.3 Längsabsetzbecken .............................................................................. 1035.1.1.4 Rundabsetzbecken ............................................................................... 1055.1.1.5 Fließbettseperator ................................................................................ 1075.1.1.6 Plattenabscheider ................................................................................. 1085.1.1.7 Multiflo ................................................................................................ 1105.1.1.8 Actiflo .................................................................................................. 1115.1.2 Flotation ............................................................................................... 1135.1.3 Siebung ................................................................................................ 1155.1.3.1 Rechenanlage ....................................................................................... 1155.1.3.2 Trommelfilter (Drum Filter) .................................................................... 1165.1.3.3 Scheibenfilter (Disk Filter) ...................................................................... 1175.1.4 Filtration ............................................................................................... 1195.1.4.1 Einschichtfilter ...................................................................................... 1205.1.4.2 Mehrschichtfilter .................................................................................. 1285.1.4.3 Contifilt ................................................................................................ 1295.1.4.4 Kerzenfilter ........................................................................................... 1315.1.4.5 Anschwemmfilter ................................................................................. 1315.1.4.6 Magnetfilter ......................................................................................... 1365.1.4.7 Kombiblock .......................................................................................... 1415.1.5 Membranverfahren .............................................................................. 1435.1.5.1 Mikrofiltration ...................................................................................... 1435.1.5.2 Ultrafiltration ........................................................................................ 1445.1.5.3 Nanofiltration ....................................................................................... 1515.1.5.4 Umkehrosmose .................................................................................... 1525.1.6 Elektrodialyse ....................................................................................... 1585.1.6.1 Membranstapel und Membranen ......................................................... 1605.1.6.2 Schaltungen von ED-Anlagen ............................................................... 1615.1.6.3 Kenndaten von ED-Anlagen .................................................................. 1625.1.6.4 Elektrochemische Entsalzung ................................................................ 163


Inhaltsverzeichnis

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5.1.7 Gasaustausch/Stripping/Entgasung ....................................................... 1655.1.7.1 CO2-Austrag mit Luft als Strippgas ........................................................ 1715.1.7.2 Strippen von NH3-Dampf ...................................................................... 1785.1.7.3 Thermische Entgasung .......................................................................... 1815.1.7.4 Vakuumentgasung ............................................................................... 1875.1.8 Chemische Sauerstoffentfernung (Entgasung) ....................................... 1895.1.8.1 Sauerstoffentfernung mittels Hydrazin .................................................. 1895.1.8.2 Katalytische Reduktion von Sauerstoff .................................................. 1905.1.9 Schlammentwässerung ......................................................................... 1915.1.9.1 Schlämme aus Aufbereitungsanlagen für Kühlturm-Zusatzwasser .......... 1915.1.10 Verdampfer, Dampfumformer, Wasserbadumformer ............................ 1965.1.10.1 Verdampfer .......................................................................................... 1975.1.10.2 Dampfumformer .................................................................................. 1985.1.10.3 Wasserbadumformer ............................................................................ 199

5.2 Chemische Verfahren und Vorrichtungen ................................ 1995.2.1 Oxidation – Reduktion .......................................................................... 1995.2.2 Flockung .............................................................................................. 2015.2.2.1 Überwachung der Flockung .................................................................. 2035.2.2.2 Flockungshilfsmittel .............................................................................. 2065.2.3 Fällung ................................................................................................. 2085.2.3.1 Entcarbonisierung ................................................................................ 2085.2.3.2 Gipsfällung ........................................................................................... 214


Inhaltsverzeichnis

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5.2.4 Enteisenung ......................................................................................... 2155.2.5 Entmanganung ..................................................................................... 2175.2.6 Entsäuerung und Aufhärtung ............................................................... 2185.2.7 Restentölung ........................................................................................ 2205.2.7.1 Mechanische Entölung ......................................................................... 2205.2.7.2 Chemische Entölung ............................................................................. 2205.2.7.3 Entölung im Aktivkohlefilter .................................................................. 2205.2.8 Entkieselung ......................................................................................... 2215.2.8.1 Heißentkieselung .................................................................................. 2215.2.8.2 Entkieselung durch Fällung ................................................................... 2235.2.9 Entkeimung und Desinfektion ............................................................... 2235.2.9.1 Entkeimung und Desinfektion mittels UV .............................................. 2245.2.9.2 Entkeimung und Desinfektion mittels Chlor .......................................... 2245.2.9.3 Entkeimung und Desinfektion mittels Ozon ........................................... 2255.2.10 Korrekturbehandlung von Speise- und Kesselwässern ........................... 2265.2.10.1 Hydrazin ............................................................................................... 2265.2.10.2 Ammoniak ........................................................................................... 2265.2.10.3 Phosphat .............................................................................................. 2275.2.10.4 Natronlauge ......................................................................................... 2275.2.11 Neutralisation ....................................................................................... 227

5.3 Ionenaustauscher ........................................................................... 2285.3.1 Allgemeines ......................................................................................... 2285.3.2 Kenndaten für Austauscher .................................................................. 2305.3.3 Kenndaten für Austauscheranlagen ...................................................... 2305.3.4 Der stark saure Kationenaustauscher .................................................... 2315.3.4.1 Neutralaustausch (Enthärtung) .............................................................. 2315.3.4.2 Der stark saure Kationenaustauscher als Wasserstoffaustauscher .......... 2385.3.4.3 Der stark saure Kationenaustauscher in der Teilstromschaltung ............. 2415.3.5 Der schwach saure Kationenaustauscher .............................................. 2455.3.5.1 Entcarbonisierung und Enthärtung im Zweifilterverfahren ..................... 2475.3.5.2 Entcarbonisierung und Enthärtung im Einfilterverfahren ........................ 2485.3.5.3 Nickelentfernung aus Trinkwasser ......................................................... 2485.3.6 Der schwach basische Anionenaustauscher .......................................... 2495.3.7 Der stark basische Anionenaustauscher ................................................ 2515.3.8 Schaltungen von Kationen- und Anionenaustauscher ............................ 2545.3.8.1 Kationenaustauscher ............................................................................ 2545.3.8.2 Anionenaustauscher ............................................................................. 2565.3.9 Schichtbettfilter .................................................................................... 2575.3.9.1 Kationenschichtbettfilter ....................................................................... 2585.3.9.2 Anionen-Schichtbettfilter ...................................................................... 2585.3.10 Der Mischbettaustauscher .................................................................... 2595.3.10.1 Externe Regeneration von Mischbettfiltern ............................................ 260


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5.3.10.2 Das CARIX-Verfahren ........................................................................... 2625.3.10.3 Regeneration ........................................................................................ 2655.3.11 Die Vollentsalzung ................................................................................ 2735.3.11.1 Der Natrium-Schlupf ............................................................................. 2765.3.11.2 Der Kieselsäure-Schlupf ........................................................................ 2785.3.11.3 Überwachung ...................................................................................... 2785.3.12 Kondensataufbereitung ........................................................................ 2795.3.12.1 Betriebskondensate .............................................................................. 2795.3.12.2 Heizung- und Fernheizkondensate ........................................................ 2805.3.12.3 Turbinenkondensate ............................................................................. 2805.3.13 Adsorption ........................................................................................... 2835.3.13.1 Adsorberharze ...................................................................................... 2845.3.14 Uranex – Uranentfernung aus Trinkwasser ............................................ 2845.3.14.1 Einsatzbereiche ..................................................................................... 2845.3.14.2 Verfahrensprinzip der Uranentfernung .................................................. 2845.3.15 Aktivkohle ............................................................................................ 2865.3.15.1 Pulveraktivkohle ................................................................................... 2905.3.15.2 Kornaktivkohle ..................................................................................... 2925.3.15.3 Weitere Einsatzgebiete von Aktivkohle .................................................. 2945.3.15.4 Thermische Reaktivierung ..................................................................... 295

6 Das Verhalten des Wassers und seiner Beimengungen im Kraftwerksbetrieb ............................................................... 297

6.1 Die Kieselsäure ................................................................................ 297

6.2 Die Kohlensäure ............................................................................. 2996.2.1 Die Kohlensäure in natürlichen Wässern ............................................... 2996.2.2 Die Kohlensäure im Kraftwerkskreislauf ................................................ 303

6.3 Kupfer im Speise- und Kesselwasser – Verhalten in der Grenzschicht ............................................................................. 305

6.3.1 Kupfer im Kraftwerksbetrieb ................................................................. 3056.3.2 Kupferverhalten in der Grenzschicht ..................................................... 305

6.4 Der Salztransport aus der Kernströmung zur Rohrwand ..... 306

6.5 Alkalität des Kesselwassers ......................................................... 307

6.6 Kesselwasser-Salzgehalt und -Absalzung ................................ 3076.6.1 Errechnung der Absalzungsmenge ........................................................ 3086.6.2 Verlauf der Salzanreicherung im Kesselwasser ....................................... 3106.6.3 Eindickungszahl .................................................................................... 311


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7 Kühlwasseraufbereitung ........................................................ 313

7.1 Anforderungen ............................................................................... 3137.1.1 Korrosion ............................................................................................. 3137.1.2 Steinbildung und Feststoffablagerungen ............................................... 3147.1.3 Mikroorganismen ................................................................................. 315

7.2 Grundwasser als Kühlwasser ...................................................... 3157.2.1 Grundwasserparameter ........................................................................ 3167.2.1.1 Carbonathärte ...................................................................................... 3167.2.1.2 Chloridionengehalt ............................................................................... 3177.2.1.3 Schwefelwasserstoff und Sulfide ........................................................... 3177.2.1.4 Gesamthärte und Nichtcarbonathärte ................................................... 3177.2.1.5 Eisen und Mangan ............................................................................... 3187.2.2 Aufbereitung von Grundwasser ............................................................ 3187.2.2.1 Entcarbonisierung mittels Kalkhydrat .................................................... 3187.2.2.2 Entcarbonisierung mittels Ionentausch .................................................. 321

7.3 Oberflächenwasser als Kühlwasser ........................................... 3227.3.1 Aufbereitung von Oberflächenwasser ................................................... 324

7.4 Brackwasser als Kühlwasser ........................................................ 3257.4.1 Beeinflussung von Werkstoffen durch Brackwasser ............................... 3257.4.2 Schutzmaßnahmen bei Brackwasserkühlung ......................................... 326

7.5 Meerwasser als Kühlwasser ........................................................ 3277.5.1 Korrosionsprobleme bei Meerwasserkühlung ........................................ 328

7.6 Konditionierung von Kühlwasser-Kreislaufsystemen ............ 3287.6.1 Teilstromfiltration ................................................................................. 3287.6.2 Entkeimung des Kühlwassers ................................................................ 3297.6.2.1 Chlor .................................................................................................... 3297.6.2.2 Kupfersulfat ......................................................................................... 3327.6.2.3 Organische Schwefel- und Bromverbindungen ...................................... 3337.6.3 Härtestabilisatoren ............................................................................... 3337.6.3.1 Polyphosphate ...................................................................................... 3337.6.3.2 Polyphosphonsäuren ............................................................................ 3347.6.3.3 Polycarbonsäuren ................................................................................. 3357.6.4 Korrosionsinhibitoren ........................................................................... 3357.6.5 Recarbonisierung .................................................................................. 339


Inhaltsverzeichnis

15

8 Abwasseraufbereitung im Kraftwerk .............................. 341

8.1 Abwasser aus Rauchgas-Entschwefelungsanlagen ............... 3418.1.1 Technologien der Aufbereitung ............................................................ 342

8.2 Abwasser aus Rauchgas-Entstickungsanlagen ....................... 3478.2.1 Nitrifikation .......................................................................................... 347

Dampfstrippung ................................................................................... 3478.2.3 Denitrifikation ...................................................................................... 349

Rührkesselverfahren ............................................................................. 349

8.3 Abwasser aus Müllverbrennungsanlagen ................................ 3508.3.1 Technologien der Aufbereitung ............................................................ 351

9 Richtwerte für Betriebswässer ............................................ 355

9.1 Richtwerte für die Kessel- und Speisewasser-beschaffenheit ................................................................................ 355

9.1.1 Dampfreinheit ...................................................................................... 3569.1.2 Einspritzwasser ..................................................................................... 3599.1.3 Chemische Konditionierung .................................................................. 3599.1.4 Alkalische Fahrweise ............................................................................. 3609.1.5 Neutrale Fahrweise (Konditionierung mit Oxidationsmitteln) ................. 3619.1.6 Organische Substanzen ........................................................................ 3619.1.7 Sauerstoff ............................................................................................. 361

10 Das Wasser in Kernkraftanlagen ........................................ 363

10.1 Entaktivierung und Konditionierung von Primärkreisläufen 363

10.2 Sekundärwasser im Dampfwasserreaktor ............................... 363

10.3 Brennelemente – Lagerbeckenwasser ...................................... 364

10.4 Abwasser-Dekontaminierung ..................................................... 36410.4.1 Anforderungen an dekontaminiertes Abwasser ..................................... 36610.4.2 Dekontaminierungsverfahren ................................................................ 36610.4.2.1 Filtration ............................................................................................... 36610.4.2.2 Zentrifugation ...................................................................................... 36610.4.2.3 Eindampfanlage ................................................................................... 36610.4.2.4 Ionenaustausch .................................................................................... 36610.4.2.5 Flockung, Fällung ................................................................................. 36710.4.3 Verfestigung radioaktiver Rückstände aus der Abwasser –

Dekontamination ................................................................................. 367


Inhaltsverzeichnis

16

11 Korrosion und Korrosionsschutz in Dampfkraftanlagen ................................................................... 369

11.1 Definition und Bedeutung der Korrosion für den Dampfkesselbetrieb ....................................................................... 369

11.2 Trockene Korrosion ....................................................................... 37011.2.1 Das Chaudron-Diagramm und die heterogene Schichtenfolge

der Eisenoxide ...................................................................................... 37011.2.2 Zeitabhängigkeit der Oxidation ............................................................. 372

11.3 Nasse (elektrochemische) Korrosion ......................................... 37211.3.1 Die homogene Metallelektrode, Anode und Kathode, Ruhepotential,

Potential-Strom-Diagramm ................................................................... 37211.3.2 Die Wasserstoff- und Sauerstoffelektrode, Normal-Wasserstoff-

elektrode, Standardpotentiale ............................................................... 37411.3.3 Die homogene Metall-Wasserstoffelektrode und die homogene

Metall-Sauerstoffelektrode ................................................................... 37711.3.4 Die heterogene Metallelektrode ........................................................... 379

Wasserstoff- und Sauerstoffkorrosion eines Lokalelementes .................. 37911.3.5 Die homogene Metallelektrode bei unterschiedlicher Belüftung ............ 381

Belüftungselement, Spaltkorrosion ....................................................... 381

11.4 Korrosion im Kesselbetrieb .......................................................... 38111.4.1 Sauerstoffkorrosion .............................................................................. 38111.4.2 Kohlensäurekorrosion ........................................................................... 38211.4.3 Spaltkorrosion ...................................................................................... 38311.4.4 Heißwasseroxidation ............................................................................ 383

11.5 Erosion und Kavitation ................................................................. 38411.5.1 Erosion ................................................................................................. 38411.5.2 Kavitation ............................................................................................. 384

12 Untersuchung von Chemikalien der Wasseraufbereitung ................................................................. 387

12.1 Salzsäure (DIN EN 939) ................................................................. 38712.1.1 Anforderung ........................................................................................ 38712.1.2 Prüfung ................................................................................................ 387

12.2 Schwefelsäure (DIN EN 899) ....................................................... 38912.2.1 Anforderung ........................................................................................ 38912.2.2 Prüfung ................................................................................................ 389


Inhaltsverzeichnis

17

12.3 Natronlauge (DIN EN 896) - Natriumhydroxid ........................ 39112.3.1 Anforderung ........................................................................................ 39112.3.2 Prüfung ................................................................................................ 392

12.4 Ammoniak (DIN EN 12 126) ........................................................ 39312.4.1 Anforderung ........................................................................................ 39312.4.2 Prüfung ................................................................................................ 394

12.5 Hydrazinhydrat ............................................................................... 39412.5.1 Anforderung ........................................................................................ 39412.5.2 Prüfung ................................................................................................ 394

12.6 Weißkalkhydrat (DIN EN 12 518) - Calciumhydroxid ............ 39512.6.1 Anforderung ........................................................................................ 39512.6.2 Prüfung ................................................................................................ 395

12.7 Gebrannter Dolomit (DIN EN 1017) ........................................... 39712.7.1 Anforderung ........................................................................................ 39712.7.2 Prüfung ................................................................................................ 397

12.8 Magnesit - Magnesiumoxid ......................................................... 39712.8.1 Anforderung ........................................................................................ 39712.8.2 Prüfung ................................................................................................ 397

12.9 Eisenchlorid (DIN EN 888) ............................................................ 39812.9.1 Anforderung ........................................................................................ 39812.9.2 Prüfung ................................................................................................ 398

12.10 Aluminiumsulfat (DIN EN 878) .................................................... 39812.10.1 Anforderung ........................................................................................ 39812.10.2 Prüfung ................................................................................................ 398

12.11 Natriumaluminat (DIN EN 882) ................................................... 39912.11.1 Anforderung ........................................................................................ 399

12.12 Kochsalz (DIN EN 973) - Natriumchlorid .................................. 399

12.13 Soda (DIN EN 897) - Natriumkarbonat ..................................... 399

12.14 Trinatriumphosphat (DIN EN 1200) ........................................... 39912.14.1 Anforderung ........................................................................................ 39912.14.2 Prüfung ................................................................................................ 400

12.15 Natriumpolyphosphat (DIN EN 1210) ....................................... 40012.15.1 Anforderung ........................................................................................ 40012.15.2 Prüfung ................................................................................................ 400

12.16 Chemikalien für die Trinkwasseraufbereitung ........................ 400


Inhaltsverzeichnis

18

13 Reinigung und Beheizung von Dampferzeuger-anlagen ........................................................................................... 401Reinigung ............................................................................................. 401Beizung ................................................................................................ 401

13.1 Das Auskochen des Dampferzeugers mit alkalischen Lösungen .......................................................................................... 401

13.1.1 Alkalische Reinigung nach der Atmungsmethode .................................. 40113.1.2 Alkalisches Auskochen mit Trinatriumphosphat ..................................... 402

13.2 Beizung der Dampferzeugeranlage ........................................... 403

14 Konservierung von Dampferzeugeranlagen ................. 405

14.1 Nasskonservierung ......................................................................... 40514.1.1 Konservieren durch Erhöhung der Alkalität ........................................... 40514.1.2 Konservieren mit Levoxin 15 und Ammoniak ........................................ 406

14.2 Druckprobe und Konservierung von neuen Dampferzeugeranlagen ................................................................ 406

14.2.1 Konservierung ...................................................................................... 40714.2.2 Konservierung mit Levoxin und Ammoniak ........................................... 408

14.3 Wasserdruckprobe mit Rohwasser ............................................ 408

14.4 Umweltschutzmaßnahmen beim Ablassen von Konservierungswasser .................................................................. 408

14.5 Trockenkonservierung .................................................................. 40914.5.1 Trocknung der Anlage .......................................................................... 40914.5.2 Konservierung mit Hilfe fester Adsorptionsmittel ................................... 41014.5.3 Konservierung mit Stickstoff ................................................................. 41014.5.4 Konservierung mit Trockenluft .............................................................. 41114.5.5 Konservierung mit Heißluft ................................................................... 411

14.6 Konservierung der Feuerzüge des Dampferzeugers .............. 412

15. Schrifttum ...................................................................................... 413

16 Stichwortverzeichnis ................................................................ 415

17. Inserentenverzeichnis ............................................................... 427


19

1 Zeichenerklärung und Maßein-heiten

1.1 Internationales Einheitensystem

Jahrzehntelange Bemühungen unter Verwendung schon bestehender Maßsystemeein auf der ganzen Welt gültiges System von Maßeinheiten aufzustellen, das für alleBereiche des täglichen Lebens, des Handels und Verkehrs, der Wissenschaften undder Technik gilt, haben zur Schaffung des „Internationale Einheitensystem“, des „Sys-teme International d'Unites“, kurz SI-System genannt, geführt. Es wurde bereits 1960von der 11. Generalkonferenz für Maße und Gewicht verabschiedet. Mit dem Gesetzüber die „Einheiten im Messwesen“ vom 2.9.1969 und der Ausführungsverordnungzum „Gesetz über Einheiten im Messwesen“ vom 26.7.1970 ist das SI-System in derBundesrepublik Deutschland eingeführt worden. Ein Jahr nach seiner Verkündigungwar das Gesetz gültig. In der Ausführungsverordnung sind Termine festgelegt, biswann die Umstellung einzelner Einheiten durchgeführt sein muss.

1.2 Begriffe und Einheiten

Die Einheit der Kraft ist das Newton (N). Das Gesetz des Physikers Newton lautet:Kraft gleich Masse mal Beschleunigung. Nach ihm wurde die Einheit für die Kraft mitNewton benannt. 1 N ist gleich der Kraft, die einen Körper der Masse 1 kg dieBeschleunigung 1 m/s2 erteilt:

1 N = 1 kg m/s2

Für größere und kleinere Werte gelten die aus 1 N mit den Vorsätzen nach Tabelle1.1 gebildeten Einheiten, z. B.

1 Meganewton (MN) = 106 N = 1.000.000 N

1 Millinewton (mN) = 10-3 N = 0,001 N

Die Einheit der Masse ist das Kilogramm. Es bleibt somit bei den bisherigen Angaben:

1 Kilogramm (kg) = 1.000 Gramm (g)

1 Gramm (g) = 1.000 Milligramm (mg)


Kapitel · 1 Zeichenerklärung und Maßeinheiten

20

Die molare Masse (M) ist eine stoffmengenbezogene Größe mit der Einheit kg/mol.Die übliche Einheit bleibt g/mol. Bei der Angabe der molaren Masse sind die Teilchen,auf die sich die molare Masse bezieht, durch das chemische Symbol oder die chemi-sche Formel des Teilchens zu kennzeichnen. Die Formel bzw. das Symbol wird inKlammern hinter das Formelzeichen M gesetzt. Die molare Masse von Calcium oderNatrium sind z. B.

M (Ca) = 40,08 g/mol

M (Na) = 22,99 g/mol

In den SI-Einheiten ist das Mol als Basiseinheit für die Stoffmenge festgelegt. Für diePraxis ergibt sich die Konsequenz, dass das bisher angewendete „Val“ internationalnicht mehr als Einheit der Stoffmenge betrachtet wird und im Gesetz über Einheitenim Messwesen nicht enthalten ist.

Tabelle 1.1: Dezimale Vielfache und Teile von Einheiten

Vielfache Zehnerpotenz Vorsatz Kurzzeichen

1 000 000 000 000 1012 Tera T

1 000 000 000 109 Giga G

1 000 000 106 Mega M

1 000 103 Kilo k

100 102 Hekto h

10 101 Deka da

Beispiel 1 000 000 Watt (W) = 1 Megawatt (MW)

Teile Zehnerpotenz Vorsatz Kurzzeichen

0,1 10-1 Dezi d

0,01 10-2 Zenti c

0,001 10-3 Milli m

0,000 001 10-6 Mikro m

0,000 000 001 10-9 Nano n

0,000 000 000 001 10-12 Piko p

0,000 000 000 000 001 10-15 Femto f

0,000 000 000 000 000 001 10-18 Atto a

Beispiel 0,000 001 Meter (m) = 1 Mikrometer (μ)


1.2 Begriffe und Einheiten

21

In bestimmten Bereichen wird es in der Praxis jedoch nach wie vor verwendet.

Das Joule ist gleichzeitig die Einheit für Energie und Wärmemenge:

1 J = 1 W s = N m = 1 kg m/s2 ⋅ 1 m = 1 kg m²/s2

Die abgeleitete SI-Einheit des Druckes oder der mechanischen Spannung ist dasPascal. 1 Pascal ist gleich dem auf eine Fläche gleichmäßig wirkenden Druck, bei demsenkrecht auf die Fläche 1 m² die Kraft 1 N (Newton) ausgeübt wird:

1 Pa = 1 N/m²

Besonderer Name für den zehnten Teil des Megapascal (MPa) ist das Bar (bar). Zwi-schen der Einheit Bar und der Einheit Pascal besteht folgende Beziehung:

1 bar = 105 Pa = 105 N m-2

Es ist zweckmäßig, bei der Angabe von Drücken in der Technik mit der Einheit bar zuarbeiten. Die Einheit bar hat außerdem den Vorzug, dass sie ungefähr dem natürli-chen Luftdruck entspricht.

Der spezifische elektrische Widerstand (ρ) wird gemäß der Formel

in (Ω ⋅ cm) gemessen, wenn die Länge l in (cm), die Fläche A in (cm2) und der Wider-stand R in (Ω) eingesetzt wird. Sein Kehrwert, die Leitfähigkeit

hat die Maßeinheiten = S cm-1 bzw. μS cm-1 oder in üblicher Schreibweise S/cmbzw. μS/cm.

ρ = ⋅R Al

x = 1ρ

1Ω cm



22

1.2.1 SI-Basiseinheiten

Das Internationale Einheitensystem umfasst sieben Einheiten als Basiseinheiten.

1.2.2 Abgeleitete SI-Einheiten

Neben den Basiseinheiten gibt es eine Reihe von Einheiten, die aus diesen ohne einenzusätzlichen, von der Zahl 1 verschiedenen Zahlenfaktor abgeleitet sind. Manche vondiesen abgeleiteten SI-Einheiten haben einen eigenen Einheitennamen bekommen,z. B. die neue Krafteinheit Newton oder die Druckeinheit Pascal.

1.2.3 Zusätzlich zu den SI-Einheiten gesetzlich zugelassene Einheiten

Eine Reihe alter, in bestimmten Wirtschaftszweigen eingeführter Einheiten sind auchweiterhin gesetzlich zugelassen.

Bei der Zeiteinheit z. B. hat man die 60er-Teilung und damit die Minute und Stundebeibehalten. Woche, Monat und Jahr werden im Gesetz nicht genannt, dürfen aberim Geschäftsverkehr aufgrund anderer Bestimmungen weiterhin verwendet werden.Für die Masse können Gramm (g) und Tonne (t) und für die Temperatur Grad Celsius(°C) weiter verwendet werden.

Tabelle 1.2: Basiseinheiten

Basisgröße Basiseinheit Kurzzeichen

Länge Meter m

Masse Kilogramm kg

Zeit Sekunde s

Elektrische Stromstärke Ampere A

Thermodynamische Temp. Kelvin K

Stoffmenge Mol mol

Lichtstärke Candela cd


1.3 Mol, molare Masse, Äquivalent

23

1.2.4 Einheiten und Größen in der Wasseranalytik

In der Wasseranalytik fand eine wesentliche Änderung der Einheiten und der Mess-größen statt. So werden die bisher verwendeten Größen p- und m-Wert sowie Härteund Permanganatverbrauch, durch die Größen Säure- und Basekapazität sowieSumme Erdalkalien (Konzentration an Calcium- und Magnesiumionen) und Oxidier-barkeit ersetzt (Tabelle 1.3).

1.3 Mol, molare Masse, Äquivalent

Das Mol, Einheitenzeichen mol, ist die Stoffmenge einer Substanz bestimmter Zusam-mensetzung, die aus ebenso viel Teilchen besteht, wie Atome in 12/1000 kg des Nuk-lids C12 enthalten sind; bisher meist anschaulich definiert als Menge eines chemischeinheitlichen Stoffes, die seinem relativen Molekulargewicht in Gramm entspricht:

1 mol H2O (Molare Masse = 18,02) sind also z. B. 18,02 g Wasser

1 mol HCI (Molare Masse = 36,46) entsprechen 36,46 g Salzsäure

Als dezimales Vielfaches des Mols wird das Kilomol verwendet:

1 kmol = 1.000 mol.

Die molare Masse (M) ist eine stoffmengenbezogene Größe.

Tabelle 1.3: Alte und neue Messgrößen bzw. Einheiten in der Wasseranalytik

alt neu

Messgröße Einheit Messgröße Einheit

p-Wert mval/I Säurekapazität KS 8,2 mmol/I

m-Wert mval/I Säurekapazität KS 4,3 mmol/I

- m-Wert mval Basekapazität KB 4,3 mmol/I

- p-Wert mval/I Basekapazität KB 8,2 mmol/I

Härte mval/I Summe Erdalkalien mmol/I

Permanganat-verbrauch

mg KMn04/I Oxidierbarkeit Mn VII

zu II (als O2)

mg/l



24

Die molare Masse M eines Stoffes, bezogen auf dessen Teilchen X [M(X)] ist der Quo-tient aus der Masse einer Stoffportion dieses Stoffes (m) und der Stoffmenge dieserStoffportion [n(X)]:

Beispiele für Angaben der molaren Masse:

M (O2) = 32 g/mol

M (Ca) = 40,08 g/mol

Das Äquivalent ist der Bruchteil eines Teilchens, das ein Atom, Molekül, Ion oder

eine Atomgruppe sein kann. Dabei ist z* zum Beispiel durch eine der folgenden Bedin-gungen festgelegt:

> Neutralisations-Äquivalent

> Redox-Äquivalent

> Ionen-Äquivalent

Beim Neutralisations-Äquivalent ist die Äquivalentzahl z* gleich der Anzahl derH+-Ionen oder OH--Ionen des Teilchens, die es bei der Neutralisation bindet oder lie-fert.

Für das Teilchen x in der Redox-Reaktion ist die Äquivalentzahl z* der Betrag der Dif-ferenz der Oxidationszahlen des Teilchens x vor und nach der Reaktion.

Bei dem Ionen-Äquivalent ist die Äquivalentzahl z* gleich dem Betrag der Ladungs-zahl z des Ions.

Ist z* = 1, so ist das Äquivalent mit dem Teilchen x identisch.

M xm

n x( )

( )=

1z ∗


25

2 Grundbegriffe der Wasserchemie

2.1 Allgemeines

Die in der Natur zur Verfügung stehenden Wässer sind keinesfalls chemisch rein, son-dern mit Begleitstoffen verschiedenster Art durchsetzt, vornehmlich in Form vongelösten Salzen. Dem reinen Wasser am nächsten kommt das Regenwasser. Aberauch dieses nimmt aus der Luft z. B. Kohlenstoffdioxid und Sauerstoff auf und wirddadurch aggressiv. Durch seinen Gehalt an Kohlenstoffdioxid ist es in der Lage, beimDurchgang durch die Erdschichten Bestandteile bis zur echten Lösung aufzunehmen.Je nach den Bodenverhältnissen sind diese Bestandteile sehr verschiedenartig unddamit auch die Eigenschaften der natürlichen Wässer. Aus diesem Grunde ist eine ein-heitliche Behandlungsweise in der Aufbereitung nicht möglich.

2.1.1 Die Verunreinigung des Wassers

2.1.1.1 Disperse Stoffe

Disperse Stoffe sind Verunreinigungen in der Größenordnung > 10-4 cm (= 1 μm), diemit dem Auge wahrnehmbar sind. Hierunter fallen die Schwimm-, Schwebe- undSinkstoffe.

2.1.1.2 Kolloiddisperse Stoffe

Kolloidale Verunreinigungen sind mit dem Auge nicht erkennbar. Man spricht deshalbauch von Scheinlösungen. Die Teilchengröße liegt bei 10-4 bis 10-7 cm, wobei zubeachten ist, dass die verschiedenen Stoffsysteme in den angegebenen Größenord-nungen nicht klar voneinander getrennt sind, sondern ineinander übergehen.

Kolloiddisperse Stoffe sind nicht oder nur unvollkommen in den üblichen Filternabscheidbar. Es müssen daher sehr oft Flockungsmittel/Flockungshilfsmittel vor Ein-lauf in die Filter zugegeben werden.


Kapitel · 2 Grundbegriffe der Wasserchemie

26

2.1.1.3 Schutz-Kolloide

Hierunter versteht man Kolloide, die die Eigenschaft haben andere Stoffteilchen in derFlüssigkeit zu umhüllen und sie damit ihrer Reaktionstätigkeit zu entziehen. Diese Artder Kolloide wirken sich erschwerend in der Wasseraufbereitung aus.

2.1.1.4 Molekulardisperse Stoffe

Molekulardisperse Stoffe sind nur ultramikroskopisch erkennbar. Ihre Teilchengrößeist < 10-7 cm. Hierunter fallen alle dissoziierten Ionen und assoziierten Moleküle, wiez. B. die Härtebildner sowie die Salze des Natriums und Kaliums. Lösungen mit mole-kulardispersen Stoffen sind vollkommen klar, man spricht deshalb von echten Lösun-gen.

Auch Gase wie Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff können sich im Wasserentsprechend ihrer Absorptions-Koeffizienten lösen. Die gelöste Menge ist abhängigvon dem Partialdruck, der Temperatur sowie der Art der Gase.

Die natürlichen Wässer unterteilt man in

> Grundwässer (Brunnen- und Quellwässer):Grundwasser ist im Allgemeinen arm an groben Verunreinigungen (Bodenfiltrie-rung) und bedarf daher selten einer besonderen Klärung. Dagegen enthält essehr oft aggressive Kohlensäure, Eisen, Mangan und wenig Sauerstoff.

> Oberflächenwässer (Fluss-, See- oder Teichwässer):Oberflächenwasser kann durch Abwasser, Laubfall oder Hochwassereinflüsse ver-unreinigt sein. Es bedarf daher einer besonderen Klärung. Infolge guter Belüftungist die aggressive Kohlensäure gering und der Sauerstoffgehalt hoch.

2.2 Summe Erdalkalien und Salzgehalt des Rohwassers

Die im Wasser gelösten Erdalkalien bilden die Härte. In den meisten Wässern sind sienur als Calcium- und Magnesiumionen vorhanden. Barium- und Strontiumionen sindselten. Sind letztere abwesend, so bildet die Summe der Calcium- und Magnesium-ionen die Summe der Erdalkalien (Bild 2.1).


2.2 Summe Erdalkalien und Salzgehalt des Rohwassers

27

Bild 2.1: Die Härten des Rohwassers

Man unterscheidet außerdem zwischen den Erdalkalien, die an Hydrogencarbonatio-nen (HCO3

-) und solche, die an Nichthydrogencarbonationen (SO42-, CI-, NO3

-) ge-bunden sind.

Auf Grund des Gesetzes über Einheiten im Messwesen, wird die Härte seit dem1.1.1978 als Summe Erdalkalien in „mmol/I“ angegeben:

> 1 mmol/I entspricht 2,0 mval/l

> 1 mval/I entspricht 0,5 mmol/I

Die neueste Messeinheit der Härte ist somit „Summe Erdalkalien“ (Konzentration anCalcium- und Magnesiumionen) in mmol/I. Daneben findet man die alten Angabender Härte in mval/I oder in „Deutschen Graden“:

> 1 mg Ca2+ = 0,025 mmol/I Calciumionen

> 1 mg Mg2+ = 0,041 mmol/I Magnesiumionen

> 1 mmol/I Calciumionen = 40,08 mg Ca2+/I

> 1 mmol/I Magnesiumionen = 24,312 mg Mg2+/I

> 1 mmol/I entspricht 56,08 mg CaO/I bzw. 100,1 mg CaCO3/I


Kapitel · 2 Grundbegriffe der Wasserchemie

28

Außer den im Wasser gelösten Erdalkalien, die man allgemein als Härtebildnerbezeichnet, enthalten fast alle Rohwässer auch Alkalisalze (Na und K), die beim Kat-ionen- und Anionen-Austausch zu berücksichtigen sind. Die Summe der Erdalkali-und Alkalisalze ergeben den Gesamtsalzgehalt, der sich in Gesamt-Kationen undGesamt-Anionen aufteilt (Bild 2.2).

Bild 2.2: Der Salzgehalt des Rohwassers

Es wird noch unterschieden zwischen Kationen, die an die schwache Kohlensäureoder an starke Mineralsäuren gebunden sind, weil erstere nur den schwach sauren,jedoch beide den stark sauren Kationenaustauscher beladen. Bei den Anionen ist esähnlich, hier beladen die Anionen der Mineralsäuren SO4, Cl, NO3 den schwach basi-schen und die Anionen der Mineralsäuren sowie die Anionen der schwachen SäurenCO3, SiO3 den stark basischen Anionenaustauscher.


2.3 Trübung und Partikelzahl

29

2.3 Trübung und Partikelzahl

Die durch Partikel im Wasser hervorgerufene Trübung spielt bei Grundwässern kaumeine Rolle. Erst bei der Reduzierung von z. B. Eisen- und Mangankonzentrationenoder bei Fällungsreaktionen kann es zu einer erhöhten Anzahl von Partikeln kommen.

Anders stellt sich die Situation bei Oberflächen-, Karst- und Quellwässern sowie Ufer-filtraten dar. Hier können zum einen Wetterbedingungen (Schneeschmelze, Starkre-gen) oder geologische Gegebenheiten wie die geringe Filterwirkung des umgeben-den Bodens zu einem hohen Anteil von Partikeln im Wasser führen.

Wichtig für Betreiber von Trinkwasserversorgungsanlagen ist die Einhaltung desGrenzwertes für die Trübung von derzeit 1,0 FNU. Eine Reduzierung der Trübungsowie der Partikelzahl kann z. B. mit Schnell-, Langsamsand- oder Membranfiltrationerfolgen.

Mit der Entfernung der Partikel können auch mikrobiologische, organische und anor-ganische Verunreinigungen entfernt werden, die zum einen an zugegebene Flo-ckungsmittel gebunden sind oder selbst als Partikel im Wasser vorliegen.

Die Trübung wird in FNU, die Partikelzahl in Partikel/ml wie z. B. 1, 2 oder 5 μm ange-geben.

2.4 Chemische Äquivalente und Lösungen

Bei chemischen Verbindungen stehen die Reaktionspartner in ganz bestimmten Ver-hältnissen zueinander, die durch Massen, Stoffmengen usw. angegeben werden kön-nen. Zum Beispiel bedeutet die folgende chemische Umsetzungsgleichung:

HCI + NaOH = NaCl + H2O

1 mol + 1 mol = 1 mol + 1 mol

36,5 g + 40 g = 58,5 g + 18 g

Ein Mol Salzsäure reagiert mit einem Mol Natronlauge zu einem Mol Natriumchloridund einem Mol Wasser.

Obige Gleichung sagt außerdem aus, dass 36,5 g Salzsäure sich immer mit 40 g Nat-ronlauge umsetzen zu 58 g Natriumchlorid und 18 g Wasser. Wenn nur 20 g Natron-lauge vorhanden sind, können dementsprechend mit ihr auch nur 18,25 g Salzsäurereagieren.


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