Forschungsfeld Wassertechnologie und Infrastruktur

Forschungsfeld Wassertechnologie und Infrastruktur (TECHNO)

Forschungslinie Neue Aufbereitungsverfahren für Trinkwasser

Neue Herausforderungen an Wasseraufbereitungsverfahren ergeben sich vor allem aus zwei Gründen:

  • Die Entfernung von gesundheitlich relevanten Verunreinigungen (z. B. Viren, Bakterien, Mikroverunreinigungen und Nanopartikeln) muss gesichert sein.
  • Die Rohwasserressourcen unterliegen einem zunehmenden Nutzungsdruck durch den Nachweis von unerwünschten Spurenstoffen.

Es müssen Aufbereitungsverfahren entwickelt werden, die all diese Anforderungen abdecken, Zusätzlich soll die Leistungsfähigkeit bestehender Verfahren verbessert werden. Hier wird vor allem der Aktivkohleeinsatz eine Rolle spielen, der zunehmend auch schon zum Ressourcenschutz eingesetzt wird. Die Forschung wird sich ferner auf Prozesskombinationen konzentrieren, deren mögliche Synergieeffekte und die Auswirkungen auf die nachgelagerten Aufbereitungsprozesse und die Wasserverteilung. Es werden sowohl physikalische als auch nicht-physikalische Eliminationsmethoden untersucht. Die Membranfiltration wird hierbei als zentraler Prozessschritt gesehen, der mit speziellen Zusatzverfahren zur weitergehenden Oxidation, Flockung, Fällung und Adsorption ergänzt werden kann. Neuartige Membranen (z.B. aus keramischem Grundmaterial), neue Adsorbentien oder auch neue Kollektoren zur Partikelelimination (verbessert durch Anwendung von Nanotechnologie) sollen bei diesen Entwicklungen eine bevorzugte Rolle spielen.

Aktuelle Forschungsvorhaben

Forschungslinie Betrieb und Instandhaltung von Wasserversorgungsnetzen

Hauptaufgabe für Wasserversorgungsunternehmen ist der Betrieb und die Instandhaltung der Wasserversorgungsnetze. Zur Gewährleistung einer angemessenen Versorgungsqualität werden hohe Anforderungen an den Netzzustand und an die hierfür notwendige Instandhaltung gestellt. Hieraus leitet sich Forschungs- und Entwicklungsbedarf auf dem Gebiet verbesserter Zustandsbewertungsmethoden (technisch, ökonomisch) aber auch Techniken zur Korrosionsprävention ab (Wasseraufbereitung, Korrosionsmonitoring). In enger Zusammenarbeit mit Inspektionsfirmen und Prüfinstituten entwickelt IWW daher zerstörungsfreie Prüftechniken und Bewertungsmethoden für alle üblichen Rohrwerkstoffe der Trinkwasserversorgung – dies sind schwerpunktmäßig Gußeisen, Stahl, PVC, PE, Faserzement und Spannbeton und vor allem Kupfer im Bereich der Hausinstallationen. Neben der Zustandsbewertung der Netze sind Methoden zur Wasserverlustmessung und -reduzierung wichtige Grundlagen einer nachhaltigen Instandhaltung. Hierfür sind anwendungsfreundliche und präzise Detektionstechniken für Wasserverluste weiter zu entwickeln (z.B. Online-Echtzeit-Leckageüberwachung). Als Grundlage zur Erstellung von Instandhaltungsstrategien entwickelt IWW geeignete Ansätze, welche die Ergebnisse aus Zustandsbewertungen, Leitungsinspektionen, Werkstoffprüfungen und Wasserverlustmessungen berücksichtigen (z.B. risikobasierte Instandhaltungsstrategien). Gemeinsam mit etablierten Ingenieurbüros aber auch in internationalen Konsortien (ARC IAM) erarbeitet IWW Methoden zur vereinfachten rechnergestützten Erhebung, Prüfung und Bewertung von Bestands- und Schadensdaten aus dem Netzbetrieb. Die Bewertung konventioneller und neuartiger Netzreinigungsverfahren ist ein weiteres Forschungsgebiet.

Weitergehende Aufbereitung für die Nutzung von Kläranlagenablauf

Die Kosten für die Trinkwasserbereitstellung und auch die Abwasserbeseitigung nehmen zu und gleichzeitig sind immer weniger geeignete natürliche Wasserressourcen verfügbar. Dieser Druck führt sowohl zu einer stärkeren Beachtung eines ordnungsgemäßen Betriebs (z. B. bei der Kontrolle und Beseitigung von Netzverlusten) als auch zur Wiederverwendung von bereits verwendetem Wasser für industrielle Anwendungen oder auch von behandeltem Kläranlagenablauf zur landwirtschaftlichen Bewässerung.

Aus industriellen Aufbereitungsprozessen zurückgewonnenes Wasser wird üblicherweise als Kühlwasser, Kesselspeisewasser oder Prozesswasser eingesetzt. Mehr oder weniger weit behandelter Kläranlagenablauf wird oft für Anwendungen im Nicht-Trinkwasserbereich eingesetzt wie z. B. zur Bewässerung in der Landwirtschaft, in öffentlichen Grünanlagen oder auf Golfplätzen. In einigen Fällen wird dieses Wasser indirekt wieder der Trinkwasseraufbereitung zugeführt, z. B. durch künstliche Grundwasseranreicherung oder zur Steigerung des Dargebotes an Oberflächenwasser in Flüssen oder Reservoirs.

Kostengünstige und zuverlässige Verfahrensketten zur Wasser-Wiederverwendung sind entscheidend für eine erfolgreiche Etablierung solcher Projekte. Deshalb wird IWW umfassende Forschungsarbeiten zu fortschrittlichen Aufbereitungsprozessen und deren Kombinationen durchführen. Dies sind vor allem Membranprozesse, forcierte Oxidationsprozesse (AOP = advanced oxidation processes) und die sichere Desinfektion. Bezüglich der Nachhaltigkeit wird sich die Forschung auf folgende Schwerpunkte konzentrieren:

  • minimaler Verbrauch von Rohstoffen und Energie
  • Verringerung des carbon footprint der jeweiligen Aufbereitungstechnologie
  • Verringerung des Anfalls von Abwasser und Abfall
  • Rückgewinnung von Wertstoffen aus dem Aufbereitungsprozess
  • möglichst umweltfreundlich zu entsorgende Abfälle aus dem Aufbereitungsprozess.

Ein erhebliches Potential für neue Technologien wird in der innerstädtischen Wiederverwendung in dezentralen oder semi-zentralen Systemen gesehen, die Wasser in einer maßgeschneiderten Beschaffenheit und Menge zur Verfügung stellen können. In diesem Zusammenhang sollen nicht nur Abwässer aller Art sondern auch andere bislang untypische Wasserressourcen wie der Überlauf von Regenentlastungsbecken berücksichtigt werden, da dieser mit vergleichbar geringem Energieaufwand aufbereitet werden kann. Die entsprechenden Herausforderungen sind die Aufbereitung und Speicherung einer gewaltigen Menge an Rohwasser in einer sehr kurzen Zeit.

Materialien in wasserführenden Systemen

In wasserführenden Anlagen werden unterschiedliche metallene Werkstoffe sowie Polymerwerkstoffe eingesetzt. Die Auswahl und Einsetzbarkeit dieser Werkstoffe ist abhängig vom Verwendungszweck innerhalb des jeweiligen Systems und den technischen Bedingungen. Für den Einsatz in der Trinkwasser-Installation erfolgt die Auswahl und Bewertung von Werkstoffen auf Basis der Vorgaben der Trinkwasserverordnung bzw. der EU-Trinkwasserrichtlinie. Die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und Trinkwasser führen zu einer Veränderung der Trinkwasserbeschaffenheit – bei metallenen Werkstoffen durch Korrosionsvorgänge. Die Veränderung der Trinkwasserqualität darf aber nicht so weit gehen, dass daraus eine unzulässige Beeinträchtigung der Qualität resultiert. Bewertungsmaßstab ist die Einhaltung der Grenzwerte der Trinkwasserverordnung bzw. der Leitwerte der WHO.

Einen Schwerpunkt dieser IWW-Forschungslinie bildet die Entwicklung und Prüfung neuer Werkstoffe und Beschichtungen und die Modifizierung oder Neuentwicklung von Prüfverfahren sowohl für trinkwassergeeignete als auch für in industriellen Wassersystemen eingesetzte Werkstoffe. Insbesondere die Entwicklung auf dem Rohstoffmarkt und finanzielle Gesichtspunkte führen dazu, dass verstärkt nach Alternativwerkstoffen für herkömmliche Werkstoffe gesucht wird, die aber eine Gleichwertigkeit im Korrosionsverhalten (genauso gut oder besser) aufweisen sollen. Besonders berücksichtigt wird die Verknüpfung der Aspekte mikrobiologischer Wasserqualität, Biofilmbildung und Korrosion.

Der Schwerpunkt Kühl- und Heizwassersysteme fokussiert sich insbesondere auf die Frage der Zuverlässigkeit von Anlagen (Vermeidung von Ausfallzeiten durch strategische Korrosionsschutz- und Instandhaltungskonzepte, Nachweis der Nachhaltigkeit von Korrosionsschutz- und Wasserbehandlungskonzepten) und der Effizienz des Anlagenbetriebs bei ausreichendem Schutzniveau. Für die IWW-Forschungslinie stehen insbesondere die Entwicklung von Sensorsystemen (Mikrobiologie, Korrosion) und das Monitoring von Systemen im Vordergrund.