BMWi-Verbundvorhaben: Aufbereitung von Grundwässern mit erhöhtem Sulfatgehalt: Innovative Optionen und Grenzen eines ressourcen- und energieeffizienten Trinkwassermanagements (SULEMAN)

Steigende 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.

Vorgehensweise

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.