Projekt 15982/01

Entwicklung und gesundheitliche Bewertung von Trinkwasseraufbereitungssystemen zur Entfernung von Fluoriden, Bor und anderen Wasserinhaltsstoffen aus Brunnenwässern von Eigenwasserversorgungsanlagen im Münsterland

Projektträger

Weil Industrieanlagen GmbH
Heinrich-Hasemeier-Str. 33
49076 Osnabrück
Telefon: 0541/91333-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Versorgung mit Trinkwasser durch Eigenbrunnen ist in dem durch Landwirtschaft geprägten Münsterland besonders verbreitet. Neben den üblichen Problemen bei dieser Form der Wasserversorgung traten in diesem Gebiet erhöhte Bor- und Fluoridbelastungen auf, dessen Aufnahme insbesondere Säuglinge und Kinder in der Entwicklung negativ beeinträchtigen und gefährden.
Durch diese sowohl geogen als auch durch die Landwirtschaft bedingten Belastungen der Eigenbrunnen ergibt sich die Formulierung des Projektzieles in der Entwicklung eines betriebssicheren, umweltverträglichen und kostengünstigen Aufbereitungssystems für den täglichen Trinkwasserbedarf einer ca. sechsköpfigen Familie.
Mit einer autarken Kleinanlage sollten die Forderungen der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) erfüllt und ein wartungsfreier Betrieb von mindestens drei Monaten ermöglicht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenParallel zur Auswahl von Testbrunnen, die durch den Kooperationspartner vorgenommen wurde, wurden Aufbereitungsanlagen geplant und gebaut. Damit wurden in der ersten Testphase über ca. einen Monat Verfahren wie z.B. Membrantechnik, Ionenaustausch und Adsorption hinsichtlich ihrer Wirkungsweise vergleichend untersucht.
Danach erfolgte die Montage und Inbetriebnahme der Anlagen an den vorher ausgewählten Standorten. Es folgte eine laufende Begutachtung hinsichtlich Technik, Wirksamkeit, Betriebssicherheit, Handhabbarkeit und Umweltrelevanz durch wöchentliche Überprüfung und Beprobung.
Die anschließende Auswertung musste zeigen, inwieweit sich die eingesetzten Techniken für diesen Anwendungsfall eignen und gegebenenfalls in der anschließenden Testphase II variiert bzw. kombiniert in einem Langzeittest über 10 Monate untersucht werden können. Hinsichtlich der Wirksamkeit wurden laufende Beprobungen und Analysen durch den Kooperationspartner, insbesondere im Hinblick auf die gesundheitlichen Auswirkungen, durchgeführt.
Nach Abschluss der Testphase II erfolgte die technische Bewertung der verschiedenen Verfahren sowohl hinsichtlich der Erfahrungen des Anlagenbauers, des Kooperationspartners, wie auch der Betreiber. Zur Beurteilung der Wirksamkeit wurden vom Kooperationspartner die Proben und Analysen vornehmlich bezüglich der gesundheitlichen Aspekte ausgewertet.
Abschließend erfolgte die Ermittlung der Betriebs- und Investitionskosten, Überprüfung auf Umweltverträglichkeit der eingesetzten Techniken, um dadurch das Ziel, eine wie im Projektziel definierte Aufbereitungsanlage zu empfehlen, zu erreichen.


Ergebnisse und Diskussion

Die in Testphase I und II eingesetzten Anlagenkonfigurationen mit den unterschiedlichen Aufbereitungskomponenten erfüllten einen Großteil der gestellten Anforderungen.
Hinsichtlich der chemischen Parameter entsprachen die aufbereiteten Wässer einiger Testanlagen in vollem Umfang den Anforderungen der TrinkwV, einzig die sichere und dauerhafte Entfernung des Borgehalts erwies sich als problematisch. Zur Gewährleistung einer dreimonatigen Wartungsfreiheit müsste ein der Umkehrosmose nachgeschalteter, borselektiver Ionenaustauscher in einer Größenordnung betrieben werden, welche die gewünschte Kompaktheit der Anlage und die geforderten niedrigen Betriebskosten in Frage stellt. Die als Alternative zu einem Ionentauscher erprobten Materialien zur Vorbehandlung des Rohwassers in der Hoffnung auf eine verbesserte Borrückhaltung der Umkehrosmose brachten keinen Erfolg.
Dagegen stellt nicht nur die Entfernung des weitaus toxischeren Problemstoffs Fluorid, sondern auch die Reduktion der restlichen, die Grenzwerte der TrinkwV überschreitenden Inhaltsstoffe kein Problem dar. So können beispielsweise die stark erhöhten Natrium-, Chlorid-, Strontium- und Ammoniumkonzentrationen auf Werte abgesenkt werden, die deutlich unterhalb der Grenzwerte der TrinkwV liegen.
Im Rahmen der bakteriologischen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass der von vornherein geplante Einsatz eines Sterilfilters die Verkeimung im Ablauf einer Aufbereitungsanlage auf ein erträgliches Maß absenkt. Das gilt ebenso für Testanlagen mit vergrößertem Totvolumen durch Zuschalten von Materialien zur Permeat-Nachbehandlung und für Testanlagen, die mehrere Wochen außer Betrieb waren und dadurch eine höhere Verkeimung aufwiesen. Anlagen ohne einen solchen Sterilfilter lieferten schon nach kurzer Zeit ein aufbereitetes Wasser, das in mikrobiologischer Hinsicht, nicht zuletzt wegen der teilweise hohen Keimbelastung des Rohwassers, nach den Anforderungen der TrinkwV zum Verzehr nicht geeignet ist.
Im letzten Projektabschnitt wurde nach den Anforderungen eines zu Projektbeginn erstellten Lastenheftes und basierend auf den Ergebnissen der Labor- und Feldversuche der Prototyp eines kompakten Auftischgeräts entwickelt. Das Gerät ist trotz der teilweise gravierenden chemischen und mikrobiologischen Belastung der Rohwässer im Testgebiet in der Lage, in Kombination mit einer nachgeschalteten, ausreichend dimensionierten Harzkartusche (mind. zwei Litern Fassungsvermögen), die gestellten Grundanforderungen zu erfüllen. In jedem Fall ist es für die Aufbereitung unproblematischerer Rohwässer ohne zusätzliche Nachbehandlung einsetzbar. Der Prozessraum bietet genügend Spielraum, die Komponenten für die Aufbereitungstechnik auf die Rohwasserqualität abzustimmen. So können mit dem Gerät beispielsweise mit Nitrat, Schwermetallen oder Pestiziden belastete Oberflächenwässer aufbereitet werden.
Die Marktreife hat das Gerät im jetzigen Entwicklungsstadium nicht erreicht. Um diese zu erlangen, müssen in der Hauptsache konstruktive Optimierungsschritte, vor allem im Detail der Anlagengestaltung, erfolgen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Herbst 2000: 1. Treffen der Behörden und Gesundheitsämter mit Vorstellung des Lösungskonzeptes und des Ziels des F+E Vorhabens; Stadtwerke Coesfeld
Frühjahr 2001: Präsentation von Versuchsergebnissen, 2. Treffen der Behörden und Gesundheitsämter zum Thema Wasserproblematik Eigenwasserversorger südliches Münsterland bei den Stadtwerken Coesfeld.
Mitte Februar 2002: Fernsehbericht im WDR über Wasserproblematik im südlichen Münsterland
Ende Februar 2002: Artikel in der NOZ; Vorstellung der Problematik und des Prototypen
Ende Februar 2002: Präsentation des Projektes im C.U.T. vor den Stipendiaten der DBU


Fazit

Der bis zu Projektende entwickelte Prototyp eines kompakten Auftischgeräts bietet allein eine Teillösung des gestellten Problems. Das Gerät erreicht durch seine Betriebsweise mit Konzentratrückführung 50 % Ausbeute und liefert auch bei Einsatz des Rohwassers aus der Testregion eine annehmbare Reinwasserleistung.
Durch den Einbau eines kompakteren Sterilfilters kurz vor Projektende können im Prozessraum nun bis zu vier Systemgehäuse untergebracht werden. somit besteht mehr Spielraum, die Zusammenstellung der Komponenten für die Aufbereitungstechnik auf die Rohwasserqualität abzustimmen.
Die für die Einhaltung des Grenzwerts für Bor notwendige Harzmenge borselektiven Ionenaustauscher in einer 2 Liter Kartusche kann aus Platzgründen nicht im Gerät implementiert werden. Hier bestünde die Möglichkeit, die Kartusche bei Bedarf außerhalb des Gerätes an den Reinwasserablauf anzuschließen. In dieser Kombination wäre der Prototyp in der Lage, unter Verwendung einer TFM-36 Membran und einer nachgeschalteten Harzmenge von mindestens 2 Litern, die gestellten Grundanforderungen auch in Bezug auf die Problemwässer im Testgebiet ausreichend zu erfüllen.