Wie aktive Durchmischung die Lebensdauer von Becken verlängert und die Wasserqualität verbessert

Einleitung

Ihre kommunalen Wassertanks sind wertvolle Vermögenswerte. Sie stellen sowohl eine beträchtliche Kapitalinvestition als auch eine entscheidende Schutzbarriere für Ihre Trinkwasserversorgung dar. Um kostspielige Probleme zu vermeiden, müssen Wassertanks regelmäßig überprüft und ordnungsgemäß betrieben werden, um die Unversehrtheit der Tanks und die Wasserqualität zu gewährleisten.

Die American Water Works Association (AWWA) hat eine Norm für Wassertanks aus Stahl erarbeitet.¹ Die Norm empfiehlt, dass Betreiber die Tanks regelmäßig, mindestens einmal monatlich, einer Sichtprüfung unterziehen. Mindestens alle drei Jahre sollten die Tanks entleert, gereinigt und von Fachpersonal überprüft werden. Bei den Inspektionen müssen Sicherheitsaspekte, der Zustand der Konstruktion und der Beschichtung sowie offensichtliche hygienische Bedenken (z. B. Biofilm-/Sedimentablagerungen) bewertet werden.

Aber wie sieht es zwischen den Inspektionen aus? Es treten Probleme auf, die nicht nur Auswirkungen haben können auf
nicht nur die Unversehrtheit des Wassertanks, sondern auch die Wasserqualität. Probleme wie:

• Durch Frost und Korrosion beschädigter Wassertank
• Höheres Wasseralter und geringere Chlorrückstände
• Erhöhtes Nitrifikationsrisiko in mit Chloramin behandelten Systemen
• Erhöhte Bildung von Desinfektionsnebenprodukten

Betrachten wir zunächst diese Probleme etwas genauer und gehen wir dann darauf ein, wie die Ergänzung des Systems um eine einzige Komponente das Potenzial hat, sie alle zu lösen.

Probleme in nicht durchgemischten Wassertanks

Stehendes Wasser in einem Wassertank verursacht zu jeder Jahreszeit Probleme. Im Winter gefriert das stehende Wasser und beschädigt den Tank sowie dessen Beschichtung. Im Sommer kann die Schichtung sowohl den Tank als auch die Wasserqualität beeinträchtigen.

Der Winter in nicht gemischten Wassertanks

Im Winter führt die Eisbildung in einem Wassertank dazu, dass die inneren Einbauten und Beschichtungen des Tanks durch die täglichen Befüllungs- und Entleerungszyklen, bei denen sich der Wasserstand ändert, zerkratzt werden. Wasser gefriert in einem Tank hauptsächlich aus drei Gründen:

• Falsche Angaben zum Wassertank
• Kompromittierter Überlauf
• Statische Wasserverhältnisse

Von diesen Problemen liegen die Konstruktionsvorgaben für die Tanks eindeutig außerhalb des Einflussbereichs der Betreiber.

Überlaufprobleme lassen sich in der Regel durch ordnungsgemäße Wartung beheben. Der statische Wasserstand kann jedoch durch betriebliche Maßnahmen beeinflusst werden. Ein Einfrieren kann folgende Folgen haben:

• Interne Rohrleitungen und Überlaufsicherungen
• Die Leitern werden vom Eis herausgerissen, wodurch an der Befestigungsstelle ein Loch entsteht
• Ringförmige Spannungsbelastungen am Stahl und an den Nähten durch sich ausdehnendes Eis
• Eisschäden an der Tankauskleidung, die zu Korrosion führen

Sommer in nicht gemischten Wassertanks

Im Sommer beginnt sich das Wasser in einem nicht durchmischten Wasserspeicher zu erwärmen. Das wärmere Wasser steigt nach oben. Wenn neu aufbereitetes, dichteres, kaltes Wasser einströmt, vermischt es sich nicht mit dem wärmeren Wasser im Behälter. Stattdessen sinkt das kalte Wasser je nach Einlaufkonstruktion auf den Boden der Wassersäule ab oder verbleibt dort. Dieses kalte Bodenwasser kann auch als Erstes den Behälter verlassen, während der Großteil des wärmeren Oberwassers ungemischt und ungenutzt zurückbleibt. Dieser als Schichtung bezeichnete Vorgang verursacht viele Probleme in Wasserspeichern (siehe Abbildung 1²).

Längere Verweildauer des Wassers und geringere Chlorrückstände

Die thermische Schichtung führt zu einer chemischen Schichtung, die die Wasserqualität erheblich beeinträchtigen kann. Die obere Schicht enthält das älteste, wärmste Wasser mit geringen Restkonzentrationen an Desinfektionsmitteln. Dies kann zu einer bakteriologischen Kontamination und zu hohen Konzentrationen an Desinfektionsnebenprodukten führen. Die warmen Bedingungen an der Luft-Wasser-Grenzfläche an der inneren Seitenwand begünstigen das Wachstum von Biofilmen. Dies erhöht den Gehalt an organischen Stoffen im Wasser und trägt zur Korrosion der Behälterwand bei.

Abbildung 1

Erhöhtes Nitrifikationsrisiko in mit Chloramin behandelten Systemen

Chloramin, das durch die Reaktion von wässrigem Chlor mit Ammoniak entsteht, ist eines der langlebigsten Wasserdesinfektionsmittel. Es zersetzt sich jedoch mit der Zeit, wobei freies Ammoniak entsteht. Diese Zersetzung beschleunigt sich, wenn die Wassertemperatur 60 °F überschreitet. Durch das freigesetzte Ammoniak vermehren sich ammoniakoxidierende Bakterien, die NH₃ in Nitrite und Nitrate umwandeln. Die Bildung von Nitrit und Nitrat führt zu einem Verlust des Chlorrestgehalts und verursacht zudem Geschmacks- und Geruchsprobleme.

Erhöhte Bildung von Desinfektionsnebenprodukten

In einem geschichteten Wassertank können verschiedene Faktoren zu einer hohen organischen Belastung des Wassers führen. Durch Reaktionen von Chlor mit organischen Stoffen entstehen Desinfektionsnebenprodukte (DBPs). DBPs können gesundheitsschädlich sein und unterliegen den Bestimmungen des Gesetzes über sicheres Trinkwasser.^³

Mischsysteme für Wassertanks

Passive Mischsysteme

Passive Mischsysteme zielen darauf ab, Wasser ohne zusätzliche energieverbrauchende Infrastruktur zu mischen. Obwohl sie in Bezug auf den Wassertank selbst „passiv“ sind, erfordern einige Konstruktionen Bedienungsvorgänge, und die meisten belasten die Pumpen im Verteilungssystem zusätzlich.

Die Betreiber können einen hohen Wasseraustausch in den Becken erzwingen, um das Wasser zu vermischen. Doch selbst bei einem hohen Wasseraustausch von bis zu 60 % kann es in den oberen Schichten weiterhin zu einer thermischen Schichtung des Wassers kommen. Ein hoher Wasseraustausch sorgt nicht nur nicht für eine ausreichende Durchmischung des Beckens, sondern ist auch mit hohen Betriebskosten verbunden.

Bei einem herkömmlichen Wassertank fließt das Wasser über dieselbe Leitung in den Tank hinein und wieder heraus. Um die passive Durchmischung zu verbessern, können Tanks mit einem separaten Einlass und Auslass ausgestattet oder entsprechend nachgerüstet werden. Der Einlass befindet sich in der Regel im oberen Bereich des Tanks, um die Vermischung von frischerem, kälterem Zulaufwasser mit älterem, wärmerem Wasser im Tank zu fördern.

Einige passive Mischsysteme nutzen ein komplexes System aus Rohren und Düsen, um das einströmende Wasser im gesamten Tank zu verteilen. Diese Systeme sind groß, teuer in der Installation und Wartung und können dennoch zu einer unvollständigen Durchmischung führen.

Wirksamkeit

Passive Systeme nutzen die Dynamik des zuströmenden Wassers und mischen das Wasser weder bei vollem Tank noch während des Ablassvorgangs. Außerdem kann es in den Wassertanks schnell zu einer erneuten Schichtung kommen, sobald der Zulauf gestoppt ist. In passiv gemischten Tanks kann es innerhalb von vier Stunden nach Beendigung des Pumpvorgangs sowohl zu einer thermischen als auch zu einer chemischen Schichtung kommen.

Obwohl diese Mischsysteme als „passiv“ bezeichnet werden, nutzen sie doch die Verteilpumpen, und der zusätzliche Gegendruck, der durch die Düsen ausgeübt wird, zwingt diese Pumpen zu höherer Leistung. Dies erfordert mehr Energie und erhöht die Wartungskosten.

Kosten für Nachrüstung / Installation / Wartung

Passive Mischsysteme können die Installation mehrerer Düsen und Rohrleitungen erfordern, was von vornherein sehr kostspielig sein kann. Außerdem müssen Sie im Inneren Ihres Tanks mehr Oberflächen (sowie Schrauben und Korrosionsstellen) lackieren, beschichten und warten, was zusätzlichen Zeit-, Arbeits- und Kostenaufwand bedeutet. Selbst die Trennung von Ein- und Auslass stellt eine kostspielige Nachrüstung des Tanks dar.

Aktive Mischsysteme

Aktive Mischsysteme nutzen ein motorbetriebenes Rührwerk, um das Wasser im Tank kontinuierlich in Bewegung zu halten, unabhängig davon, wie voll der Tank ist. Sie sind kleiner und nachhaltiger als passive Mischer und bieten dem Betreiber eine höhere Mischleistung, unabhängig von den Entleerungs- und Befüllungszyklen. Aktive Mischsysteme sind kostengünstiger, einfacher und schneller zu installieren und lassen sich für Tankinspektionen und Wartungsarbeiten problemlos ausbauen.

Wirksamkeit

Eine Möglichkeit, die Wirksamkeit beim Vergleich von Mischsystemen zu beurteilen, besteht darin, die Mischzyklen zu betrachten. Der Mischzyklus ist die Zeit, die benötigt wird, um das Wasser während des Füllvorgangs auf eine homogene Temperatur zu mischen. Wenn es beispielsweise zwei Stunden dauert, den Tank wieder aufzufüllen, muss der aktive Mischer in der Lage sein, das neue Wasser innerhalb von zwei Stunden mit dem bereits im Tank befindlichen Wasser zu vermischen.

Aktive Mischer verfügen per Definition über bewegliche Teile. Der Wartungsaufwand kann jedoch minimal sein, und ihr Energieverbrauch ist in der Regel gering.

Einfache Nachrüstung / Installation / Wartung

Aktive Mischsysteme lassen sich problemlos in neue oder bestehende Tanks einbauen, ohne dass Kräne eingesetzt, Löcher gebohrt oder die Tanks entleert werden müssen. Sie können mithilfe eines Bodensockels, einer Aufhängung oder Rohrhalterungen montiert werden. Für Tankinspektionen und Wartungsarbeiten lassen sie sich leicht demontieren.

Vorteile der aktiven Durchmischung in Wassertanks

Eine aktive Durchmischung in Wassertanks bietet das ganze Jahr über Vorteile. Im Winter verhindert die aktive Durchmischung die Eisbildung. Im Sommer kann sich keine Schichtung bilden.

Im Winter verhindert eine aktive Durchmischung Schäden an Wassertanks. Für Wassertanks in kalten Klimazonen bieten aktive Durchmischsysteme mehrere Vorteile:

• Deutliche Verringerung der durch Eisbildung verursachten Sachschäden
• Minimierung des Risikos von Biofilmbildung und Desinfektionsnebenprodukten
• Verbesserung der allgemeinen Wasserqualität

Im Sommer verhindert die aktive Durchmischung die Schichtung. Durch die Verhinderung der Schichtung wirkt sich die aktive Durchmischung positiv auf das Wasseralter und die Desinfektion aus und verringert das Risiko der Nitrifikation sowie der Bildung von Desinfektionsnebenprodukten.

Verringerung der Verweildauer und der Restverluste

Ein aktives Durchmischungssystem sorgt für eine homogene Wasserqualität im gesamten Becken und verringert so das Alter des Wassers. Es minimiert oder verhindert das Wachstum von Biofilmen, indem es alle Innenflächen kontinuierlich mit Desinfektionsmittel versorgt. Dies wiederum minimiert den Desinfektionsmittelbedarf. Zudem wird die organische Verunreinigung durch mikrobielles Wachstum reduziert.

Verringerung des Nitrifikationsrisikos in chloraminiertem Wasser

Zwar verringert eine aktive Durchmischung das Nitrifikationsrisiko in Wassertanks, doch löst sie das Problem nicht vollständig. Die Nitrifikation in mit Chloramin behandelten Systemen ist ein komplexes Thema, doch eine vollständige und kontinuierliche Durchmischung ist für deren Bewältigung entscheidend. Ist zudem eine Verstärkung der Desinfektion erforderlich, ist diese in einem gut durchmischten Wassertank wesentlich effektiver und effizienter.

Verringerung der Bildung von Dbps und des Risikos einer biologischen Kontamination

Eine gleichbleibende Wasserqualität, insbesondere die Aufrechterhaltung eines wirksamen Chlorrestgehalts, verhindert das Risiko einer biologischen Kontamination. Die verringerte biologische Aktivität führt zu einem geringeren Gehalt an organischen Stoffen im Wasser und damit zu einer geringeren Bildung von Desinfektionsnebenprodukten.

CertiSafe-Mischer lösen Probleme in Wassertanks

Durch aktives Mischen wird ein proaktiver statt eines reaktiven Ansatzes zur Kontrolle der Wasserqualität im Verteilungsnetz verfolgt. Aktives Mischen verbessert die Wasserqualität und verringert die Zahl der Beschwerden bezüglich der Wasserqualität. Aktives Mischen sorgt für eine vollständige Durchmischung des Wassers durch:

• wodurch im gesamten Tank gleichmäßige Chlorrestkonzentrationen gewährleistet werden
• Beseitigung der thermischen Schichtung
• Verringerung des Biofilmwachstums

Für den unwahrscheinlichen Fall, dass der Restgehalt an Chlor oder Chloramin im Wassertank angepasst werden muss, sorgt ein aktiver Mischer für eine vollständige Durchmischung der zugesetzten Chemikalien.

Kasco bietet eine nach NSF-61 zugelassene, kostengünstige Lösung für Ihre Anforderungen an die Behältermischung. Von den verfügbaren aktiven Mischoptionen Der CertiSafe™-Kommunalmischer von Kasco Für Trinkwasser steht es aufgrund seines überlegenen Designs, seiner herausragenden Wirksamkeit, seiner Betriebseffizienz und seiner einfachen Installation ganz oben auf der Liste.

Fazit

Ihre kommunalen Wassertanks sind wertvolle Vermögenswerte – sowohl im Hinblick auf Ihre Kapitalinvestition als auch im Hinblick auf Ihr Engagement für die Versorgung Ihrer Gemeinde mit qualitativ hochwertigem Wasser. Regelmäßige Überprüfungen durch das Betriebspersonal und regelmäßige Inspektionen durch professionelle Ingenieure tragen zum Schutz Ihrer Anlage bei.

Doch selbst bei häufigen Inspektionen, regelmäßiger Wartung und den besten Bedienern können dennoch Probleme auftreten. Diese Probleme können durch Frost im Winter und hohe Temperaturen im Sommer verursacht werden. Wie wir jedoch gesehen haben, gibt es eine Lösung: aktives Mischen.

Die besten aktiven Durchmischsysteme für Trinkwassertanks sind auf Effizienz, Sicherheit und Langlebigkeit ausgelegt. Um Probleme in Ihren Wassertanks zu beheben, erfahren Sie mehr über Der CertiSafe-Tankmischer von Kasco.