Die Aufbereitung von Oberflächenwasser, Flusswasser und Rohwasser für die Trinkwassergewinnung stellt hohe Anforderungen an Verfahrenstechnik, Chemikaliendosierung und Prozessstabilität. Natürliche Wässer enthalten je nach Herkunft und Jahreszeit unterschiedliche Mengen an Schwebstoffen, kolloidalen Partikeln, Huminstoffen, Algen, Eisen, Mangan, Phosphorverbindungen und organischen Inhaltsstoffen. Viele dieser Stoffe liegen so fein verteilt oder gelöst vor, dass sie durch einfache Sedimentation nicht zuverlässig entfernt werden können.
Für diese Aufgaben werden in der modernen Wasseraufbereitung Verfahren der Fällung, Koagulation, Flockung und Sedimentation eingesetzt. Der ALMA BHU LHPS, ein Lamellar High Performance Settler, kombiniert diese Prozessschritte in einem kompakten Reaktorsystem. Das System vereint chemische Dosierung, Schnellmischung, Koagulation, Flockung, Lamellensedimentation und Schlammeindickung in einer Mehrkammereinheit. Dadurch entsteht ein leistungsfähiger und stabiler Aufbereitungsprozess, der auch bei schwankender Rohwasserqualität hohe Ablaufqualitäten ermöglicht.
Der LHPS-Reaktor ist besonders für Anwendungen geeignet, bei denen große Wassermengen auf kleiner Fläche behandelt werden müssen. Dies betrifft unter anderem die Oberflächenwasseraufbereitung aus Seen und Talsperren, die Flusswasseraufbereitung bei stark wechselnden Trübungen sowie die Vorbehandlung von Rohwasser in der Trinkwasseraufbereitung.
Inhaltsverzeichnis
Aufbau und Grundprinzip des LHPS-Reaktors
Der ALMA BHU LHPS ist als mehrstufiges Reaktorsystem aufgebaut. Die einzelnen Prozesszonen sind hydraulisch und verfahrenstechnisch so miteinander verbunden, dass die Wasserinhaltsstoffe schrittweise destabilisiert, in Flocken überführt, abgeschieden und als Schlamm eingedickt werden.
Der Reaktor besteht im Wesentlichen aus drei aufeinanderfolgenden Reaktionsbereichen: dem Koagulationsreaktor, dem Flockungsreaktor und der Sedimentationszone mit darüber angeordneter Lamellenklärung sowie darunterliegender Schlammeindickung.
Im Koagulationsreaktor wird das Koagulations- und Fällungsmittel dosiert. In der Regel wird hierfür Polyaluminiumchlorid, kurz PAC, eingesetzt. Direkt nach der Dosierung beginnt die chemische Destabilisierung der im Wasser enthaltenen Partikel. Viele natürliche Trübstoffe, Tonminerale, organische Kolloide und fein verteilte Partikel besitzen eine elektrische Oberflächenladung. Diese Ladung verhindert, dass sich die Partikel gegenseitig anlagern, da sie sich im Wasser elektrostatisch abstoßen. Durch die Zugabe von PAC werden diese Ladungen reduziert oder neutralisiert. Gleichzeitig entstehen Aluminiumhydroxid-Strukturen mit großer spezifischer Oberfläche, an denen Partikel, organische Stoffe und teilweise auch gelöste Inhaltsstoffe adsorbieren können.
Aus den ursprünglich stabil im Wasser verteilten Teilchen entstehen dadurch erste Mikroflocken. Diese sind noch klein und nicht ausreichend sedimentierbar, bilden jedoch die Grundlage für die nachfolgende Flockung. Entscheidend ist, dass das Fällungsmittel schnell und gleichmäßig im Wasser verteilt wird. Deshalb erfolgt die PAC-Dosierung im LHPS-Reaktor im Bereich eines intensiv arbeitenden Schnellmischers. Der Energieeintrag ist in dieser Zone bewusst hoch, damit das Fällungsmittel innerhalb sehr kurzer Zeit mit dem gesamten Rohwasserstrom in Kontakt kommt.
Nach der Koagulation gelangt das Wasser in den Flockungsreaktor. Dort werden die gebildeten Mikroflocken unter kontrollierten hydraulischen Bedingungen zu größeren, dichteren und gut absetzbaren Makroflocken aufgebaut. Hierzu wird ein Flockungshilfsmittel, meist ein Polymer, dosiert. Dieses Polymer verbindet einzelne Mikroflocken miteinander und unterstützt die Ausbildung stabiler Flockenstrukturen. Anders als in der Koagulation ist in dieser Prozessstufe kein hoher Energieeintrag gewünscht. Zu starke Scherkräfte würden die entstehenden Flocken wieder zerstören. Deshalb arbeitet der Flockungsreaktor mit langsamer, kontrollierter Durchmischung.
Die dritte Hauptzone ist die Sedimentationszone. Hier werden die gebildeten Flocken durch Schwerkraft abgeschieden. Oberhalb der Sedimentationszone befinden sich Lamellenmodule, die die wirksame Absetzfläche erheblich vergrößern. Das Wasser strömt nach oben durch die Lamellen, während die Flocken an den geneigten Flächen nach unten gleiten und in die Schlammeindickzone gelangen. Auf diese Weise können hohe hydraulische Belastungen bei kompakter Bauweise erreicht werden.
Foto: Grundlegender Aufbau des ALMA BHU LHPS-Reaktors
Rohwasserzulauf und gleichmäßige Verteilung
Zu Beginn des Prozesses wird das Rohwasser den einzelnen Behandlungslinien des LHPS-Reaktors zugeführt. Jede Zuleitung ist mit Durchflussmessung und Regelarmatur ausgestattet, sodass die hydraulische Belastung jeder Linie individuell eingestellt werden kann. Diese gleichmäßige Verteilung ist entscheidend für eine stabile Fällung und Flockung, da die Dosierung der Chemikalien proportional zum Rohwasserstrom erfolgt.
Gerade bei Oberflächenwasser und Flusswasser schwankt die Rohwasserqualität oft stark. Nach Starkregenereignissen können Trübung, Feststofffracht und organische Belastung kurzfristig deutlich ansteigen. Auch saisonale Einflüsse wie Algenwachstum oder Laubeintrag verändern die Wasserzusammensetzung. Eine präzise Durchflussregelung bildet deshalb die Grundlage dafür, dass die nachfolgenden Dosierschritte stabil und reproduzierbar ablaufen.
In der Trinkwasseraufbereitung ist diese kontrollierte Rohwasserverteilung besonders wichtig, weil bereits die Vorbehandlung einen wesentlichen Einfluss auf die Leistung nachgeschalteter Filterstufen, Aktivkohlefilter oder Desinfektionsverfahren hat. Je gleichmäßiger die Partikel und organischen Inhaltsstoffe in der Fällungs- und Flockungsstufe entfernt werden, desto geringer ist die Belastung der nachfolgenden Aufbereitungsschritte.
Koagulation und Schnellmischung im LHPS-Reaktor
Im ersten aktiven Behandlungsschritt wird das Koagulationsmittel in den Koagulationsreaktor injiziert. Der Einspritzpunkt befindet sich im Bereich der Mischerschaufeln, wodurch eine sehr schnelle Verteilung des Fällungsmittels im gesamten Reaktorvolumen erreicht wird. Im beschriebenen Verfahrenskonzept wird flüssiges PAC in einer Dosierkonzentration von etwa fünf Prozent eingesetzt.
PAC ist in der Wasseraufbereitung besonders verbreitet, weil es eine hohe Wirksamkeit bei der Destabilisierung kolloidaler Partikel besitzt und gleichzeitig relativ gut steuerbar ist. Sobald PAC in das Rohwasser gelangt, bilden sich aluminiumhaltige Hydrolyseprodukte. Diese reagieren mit den im Wasser vorhandenen Partikeln und gelösten Bestandteilen. Dabei werden elektrische Oberflächenladungen reduziert, wodurch die zuvor stabil suspendierten Partikel ihre gegenseitige Abstoßung verlieren. Gleichzeitig entstehen feine Hydroxidflocken, die wie Adsorptionsflächen wirken.
In der Praxis bedeutet dies: Sehr kleine Trübstoffe, organische Kolloide, Huminstoffe oder feinste Metallhydroxide werden nicht einfach „herausgefiltert“, sondern chemisch-physikalisch in eine Form überführt, die sich anschließend mechanisch abtrennen lässt. Die Koagulation schafft also die Voraussetzung dafür, dass aus nicht absetzbaren Bestandteilen sedimentierbare Flocken entstehen.
Der Energieeintrag im Koagulationsreaktor liegt deutlich höher als in der späteren Flockungsstufe. Dies ist notwendig, weil die Reaktionen unmittelbar nach der Dosierung stattfinden und das Fällungsmittel in sehr kurzer Zeit gleichmäßig verteilt werden muss. Eine unzureichende Durchmischung würde dazu führen, dass lokal Über- oder Unterdosierungen entstehen. Bei Unterdosierung bleiben Kolloide stabil, bei Überdosierung können Flocken instabil werden oder unnötig hohe Chemikalienverbräuche entstehen.
Die Mischgeschwindigkeit und die Verweilzeit sind deshalb auf die Bildung von Mikroflocken abgestimmt. Das Ziel besteht nicht darin, bereits in dieser Stufe große Flocken zu erzeugen, sondern eine möglichst vollständige Destabilisierung der Wasserinhaltsstoffe zu erreichen. Die entstehenden Mikroflocken bilden anschließend die Grundlage für die eigentliche Flockenbildung im Flockungsreaktor.
Foto: Schematischer Aufbau des Flockungsreaktors
Übergang in den Flockungsreaktor und Zugabe von Kontaktschlamm
Nach der Koagulation fließt das Wasser über ein untenliegendes Verbindungsrohr in den Flockungsreaktor. Bereits in diesem Übergangsbereich erfolgt ein zentraler verfahrenstechnischer Schritt: die Zugabe von rezirkuliertem Schlamm.
Dieser Rücklaufschlamm stammt aus der Sedimentations- und Eindickzone des LHPS-Reaktors und enthält bereits gebildete Flocken. Durch seine Rückführung werden dem Prozess aktive Feststoffoberflächen und Kristallisationskeime zugeführt. Die Fällungs- und Flockungsreaktionen laufen dadurch nicht nur im freien Wasservolumen ab, sondern bevorzugt an vorhandenen Partikeloberflächen. Das erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit und verbessert die Stabilität der entstehenden Flocken.
Chemisch-physikalisch betrachtet wirkt der Kontaktschlamm wie ein Reaktions- und Adsorptionsmedium. Feine Partikel, gelöste organische Stoffe und neu gebildete Hydroxidstrukturen können sich an bereits vorhandene Flocken anlagern. Dadurch steigt die Flockendichte im Reaktor, und die Wahrscheinlichkeit erfolgreicher Partikelkollisionen nimmt deutlich zu. Aus vielen kleinen, langsam reagierenden Einheiten entsteht ein dichteres Flockensystem mit besseren Sedimentationseigenschaften.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Fällungsreaktionen gezielt an den suspendierten Flocken und nicht an Wänden, Einbauten oder Rührwerken stattfinden. Dadurch werden Ablagerungen im Reaktor reduziert und die Betriebssicherheit erhöht. Gerade bei wechselnder Rohwasserqualität, wie sie in der Flusswasseraufbereitung typisch ist, trägt die Kontaktschlammrückführung wesentlich zur Prozessstabilität bei.
Polymerdosierung und Aufbau stabiler Makroflocken
Im Flockungsreaktor wird zusätzlich ein anionisches Polymer dosiert. Das Polymer dient nicht in erster Linie der chemischen Fällung, sondern unterstützt den mechanisch-physikalischen Aufbau großer, dichter und absetzbarer Flocken. Die zuvor gebildeten Mikroflocken werden durch das Polymer miteinander verbunden. Dabei entstehen Brücken zwischen einzelnen Partikeln und Flockenstrukturen, wodurch die Flocken wachsen und an Festigkeit gewinnen.
Die Dosierung des Polymers erfolgt gezielt an der Anströmseite des Turbinenrührwerks. Damit das Polymer schnell und gleichmäßig in das Wasser eingetragen wird, wird es über einen Dosierring mit mehreren Bohrungen verteilt und vor der Zugabe verdünnt. Diese Verdünnung ist wichtig, weil hochkonzentrierte Polymerlösungen lokal zu Überdosierungen oder zu einer ungleichmäßigen Flockenstruktur führen könnten. Eine gute Verteilung sorgt dafür, dass das Polymer mit möglichst vielen Mikroflocken in Kontakt kommt und die Brückenbildung effizient abläuft.
Die Polymerdosierung wird in Abhängigkeit vom Rohwasserstrom berechnet und proportional angepasst. Dadurch bleibt die Wirkstoffkonzentration im Verhältnis zur behandelten Wassermenge konstant. Bei starken Änderungen der Rohwasserqualität kann die Dosierkonzentration angepasst werden. Dies ist besonders relevant bei Oberflächenwasser und Flusswasser, da sich Trübung, organische Belastung und Partikelzusammensetzung schnell verändern können.
Für die Flockenbildung ist nicht nur die richtige Chemikaliendosierung entscheidend, sondern auch die Strömungsführung im Reaktor. Die Flocken müssen häufig genug miteinander kollidieren, damit sie wachsen können. Gleichzeitig dürfen die Scherkräfte nicht zu hoch sein, da große Flocken sonst wieder zerbrechen. Der LHPS-Flockungsreaktor ist deshalb so ausgelegt, dass Energieeintrag, Verweilzeit und Rührwerkscharakteristik aufeinander abgestimmt sind.
Langsame Durchmischung und abgestufter Energieeintrag
Im Gegensatz zur Schnellmischung im Koagulationsreaktor arbeitet der Flockungsreaktor mit einem langsam laufenden Turbinenrührwerk. Die Drehzahl liegt im niedrigen Bereich und kann über einen Frequenzumrichter angepasst werden. Ziel ist eine gleichmäßige, aber schonende Durchmischung.
Diese Betriebsweise ist für die Flockenqualität entscheidend. Während in der Koagulation ein hoher Energieeintrag für schnelle chemische Reaktionen erforderlich ist, muss die Flockung unter deutlich ruhigeren Bedingungen stattfinden. Die entstehenden Flocken besitzen eine poröse Struktur. Sie müssen groß genug werden, um gut sedimentieren zu können, aber gleichzeitig dicht und stabil genug bleiben, um in der Sedimentationszone nicht wieder aufzubrechen.
Der ALMA BHU LHPS nutzt hierfür einen abgestuften Energieeintrag. Vom Koagulationsreaktor über den Loop-Flockungsreaktor bis zur nachfolgenden Aufstiegszone nimmt die Durchmischungsintensität schrittweise ab. Diese Abnahme unterstützt den natürlichen Wachstumsprozess der Flocken. Zunächst entstehen viele kleine Mikroflocken, anschließend wachsen diese unter kontrollierter Bewegung zu größeren Flocken, und in der letzten Zone kann sich die Flockenstruktur weiter stabilisieren.
Die Flockungszone ist als Rührschlaufenreaktor mit geschlossener Umlaufströmung aufgebaut. Die Kreislaufkammer besteht aus einem zentralen Führungsrohr, in dem die Turbine installiert ist, und einer äußeren Flockungszone. Beide Bereiche sind oben und unten miteinander verbunden. Das Wasser zirkuliert dadurch kontrolliert durch den Reaktor, wodurch eine gleichmäßige Kontaktzeit und eine gute Durchmischung erreicht werden.
Diese hydraulische Gestaltung hat einen wichtigen Einfluss auf die Flockungskinetik. Flockenbildung ist kein rein chemischer Vorgang, sondern hängt stark von der Anzahl wirksamer Partikelkontakte ab. Zu wenig Bewegung führt zu unzureichenden Kollisionen, zu viel Bewegung zerstört bereits gebildete Flocken. Der ALMA BHU LHPS-Reaktor stellt zwischen diesen beiden Extremen ein ausgewogenes Verhältnis her.
Verweilzeit als Schlüssel für stabile Ablaufqualität
Die Verweilzeit im Bereich der Flockung und der nachfolgenden Aufstiegszone beträgt im beschriebenen System etwa 12 bis 25 Minuten. Diese Aufenthaltszeit ist wesentlich für die vollständige Flockenbildung und damit für die Qualität der nachfolgenden Feststoffabtrennung.
Während dieser Zeit laufen mehrere Vorgänge gleichzeitig ab. Die destabilisierten Partikel lagern sich an die vorhandenen Flocken an, Polymerbrücken stabilisieren die Flockenstruktur, und die Kontaktschlammrückführung erhöht die Zahl aktiver Oberflächen. Dadurch entstehen größere und dichtere Flocken mit guten Absetzeigenschaften.
Eine ausreichend lange Verweilzeit ist insbesondere bei kaltem Wasser von Bedeutung. Niedrige Wassertemperaturen erhöhen die Viskosität des Wassers und verlangsamen viele Reaktions- und Transportprozesse. In der Praxis kann dies dazu führen, dass Flocken langsamer wachsen oder weniger stabil ausgebildet werden. Durch die abgestimmte Verweilzeit und die Rückführung von Kontaktschlamm bleibt der Prozess auch bei niedrigen Temperaturen stabil.
Für die Oberflächenwasseraufbereitung ist dies besonders wichtig, da Seen und Talsperren im Jahresverlauf deutliche Temperaturschwankungen aufweisen. In der Flusswasseraufbereitung können zusätzlich schnelle Änderungen der Rohwassertrübung auftreten. In der Trinkwasseraufbereitung wiederum ist eine gleichbleibend hohe Prozessstabilität erforderlich, um nachgeschaltete Filtrations- und Desinfektionsstufen zuverlässig zu entlasten.
Sedimentation im LHPS-Reaktor
Nach der Flockung gelangt das Wasser in die Sedimentationskammer. Dort werden die gebildeten Makroflocken durch die Schwerkraft vom Wasser getrennt. Die Qualität dieser Abscheidung hängt direkt von der zuvor erreichten Flockenstruktur ab. Große, dichte und robuste Flocken sinken schneller ab und führen zu niedrigeren Trübungswerten im Klarwasser.
Der ALMA BHU LHPS-Reaktor nutzt eine lamellenunterstützte Sedimentation. Dabei wird die Sedimentationsfläche durch geneigte Lamellenmodule stark vergrößert. Das Wasser strömt durch die Lamellen nach oben, während die Feststoffe an den Lamellenflächen nach unten gleiten. Dieses Gegenstromprinzip ermöglicht eine hohe Abscheideleistung auf vergleichsweise kleiner Grundfläche.
Die im Dokument beschriebenen wabenförmigen Lamellenmodule bieten günstige hydraulische Eigenschaften. Innerhalb der Lamellen entstehen beruhigte Strömungsbedingungen, die die Abscheidung feiner Flocken unterstützen. Gleichzeitig besitzen die Module aufgrund ihrer Struktur eine hohe mechanische Stabilität. Die Lamellen sind geneigt, sodass die abgeschiedenen Flocken selbsttätig nach unten rutschen und in den Schlammbereich gelangen.
Aus verfahrenstechnischer Sicht wirkt die Lamellensedimentation wie eine Vervielfachung der Absetzfläche. In einem klassischen Absetzbecken bestimmt die horizontale Oberfläche maßgeblich die mögliche hydraulische Belastung. Durch die geneigten Lamellen wird diese wirksame Fläche erheblich erhöht. Dadurch kann der Reaktor kompakter gebaut werden, ohne die Trennleistung zu verschlechtern.
Für Anlagen zur Flusswasseraufbereitung ist dies ein großer Vorteil, weil bei Hochwasserereignissen hohe hydraulische Lasten und hohe Trübungsfrachten auftreten können. In der Oberflächenwasseraufbereitung ermöglicht die Lamellentechnologie eine platzsparende Bauweise, etwa bei begrenzten Flächen in bestehenden Wasserwerken. In der Trinkwasseraufbereitung trägt sie dazu bei, die Partikelfracht vor der Filtration deutlich zu reduzieren.
Foto: Schlammabtrennung mit wabenförmigen Lamellenabscheider im ALMA BHU LHPS-Reaktor
Klarwasserabzug und Schutz der Ablaufqualität
Das aufbereitete Wasser wird oberhalb der Lamellen gesammelt und über Klarwasserrinnen abgeführt. Die Anordnung der Klarwasserkanäle ist darauf ausgelegt, eine gleichmäßige Abströmung zu ermöglichen und hydraulische Kurzschlussströmungen zu vermeiden. Eine gleichmäßige Belastung der Lamellen ist entscheidend, damit die Flocken nicht durch lokale Strömungsspitzen ausgetragen werden.
Die Ablaufqualität wird im Betrieb über zentrale Parameter wie Trübung und pH-Wert überwacht. Beide Werte liefern wichtige Informationen über die Prozessleistung. Eine steigende Trübung im Klarwasser kann auf unvollständige Koagulation, gestörte Flockenbildung, hydraulische Überlastung oder zu hohe Scherkräfte hinweisen. Der pH-Wert beeinflusst die Wirksamkeit der Fällungschemikalien und die Löslichkeit der entstehenden Metallhydroxide. Deshalb ist die pH-Überwachung ein wesentlicher Bestandteil der Prozesskontrolle.
In der Trinkwasseraufbereitung hat dieser Zusammenhang besondere Bedeutung. Eine stabile Fällung und Flockung reduziert nicht nur Trübstoffe, sondern auch natürliche organische Substanzen. Dadurch werden nachgeschaltete Filter entlastet, der Desinfektionsmittelbedarf kann sinken, und die Bildung unerwünschter Desinfektionsnebenprodukte wird reduziert.
Schlammeindickung im integrierten System
Die im Sedimentationsbereich abgeschiedenen Flocken sammeln sich im unteren Bereich des LHPS-Reaktors. Dort ist eine integrierte Schlammeindickzone angeordnet. Ein Räumer transportiert den abgesetzten Schlamm in einen zentralen Schlammtrichter. Zusätzliche Räumschilde und Krälstäbe unterstützen die Eindickung, indem sie den Schlamm bewegen und gleichzeitig das Abführen von Wasser nach oben erleichtern.
Die integrierte Schlammeindickung ist ein wesentlicher Vorteil des LHPS-Systems. Bei vielen konventionellen Fällungs- und Flockungsanlagen fällt ein relativ dünner Schlamm an, der vor der Entwässerung zunächst in separaten Eindickern behandelt werden muss. Der LHPS kann durch die Kombination aus Lamellensedimentation, Schlammräumung und Rückführung hohe Schlammkonzentrationen erreichen. Dadurch kann der entnommene Schlamm häufig direkt einer Entwässerung zugeführt werden.
Dies reduziert den Platzbedarf, vereinfacht die Schlammbehandlung und kann Betriebskosten senken. Gleichzeitig verbessert die hohe Schlammkonzentration im System die Flockungsreaktion, weil ein Teil des eingedickten Schlamms als Kontaktschlamm in die Flockungszone zurückgeführt wird.
Rücklaufschlamm und Überschussschlamm
Aus dem zentralen Schlammtrichter wird ein Teil des Schlamms als Rücklaufschlamm mit Exzenterschneckenpumpen in die vorgeschaltete Flockung zurückgeführt. Die Pumpendrehzahl wird automatisch in Abhängigkeit vom Rohwasserstrom angepasst. Dadurch bleibt das Verhältnis von Rohwasser, Chemikaliendosierung und Kontaktschlamm auch bei wechselnder hydraulischer Belastung stabil.
Der überschüssige Schlamm wird separat aus dem Schlammtrichter abgezogen. Die Entnahme erfolgt diskontinuierlich, da der Schlamm aufgrund seiner hohen Konsistenz bei kontinuierlicher Förderung zu geringe Fließgeschwindigkeiten in den Leitungen verursachen könnte. Eine intermittierende Förderung sorgt dafür, dass Ablagerungen und Verstopfungen vermieden werden. Die Steuerung berücksichtigt dabei Rohwasserfluss, Rohwassertrübung und Schlammdichte in der Sedimentation.
Diese Betriebsweise zeigt, dass die Schlammbehandlung kein nachgelagerter Nebenprozess ist, sondern integraler Bestandteil der Wasseraufbereitung. Die Qualität der Flockung, die Leistung der Sedimentation und die Stabilität der Schlammeindickung beeinflussen sich gegenseitig. Der ALMA BHU LHPS-Reaktor nutzt diese Wechselwirkung gezielt, indem er den Schlamm nicht nur entfernt, sondern teilweise wieder als reaktives Prozessmedium einsetzt.
Foto: Schlammabscheider mit Eindickung und Rundräumer des ALMA BHU LHPS-Reaktors
Automatisierte Prozesssteuerung mit ALMAControl
Die Behandlung im ALMA BHU LHPS-Reaktor wird über das ALMAControl-System gesteuert. Die Automatisierung umfasst unter anderem die Dosierung von PAC und Polymer in Abhängigkeit vom Rohwasserfluss, die pH-Wert-Anpassung, die Schlammrückführung sowie den Überschussschlammabzug.
Eine durchflussproportionale Chemikaliendosierung ist besonders wichtig, weil die Wasserqualität und die Wassermenge in vielen Anwendungen nicht konstant sind. Bei Oberflächenwasser können Niederschläge, Algenblüten oder saisonale Veränderungen die Rohwasserzusammensetzung beeinflussen. Bei Flusswasser treten oft kurzfristige Schwankungen durch Hochwasser, Sedimenteintrag oder industrielle und landwirtschaftliche Einflüsse auf. In der Trinkwasseraufbereitung muss der Prozess dennoch so stabil geführt werden, dass die nachfolgenden Stufen zuverlässig arbeiten können.
Neben der Durchflussmenge sind Trübung und pH-Wert zentrale Führungsgrößen. Der pH-Wert beeinflusst die Löslichkeit und Wirksamkeit der Fällungsprodukte. Ist der pH-Wert nicht im optimalen Bereich, kann die Fällung unvollständig ablaufen oder die Flockenqualität abnehmen. Durch gezielte Säure- oder Laugedosierung kann der Prozessbereich so eingestellt werden, dass Koagulation, Flockung und nachgeschaltete Filtration optimal zusammenspielen.
Anwendung in der Oberflächenwasseraufbereitung
Bei der Aufbereitung von Oberflächenwasser aus Seen, Talsperren oder Speicherbecken steht häufig die Entfernung von Trübstoffen, Algen, Huminstoffen und Phosphor im Vordergrund. Diese Stoffe treten saisonal sehr unterschiedlich auf. Während im Frühjahr und Sommer biologische Prozesse wie Algenwachstum dominieren können, führen Herbst und Winter oft zu erhöhtem Eintrag organischer Substanzen und mineralischer Partikel.
Der LHPS-Reaktor eignet sich für diese Anwendung, weil er sowohl chemisch als auch hydraulisch flexibel geführt werden kann. Durch die PAC-Dosierung werden fein verteilte Partikel und organische Kolloide destabilisiert. Die anschließende Flockung überführt diese Stoffe in absetzbare Flocken. Die Lamellensedimentation entfernt die Feststoffe zuverlässig, während die integrierte Schlammeindickung den anfallenden Schlamm konzentriert.
Besonders vorteilhaft ist die Kontaktschlammrückführung. Oberflächenwasser enthält häufig Stoffe, die nur langsam oder unvollständig reagieren. Durch die Rückführung aktiver Flockenoberflächen wird die Reaktionskinetik verbessert. Organische Stoffe können länger mit den Flocken in Kontakt bleiben und dadurch besser adsorbieren. Das verbessert nicht nur die Klarwasserqualität, sondern entlastet auch nachgeschaltete Filtrationsstufen.
Anwendung in der Flusswasseraufbereitung
Flusswasser stellt besonders hohe Anforderungen an die Verfahrenstechnik, weil sich Qualität und Menge sehr schnell ändern können. Bei Hochwasser steigen Trübung und Feststofffracht oft innerhalb kurzer Zeit stark an. Gleichzeitig können organische Belastungen, Algen, Mikroverunreinigungen und landwirtschaftliche Einträge auftreten.
Ein Aufbereitungssystem für Flusswasser muss deshalb robust gegenüber hydraulischen und stofflichen Schwankungen sein. Der ALMA BHU LHPS-Reaktor erreicht dies durch die Kombination aus intensiver Schnellmischung, kontrollierter Flockung, Kontaktschlammrückführung und Lamellenklärung. Die durchflussproportionale Dosierung sorgt dafür, dass Chemikalienmenge und Rohwasserstrom aufeinander abgestimmt bleiben. Die Schlammrückführung erhöht die Flockendichte im System und verbessert die Abscheidung auch bei wechselnder Rohwasserzusammensetzung.
Die Lamellensedimentation ist für Flusswasser besonders geeignet, weil hohe Feststofffrachten auf kompakter Fläche behandelt werden können. Gleichzeitig sorgt die integrierte Eindickung dafür, dass auch größere Schlammfrachten effizient aus dem Prozess entfernt werden. Dies ist insbesondere bei Starkregen- oder Hochwasserereignissen ein wesentlicher Betriebsvorteil.
Anwendung in der Trinkwasseraufbereitung
In der Trinkwasseraufbereitung dient die Fällung und Flockung meist als zentrale Vorbehandlungsstufe. Ziel ist es, Trübstoffe, natürliche organische Stoffe, Algen, Eisen, Mangan, Phosphor und partikelgebundene Verunreinigungen so weit zu reduzieren, dass die nachfolgenden Prozessstufen sicher und wirtschaftlich arbeiten können.
Der LHPS-Reaktor unterstützt diese Aufgabe durch eine stabile und kontrollierte Entfernung der Partikel- und Kolloidfraktion. Die Koagulation reduziert die Stabilität feinster Wasserinhaltsstoffe, die Flockung bildet daraus abtrennbare Makroflocken, und die Lamellensedimentation entfernt diese aus dem Wasserstrom. Das Ergebnis ist ein deutlich klareres Wasser mit geringerer Partikelfracht.
Dies hat direkte Auswirkungen auf die Betriebssicherheit eines Wasserwerks. Filterlaufzeiten können verlängert werden, Rückspülintervalle lassen sich reduzieren, und Aktivkohle- oder Membranstufen werden weniger stark belastet. Gleichzeitig kann die Entfernung natürlicher organischer Stoffe dazu beitragen, den Desinfektionsmittelbedarf und das Potenzial zur Bildung von Desinfektionsnebenprodukten zu verringern.
Für die Trinkwasseraufbereitung ist außerdem die Prozessüberwachung entscheidend. Online-Messungen von Trübung und pH-Wert ermöglichen eine kontinuierliche Bewertung der Ablaufqualität. In Verbindung mit der automatisierten Steuerung kann der LHPS-Reaktor an wechselnde Rohwasserbedingungen angepasst werden, ohne dass die Stabilität der Aufbereitung verloren geht.
Vorteile des ALMA BHU LHPS-Systems
Der ALMA BHU LHPS verbindet die wesentlichen Schritte der chemisch-physikalischen Wasseraufbereitung in einem kompakten System. Gegenüber konventionellen Anlagen ergeben sich mehrere verfahrenstechnische Vorteile.
Die intensive Schnellmischung stellt sicher, dass das Fällungsmittel unmittelbar nach der Dosierung optimal verteilt wird. Die nachgeschaltete Flockungszone bietet mit ihrem abgestuften Energieeintrag und der definierten Verweilzeit günstige Bedingungen für den Aufbau stabiler Flocken. Die Kontaktschlammrückführung erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit, verbessert die Adsorption und führt zu dichteren, besser sedimentierbaren Flocken.
Die Lamellensedimentation ermöglicht eine hohe Abscheideleistung auf kleiner Fläche. Gleichzeitig sorgt die integrierte Schlammeindickung dafür, dass der entstehende Schlamm konzentriert abgezogen und teilweise als Prozessmedium zurückgeführt werden kann. Die automatische Steuerung über ALMAControl verbindet diese Prozessschritte zu einem stabilen Gesamtsystem.
Damit eignet sich der LHPS besonders für Anwendungen, bei denen hohe Anforderungen an Ablaufqualität, Betriebssicherheit und Flächeneffizienz gestellt werden. Dies gilt für kommunale und industrielle Wasseraufbereitung ebenso wie für die Vorbehandlung von Oberflächenwasser, Flusswasser und Rohwasser zur Trinkwassergewinnung.
Fazit
Fällung und Flockung sind zentrale Verfahren der modernen Wasseraufbereitung. Sie ermöglichen die Entfernung von Stoffen, die aufgrund ihrer geringen Größe, elektrischen Stabilität oder gelösten Form nicht direkt sedimentieren oder filtrieren würden. Durch die gezielte Dosierung von Fällungs- und Flockungsmitteln werden diese Stoffe destabilisiert, in Flocken eingebunden und anschließend mechanisch abgetrennt.
Der ALMA BHU LHPS setzt dieses Prinzip in einem kompakten und leistungsfähigen Reaktorsystem um. Koagulation, Flockung, Kontaktschlammrückführung, Lamellensedimentation und Schlammeindickung greifen verfahrenstechnisch ineinander. Dadurch entsteht ein stabiler Prozess, der auch bei schwankender Rohwasserqualität zuverlässig arbeitet.
Foto: ALMA BHU LHPS in einer Papierfabrik als Flusswasseraufbereitungsanlage
Eindrücke realisierter ALMA BHU LHPS Anlagen
