Wasserversorgungsanlagen

CARIX®-Anlage
Nanofiltration
Wasserturm (Bad Rappenau)

Die Teilenthärtung des Grundwassers nach dem CARIX®-Verfahren1

Jedes natürliche Wasser enthält mehr oder weniger Calcium- und Magnesiumsalze. Sie werden als Härtebildner bezeichnet, da sie die Härte des Wassers verursachen. Obwohl in medizinischer Hinsicht erwünscht, machen sich Härtebildner in erhöhter Konzentration für den Verbraucher unangenehm bemerkbar: Calcium- und Magnesium-Ionen geben mit Seife unlösliche Verbindungen. Sie erhöhen so den Seifenverbrauch.

Im Zeitalter synthetischer Waschmittel ist dies vielleicht von untergeordneter Bedeutung. Schlimmer sind die Folgen der Wasserhärte im technischen Bereich: Hohe Gehalte an Härtebildnern führen bei höheren Temperaturen zu Ausfällungen, d.h. zu Verkrustungen und Ablagerungen (Kesselstein) im Warmwasserbereich, die nur Nachteile bringen, u. a. auch einen erhöhten Energieverbrauch. Der Gehalt eines Wassers an Härtebildnern wird hierzulande traditionell in „Grad deutsche Härte“ [° dH]2 gemessen. Hat Wasser die Härte 1° dH, dann bedeutet dies, dass ein Liter dieses Wassers (definitionsgemäß) genau soviel Calcium-Ionen (Ca2+) enthält, wie in 10 mg Calciumoxid enthalten sind3.

Wurde früher die Qualität eines Wassers ausschließlich an dessen Trinkwassereigenschaften gemessen, wobei hartes Wasser als besonders schmackhaft galt, gewannen in den letzten Jahrzehnten die Brauchwassereigenschaften immer mehr an Bedeutung. Die Gründe dafür liegen vor allem im stark angestiegenen Warmwasserverbrauch der modernen Haushalte. Üblicherweise ordnet man die Trinkwässer folgenden drei Härtebereichen zu:

Härtebereich Summe der Konzentrationen
der ?Ca2+- und Mg2+-?Ionen
[mmol/L]
Gesamthärte [°dH]
weich < 1,5 < 8,4
mittel 1,5 – 2,5 8,4 – 14
hart > 2,5 > 14

Der das Grundwasser beeinflussende geologische Untergrund des Verbandsgebiets enthält Kalk, Dolomit und Gips führende Schichten, die als Erdalkali-Verbindungen potentielle Härtebildner sind. Beim Kontakt mit kohlenstoffdioxidhaltigem Sickerwasser geben sie regelmäßig Substanzanteile an das Wasser ab. Das Grundwasser unserer Region, und damit auch das Trinkwasser, enthalten so naturgemäß einen hohen Anteil an diesen Härtebildnern. Mit einer Gesamthärte von bis zu 30° dH (5,36 mmol Calcium-Ionen/Liter) gehört das naturgegebene Trinkwasser unserer Region in die Kategorie „sehr hart“. Diese große Härte unseres Grundwassers war in früheren Zeiten kein schwerwiegendes Problem. Mit fortschreitender Technisierung der Haushalte geriet aber das harte Wasser mehr und mehr zur Belastung. Warmwassergeräte und Warmwasseranlagen wurden in Kürze durch Kalkablagerungen (Kesselstein) beeinträchtigt. Deren Beseitigung mit Säure war mühsam und für die Geräte im Bereich von Metallen schädlich. Wollte man das Problem an der richtigen Stelle anpacken, musste man die Härte des Wassers noch vor seiner Anwendung in den Geräten beseitigen oder zumindest reduzieren.

Private und zentrale Enthärtung

Dies veranlasste zahlreiche Haushalte zum Einbau von Enthärtungsgeräten. Die Apparate, wenn sie noch frisch und unverbraucht waren, entzogen dem harten Wasser die darin gelösten Bestandteile der Härtebildner. Sie wurden zwar nach einiger Zeit unwirksam, konnten aber dann regeneriert werden. Die Regenerierung geschah mit hochkonzentrierter Kochsalzlösung und musste in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Wie sehr diese Methode verbreitet war, zeigt die Tatsache, dass im Jahr 1980 ca. 57 Prozent des verkauften Wassers privat enthärtet wurden. Allein im Ortsnetz von Bad Rappenau wurden zur Regenerierung der Enthärtungsanlagen 300.000 kg Kochsalz eingesetzt. Dies bedeutete, abgesehen von den Betriebskosten, eine ständige große Belastung der Kläranlage mit dem ausgespülten Regeneriersalz. Außerdem verursachten die Regenerierabwässer Schäden im Kanalisationsnetz. Sollte die Enthärtung des Rohwassers ökonomisch und ökologisch sinnvoll sein, so musste sie an zentraler Stelle und ohne die Regenerierung mit Kochsalz durchgeführt werden.

Prüfung und Auswahl der Verfahren

Die Tauglichkeit zentraler Enthärtungsverfahren wurde zunächst mit Hilfe von Versuchsanlagen geprüft. Neben dem Pellet-Verfahren, bei dem zur Fällung des Kalks Natronlauge eingesetzt wird, kam das noch neue CARIX-Verfahren in die engere Wahl. Das CARIX-Verfahren ist das einzige Ionenaustauschverfahren, das in der öffentlichen Trinkwasserversorgung eingesetzt wird. Es hatte sich in einer Pilotanlage bereits bewährt. Anders als beim Pellet-Verfahren, wo die Härtebildner als Feststoffe ausfallen, werden sie beim CARIX-Verfahren zusammen mit Sulfat- und Nitrat-Ionen mit Hilfe von Ionenaustauschern in löslicher Form aus dem Wasser entfernt. Der wesentliche Vorteil des CARIX-Verfahrens liegt darin, dass die Regenerierung der Austauscher mit Kohlenstoffdioxid und nicht mit den herkömmlichen Mitteln (Säuren, Laugen oder Kochsalz) erfolgt. Neben der großen Härte bereiteten auch steigende Nitrat-Werte im Trinkwasser Probleme, die gleichermaßen mit dem CARIX-Verfahren gelöst werden konnten.

Bei den Entnahmebrunnen des Verbands im landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebiet um Haßmersheim kam es in wenigen Jahren zu einem starken Anstieg der Nitratkonzentration (NO3–-Konzentration) im Grundwasser. Während der NO3–-Gehalt des Mischwassers bei den Pilotversuchen Ende 1983 / Anfang 1984 noch maximal 32 mg/l betrug, lag er 1987 bei maximal 40 mg/l, bei einzelnen Brunnen bereits über dem Grenzwert von 50 mg/l. Aus der Sicht des Zweckverbandes musste eine zentrale Enthärtungsanlage daher folgende Anforderungen erfüllen:

  • Die Nitratwerte des Grundwassers mussten bis zum Bereich des Richtwertes von 25 mg/l verringert werden können.
  • Eine Teilenthärtung des Grundwassers musste die Härte bis zum Härtebereich mittel (1,5 bis 2,5 mmol/L) verringern.
  • Einer veränderten Rohwasserqualität musste flexibel begegnet werden können.
  • Das gelieferte Reinwasser durfte weder kalkaggressive noch kalkabscheidende Eigenschaften haben.
  • Die Aufbereitung (Regenerierung) der Anlage durfte mit keiner zusätzlichen Aufsalzung verbunden sein.

Weil das CARIX-Verfahren gerade die Aufbereitung von Trinkwasser, das mit erhöhten Gehalten an Härtebildnern, an Sulfat und an Nitrat belastet ist, ermöglicht, erschien es für den Einsatz im Bereich des Zweckverbandes besonders geeignet. Dass sich mit dem CARIX-Verfahren eine vollständige Entsalzung des Trinkwassers nicht erreichen lässt, spielte für seine Brauchbarkeit keine Rolle, im Gegenteil: aus medizinischen Gründen und zur Vermeidung von Korrosionsschäden wurde nur eine Teilentsalzung des Trinkwassers angestrebt. Der Zweckverband Wasserversorgungsgruppe Mühlbach entschied sich darum 1985 für Planung und Bau der ersten großtechnischen CARIX-Anlage und betrat mit dieser Entscheidung Neuland im Bereich der Wasseraufbereitung. Seit Februar 1986 liefert die CARIX-Anlage teilentsalztes Trinkwasser ins Verteilungsnetz der Wasserversorgungsgruppe Mühlbach.

Geschichtliches

Die Entwicklung des CARIX-Verfahrens begann an der Universität Karlsruhe. Seit 1977 wurden die Forschungsarbeiten unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. W. H. Höll am Kernforschungszentrum Karlsruhe weitergeführt. Von Anfang an war es das Ziel der Forschung, umweltfreundliche Ionenaustauscherprozesse zu entwickeln, bei denen möglichst wenige Salze ins Abwasser gelangen. Wichtigstes Ergebnis war das CARIX-Verfahren, das ein Ionenaustauschermischbett benutzt, welches mit Kohlensäure regeneriert wird. In Zusammenarbeit mit der Firma WABAG (heute: Krüger WABAG GmbH) gelangte das Verfahren zur technischen Reife. Erstmals wurde es 1985 in Bad Rappenau großtechnisch verwirklicht. Inzwischen existieren acht weitere CARIX-Anlagen.

Das Prinzip des CARIX-Verfahrens

Das Prinzip des CARIX-Verfahrens beruht auf der gleichzeitigen Verwendung eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes und eines stark basischen Anionenaustauscherharzes. Die Austauscherharze werden im Gemisch in Form von Kunststoff-Kügelchen eingesetzt, die einen Durchmesser von etwa 1 mm haben. In trockenem Zustand sind Austauscherharze unwirksam. Lässt man sie aber in Wasser quellen, werden sie aktiv. Beim CARIX-Verfahren verwendet man zur Aktivierung Wasser, das unter Druck mit Kohlenstoffdioxid angereichert ist. Kommen die Austauscherharze mit dieser Kohlenstoffdioxid-Lösung in Kontakt, entstehen durch chemische Umsetzung Ionen, deren elektrische Ladung der des Austauscherharzes entgegengesetzt ist, so dass sie an der Oberfläche der Kügelchen festgehalten werden. Beim Kationenaustauscher belädt sich die Oberfläche der Kügelchen mit Oxonium-Ionen (H3O+), beim Anionenaustauscher mit Hydrogencarbonat-Ionen (HCO3-).

Die Regenerierungsphase

Die Wirksamkeit der Austauscherharze lässt in dem Maße nach, wie sie von den Ionen der Härtebildner besetzt werden. Die Austauscher müssen daher in regelmäßigen Abständen von den anhaftenden Ionen befreit werden. Dies geschieht in der Regenerierungsphase im Aufwärtsstrom mit einer gesättigten CO2 -Lösung. Die Regenerierung erfolgt gemäß den Gleichungen I und II. Das Besondere dieser Regenerierungsart ist, dass nur diejenige Salzmenge ins Abwasser gelangt, die zuvor aus dem Rohwasser entfernt wurde. Deshalb treten – im Gegensatz zu konventionellen Ionenaustauschverfahren – Aufsalzungen infolge der Regenerierung und der Regeneriermittelüberschüsse nicht auf. Durch teilweises Ausfällen von CaCO3 (Calciumcarbonat) und von CaSO4 (Calciumsulfat, Gips) kann die Salzfracht im Abwasser weiter reduziert werden. Das Rohwasser wird beim CARIX-Verfahren in einen salzärmeren Trinkwasserstrom und in einen salzreicheren Abwasserstrom aufgeteilt. Beide Wasserströme treffen nach Durchfließen der Haushalte in der Kläranlage oder im Vorfluter wieder zusammen. Die Verwendung von salzärmerem Trinkwasser in den Haushalten reduziert die Waschmittelbelastungen der Haushaltsabwässer. Sollten im betroffenen Wasserversorgungsgebiet Kleinstenthärtungsanlagen im Einsatz sein, so wird auch hier entsprechend der Härtereduzierung im Trinkwasser Regeneriersalz eingespart, wodurch die Salzbelastung für die Kläranlage vermindert wird. Parallel dazu werden beim CARIX-Verfahren die korrosionschemischen Eigenschaften des aufbereiteten Wassers durch die Teilentsalzung meistens verbessert. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass durch geeignete Wahl der Harze und ihres Mengenverhältnisses die Entsalzung mehr in Richtung einer Kationen- oder einer Anionenentfernung gesteuert werden kann. Eine solche Variation der Harzmengen und des Mischungsverhältnisses zur Anpassung an Veränderungen des Rohwassers kann ohne Umbau der Anlage erfolgen.

Die CARIX –Anlage

Das Herzstück der CARIX-Anlage sind die drei Filterbehälter mit den Austauschharzen, an denen der Ionenaustausch stattfindet. Das Rohwasser durchfließt die Austauschfilter von oben nach unten. Drei Filterbehälter sind erforderlich, weil sich immer zwei Behälter in der Arbeitsphase befinden müssen, während der dritte regeneriert wird. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb möglich, bei dem stündlich 170 m3 Rohwasser teilenthärtet werden. Als Reaktionsprodukt entsteht Kohlensäure, H2CO3, die in Wasser (H2O) und in Kohlenstoffdioxid (CO2) zerfällt. Das Kohlenstoffdioxid wird im nachgeschalteten CO2-Riesler aus dem Wasser entfernt. Zur Unterstützung wird zusätzlich Luft aus einem Radialventilator im Gegenstrom zum Reinwasser durch den Riesler geführt. Das aufbereitete Wasser gelangt aus dem Reinwasserriesler in den Reinwasserspeicher. Das Abwasser (Eluat) wird im oberen Teil des Filters abgezogen und gelangt in einen Entgaser. Hier wird der größte Teil des gelösten CO2 zurückgewonnen und in einen Zwischenspeicher gepumpt. Das bei der Regenerierung eingebüßte CO2 wird aus einem Vorratstank ergänzt. Bei der turnusmäßigen Regenerierung des Filterbetts werden die den Austauscherharzen anhaftenden Ionen dadurch entfernt, dass CO2 gesättigtes Rohwasser bei einem Überdruck von ca. fünf bar von unten durch den Filter gedrückt wird.

Die Vorteile des CARIX-Verfahrens

  • Leichte Anpassung an die jeweilige Aufgabenstellung und an Veränderungen der Rohwasserqualität durch das Mengenverhältnis der beiden Austauscherharze.
  • Keine korrosionschemisch nachteilige Veränderung des Wassers durch gemeinsame Entfernung von Kationen und Anionen.
  • Niedrige Betriebskosten durch Regenerierung beider Austauscherharze mit einem Regeneriermittel und dessen Rückgewinnung.
  • Die von der Trinkwasserverordnung geforderte Einstellung des pH-Wertes ist in der Carix-Anlage integriert.
  • Keine Aufsalzung des Abwassers durch Regenerierchemikalien, darüber hinaus eventuell Verminderung der Salzfracht durch Fällung von CaCO3 und CaSO4.
  • Nur geringe Vor- bzw. Nachaufbereitung notwendig, unempfindlich gegen Trübstoffe und Kolloide.
  • CARIX-Anlagen können problemlos an- und abgestellt sowie im Teillastbereich betrieben werden.
  1. CArbon dioxide Regenerated Ion eXchangers.
  2. Die Angabe in Härtegrade ist eine Konzentrationsangabe. International verwendet man statt „deutscher Härte“ meist die universelle Konzentrationsangabe Molarität (Einheit: mmol/L). Da die Stoffportion von 10 mg Calciumoxid, die zur Definition von 1° dH verwendet wurde, 0,1786 mmol Calcium-Ionen enthält, gilt folgende Bezeichnung: Wasser hat die Härte 1° dH, wenn in 1 Liter 0,1786 mmol Calcium-Ionen (bzw. Magnesium-Ionen) enthalten sind.
  3. Enthält das Wasser statt der Ca2+-Ionen Magnesium-Ionen (Mg2+) in gleicher Anzahl, so hat es ebenfalls die Härte 1° dH.

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Das Verfahren der Nanofiltration

In weiten Teilen des Zweckverbandsgebietes kommt das Grundwasser vor seiner Förderung in den Brunnen mit Kalksandstein in Berührung. Die Calcitlösenden Eigenschaften des Wassers führen zu einer Aufhärtung auf bis zu 29° dH (Härtebereich „hart“). In den Haushalten kommt es bei diesen Härtegraden bei jeder Erwärmung des Wassers zu Kalkausfällungen. Das belastet alle Haushaltsgeräte in erheblichem Maße. Um den Gemeinden Neckarbischofsheim und Helmstadt-Bargen Trinkwasser in einwandfreier Qualität und im Härtestufenbereich 2 zu liefern, beschloss die Verbandsversammlung des Zweckverbandes im Januar 2006, eine zentrale Aufbereitungsanlage zu schaffen. Dazu sollte das Wasser der besten Brunnen der Region zusammengefasst werden und vom zentralen Behälter in Neckarbischofsheim ausgehend an die vier Ortsnetze der Gemeinden verteilt werden. Das Zusammenführen der Brunnen und das Vernetzen der Ortsteile gewährt optimale Versorgungssicherheit und eine Anbindung an das bestehende Verbundnetz des Verbandes.

Bei der Auswahl der Aufbereitungsverfahren zur Enthärtung des Wassers gab es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Neben dem Nanofiltrationsverfahren war das CARIX-Verfahren in der engeren Wahl. Die Nanofiltration ist jedoch hinsichtlich der Investitionssumme und der betrieblichen Aufwendungen das preisgünstigere Verfahren. Hinzu kommt ein weiterer positiver Aspekt: Das Wasser wird nicht nur enthärtet, sondern es werden auch Keime zurückgehalten. Die Nanofiltration ist den Membranverfahren zuzuordnen und dient der Entfernung bestimmter Stoffe aus dem Wasser. Im Themenbereich der Membrantechnologien liegt die Nanofiltration nach der Größe der abgetrennten Stoffe zwischen der Mikro-/Ultrafiltration für größere Teilchen und der Umkehrosmose für einzelne Moleküle. Diese Verfahren haben sich über die letzten Jahrzehnte zu anerkannten Wasseraufbereitungstechniken entwickelt. Membranverfahren kamen zunächst zur Herstellung von Reinstwasser zur Anwendung. Die Weiterentwicklungen der Membrantechnik machte die Entfernung bestimmter gelöster Stoffe möglich, hauptsächlich zweiwertige Kationen und Anionen.

Die Vorteile dieser Technik sind, dass sie weitgehend ohne Chemikalien arbeitet, der Energieverbrauch niedrig und die Handhabung einfach ist und die Anlagen gut an die unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden können. Außerdem lässt sich die Kapazität einer Anlage leicht durch das Hinzufügen weiterer Module erhöhen.

Die Flexibilität der Membrantechnik erschloss ihre weiteren Aufgabenfelder. Je nach Anwendungsgebiet stellt sie eine Alternative dar zu Aufbereitungsverfahren wie z.B. der Flockung, der Sedimentation, der Filtration, der Adsorption (z.B. Sand- und Aktivkohlefilter, CARIX-Verfahren). Man nutzt sie zum Beispiel zum Entsalzen von Meerwasser, zum Entfernen von Sulfaten und Nitraten, zur Elimination organischer Stoffe sowie zum Enthärten. Auch die Elektrodialyse gehört zu den Membranverfahren.

All diese Verfahren basieren auf der Möglichkeit, Folien mit einer bestimmten Porenweite herzustellen, den so genannten semipermeablen (halbdurchlässigen) Membranen. Der Name erklärt sich aus der Trennfähigkeit dieser Stoffe: Sie lassen Wassermoleküle passieren, halten aber größere Gebilde – etwa gelöste Ionen und Moleküle – zurück. Das erklärt auch die zusätzliche Wirkung einer Nanofiltrationsanlage: Pathogene Keime sind zu groß, um diese Barriere zu überwinden. Um eine möglichst große Membranfläche bei geringem Bauvolumen der Filteranlage zu erreichen, stellt man die Membranen in Form von Spiralwickelmodulen her. Je nach erforderlicher Kapazität wird eine entsprechende Anzahl von Spiralwickelmodulen parallel bzw. hintereinander geschaltet.

Wird nun von außen Wasser ins Modul gepresst, dringen die Wassermoleküle durch die Wände der Membranen in den Innenraum. Das gereinigte Wasser wird von dort als Permeat abgeführt. Dafür steigt auf der Konzentratseite die Konzentration der Fremdmoleküle, etwa der Härtebildner. Dieses so genannte Retentat oder Konzentrat muss getrennt beseitigt werden.

Die wesentlichen Kenngrößen einer Membrananlage sind die Filterausbeute – also die Ausbeute an gereinigtem Wasser – und das Rückhaltevermögen für bestimmte Stoffe. Beide Größen werden stark durch den Druck, den pH-Wert und die Temperatur beeinflusst. Bei der Mikro- und Ultrafiltration strömt die Flüssigkeit durch Poren, also kleine Löcher, und die Filterausbeute ist hoch. Die Nanofiltration dagegen basiert auf einem reinen Diffusionsprozess, sie nutzt also nur die Eigenbewegung der einzelnen Moleküle. Entsprechend braucht man sehr viel höhere Drücke. Das Rückhaltevermögen ist höher, die Filterausbeute jedoch geringer.

Membranen sind sehr empfindliche Anlagenteile. Das Rohwasser bedarf einer Vorbehandlung, um die Partikelzahl gering zu halten. Es muss außerdem konditioniert werden, also auf bestimmte Art vorbehandelt. Das ist nötig, um bestimmte Inhaltsstoffe des Wassers in Lösung zu halten. Andernfalls scheiden sie sich aus und verstopfen die Membranen irreversibel. Man nennt diesen Effekt in der Fachsprache scaling. Dagegen helfen bestimmte Chemikalien, so genannte Komplexbildner – zum Beispiel Polycarbonsäuren, Phosphonsäuren oder Polyphosphate. Ein weiterer kritischer Punkt im Betrieb einer Membrananlage sind Beeinträchtigungen durch Mikroorganismen, die sich an der Membranwand anlagern. Hier spricht man von Biofouling. Diese drei Mechanismen Verstopfung, Ausfällung und Biofouling schädigen die Anlage. Zumindest muss dann ein höherer Arbeitsdruck eingesetzt werden, um eine gleich bleibende Leistung zu erbringen. Um die Schädigung gering zu halten, entfernt man durch regelmäßige Reinigungen mit Mitteln, wie etwa Zitronensäure, die Deckschicht auf der Membran.

Bei der Aufbereitungsanlage in Neckarbischofsheim werden die Rohwässer der Brunnen „Zeil“, Bargen, Helmstadt und Helmhof zusammengeführt, um die Membranen optimal zu nutzen, in immer gleichen Prozentzahlen, auch wenn die insgesamt behandelte Wassermenge schwankt. Die Anlage besitzt zwei Aufbereitungsstraßen, also zwei parallel arbeitende Anlagenteile. Das Wasser strömt durch einen kleinen Rohwassertank von 20 m3 Inhalt in die Aufbereitungsstraßen. In jeder presst eine Speisepumpe mit 3,5 bar Förderhöhe das Wasser zunächst durch einen Vor- und einen Kerzenfilter. Der Kerzenfilter filtert schon Partikel ab einer Größe von fünf μm (tausendstel Millimeter) heraus. Anschließend drückt eine Hochdruckpumpe mit 8,0 bar das Wasser in die eigentliche Nanofiltrationseinheit.

Werden in einer Nanofiltrationsanlage die Härtebildner entfernt, ist das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht im Wasser verändert. Durch eine Belüftung des Wassers wird der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt. Dazu dient der Rieselbelüfter im turmartigen Anbau der Anlage. Beide Straßen zusammen haben eine maximale Leistung von 75 m3/h Trinkwasser. Man kann aber auch nur eine Straße nutzen und so den Ausstoß auf 30 m3/h drosseln. Dank dieser Möglichkeit lässt sich die Anlage flexibel den täglich unterschiedlichen Bedarfswerten der vier belieferten Ortsteile anpassen. Als Nebenprodukt entsteht bei Höchstbelastung 30 m3/h ein mit Mineralien angereichertes Trinkwasser. Es kann unbedenklich in den Vorfluter geleitet werden. Zur Reinigung der Station werden geringe Mengen an Chemikalien benötigt. Sie werden vor Ort gelagert und in regelmäßigen Abständen entsorgt.

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Die Speicherung – Funktion der Wassertürme und Hochbehälter

Hochbehälter bzw. Wassertürme dienen zum Speichern von Trinkwasser, aber außerdem sorgen sie durch die erhöhte Lage ihrer Speicherbecken für einen konstanten Druck im Wassernetz. Ein solcher Wasserspeicher muss stets höher platziert sein als die von ihm belieferten Wasserverbrauchsstellen. Liegt der Wasserspiegel im Hochbehälter in ausreichender Höhe über dem Versorgungsgebiet, fließt das Wasser, der Schwerkraft folgend, in den Leitungen von selbst zum Verbraucher.

Eine Wassersäule von 10 Metern Höhe übt den Druck von 1 bar aus. Als Fließdruck am Hausanschluss der Trinkwasserleitung sollten nach dem DVGW-Regelwerk etwa 2 bis 6 bar Druck herrschen. Der Wasserspiegel im Hochbehälter muss also etwa 20 bis 60 m über den Zapfstellen der zu versorgenden Gebäude liegen, um einen Druck von 2 bis 6 bar zu erzeugen. Sobald Wasser der Leitung entnommen wird, führt der Wasserfluss zu einem Druckabfall. Man muss also von vornherein einen entsprechend größeren Ruhedruck wählen, damit später der erforderliche Betriebsdruck möglich ist. Ist der Höhenunterschied zwischen Zapfstelle und Wasserspiegel im Hochbehälter größer, verstärkt sich der Wasserdruck entsprechend. Eine geringere Differenz hat auch einen geringeren Druck zur Folge.

Bei Siedlungen mit sehr verschiedenem Geländeniveau teilt man das Gebiet entsprechend den topographischen Gegebenheiten in Hoch-, Mittel- und Niederdruckzonen ein und ordnet ihnen Hochbehälter passender Höhenlage zu, damit alle Kunden gleich gute Entnahmebedingungen haben. Tiefer liegende Abnehmer müssen dabei vor schädlichem Überdruck in der Leitung geschützt werden; dafür gibt es Druckminderer. Bei der Bemessung des Versorgungsdrucks spielt neben dem Geländeniveau auch die Höhe der zu versorgenden Gebäude eine Rolle.

Hochbehälter erzeugen aber nicht nur den nötigen Druck. Sie haben auch die Aufgabe, mit ihrem Inhalt die Förderpausen der Pumpen zu überbrücken und die unvermeidlichen Tagesschwankungen im Wasserverbrauch auszugleichen. Zu Zeiten geringen Wasserverbrauchs, also nachts, wird Wasser gesammelt und in ihnen gespeichert, das dann für die Bedarfsspitzen zur Verfügung steht. Das Speichern im Hochbehälter löst zudem das Problem der Löschwasservorratshaltung. Hochbehälter werden zum überwiegenden Teil unter Gelände eingebaut und mit Erde überdeckt. Nur wenn keine günstigen Geländepunkte vorhanden sind, etwa in flachen Landstrichen, muss der notwendige Wasserdruck durch Wassertürme oder Druckerhöhungsanlagen hergestellt werden.

Wasserturm und Hochbehälter Bad Rappenau

Ein Stück Kultur am Wasserturm und Hochbehälter in Bad Rappenau. Viel zu häufig erheben sich die Wasserspeicher als graue Nutzbauten an exponierten Standorten. Auch wenn der Rappenauer Wasserturm im Wald steht ist er mehr als das.

Im Zuge der Betonsanierungen an den Außenwänden der Bad Rappenau Anlage wurde das Schöne mit dem Praktischen verbunden. Schüler der Klasse 10 a der Wilhelm-Hauff-Realschule hatten auf die Bitte des Zweckverbandes Vorschläge zur künstlerischen Gestaltung des Baus entworfen.

  • „Die Entwicklung des Lebens aus dem Wasser“ von Urzeiten an bis zu den verschiedenen Nutzungen des Elements Wasser in der Gegenwart.
  • Das Kunstwerk „das Paradies“ ist von allen das Üppigste. Belebte Natur, Pflanzen und Tiere leuchten in kraftvollen Farben auf der vorher nichts sagenden Betonmauer.
  • Das Thema „ohne Wasser kein Leben“ ist mit seiner geometrischen Bildaufteilung und den expressionistischen Zügen das modernste Werk. Es ist in grau und Erdtönen gehalten und steht somit im starken Kontrast zum Kunstwerk „das Paradies“.
  • Die philosophische Dimension des Wassers deckt das letzte Gemälde ab – „Wasser als Quelle der Besinnung und Erkenntnis“ wirkt vor allem durch die Betrachtung von Weitem.
  • Der neben dem Wasserturm platzierte Hochbehälter ist kunstvoll geziert von einem Wasserfall, der auf den Betrachter einen sehr realistischen Eindruck macht. Die Frontseite des Hochbehälters zeigt ein Bild von Friedrich Hecker und erinnert somit an Freiheit, Recht und Leben.

Friedrich Hecker (1811-1880)

1811 Friedrich Hecker wurde in Eichtersheim (Baden) geboren.
1834 Nach seinem Studium in Heidelberg und München bestand er die juristische Staatsprüfung. Dann absolvierte er eine Beamtenlaufbahn.
1842 wurde er als bisher jüngstes Mitglied der Liberalen Oppositionspartei in die zweite Kammer des badischen Landtags gewählt. Gewählt wurde nach dem Zensuswahlrecht. Der Großherzog konnte sich über die Beschlüsse des Parlaments hinwegsetzen. Hecker fiel schnell als radikaler Redner auf.
1848 Hecker versuchte die Errungenschaften der Revolution zu sichern, hatte aber im Parlament keinen Erfolg. Eine Gruppe von radikalen Republikanern wollte diesen Zustand nicht hinnehmen und plante deshalb in Konstanz den Heckerzug. Der Plan von Hecker scheiterte recht kläglich: Es kam zwischen den Bundestruppen und den Revolutionären südlich von Freiburg zu den ersten Scharmützeln. Die Hecker-Anhänger waren vorher mit den anderen Revolutionstruppen nicht vereinigt, deshalb waren sie hoffnungslos unterlegen. Hecker floh in die Schweiz und emigrierte von dort aus in die USA.
Mai 1849 Hecker reiste mit den Freiwilligen aus Amerika an, weil es den Revolutionären gelang den Großherzog zu vertreiben und die Republik auszurufen. Hecker kam zu spät und emigrierte endgültig in die USA.
1861 Er warb für die 24. Infanterie, wo er zeitweise Kommandant war. Außerdem war er Colonel der 82. Ilinois-Infanterie in Chicago. Mit dem Heckerregiment kämpfte er am Bull Run und bei Chancellorsville, wo er schwer verwundet wurde.
Ende 1862 Er zog sich auf seine Farm zurück.
1880 Friedrich Hecker stirbt auf seiner Farm.

 

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