erkläre den Wasserkreislauf
Niederschlag —> Oberflächenwasser —> Grundwasser —> Flüssgewässer/Meer —> Verdunstung
welche natürlichen Wasserarten gibt es ?
Regenwasser
-unter natürlichen Wässern das reinste
-enthält gerningen Anteil an Salzionen
-enthält gelöste Gase aus der Lust und Staubpartikel
Grundwasser
-versickerter Regen
-enthält Teil der Verunreinigung des Regenwassers und mitgeschwemmte Stoffe aus
der Humusschicht sowie gelöste Minerale
-Verschmutzung durch Überdüngung
Quellwasser
-An der Oberfläche austetendes Wasser
Fluss- und Seewasser
-Entsteht aus Grundwasser und Oberflächenwasser
-enthält Bodenminerale, Bestandteile der Humusschicht, natürliche Schwebstoffe und Mikroorganismen
-Verschmutzung durch Industrie- und Haushaltsabwässer
Meerwasser
-Enthält gelöste Ionen
-Salzgehalt stammt aus ausgeschwemmten Salzlagestätten
-Verschmutzung durch Abwässer
welche technischen Wasserarten gibt es ?
Badewasser
-muss Trinkwasserqualität besitzen
-frei von Keimen und Bakterien durch Chlorieren/Ozonieren und Umwälzen durch Filter
Waschwasser
-für Wäscherein, Färberein, Textilindustrie
-frei von Eisen-, Mangan,- Calcium- und Magnesiumionen
Kühlwasser
- darf nicht aggressiv gegen Kühlflächen sein
-keine Bildung von organischen und anorganischen Ablagerungen
Kesselspeisewasser
-zur Dampferzeugung oder in geschlossenen Kühlkreislaufsystemen
-darf keine gelösten Erdalkali-Ionen enthalten
-gelöste Gase müssen weitgehen entfernt sein um Korrosion zu verhindern
Prozesswasser
-Wasser das in der Industrie zum Herstellen von Produkten verwendet wird
-in der Regel enthärtet, entsalzen und entgast
Destilliertes Wasser
-für spezielle Anwendungen in Chemie, Pharmazie und Medizin
-entsteht durch Verdampfen und Kondensieren von vorgereinigtem Wasser
-oft wird das billigere vollentsalzte Wasser verwendet
In welche drei Härtebereiche wird Wasser unterteilt ?
Härtebereich
GH in mmol/L
GH in °dH
weich
unter 1,5
unter 8,4
mittel
1,5 - 2,5
8,4 - 14
hart
über 2,5
über 14
Wie ergibt sich die Gesamthärte des Wassers ?
Die Summe alle Erdalkali-Ionen im Wasser
z.B.: GH=c (Ca2+) + (Mg2+)
Was ist die Carbonathärte ?
Die Carbonathärte oder temporäre Härte gibt den Anteil der Erdalkali-Ionen an, der den vorhandenen Hydrogencarbonat-Ionen c(HCO₃⁻) äquivaltent ist
Was ist die Nichtcarbonarthärte ?
Die Nichtcarbonathärte oder permanente Härte ist der Anteil der Erdalkaliionen, der über der HCO₃⁻ äquivalenten Erdalkaliionenkonzentration liegt.
NCH = GH - CH
warum wird die Nichtcarbonathärte als permanente Härte bezeichnet ?
da sich dieser Anteil der Erdalkali-Ionen nicht durch Kochen ausfällen lässt
warum wird die Carbonathärte als temporäre Härte bezeichnet ?
Da sich die Ca²⁺-Ionen durch Kochen des Wassers mit den HCO₃⁻-Ionen zu wasserunlöslichem Calciumcarbonat CaCO₃ (Kesselstein) umsetzen kann.
Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ ——> CaCO₃ + CO₂ + H₂O
wie wird die Carbonathärte berechnet ?
CH= c(HCO₃⁻) / 2
wie kann Wasser enthärtet werden ?
Chemische Wasserenthärtung
-durch Kalkmilch
-durch Soda zur Ausfällung von Calciumcarbonat
Wasserenthärtung durch Ionentauschanlage
Welche Inhaltsstoffe hat Wasser ?
Suspendierte Stoffe
-Ton, Sand, Silikate, Humusstoffe, Algen, Viren
gelöste Stoffe
-Kieselsäure, Gase
-Kationen: Ca2+, Mg2+, K+ , Fe2+, Mn2+, Na+
-Anionen: Anionen: HCO3- , CO3 2- , Cl- ,NO3-
wie ist die Reaktionsgleichung zur Enteisenung ?
4 Fe²⁺ + 8 HCO₃⁻ + O₂ + 2 H₂O —-> 4 Fe(OH)₃ + 8 CO₂
Wie ist der dreistufige Ablaufprozess der Trinkwasseraufbereitung ?
Entfernung von Verunreinigung
-Schwebstoffe werden durch Absetzen, Filtrieren, Ausflocken, Ausfällen oder Oxidieren entfernt
-Gelöste Stoffe werden durch Ausflocken, Adsorbieren, Ausfällen oder Ionentauschen entferrnt
Entfernung von Keimen, Geruch und Geschmack
-Bakterien, Viren und organische Stoffe werden druch Chlorieren, Ozonieren, Adsorbieren entfernt
Stabilisierung des fertigen Trinkwassers
-verhindern von Korrosion, Ablagerung und Keimenbildung
-Entgasen von CO₂, pH-Wert einstellen, Chlorieren, Ozonieren
wie ist der genauere Ablauf der Trinkwassergewinnung ?
• Hochgepumptes Wasser aus Brunnen durchläuft Grob- und Feinfilter zur Abtrennung von Schwebstoffen
• Enteisenung des Rohwassers in Sprühturm: Oxidation des gelösten Eisens zu Eisen(III)hydroxid und Ausfällung
• Bei zu großer Carbonathärte Teilentcarbonatisierung: Zugabe von Calciumhydroxid Ca(OH)2 CaCO3 fällt aus
• Zugabe von Flockungsmittel Eisen(III)Chlorid zur Zusammenlagerung des Feinverteilten Fe(OH)3 und CaCO3 und Abscheidung am Boden des Absetzbeckens
• Wasser strömt durch Filteranlage und landet im Sammelbecken
• Im Sammelbecken Einperlen von Ozon und/oder Chlor zum Abtöten von Keimen
→Wasser enthält noch Bodenmineral-Ionen für Geschmack und menschliche Gesundheit
wie ist die Reaktionsgleichung zur Teilentcarbonisierung ?
2 Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻ + 2 OH⁻ —-> 2 CaCO₃ + 2 H₂O
Was ist die natürliche Selbstreinigung des Wassers?
Bakterien nutzen die organischen Substanzen (Fäkalien, Essensreste, Waschmittelbestandteile) als Nahrung und bauen diese über die biologische Oxidation unter Sauerstoffverbrauch zu Kohlenstoffdioxid und Wasser ab
Wann und wie kippt ein Gewässer um?
Zu viel organische Substanz sorgt für explosionsartige Vermehrung der Bakterien
Bakterien verbrauchen mehr Sauerstoff als durch Diffusion nachgeliefert werden kann -> Sauerstoffkonzentration nimmt ab
Wegen des Sauerstoffmangels sterben zu erst die höheren Lebewesen (Fische, Insekten, Muscheln), danach die meisten der Bakterien
Übrig bleiben nur anaerobe Bakterien am Boden des Gewässers
Durch den Stoffwechsel dieser Bakterien entstehen Faulgase (Fische bekommen Erlaubnis zum Rückenschwimmen)
Was sind Ursachen und Quellen von Wasserverungreinigungen?
Belastung durch leicht abbaubare Stoffe (aus Fäkalien, Essensresten)
Belastung durch schwer abbaubare Stoffe (Chlorkohlenwasserstoffe, Pflanzenschutzmittel, Ligninsulfonsäure)
Belastung durch Salze (aus Bergwerk, chem. Industie, Landwirdschaft, Streusalz)
Belastung durch Schwermetalle (Zink, Blei, Eisen usw. aus Metallindustie und Müllverbrennunganlagen)
Belastung duch Nährstoffe (Stickstoff- und Phosphorhaltige Verbindungen sind Nähstoffe und sorgen fürs Umkippen)
Belastung durch Erwärmung (erwärmtes Kühlwasser -> Sauerstofflöslichkeit sinkt und verstärktes Algen-, Pflanzenwachstum)
Was ist Eutropierung?
Überdüngung des Wassers
Nenne 6 Wassergefährdende Stoffe
Methylenchlorid
Chlorofrom
Tetrachlormethan
Essigsäure
Acetonitril
Xylol
Wie ist die Formel und Struktur von Methylenchlorid?
CH2Cl2
Wie ist die Formel und Struktur von Chloroform?
CHCl₃
Wie ist die Formel und Struktur von Tetrachlormethan?
CCl₄
Wie ist die Formel und Struktur von Essigsäure?
CH₃COOH
Wie ist die Formel und Struktur von Acetonitril?
C₂H₃N
Was ist die Formel und Struktur von Xylol?
C₈H₁₀
Was ist das Saprobiensystem?
Bestimmung der Gewässergüte mittels Mikroorganismen
Einordnung in vier Güteklassen
wie hoch ist der Grad der Belastung bei den einzelnen Güteklassen der Gewässer und wie heißen diese?
oligotroph:
Unbelastet bis gering belastet
mesotroph:
Mäßig belastet
eutroph:
Stark verschmutz
polytroph:
Übermäßig verschmutzt bis ökologisch zerstört
Was sind Saprobien ?
bestimmte Anzeigerorganismen
Wann findet eine Gewässerversauerung statt?
entsteht bei Gewässern, wo wenig Kalk als Puffer im Boden ist
welche chemischen und physikalischen Größen zur Beurteilung des Gewässerzustands gibt es?
Temperatur
pH-Wert
Leitfähigkeit
Massenanteil/Massenkonzentration an:
Sauerstoff
Kohlenstoff
Phosphor
Stichstoff
Chlorid
Schwermetalle
welche zwei weiteren wichtigen Kenngrößen für die Wasserqualität gibt es? (physikalisch/chemisch)
BSB (biologischer Sauerstoffbedarf)
leicht abbaubare Stoffe die von Mikroorganismen benötigt werden
CSB (chemischer Sauerstoffbedarf)
alle durch Oxidationsmittel angreifbare Stoffe
Als was kommt der Stickstoff im Wasser vor?
Stickstoff N2
Nitrat-Stickstoff NO3-
Stickstoffdioxid NO2-
Ammonium NH4- (entsteht durch Urease von Harnstoff
organischer Stickstoff (Proteine, Aminosäuren, Amide)
was ist AOX, EOX, POX
AOX
Adsorbierbare organisch gebundene Halogene
EOX
etrahierbare organisch gebundene Halogene
POX
ausblasbare organisch gebundene Halogene
was sind Ampholyte?
chemische Verbindungen die sowohl als Säure als auch als Base reagieren können
z.B. HPO₄²⁻, H₂PO₄⁻
Wie kann man Phosphate aus dem Wasser ausfällen?
mithilfe von Eisen(III)chlorid
PO₄³⁻(aq) + FeCl₃(aq) —-> FePO₄↓ + 3Cl⁻(aq)
was sind die drei Reinigungsstufen einer Kläranlage?
mechanische
biologische und
weitergehende Abwasserreinigung
was passiert in der mechanischen Reinigungsstufe?
Rechen zur Entfernung von Holzteilen, Kunststoffbehältern, Textilien, Kunststofffolien
Sandfang zum entfernen von Partikeln mit einer Korngrröße von > 0,2mm
Im Vorklärbecken werden ungelöste organische Stoffe die sich an der Oberfläche oder am Boden ansammeln durch ein Schlammräumer entfernt (z.B. Fette und Öle, ungelöste org. Stoffe am Boden)
Bis zu 30% der Schmutzstoffe werden entfernt
was passiert in der biologischen Reinigungsstufe?
entspricht der natürlichen Selbstreinigung der Gewässer
Mikroorganismen benötigen Sauerstoff, deshalb aerobe Abwasserreinigung
Im Belebungsbecken werden durch Belebtschlamm (Mikroorganismen/Bakterien) biologisch abbaubare Substanzen abgebaut, da diese den Mikroorganismen als Nahrung dienen
Belebungsbecken wird Sauerstoff zugeführt
wie lässen sich die Vorgänge im Belebungsbecken als Reaktionsgleichung darstellen?
org. Stoffe + 0₂ ——>(Mikroorganismen)—> CO₂ + H₂O + Zellsubstanz (Belebtschlamm)
was passiert bei der weitergehenden Abwasserreinigungstufe?
Entfernung von Stickstoffverbindungen und Phosphaten wegen Überdüngung der Gewässer
Phosphate werrden chemisch durch Fällung/Flockung entfernt
Stickstoffverbindungen werden mit speziellen Bakterien zu molekularem Stickstoff (Nitrifikation/Denitrifikation)
wie kann in der Industrie Abwasser vermieden werden?
Kreislaufführung (z.B Kühlwasser)
Trennkanalsystem (Produktionswässer führen in ein Biokanal zur biologischen Reinigung)
mit welchen Verfahren wird das Abwasser in der Industrie vorgereinigt?
Naßoxidation
Fällung
Strippung
Extraktion
Adsorbtion
Membranverfahren
Abwasserverbrennung
erkläre kurz Naßoxidation?
Umsetztung organischer Abwasserinhaltsstoffe mit Sauerstoff (z.B. Farbpigmente)
erkläre kurz Fällung
Umwandlung von Abwasserinhaltsstoffen zu wasserunlöslichen Verbindungen (Schwerrmetalle)
erkläre kurz Strippung
Ausblasen flüchtiger Abwasserinhaltsstoffe mit Luft, Stickstoff oder Wasserdampf (halogenierte Kohlenwasserstoffe)
erkläre kurz Adsorbtion
fixieren gelöster Abwasserinhaltsstoffe an Aktivkohle (halogenierte Kohlenwasserstoffe)
errkläre kurz das Membranverfahren
Abpressen von Abwasserinhaltsstoffen durch poröse Membran mit Druck, je nach Porengröße lassen sich unterschiedliche Stoffe abtrennen (Salze, Kolloiden)
erkläre kurz die Abwasserverbrennung
für Abwässer mit hohem Anteil an problematischen organischen Abwasserinhaltsstoffen (Altöl)
was haben Hochbiologie-Systeme für Vorteile?
durch den hohen hydrostatischen Druck kann sich Luftsauerstoff besser im Wasser lösen
Begasungsluft hat durch die hohe lange Verweilzeit (Verweilzeitverlängerung)
unter Druck eingedüste Luft sorgt für Durchmischung
was sind die Unterschiede zwischen der aerobe und anaeroben Abwasserreinigung?
Aerobe Abwasserreinigung
Anaerobe Abwasserreinigung
Abbau der org. Stoffe durch
unabhängige Mikroorganismen
voneinander abhängige Mikroorganismenarten (Nacheinander)
Endprodukte
CO₂ und H₂O
CO₂ und CH₄
Freiwerdende Stoffwechselenergie
Aufbau von Zellsubstanz (viel Biomasse)
wird mit energiereichen Biogas abgegeben (wenig Biomasse)
Bevorzugte Reinigung
schwäche belastete Abwässer
hoch belastete Abwässer
Abwasserqualität
voll biologisch gereinigt
noch geringe org. Restbelastung die durch aerobe Reinigung entfernt werden muss
Was ist Abwasser und welche Abwasserarten gibt es?
Durch häuslichen, gewerblichen, landwirtschaftlichen oder sonstigen Gebrauch in seinen Eigenschaften verändertes Wasser
Abwasserarten:
Häusliches Schmutzwasser
Betreibliches Schmutzwasser
Fremdwasser
Was sagen die Bezeichnungen DN und PN bei Rohrleitungen aus?
Nennweite DN: Kenngröße für zueinander passender Teile von Rohrleitungen
Nenndruck PN: Kenngröße von Bauteilen mit gleicher Druckbelastbarkeit. (max. Druck bei 20°C)
Was sagt die Reynoldszahl?
Zustand einer Strömung bestehend aus:
Strömungsgeschwindigkeit v
Kinematische Viskosität ν in m2/s
Rohrinnendurchmesser di
Stömungszustände:
Laminar: Re < 2300
Turbolent: Re > 10000
wo berfindet sich der Betriebspunkt einer Pumpe?
stellt ich dort ein wo sich Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie schneiden
welche Förderarten gibt es?
mit Schwerkraft
mit Druckgas oder Unterdruck
mit Pumpen
Welche Pumpenbauarten gibt es?
Zentrifugalpumpen:
Kreiselpumpe, Propellerpumpe
Verdrängungspumpen:
Hubkolbenpumpe, Membranpumpe
Strahlpumpen:
Zahnradpumpe, Kreiskolbenpumpe
welche Wellenabdichtungen gibt es bei Pumpen?
Stopfbuchsendichtung
Gleitringdichtung
Was ist Kavitation?
Druck in der Pumpe sinkt an einer Stelle unter den Dampfdruck der geförderten Flüssigkeit
Es bilden sich Dampfblasen die schlagartig implodieren
sorgt für Beschädigung der Bauteiloberflächen
Was ist Dekantieren?
Dekantieren ist das Trennen einer Emulsion in die einzelnen Komponenten durch Schwerkraft-Entmischen aufgrund der unterschiedlichen Dichten der Flüssigkeiten
Was ist Sedimentieren?
Das Trennen einer Suspension unter Wirkung der Schwerkraft auf die Feststoffpartikel und die Flüssi gkeit
Was ist Kjeldahl-Stickstoff?
TKN = Ammonium-Stickstoff + organischer Stickstoff
Wie lässt sich der BSB5 messen?
mithilfe von Oxi-Tops
misst entstehenden unterdruck der druch Sauerstoffverbrauch entsteht
entstehendes CO2 wird mit NaOH gebunden
für was wird bei dem Analyseverfahren zum BSB5 Allylthioharnstoff hinzugegeben?
zur Hemmung der Nitrifikation (Stickstoffoxidation)
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