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Experimentelle Bestimmung des Ablagerungs- und Transportverhalten von Partikeln in einer Kreislaufanlage
Art der Abschlussarbeit
Diplomarbeit
Autoren
- Ripl, K.
Betreuer
- Dipl.-Ing. Cornelia Zarbock
- Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Uhl
Abstract
Kurzdarstellung
Der Aufbereitungsqualität von Trinkwasser unter dem Gesichtspunkt der durch den Gesetzgeber festgelegten Grenzwerte wurde durch die Wasserversorgungsunternehmen in der Vergangenheit die größte Aufmerksamkeit gewidmet. Das Verteilungsnetz zwischen Wasserwerk und Verbraucher ist in den letzten Jahren jedoch vermehrt als Ursache von Verbraucherbeschwerden über verschmutztes Trinkwasser beschrieben worden. Waren vor Jahrzehnten vor allem die eingesetzten Rohrmaterialien, wie ungeschützte Stahl- und Gussrohre, das Hauptproblem, werden mittlerweile verstärkt auch die Auswirkungen der langen Verweilzeiten, ausgelöst durch teilweise massiven Verbrauchsrückgang untersucht.
Unerwünschtes partikuläres Material findet sich im Verteilungssystem vor allem durch Eintrag am Wasserwerksausgang, durch Korrosion von metallischen ungeschützten Rohrwerkstoffen sowie mikrobiologische Aktivität im Rohrnetz wieder. Es wird in Abhängigkeit von den hydraulischen Bedingungen transportiert. Während für Feststoffbewegungen in Abwasserkanälen und Flüssen z. B. zahlreiche Untersuchungen durchgeführt worden sind, besteht für den Bereich „Trinkwasserverteilungssysteme“ mit seinen speziellen Eigenschaften ein erheblicher Forschungsbedarf.
An einer kleintechnischen Versuchsanlage in Form einer Kreislaufanlage aus PE wurde diese Problematik mit künstlichen Partikeln nachempfunden. Eine Auswahl bekannter Modelle aus dem Abwasserbereich und dem Wasserbau wurden auf ihre Anwendbarkeit zur Beschreibung des Transportverhaltens partikulärer Wasserinhaltsstoffe im Trinkwasserbereich hin diskutiert.
Es kristallisiert sich heraus, dass die teilweise deutlich abweichenden Strömungsbedingungen und Partikeleigenschaften gegenüber bekannten Anwendungsbereichen wie der Geschiebetriebberechnung in Flüssen, der Schmutzfrachtmodellierung in Abwasserkanälen oder dem Rohstofftransport in Rohrleitungen die Anpassung ausgewählter Modelle für verschiedene Transportzustände erforderlich macht. Dafür sind weitere Untersuchungen erforderlich, da die vorhandene Datenbasis für eine sicher Einschätzung bisher nicht ausreicht.
Schlagwörter: Suspension, hydraulischer Transport, Sedimentation, Partikel, Feststoff, Trinkwasser, Modell, Rohrleitung
Abstract
The quality of drinking water treatment under the aspect of limiting values claimed by the legislator became the main goal for water supply companies in the past. However, the distribution network between waterworks and consumer became more and more described to be the cause of consumer complaints due to fouled drinking water. In the last years, mainly the used pipe materials, like unlined cast iron pipes were a problem, but in the meantime, the effects of long retention time caused by partial massive decrease of consumption is researched.
Particular material enters the distribution system primarily at the waterworks, due to corrosion of metallic, unprotected pipe materials and microbial activity in the pipes. It is transported depending on the hydraulic conditions in the network. While the transport of solids in sewers and rivers is investigated in numerous studies, there is a considerable need for research in the field of drinking water distribution systems with its special properties.
The problem is researched at a small scale pilot plant in the form of a pipe loop. A range of known models from the waste water field and hydraulic engineering is discussed regarding on their applicability in describing the transport behavior of solids in pipes.
The different hydraulic conditions and particle properties in opposite to known ranges of application like bed load calculation in rivers, solid transport simulation in sewers or the transport of raw material in pipes are a problem. An adjustment of chosen models becomes necessary. More experiments are required, because the actual database is not sufficient for definite conclusions.
Keywords: distribution network, drinking water, hydraulic transport, model, particles, pipe, sedimentation, suspension, solid
Der Aufbereitungsqualität von Trinkwasser unter dem Gesichtspunkt der durch den Gesetzgeber festgelegten Grenzwerte wurde durch die Wasserversorgungsunternehmen in der Vergangenheit die größte Aufmerksamkeit gewidmet. Das Verteilungsnetz zwischen Wasserwerk und Verbraucher ist in den letzten Jahren jedoch vermehrt als Ursache von Verbraucherbeschwerden über verschmutztes Trinkwasser beschrieben worden. Waren vor Jahrzehnten vor allem die eingesetzten Rohrmaterialien, wie ungeschützte Stahl- und Gussrohre, das Hauptproblem, werden mittlerweile verstärkt auch die Auswirkungen der langen Verweilzeiten, ausgelöst durch teilweise massiven Verbrauchsrückgang untersucht.
Unerwünschtes partikuläres Material findet sich im Verteilungssystem vor allem durch Eintrag am Wasserwerksausgang, durch Korrosion von metallischen ungeschützten Rohrwerkstoffen sowie mikrobiologische Aktivität im Rohrnetz wieder. Es wird in Abhängigkeit von den hydraulischen Bedingungen transportiert. Während für Feststoffbewegungen in Abwasserkanälen und Flüssen z. B. zahlreiche Untersuchungen durchgeführt worden sind, besteht für den Bereich „Trinkwasserverteilungssysteme“ mit seinen speziellen Eigenschaften ein erheblicher Forschungsbedarf.
An einer kleintechnischen Versuchsanlage in Form einer Kreislaufanlage aus PE wurde diese Problematik mit künstlichen Partikeln nachempfunden. Eine Auswahl bekannter Modelle aus dem Abwasserbereich und dem Wasserbau wurden auf ihre Anwendbarkeit zur Beschreibung des Transportverhaltens partikulärer Wasserinhaltsstoffe im Trinkwasserbereich hin diskutiert.
Es kristallisiert sich heraus, dass die teilweise deutlich abweichenden Strömungsbedingungen und Partikeleigenschaften gegenüber bekannten Anwendungsbereichen wie der Geschiebetriebberechnung in Flüssen, der Schmutzfrachtmodellierung in Abwasserkanälen oder dem Rohstofftransport in Rohrleitungen die Anpassung ausgewählter Modelle für verschiedene Transportzustände erforderlich macht. Dafür sind weitere Untersuchungen erforderlich, da die vorhandene Datenbasis für eine sicher Einschätzung bisher nicht ausreicht.
Schlagwörter: Suspension, hydraulischer Transport, Sedimentation, Partikel, Feststoff, Trinkwasser, Modell, Rohrleitung
Abstract
The quality of drinking water treatment under the aspect of limiting values claimed by the legislator became the main goal for water supply companies in the past. However, the distribution network between waterworks and consumer became more and more described to be the cause of consumer complaints due to fouled drinking water. In the last years, mainly the used pipe materials, like unlined cast iron pipes were a problem, but in the meantime, the effects of long retention time caused by partial massive decrease of consumption is researched.
Particular material enters the distribution system primarily at the waterworks, due to corrosion of metallic, unprotected pipe materials and microbial activity in the pipes. It is transported depending on the hydraulic conditions in the network. While the transport of solids in sewers and rivers is investigated in numerous studies, there is a considerable need for research in the field of drinking water distribution systems with its special properties.
The problem is researched at a small scale pilot plant in the form of a pipe loop. A range of known models from the waste water field and hydraulic engineering is discussed regarding on their applicability in describing the transport behavior of solids in pipes.
The different hydraulic conditions and particle properties in opposite to known ranges of application like bed load calculation in rivers, solid transport simulation in sewers or the transport of raw material in pipes are a problem. An adjustment of chosen models becomes necessary. More experiments are required, because the actual database is not sufficient for definite conclusions.
Keywords: distribution network, drinking water, hydraulic transport, model, particles, pipe, sedimentation, suspension, solid
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- Integrierte Optimierung von Wasserversorgungssystemen
Zugeordnete Forschungsprojekte
- Minimierung sedimentbürtiger Gütebeeinträchtigungen durch modellgestützten Rohrnetzbetrieb; Teilprojekt 2
Berichtsjahr
2007