Buwal Bericht 

BUWAL STUDIE AN DER ETHZ I EAWAG IM RAHMEN EINER DISSERTATION IN DER ZEIT VON 1995 -1999. Schon 1994 wurde unser Technologiekonzept aus einer Vielzahl von physikalischen Verfahren als beste technische Lösung für die vorgesehene Aufgabenteilung evaluiert und für die Langzeitauswertung im Abwasser- und Trinkwasserbereich eingesetzt.

Die Kalkfine-Mehrfrequenz-Breitband-Technologie wurde seit 1990 ständig verbessert um einen hohen und sicheren Nutzen beim Anwender zu gewährleisten.

Tausende erfolgreicher Anwendungen in allen Immobiliengrössen im Trinkwasserbereich, die Auswertung wissenschaftlicher Resultate in die Gerätetechnik von Kalkfine, führte zur neuen Bezeichnung "Technik 2000 Plus ".

Nachfolgend stellen wir Ihnen für interne Zwecke einen Auszug über die Publikation Nr. 30 des BUWAL vom Dezember 1999 im Trinkwasserbereich zur Verfügung.

Trinkwasser Zusammenfassend wird darin eine Wirkung von bis zu 100% gegen mineralische Ablagerung im Trinkwasser attestiert.

Für spezielle Anwendungen werden geeignete elektromagnetische Felder verlangt. Die notwendigen Kenntnisse dazu sind bei uns in einer exklusiven technischen Datenbank abgelegt.

Die Programmierung dieser Einzelanfertigungen für Abwasser, andere Fluide oder auch Milch erfolgt während der Produktion. Falls notwendig kann die optimale Langzeitwirkung mittels Feinabstimmung der Frequenzverläufe durch den Anwender auf einfache Weise an der Anlage vorgenommen werden. Auch eine wichtige Forderung aus der vorliegenden Studie.

Abwasser Am Fallbeispiel der Kläranlage Worblental liess sich zeigen, dass sich eine Verkrustung von Wärmetauscherflächen mit Wärmetauscherflächen mit Hilfe geeigneter elektromagnetischer Felder vollständig verhindern lässt.

Aus bilanzmässigen Rechnungen wird deutlich, dass das Eisen, das am Rohr ausfällt und Vivianit bildet, nur einen ganz geringen Anteil der Eisenausfällungen im Faulschlamm ausmacht Selbst geringste Mengen mineralischer Ablagerungen an Wärmetauscherflächen schränken - wegen ihrer Wärmeisolationseigenschaften die Wärmeübertragung drastisch ein. Wegen der Verkrustungen hatten die 5 Wärmetauscher in der ARA Worblenta1 nicht mehr ausgereicht, um die Faultemperatur halten zu können. Durch den Einsatz geeigneter elektromagnetischer Felder konnte in diesem Fall eine umweltfreundliche, nachhaltige und kosten-günstige Alternative zu den häufigen, gefährlichen und materialschädigenden Unterhaltsarbeiten gefunden werden.

Eine Leitungsführung, die den Frischschlamm direkt in den Faulturm zugibt, hätte in der Zirkulationsleitung wesentlich kleinere Übersättigungen und vermutlich weniger Ausfällungen zur Folge.

Verkalkungsprobleme in Trinkwasseranlagen

Die Entstehung der Wasserhärte Das Wasser, das als Niederschlag auf die Erde fällt, enthält erst jene Stoffe, die in der Atmosphäre enthalten und wasserlöslich sind (Gase, Säuren, Schwebeteilchen). Bei der Infiltration in den Boden gelangt das Wasser zuerst in die Humusschicht. Dort wird es mit Kohlensäure, die aus dem mikrobiellen Abbau stammt, angereichert. Im Boden steht das Wasser somit. unter einem erhöhten CO2-Partialdruck. In grösseren Tiefen führt die im Wasser gelöste Kohlensäure zu einer Auflösung kalkhaltiger Bodenschichten. Die mineralischen Bestandteile aus der Kalkauflösung bilden die sogenannte 'Wasserhärte".

Wenn das Wasser gefasst wird, werden die physikalischen Bedingungen (Druck, Temperatur) verändert. Jede Veränderung der physikalischen (wie auch der chemischen) Bedingungen hat eine Auswirkung auf das chemische Gleichgewicht.

Das Entstehen von Ausfällungen Beim Übergang vom Trinkwassernetz zu offenen Systemen (Wasserhahn, Duschebrause) oder halboffenen Systemen (Boiler, Waschmaschine) finden verschiedene Reaktionen statt: Das Wasser kommt in Kontakt mit der Luftatmosphäre und dem Luftdruck. Ein Teil der gelösten Kohlensäure entweicht und das chemische Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung eines Ausfällens der gelösten mineralischen Bestand- teile (des Kalkes).

Ca2+ + 2 HCO3- <=> CaCO3 + CO2 + H20

Bei einer Temperaturänderung verändern sich die Gleichgewichtskonstanten (Henrykonstante, Löslichkeitskonstanten), was ebenfalls eine Verschiebung des chemischen Gleichgewicht zur Folge hat. Im Fall von Kalk führt eine Erhöhung der Temperatur zu einer geringeren Löslichkeit

CO2 gas <=> CO2aq Ca2+ + CO3 2- <=> CaCO3

Ein weiterer Prozess, der zu einer Ausfällung beim Verbraucher führen kann, ist beispielsweise eine Aufkonzentrierung der im Wasser gelösten Ionen durch Verdunstung. Es sind somit eine ganze Reihe verschiedener Faktoren, die bestimmen, wann resp. wo im Trinkwassernetz über- sättigte Bedingungen herrschen und wie gross die Härte des Trinkwassers beim Verbraucher ist. Dazu gehören die Bodenmineralien, die Aufenthaltszeiten des Wassers im Boden, sowie die bei der Wasseraufbereitung und- Nutzung herrschenden Bedingungen.

Die Aufbereitung von hartem Trinkwasser Die mineralischen Ausfällungen, der sogenannte "Kesselstein", führen zu Energieverlusten, Überhitzung und Funktionsstörungen. Aus diesen Gründen wird hartes Wasser mit Hilfe verschiedener Methoden aufbereitet. Die meisten der zum Einsatz kommenden Verfahren führen zu einer Erniedrigung der Konzentration der gelösten, steinbildenden Stoffe und damit der relativen Übersättigung. Es gibt auch Verfahren, die die Kristallbildung direkt beeinflussen. Dazu gehören neben der Dosierung von chemischen Inhibitoren auch elektromagnetische Felder.

Massnahmen in der Praxis zur Wasserenthärtung und im Umgang mit hartem Wasser. Unter I. sind chemische, unter 11. physikalische Methoden aufgelistet

Der grosse Nachteil der chemischen Verfahren liegt in den Kosten und darin, dass dadurch eine zusätzliche Gewässerbelastung erfolgt. Die gängigen physikalischen Verfahren andererseits weisen i.a. einen hohen Energiebedarf auf.

Die Wasserbehandlungsmethoden via magnetische und elektromagnetische Felder sind wenig erforscht. Der Einsatz entsprechender kommerzieller Geräte führt nur in einem Teil der Fälle zu befriedigenden Resultaten und ist vorbelastet durch unseriöse Behauptungen und Versprechungen der Anbieter. Hier besteht ein grosser Forschungsbedarf zur Bestimmung des Potentials dieser Methoden sowie der Aufklärung der Wirkungsmechanismen und technischen Optimierung. Der grosse Vorteil dieser Methoden liegt darin, dass keine Chemikalien zum Einsatz kommen und gleichzeitig der Energiebedarf gering ist. Es bietet sich hier somit ein Ansatz, eine Entwicklung in Richtung nachhaltiger, kostengünstiger Wasseraufbereitung zu realisieren.

Trinkwasserversorgung mit hartem Wasser

Im Rahmen der Dissertation wurde neben den Kläranlageuntersuchungen eine Fallstudie über den Einsatz elektromagnetischer Felder in einer Trinkwasserversorgung durchgeführt. Der Trinkwasserbereich und die darin stattfindenden Ablagerungen stellen chemisch ein weit weniger komplexes System als Kläranlagen dar.

Bei der untersuchten Trinkwasser-Fallstudie handelt es sich um eine vom kommunalen Trinkwassernetz unabhängige Trinkwasserversorgung, die durch drei Fassungen mit einem äusserst harten Wasser gespiesen wird.

Mittlere Trinkwasserzusammensetzung pH 7.8 (-8.4)
Leitfähigkeit 1000 – 1400 µS/cm
Alkalinität 4 mM (-6 mM)
Ca2+ 2.6 mM
Mg2+ 1.2 mM
SO42- ca. 1.8mM (geschätzt)

Das harte Trinkwasser führt zu grossen Kalkproblemen, die an verschiedenen Orten in der Anlage, die das Trinkwasser nutzt, regelmässige und aufwendige Unterhaltsarbeiten erforderten. Am intensivsten waren die Kalkprobleme in der Kühlung der Kältekompressoren, in der Küche (Geschirr-, Gläser- und Chromstahlreinigung) und an den Heizstäben dreier Boiler. Da konventionelle Sanierungsvorschläge (Zudosierung von Härtestabilisatoren ins Rohwasser, Gegenosmoseanlage für die Luftbefeuchter und das Trinkwasser, Enthärtungsanlagen für die Küche, oder aber Innenbeschichtung der Rohre) kostspielig und bei alternieren- dem Betrieb möglicherweise in bakteriologischer resp. korrosiver Hinsicht nicht unproblematisch sind, wurde ein Versuch mit elektromagnetischen Feldern unternommen.

Probleme in der Klimatisierung

In der Kühlung der Kältekompressoren wird das Kühlwasser von ca. 10° auf 28-30°C erhitzt. Das führt zu einem 1.26-faGhen Anstieg der CaCO3.

Versuch mit elektromagnetischen Feldern

Die Untersuchung der Kalkbildung in den Kühlrohren der Kältekompressoren wurde als ein Vergleich "vorher/nachher" durchgeführt: Zu Versuchsbeginn wurde ein Rohrstück, das zwei Jahre in der Leitung eingebaut gewesen war, herausgesägt und durch ein entsprechendes neues Rohr (gleiches Material aus gleicher Lieferung) ersetzt. Dieses neue Rohrstück wurde ein Jahr später wiederum herausgesägt. Somit ergab sich ein Vergleich identischer Rohre am gleichen Ort über einen Beobachtungszeitraum von 3 Jahren. Am Betrieb wurde in der Zeit, als die Rohre montiert waren, nichts geändert. Die Betriebstemperatur an der Stelle der herausgesägten Versuchsrohre liegt zwischen 28 und 30°C.

Resultate

1. Optischer Befund: Auffallend ist der Unterschied in der Dicke der gebildeten Schicht. Unter der Annahme, dass die Dichte der Krusten gleich ist, hat sich unter Feldeinfluss in dergleichen Zeit sechs mal weniger Material abgelagert als unter Referenzbedingungen.

2. Chemische Zusammensetzung: Die Ablagerung besteht in beiden Fällen zur Hauptsache aus Calciumcarbonat. Im Gegensatz zur totalen ausgefallenen Calciummenge scheint der Eisengehalt durch die Felder nicht beeinflusst worden zu sein.

 3. Pulverdiffraktometrie: Die Untersuchungen der in den Kühlrohren gebildeten Ablagerungen ergab, dass die mineralische Zusammensetzung im Vergleich zu der Referenz anders ist: Wo vor Installation der elektromagnetischen Geräte reiner Aragonit gefunden worden war, fanden sich in der Röntgenanalyse der unter Versuchsbedingungen entstandenen Ablagerungen ca. gleich grosse Anteile an Calcit und Aragonit.

REM - Aufnahmen

Die Rasterelektronenmikroskopaufnahmen zeigen im Fall der Referenzprobe schöne Aragpnitnadeln und -prismen, die zu Bündeln aggregiert oder vereinzelt vorliegen. Die unter Feldeinfluss entstandene Ausfällung zeigt (selbst bei 5000- facher Vergrösserung) nur eine poröse, unstrukturierte Anhäufung mikrokristalliner Kristalle.

Rasterelektronenmikroskopaufnahmen aus dem Kühlrohr der Kältekompressoren bei einer 200- fachen Vergrösserung: die Abbildungen links (Referenz) zeigt schöne Aragonitnadeln, die Abbildung rechts (unter Feldeinfluss) zeigt keine erkennbaren kristallinen Strukturen.

Folgerungen aus der Trinkwasser-Fallstudie

Die Fallstudie im Trinkwasserbereich, einem - verglichen mit Kläranlagen - verhältnismässig reinen System, führten zu differenzierteren und aufschlussreichen Beobachtungen.

Unter den Bedingungen, die durch das örtliche Trinkwasser, das Leitungsnetz und die zum Einsatz gekommenen Felder gegeben wurden, konnten folgende Änderungen festgestellt werden:

- Die abgeschiedene Kalkmenge wurde durch das elektromagnetische Feld um den Faktor 6 reduziert.

- Die abgeschiedene Eisenmenge ist nichtfeldabhängig. Durch die Verringerung derabgeschiedenen Kalkmenge ist der prozentuale Eisenanteil wesentlich grösser unter Feldeinfluss(Verdünnungseffekt ).

- Die Kristallmodifikation der an der Rohrwandverbleibenden Ausfällung änderte sich unter demEinfluss der elektromagnetischen Felder. Währenddie Referenz aus Aragonit bestand, besteht diekristalline Struktur aus dem Versuch aus einem ca.1:1 Gemisch von Calcit und Aragonit.