Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Umwelttechnik LK 2021

2.1 Erläutern Sie die Wirkung der Vorgänge bei der Bodenpassage auf die Bildung des Grundwassers.

Lösung: Niederschlagswasser sickert in die biologisch aktive Schicht. Mikroorganismen verstoffwechseln organische Substanzen, veratmen gelösten Sauerstoff und scheiden CO₂ aus. Das Sickerwasser wird kohlensaurer (CO₂ + H₂O → H₂CO₃). Die Kohlensäure löst Bodenmineralien auf, was zu einer Anreicherung mit Metallionen (Calcium-, Magnesium-, Eisenionen) führt.

2.2 Beurteilen Sie die Rohwasserqualität aus der Brunnenanlage in Großenkneten hinsichtlich ihrer Eignung als Trinkwasser.

Lösung: Das Rohwasser ist ohne Aufbereitung nicht als Trinkwasser geeignet. Die Nitratwerte (125 mg/L vs. Grenzwert 50 mg/L) und Nitritwerte (1,2 mg/L vs. Grenzwert 0,50 mg/L) sind deutlich überschritten (erfordert Denitrifizierung). Zudem liegt eine Belastung mit E. coli vor (5 KBE/100 mL vs. Grenzwert 0/100 mL), was eine zwingende Entkeimung erforderlich macht.

2.2 Erörtern Sie die Ursache für die überhöhten Werte aus der Trinkwasseranalyse.

Lösung: Ursache ist landwirtschaftlicher Eintrag von Düngemitteln (Kunstdünger) oder Gülle/Tierdung. Durch Nitrifizierung entsteht aus Ammoniumverbindungen Nitrit und Nitrat. Da auch E. coli vorkommt, ist Gülle oder fäkale Verunreinigung die wahrscheinlichste Hauptquelle. Rohrleitungsleckagen sind unwahrscheinlich, da Ammonium nicht erhöht ist.

2.3 Begründen Sie die Notwendigkeit des Nachweises dieses Keimes in der Trinkwasseranalyse.

Lösung: E. coli lebt im Darmtrakt von Warmblütern und kommt außerhalb des Darms normalerweise nicht vor. Es dient als verlässlicher Indikator für fäkale Verunreinigungen. Mit E. coli können auch gefährliche Krankheitserreger ins Trinkwasser gelangen. Zudem widerspricht sein Nachweis dem Appetitlichkeitsgebot.

2.3 Erläutern Sie den in der Trinkwasseranalyse festgelegten Grenzwert für Escherichia coli und in diesem Zusammenhang den Begriff koloniebildende Einheit (KBE).

Lösung: Der Grenzwert liegt bei 0 KBE/100 mL, da bereits ein einzelnes keimfähiges Bakterium Fäkalienkontakt belegt. Da Einzelbakterien nicht direkt zählbar sind, wird eine Keimprobe bebrütet: Jedes keimfähige Bakterium wächst zu einer sichtbaren Kolonie (KBE) heran, woraus auf die ursprüngliche Keimzahl geschlossen wird.

2.4 Skizzieren und beschriften Sie beide Brunnentypen (Vertikalfilterbrunnen und Horizontalfilterbrunnen).

Lösung: Skizze eines Vertikalfilterbrunnens (senkrechtes Brunnenrohr, Filterrohr im Grundwasserleiter, Kiesschüttung, Unterwassermotorpumpe, Brunnenstube) und eines Horizontalfilterbrunnens (zentraler vertikaler Schacht mit horizontal sternförmig vorgetriebenen Filterrohren, Pumpe im Schacht).

2.4 Vergleichen Sie Vertikalfilterbrunnen und Horizontalfilterbrunnen hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Einsatzbereiche.

Lösung: Vertikalfilterbrunnen reichen in Tiefen bis über 1000 m und können mehrere Grundwasserstockwerke gleichzeitig nutzen; sie haben hohe Filterdurchtrittsgeschwindigkeiten (höhere Verockerungsgefahr/kürzere Lebensdauer) und geringere Ergiebigkeit pro Brunnen. Horizontalfilterbrunnen werden bei Tiefen bis ca. 100 m in mächtigen oder geringmächtigen Einzelschichten eingesetzt, besitzen durch lange Filterrohre geringe Eintrittsgeschwindigkeiten (weniger Verockerung, längere Lebensdauer) und decken ein großes Einzugsgebiet mit einem Schacht ab.

2.5 Berechnen Sie die Fließgeschwindigkeit des Rohwassers in der Zuleitung zwischen dem Schachtbrunnen und der Aufbereitungsanlage.

Lösung: 1,562 m/s / 5622,626 m/h

2.5 Berechnen Sie die durchschnittliche Verweilzeit des Rohwassers in der Zuleitung zwischen dem Schachtbrunnen und der Aufbereitungsanlage.

Lösung: 768,25 s / 12,8 min

2.6 Nennen Sie Gründe, die die Regulierung des Eisengehaltes von Trinkwasser notwendig machen.

Lösung: Ablagerungen von Eisenoxid schädigen Anlagen zur Trinkwasserverteilung (Rohrverengung, Korrosion). Geschmackliche Beeinträchtigung und bräunliche Trübung/Verfärbung widersprechen dem Gebot der Appetitlichkeit.

2.6 Beschreiben Sie eine durchzuführende Maßnahme zur Regulierung des Eisengehalts im Rahmen der Trinkwasseraufbereitung.

Lösung: Oxidation von gelöstem Eisen Fe(II) zu unlöslichen Eisenoxidhydraten Fe(III) (z. B. durch Belüftung mittels Verrieseln, Kaskaden oder Lufteinperlen; alternativ durch Ozonung oder biologische Enteisenung im Filter). Anschließend Filtration der ausgeflockten Eisenverbindungen über Sandschnellfilter.

2.7 Schätzen Sie die Zahl der Einwohner von Großenkneten ab, die mit dem Wasser der Brunnenanlage versorgt werden kann.

Lösung: 13463 / 13500