Beschlussvorlage (Trinkwasserversorgung im Gebiet der Stadt Lahr; Einbau einer zentralen Trinkwasserenthärtung)
24. Februar 2025
Beschlussvorlage
Federführende Stelle: 202
Sachbearbeitung: Singler
Drucksache Nr.: 203/2024
Az.: 720.00
An der Vorlagenerstellung beteiligte Stellen
Beratungsfolge
Termin
Beratung
Kennung
Verwaltungs- und Vorlagenkonfe- 14.01.2025
renz
vorberatend
nichtöffentlich
Technischer Ausschuss
vorberatend
nichtöffentlich
Gemeinsame Anhörung der Ort- 20.02.2025
schaftsräte
zur Anhörung
öffentlich
Gemeinderat
beschließend
öffentlich
12.02.2025
24.02.2025
Abstimmung
Betreff:
Trinkwasserversorgung im Gebiet der Stadt Lahr;
Einbau einer zentralen Trinkwasserenthärtung
Beschlussvorschlag:
Der Gemeinderat befürwortet den Einbau einer zentralen Trinkwasserenthärtung und
beauftragt die badenovaNetze GmbH mit deren Umsetzung.
Zusammenfassende Begründung:
Die Beschlussvorlage behandelt den geplanten Einbau einer zentralen Trinkwasserenthärtungsanlage für die Wasserversorgung der Stadt Lahr. Aufgrund steigender Wasserhärte von derzeit 17 °dH wird diese Maßnahme empfohlen, um eine Härte von unter 9
°dH zu erreichen. Als bevorzugtes Verfahren wird derzeit die Umkehrosmose genannt,
welche Calcium, Magnesium, Nitrat und weitere unerwünschte Stoffe reduziert. Zur Variantenbewertung wird noch eine weitere Studie erforderlich sein. Daher kann es noch
zu Änderungen des Anlagentyps kommen.
Die Investitionskosten, welche vom Wasserversorger der badenovaNetze GmbH zu tragen sind, werden auf über 5 Mio. Euro geschätzt und würden zu einer Erhöhung der Wasserpreise führen. Allerdings könnten durch die zentrale Enthärtung auch Ausgaben für private Enthärtungsanlagen, Entkalkungsmittel und Energie gesenkt werden. Die Stadtverwaltung empfiehlt dem Gemeinderat daher, die Maßnahme zu beschließen. Nach erfolgter Beschlussfassung ist mit einer Umsetzungsdauer bis Inbetriebnahme von 4 – 6 Jahre
zu rechnen.
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Sachdarstellung
Aktuelle Situation und Handlungsnotwendigkeit:
Die Wasserhärte im Gebiet der Stadt Lahr lag im Jahr 2023 bei 17 °dH und damit nahe dem
Schwellenwert, ab dem eine zentrale Enthärtung zur Vermeidung von Verkalkungsproblemen im
Warmwasserbereich in Erwägung gezogen werden kann. Ein Handlungsbedarf für den Einbau
einer zentralen Enthärtungsanlage besteht nicht. Zukünftig rechnet der Wasserversorger mit steigenden Härtegraden.
Zielsetzung:
Reduzierung der Wasserhärte im Gebiet der Stadt Lahr von derzeit 17 °dH auf einen Zielwert von
unter 9 °dH.
Maßnahmen:
Einbau einer zentralen Enthärtungsanlage im Wasserwerk Galgenberg.
Alternativ geprüfte Maßnahmen:
Der Wasserversorger hat verschiedene Umsetzungsvarianten geprüft und dafür wissenschaftliche Expertise hinzugezogen. Der Einbau einer Umkehrosmosemembrananlage hat sich dabei
derzeit als die vorzugswüdigste Anlage erwiesen. Zur Alternativenbewertung werden noch weitere Studien angestellt.
Alternative wäre auch auf den Einbau einer solchen Anlage weiterhin zu verzichten und erst aktiv
zu werden, wenn die Handlungsschwelle von 20 °dH erreicht worden ist.
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Begründung:
1. Grundsätzliches zur Wasserhärte
Härte ist die Stoffmengenkonzentration eines Wassers an Calcium und Magnesium. Enthärtung ist die Verminderung der Konzentration dieser Stoffe im Wasser. Die Härtebereiche sind
gemäß Definition wie folgt eingeteilt:
Härtebereich
Millimol Calciumcarbonat je Liter
°dH
weich
weniger als 1,5
weniger als 8,4
°dH
mittel
1,5 bis 2,5
8,4 bis 14 °dH
hart
mehr als 2,5
mehr als 14 °dH
Bezüglich der Härte des Trinkwassers gibt es keine Anforderung in der Trinkwasserverordnung. Grundsätzlich besteht unter gesundheitlichen Aspekten keine Notwendigkeit, Calcium
und Magnesium und damit die Gesamthärte in einem Trinkwasser zu reduzieren. Diese
Stoffe gelten als für die menschliche Gesundheit wichtige Mineralien, wobei der Großteil des
menschlichen Bedarfs durch anderweitige Aufnahme gedeckt wird.
In der DIN 2000 ist formuliert, dass Trinkwasser eine gewisse Mindestsäurekapazität und einen gewissen Mindestgehalt an Calcium aufweisen soll. Die Gehalte an diesen Stoffen sollen
jedoch nicht so hoch sein, dass der Gebrauch des Trinkwassers für die üblichen technischen
Zwecke im Haushalt unverhältnismäßig stark beeinträchtigt wird. Aus diesem Grund ist es
Aufgabe des Trinkwasserversorgers, die Notwendigkeit einer zentralen Enthärtung zu prüfen.
Eine zentrale Enthärtung wird dann als sinnvoll erachtet, wenn der Nutzen für den Verbraucher die zusätzlichen Kosten überwiegt. Folgende Kostenfaktoren können durch hartes Wasser entstehen:
• Im Kaltwasserbereich kommt es vermehrt zu Kalkbelägen, die einen erhöhten Reinigungsaufwand zur Folge haben.
• Im Warmwasserbereich sorgen Inkrustierungen in wasserführenden Systemen für einen
schlechteren Wärmeübergang und damit zu Energieverlusten.
• Die Lebensdauer von Haushaltsgeräten wird reduziert. Sie müssen entsprechend schneller ersetzt werden.
• Höherer Bedarf an Waschmittel und Regeneriersalz.
Laut Deutschem Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) – Arbeitsblatt W 235-1 soll die
Notwendigkeit einer zentralen Enthärtung geprüft werden, wenn die Härte des Trinkwassers
über 3,5 mmol/l liegt, entsprechend etwa 20°dH. Liegt die Härte unter 2,0 mmol/l (ca. 11°dH)
wird eine Enthärtung im Allgemeinen als nicht sinnvoll erachtet. In Lahr beträgt die Härte aktuell 3,07 mmol/l, entsprechend 17,2°dH (Stand: 20.06.2023). Gegenüber dem Jahr 2021
stieg die Wasserhärte um 0,26 mmol/l, bzw. 1,5 °dH.
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2. Trinkwassergewinn im Gebiet der Stadt Lahr
Im zentralen Wasserwerk Galgenberg der Stadt Lahr werden sowohl prioritär weiche bis mittelharte Quellwässer, als auch zur Ergänzung des Dargebotes härtere Grundwässer aus der
Rheinebene aufbereitet und miteinander gemischt.
Ziel ist dabei, die Härte so gering wie möglich zu halten. In Summe werden für die Trinkwasserversorgung der Stadt Lahr die Wässer aus 24 Quellen (Sulzbachtalquellen, Viehweg-/Biedermerquellen, Giesenquellen, Reichenbachtalquellen, Eichbergquellen) und 5 Tiefbrunnen
(TB Kaiserwaldbrunnen I – III, TB Freimatte, TB Ernet) genutzt.
Während sich Trockenperioden mit Zeitverzögerung auf die Schüttungen der Quellen auswirken, bleiben die Tiefbrunnen in ihrem Dargebot nahezu unbeeinflusst. Zwar sind die Auswirkungen des Klimawandels auch in den Messungen der Grundwasserpegel sichtbar, eine negative Auswirkung auf die Gewinnungsmenge aus den Grundwasserleitern der Rheinebene
ist derzeit nicht erkennbar.
Das im Wasserwerk Galgenberg zentral aufbereitete Trinkwasser wird mit Ausnahme der
Stadtteile Reichenbach und Kuhbach an alle Stadtteile Lahrs verteilt. Die dort gewonnenen
Quellwässer werden primär vor Ort aufbereitet und abgegeben.
Durch den klimawandelbedingten Rückgang der Quellschüttungen seit einigen Jahren einerseits, aber auch das kontinuierliche Wachstum der Stadt Lahr andererseits, hat sich das Mischungsverhältnis aus weichem und hartem Wasser in den letzten Jahren kontinuierlich so
verändert, dass sich die Härte des abgegebenen Trinkwassers um mehrere °dH aus dem
Härtebereich „Mittel“ in den unteren Härtebereich „Hart“ verschoben hat.
Die zuletzt immer größer werdende Differenz zwischen steigendem Bedarf und nachlassendem Quellwasserdargebot kann nur durch die Steigerung der Entnahme von hartem Wasser
aus den Tiefbrunnen in der Rheinebene kompensiert werden: Die Härte im Trinkwasser
steigt damit. Seit 2016 lag die Gewinnung zur Bedarfsdeckung stets über 2,5 Mio. m³ mit Maxima knapp unter 3 Mio. m³. Die badenovaNETZE GmbH (badenova) als Wasserversorger
im Gebiet der Stadt Lahr rechnet aufgrund der anhaltenden Rückgänge der Quellschüttungen in der Region sowie des weiteren Wachstums der Stadt Lahr damit, dass die Härte des
Trinkwassers weiter zunimmt.
3. Enthärtungsverfahren
Für eine zentrale Wasserenthärtung stehen nach DVGW Arbeitsblatt W 235-1 folgende Verfahrensarten zur Verfügung, für die zum Teil verschiedene Varianten existieren:
• Fällungsverfahren (Schnellentkarbonisierung (SEC), Langsamentkarbonisierung (LEC))
• Ionenaustausch (CARIX)
• Membranverfahren (Nanofiltration, Umkehrosmose)
Abhängig vom Rohwasser, der gewünschten Härte, den Rohrleitungsmaterialien, den Entsorgungsmöglichkeiten für Reststoffe und Abwasser, dem Durchsatz und der bereits vorhandenen Aufbereitungsanlage haben alle Verfahren verschiedene Vor- und Nachteile sowie spezifische Einsatzgrenzen.
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Neben der Verfahrenstechnik und der Wasserchemie müssen u. a. die Korrosionschemie
und die Kosten berücksichtigt werden. Allen Enthärtungsverfahren ist gleich, dass es einer
zum Teil mehrstufigen, sehr komplexen, umfangreichen und voluminösen, vollautomatisierten Anlagentechnik bedarf, die in die vorhandene Anlagen- und Aufbereitungstechnik im
Wasserwerk Galgenberg integriert werden muss.
Ziel einer Enthärtung sollte sein, die Härte deutlich, mindestens um 1 mmol/l (6°dH) zu verringern. Für Lahr bedeutet dies, dass das Enthärtungsziel, bezogen auf das abgegebene
Trinkwasser, bei <9°dH (<1,6 mmol/l) liegt. Dies entspricht dem unteren mittleren Härtebereich.
Fällungsverfahren:
Bei der Fällungsenthärtung wird der pH-Wert des Wassers zunächst weit angehoben. Dabei
fällt Calciumcarbonat aus, wodurch das Wasser enthärtet wird. Reaktionstechnisch wird in
Langsamentkarbonisierung (LEC) und Schnellentkarbonisierung (SEC) unterschieden. Bei
ersterer erfolgt die Fällungsreaktion ausschließlich durch pH-Wert-Anhebung initiiert langsam, so dass große Fällungsbecken mit über einer Stunde Aufenthaltszeit des Wassers erforderlich sind. Oft unter Zugabe eines Flockungshilfsmittels wird Kalkwasser mit dem Rohwasser vermischt. Die entstehenden Kalkflocken fallen in einem Separator (z.B. Parallelplattenseparator) als Schlamm aus, während das entkarbonisierte Grundwasser aus dem Überlauf des Separators abgezogen wird.
Die Schnellentkarbonisierung (SEC) erfolgt hingegen in aufwärts durchströmten Reaktoren,
in die die basisch reagierenden Stoffe sowie ein feinkörniger Sand (Impfsand) zudosiert werden. Dieser Sand wird durch die Wasserströmung in Schwebe gehalten. Das ausfallende
Calciumcarbonat lagert sich an und es bilden sich Pellets, die schließlich aus dem Reaktor
entfernt und durch neuen Sand ersetzt werden. Aufgrund der großen Oberflächen der entstehenden Pellets findet die Reaktion deutlich schneller statt und ist innerhalb von ca. 8 bis 12
Minuten abgeschlossen. In der Praxis lässt sich die Härte mit diesem Verfahren um bis zu
14°dH (2,5 mmol/l) reduzieren. Je nach Reinheit der entstehenden Pellets können diese einer anschließenden Verwertung, z.B. in der Landwirtschaft zugeführt werden.
Ionenaustausch:
Bei diesem Verfahren der Enthärtung erfolgt der Austausch der Härtebildner gegen nicht härtebildende Ionen. Dabei entstehende Nebenprodukte müssen in einem separaten Verfahrensschritt regeneriert werden, um sie wieder im Enthärtungsprozess einsetzen zu können.
Ein Vorteil einer Weiterentwicklung des Verfahrens, des sog. „Carix“ – Verfahrens, liegt in der
Regeneration. Anstelle der hierzu von konventionellen Ionentauschern eingesetzten Säuren,
Laugen oder Kochsalzlösung wird als Regenerationsmittel Kohlenstoffdioxid (CO2) eingesetzt. Durch die Wahl dieses Mittels findet keine Aufsalzung im Abwasser statt. Das anfallende Abwasser (Eluat) enthält nur die Inhaltstoffe in konzentrierter Form, die während des
Beladungsprozesses aufgenommen wurden. Das Abwasser aus der Carix-Anlage ist feststofffrei und mit Kohlensäure angereichert.
Auch für dieses Verfahren ist ein vollautomatischer Betrieb möglich. Da das „Carix“ – Verfahren patentiert ist, gibt es lediglich einen Hersteller und somit keinen Wettbewerb. Es ist aufwändig und teuer in Betrieb und Investition. Die Wasserverluste liegen bei 5% und mehr.
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Membranverfahren:
Bei den Membranverfahren wird der zu behandelnde Rohwasservolumenstrom durch eine
Membran in einen entsalzten Teilstrom (Permeat) und einen aufkonzentrierten Teilstrom
(Konzentrat) aufgetrennt, in dem die entfernten Wasserinhaltsstoffe angereichert sind. Dafür
wird ein verhältnismäßig hoher Druck (ca. 10 bar) benötigt. Je nach Membrantyp können verschiedene Wasserinhaltsstoffe, u.a. auch Nitrate, zurückgehalten werden. Membrananlagen
bestehen typischerweise aus mehreren parallel- und hintereinandergeschalteten Modulen.
Bei den Membranverfahren sollte grundsätzlich eine hohe Ausbeute angestrebt werden, um
den Konzentratanfall und entsprechend den zusätzlichen Rohwasserbedarf zu minimieren.
Dennoch liegen die Spülwasserverluste bei 20% bis 25%. Mit steigender Ausbeute wächst
jedoch die Gefahr, dass es zu Ausfällungen auf der Membranoberfläche kommt, was deren
Durchlässigkeit verringert. Um diesen als Scaling bezeichneten Vorgang zu verhindern, müssen dem Rohwasser in der Regel stabilisierende Chemikalien (so genannte Antiscalants) und
/ oder Säure zugegeben werden. Beeinträchtigt werden kann die Membrandurchlässigkeit
aber auch durch sonstige anorganische oder organische Membranablagerungen (Fouling).
Neben den eigentlichen Membranen zur Entfernung der Härtebildner müssen im Wasser enthaltene Partikel zuvor ausgefiltert werden, weshalb leistungsstarke Vorfilter benötigt werden.
Nach der Enthärtung muss das Wasser aufgrund der entstehenden Kalkaggressivität entsäuert werden.
Vergleich der Enthärtungsverfahren und Fazit:
Neben dem eigentlichen Betrieb der Enthärtungsverfahren sind für die Auswahl weitere Kriterien relevant. Bei allen Verfahren entsteht ein Wasserverlust. Dies bedeutet, dass zunächst
mehr Wasser zum Wasserwerk Galgenberg gefördert werden muss. Das im Prozess anfallende, durch den Prozess chemisch veränderte Abwasser muss auf geeignete Weise entsorgt werden. Eine Einleitung in einen Vorfluter ist nur dann aus genehmigungsrechtlicher
Sicht realistisch, wenn es sich um eine im Verhältnis zum Gewässer sehr geringe Abwassermenge handelt, die keinerlei negative Beeinträchtigung des Gewässers erwarten lässt. Die
badenova steht dazu bereits im Austausch mit der Unteren Wasserbehörde.
Der Einbau einer zentralen Wasserenthärtung wurde vom Wasserversorger weiter vertieft
untersucht und die Varianten wissenschaftlich vom DVGW-Technologiezentrum Wasser Karlsruhe beurteilen lassen. Hierbei stellte sich das Verfahren der Enthärtung über Umkehrosmosemembranen derzeit als vorzugswürdigste Variante dar. Weitere Studien zur Variantenprüfung werden aber noch eingeholt, was noch zu einer Änderung des Anlagentyps führen
kann.
Nach dem Stand der aktuellen Untersuchungen lässt sich eine solche Anlage im bestehenden Bestand verwirklichen. Ob die vorhandenen Platzverhältnisse tatsächlich ausreichend
sind, muss im Rahmen der Variantenstudie noch abschließend geprüft werden. Das hängt
auch von dem daraus resultierenden präferierten Verfahren ab. Falls der Platz nicht ausreichend sollte, wäre ein zusätzlicher Anbau oder die Erweiterung der Halle erforderlich. Aus
technischer Sicht lässt sich die Anlage aber auf jeden Fall in die bestehende Aufbereitungstechnik integrieren.
Mit dem Einbau einer Enthärtungsanlage kann eine Wasserhärte von 8 °dH (Härtebereich
‚weich‘) und ein Hydrogencarbonatgehalt von etwa 2,5 mmol/L erreicht werden.
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Eine Enthärtung unter 8 °dH bringt nach Meinung anerkannter Fachleute keinen zusätzlichen
Nutzen. Weicheres Wasser kann beispielsweise zu Korrosions-Problemen an Metallen und
Beton führen. Zudem würden sich die Betriebskosten erheblich steigern.
Die Investitionen in eine Enthärtungsanlage liegen bei mehr als 5 Mio. € netto und sind vom
Wasserversorger der badenovaNetze GmbH zu tragen. Die Refinanzierung sowie die Deckung der in der Folge erhöhten Betriebskosten würden über die Wasserpreise erfolgen.
Dies hätte den Anstieg der Wasserpreise zur Folge. Der Anstieg des Wasserpreises wird
zwischen 0,33 €/m³ bis 0,58 /m³ prognostiziert. Das entspricht etwa 15 €/Person/a bis zu ca.
26 €/Person/a (bzgl. 45 m³/a).
Der Einbau einer zentralen Enthärtung hat aber auch entlastende Wirkungen. Der individuelle ökonomische Vorteil kann dabei bis zu 0,50 €/m³ betragen.
Es reduzieren sich insbesondere die Ausgaben für:
- Entkalkungs-, Reinigungs- und Waschmittel
- Reparaturen (längere Lebensdauer von wasserführenden Haushaltsgeräten)
- Energiekosten für die Erwärmung des Wassers.
Des Weiteren kann künftig auf die vielfach bereits eingesetzten privaten Enthärtungsanlagen
verzichtet werden. Eine nach dem Stand der Technik betriebene private Enthärtungsanlage, welche nach dem Prinzip eines Ionenaustauschers funktioniert, ist in der Regel
teurer als die zusätzlichen Wasserentgelte durch den Einbau einer zentralen Enthärtung.
Bei einem angepassten Verbraucherverhalten, sprich wenn auch tatsächlich weniger Reinigungs- und Waschmittel verwendet werden, lassen sich die höheren Ausgaben für den Wasserbezug durch geringere Ausgaben nahezu vollständig kompensieren.
Ein größerer Nachteil einer solchen zentralen Enthärtungsanlage ist, dass für den Entkarbonisierungsvorgang deutlich mehr Energie (Strom) benötigt wird. Die Stadtverwaltung wird
deshalb zusammen mit der badenova, unter Einbindung der geplanten gemeinsamen Energie- und Wärmewendegesellschaft, nach Lösungen suchen, den zusätzlichen Energiebedarf
klimaschonend bereitzustellen.
Nach Beschlussfassung für den Einbau einer solchen Anlage, wird die badenova die weiteren kostenintensiven Prüfungen vornehmen und die Umsetzung vorantreiben. Die Umsetzungsdauer bis zur Inbetriebnahme beträgt 4 – 6 Jahre.
Die Umsetzungsdauer ist zum aktuellen Zeitpunkt lediglich grob abschätzbar, da im Vorfeld
einer konkreten Planung zunächst noch weitere Untersuchungen durchgeführt werden müssen (Variantenbetrachtung mit Machbarkeit der präferierten Verfahrenstechnik) und darauf
basierend ist voraussichtlich der Einsatz einer Pilotanlage erforderlich. Maßgeblich hängt die
zeitliche Abwicklung außerdem von der Verfügbarkeit der benötigten spezialisierten Gutachter und Planungsbüros sowie dem Umfang der erforderlichen Genehmigungsverfahren ab.
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Die Verwaltung plädiert aus den genannten Gründen für den Einbau einer zentralen Wasserenthärtungsanlage und empfiehlt dem Gemeinderat eine entsprechende Beschlussfassung.
Die Beschlussvorlage ist inhaltlich mit der badenovaNetze GmbH abgestimmt.
Zur Sitzung wird ein Vertreter der badenova die Maßnahme erläutern und ergänzend für Rückfragen zur Verfügung stehen.
Markus Ibert
Oberbürgermeister
Tilman Petters
Bürgermeister
Markus Wurth
Stadtkämmerer
Anlage(n):
Anlage0
Hinweis:
Die Mitglieder des Gremiums werden gebeten, die Frage der Befangenheit selbst zu prüfen und dem Vorsitzenden das Ergebnis mitzuteilen. Ein befangenes Mitglied hat sich in der öffentlichen Sitzung in den Zuhörerbereich zu begeben und in der nichtöffentlichen Sitzung den Beratungsraum zu verlassen.
Einzelheiten sind dem § 18 Abs. 1-5 der Gemeindeordnung für Baden-Württemberg zu entnehmen.