Verweilzeitrechner - Wasseraufbereitung & HRT-Tool

Ein Rechner für die Aufenthaltszeit ermittelt, wie lange eine Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser oder Abwasser, in einem Tank, Becken oder einer anderen Rückhaltestruktur verbleibt. Dazu wird das Volumen der Struktur durch den hindurchfließenden Volumenstrom geteilt. Das Ergebnis wird Aufenthaltszeit oder hydraulische Verweilzeit (HRT) genannt und in der Wasseraufbereitung, Abwasserbehandlung und Regenwasserbewirtschaftung verwendet.

Was ist die Aufenthaltszeit?

Die Aufenthaltszeit ist die durchschnittliche Zeit, die ein Wasserteilchen in einem Becken oder Behälter verbringt, bevor es ihn verlässt. Fachleute nennen sie auch Rückhaltezeit oder Verweilzeit. Sie entspricht dem Volumen des Beckens geteilt durch den Volumenstrom des Wassers, das hindurchströmt.

Die Formel setzt einen idealen Fall voraus. Entweder bewegt sich das Wasser geordnet hindurch, ähnlich wie Autos in einem einspurigen Tunnel (dies wird Kolbenströmung genannt), oder neues Wasser vermischt sich gleichmäßig mit dem bereits vorhandenen Wasser (dies wird vollständige Durchmischung genannt). Reale Tanks entsprechen keinem dieser Fälle genau. Wasser kann zwischen Zulauf und Ablauf eine Abkürzung nehmen; dieses Problem wird als Kurzschlussströmung bezeichnet. In einigen Ecken eines Tanks bewegt sich das Wasser kaum; diese Bereiche werden Totzonen genannt. Deshalb ist die tatsächliche Verweilzeit des Wassers in einem Tank oft kürzer als die berechnete Aufenthaltszeit.

Formel für die Aufenthaltszeit

Die grundlegende Formel lautet:

Aufenthaltszeit (t) = Volumen (V) ÷ Volumenstrom (Q)

• t = Aufenthaltszeit, gewöhnlich in Stunden
• V = Volumen des Tanks oder Beckens
• Q = Volumenstrom durch den Tank oder das Becken

Volumen und Volumenstrom müssen vor der Division in zueinander passenden Einheiten angegeben werden. Dieser Rechner führt die Umrechnung automatisch durch. Unterstützt werden:

Volumen: Kubikmeter (m³), Liter (L), Gallonen (gal)

• 1 m³ = 1.000 L
• 1 m³ ≈ 264,17 gal

Volumenstrom: Kubikmeter pro Stunde (m³/h), Liter pro Minute (L/min), Gallonen pro Minute (gal/min)

• 1 m³/h ≈ 16,67 L/min
• 1 m³/h ≈ 4,40 Gallonen/min

Zeit: Stunden, Minuten, Sekunden

• 1 Stunde = 60 Minuten = 3.600 Sekunden

Aufenthaltszeit berechnen

1. Geben Sie das Volumen des Tanks oder Beckens ein und wählen Sie die Einheit aus.
2. Geben Sie den Volumenstrom durch den Tank ein und wählen Sie die Einheit aus.
3. Wählen Sie die Einheit für das Ergebnis aus: Stunden, Minuten oder Sekunden.
4. Der Rechner rechnet das Volumen in Kubikmeter und den Volumenstrom in Kubikmeter pro Stunde um und teilt anschließend das Volumen durch den Volumenstrom, um die Aufenthaltszeit zu ermitteln.

Rechenbeispiele

Beispiel 1: Chlor-Kontaktbecken

Eine Wasseraufbereitungsanlage verfügt über ein Chlor-Kontaktbecken mit einem Volumen von 500 m³. Das Wasser fließt mit 100 m³/h hindurch.

Aufenthaltszeit = 500 m³ ÷ 100 m³/h = 5 Stunden

Beispiel 2: Unterschiedliche Einheiten

Ein Tank fasst 5.000 Liter; das Wasser fließt mit 250 Litern pro Minute hinein.

Zuerst erfolgt die Umrechnung in Kubikmeter und Kubikmeter pro Stunde:

• 5.000 L = 5 m³
• 250 L/min × 0,06 = 15 m³/h

Aufenthaltszeit = 5 m³ ÷ 15 m³/h = 0,33 Stunden oder 20 Minuten

Beispiel 3: Gallonen

Eine Schwimmbadfilteranlage fasst 50.000 Gallonen (190.000 L) und hat einen Volumenstrom von 100 Gallonen (380 L) pro Minute.

Umrechnung in Kubikmeter und Kubikmeter pro Stunde:

• 50.000 gal × 0,00378541 ≈ 189,27 m³
• 100 gal/min × 0,227125 ≈ 22,71 m³/h

Aufenthaltszeit = 189,27 m³ ÷ 22,71 m³/h ≈ 8,33 Stunden

Einsatzbereiche der Aufenthaltszeit

Wasseraufbereitung. Die Aufenthaltszeit bestimmt, wie lange das Wasser mit einem Desinfektionsmittel wie Chlor in Kontakt bleibt. Aufsichtsbehörden wie die US-Umweltschutzbehörde legen Mindestkontaktzeiten fest, damit Krankheitserreger inaktiviert werden, bevor das aufbereitete Wasser die Verbraucher erreicht. Sedimentationsbecken haben längere Aufenthaltszeiten, oft mehrere Stunden, damit sich Schwebstoffe absetzen können.

Abwasserbehandlung. Biologische Behandlungsverfahren wie Belebtschlammanlagen benötigen eine ausreichende Aufenthaltszeit, damit Mikroorganismen organische Stoffe abbauen können. Diese hydraulische Aufenthaltszeit unterscheidet sich von der Schlammalterzeit (SRT), die misst, wie lange die Mikroorganismen selbst im System verbleiben. Die SRT ist gewöhnlich deutlich länger als die Zeit, die das Wasser dort verbringt.

Regenwasserbewirtschaftung. Rückhaltebecken halten den Abfluss nach Stürmen zurück, damit sich Sedimente und Schadstoffe absetzen können, bevor das Wasser abgeleitet wird. Eine längere Aufenthaltszeit entfernt im Allgemeinen mehr feine Partikel, erfordert jedoch auch ein größeres Becken.

Weitere Systeme. Die Aufenthaltszeit gilt auch für chemische Reaktoren, Öl-Wasser-Abscheider und künstlich angelegte Feuchtgebiete sowie für jedes System, in dem ein festes Volumen einen kontinuierlichen Volumenstrom verarbeitet.

Häufige Fehler

• Verwendung des mittleren statt des Spitzenvolumenstroms. Ein Becken muss auch beim maximalen Volumenstrom eine ausreichende Aufenthaltszeit gewährleisten, nicht nur unter typischen Bedingungen.
• Nichtberücksichtigung von Kurzschlussströmungen. Reale Becken bieten oft eine geringere effektive Aufenthaltszeit als berechnet, weil sich der Volumenstrom nicht gleichmäßig im Tank verteilt.
• Verwechslung von Zeiteinheiten. Eine Verwechslung von Minuten und Stunden verändert das Ergebnis um den Faktor 60.
• Verwendung des Bruttovolumens statt des Nettovolumens. Ausrüstung, Leitbleche und angesammelte Sedimente verringern den Raum, der dem Wasser tatsächlich zur Verfügung steht.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Aufenthaltszeit in der Wasseraufbereitung? Die Aufenthaltszeit ist die durchschnittliche Zeit, die Wasser in einem Becken oder Behälter verbringt, und ergibt sich aus dem Volumen geteilt durch den Volumenstrom. Sie zeigt, ob ein Verfahren wie die Desinfektion oder das Absetzen genug Zeit zum Wirken hat.

Ist die Aufenthaltszeit dasselbe wie die Verweilzeit? Die Begriffe werden oft austauschbar verwendet. Manche Fachleute nennen den berechneten, theoretischen Wert „Aufenthaltszeit“ und die tatsächliche Dauer, die das Wasser bleibt, „Verweilzeit“, nachdem Kurzschlussströmungen und Totzonen berücksichtigt wurden.

Warum ist die Aufenthaltszeit wichtig? Viele Aufbereitungsverfahren brauchen eine Mindestzeit, um zu wirken. Chlor braucht Kontaktzeit, um Krankheitserreger zu inaktivieren. Partikel brauchen Zeit, um abzusinken. Mikroorganismen brauchen Zeit, um organische Stoffe abzubauen. Aufsichtsbehörden legen für mehrere dieser Verfahren Mindestaufenthaltszeiten fest.

Kann die Aufenthaltszeit zu lang sein? Ja. Eine zu lange Aufenthaltszeit kann in offenen Becken Algenwachstum begünstigen, bei unnötiger Belüftung Energie verschwenden und durch überdimensionierte Behälter die Baukosten erhöhen.

Warum unterscheidet sich die tatsächliche Aufenthaltszeit in einem Behälter vom berechneten Wert? Kurzschlussströmungen, Totzonen, Wind auf offenen Becken und Temperaturschichtung können die wirksame Aufenthaltszeit kürzer als den berechneten Wert machen.

Welche Zeiteinheit sollte ich verwenden? Schnelle Vorgänge wie das schnelle Mischen werden meist in Sekunden oder Minuten gemessen. Sedimentation und biologische Behandlung werden meist in Stunden gemessen. Langsame Vorgänge wie die anaerobe Faulung werden in Tagen gemessen.

Referenzen

1. US Environmental Protection Agency. Disinfection Profiling and Benchmarking Technical Guidance Manual (EPA 815-R-20-003). Handbuch zu Desinfektionsprofilen und Benchmarking – theoretische Aufenthaltszeit = V / Q beim maximalen Stundenvolumenstrom, unter der Annahme einer Kolbenströmung; Kurzschlussströmungen verkürzen die tatsächliche Kontaktzeit.
2. National Institute of Standards and Technology. NIST Guide to the SI, Appendix B.8: Factors for Units Listed Alphabetically. NIST SP 811, Anhang B.8 – 1 US-Gallone = 3,785 412 × 10⁻³ m³.