Aufbau einer Osmoseanlage und Wasserenthärtungsanlage
Die Wasseraufbereitung besteht in der Regel aus:
- Enthärtungsanlage
- Umkehrosmoseanlage
- (zunehmend: EDI, Elektrodeionisation)
- (vereinzelt Mischbett)
- Permeattank
- Druckerhöhung
Risiken im Wasser – Was kann passieren?
In jedem natürlichen Wasser sind Salze gelöst. Die Art und Konzentration der Wasserinhaltsstoffe im Trinkwasser schwankt in Abhängigkeit von der Herkunft des Wassers und von der Art der Gewinnung.
Die Wasserinhaltsstoffe können zu folgenden Problemen fuhren:
Härtebildner (Calcium- und Magnesiumsalze).
Belagsbildung, Kalkbelag durch Calcium- und Magnesiumhydrogencarbonat, Korrosionspotenzial
Schwer- und Buntmetalle, z.B. Eisen, Mangan, Kupfer Bräunlich-rote Belagsbildung, Folgerost
Silikate, Kieselsäure
Weißgraue, farbig erscheinende, dünne Ablagerungen
Chloride
Lochkorrosionen
Abdampfrückstände Flecken und Beläge
Funktionsweise Wasserenthärtungsanlagen
Das Ionenaustauschverfahren basiert auf einem Naturprinzip, welches beispielsweise bei porösen Zeolith-Gestein anzutreffen ist. Dieses nutzt den Austausch von Ionen, indem es Mineralien ans Wasser abgibt, während andere Mineralien dem Wasser entzogen werden.
Bei Enthärtungsanlagen übernehmen Harze diese Funktion. Das eingesetzte Harz ist in der Ausgangsposition mit Natriumionen beladen. Zur Vermeidung von Stillstandsverkeimung wird dem Harz 3% Bio Resin hinzugefügt.
Trifft hartes Wasser auf das Harz, werden die Härtebildner Calcium und Magnesium gegen Natriumionen ausgetauscht, bis das Harz gesättigt ist. Im Ergebnis wird somit „weiches Wasser“ erzeugt.
Bei der Regeneration wird das Harz via Salztabletten (Salz = NaCl) wieder mit Natriumionen angereichert.
Das Spezialharz belädt sich also wieder mit den Natriumionen und gibt im Zuge dessen die gelagerten Calcium- und Magnesiumionen an das Abwasser ab.
Nun können neue Calcium- und Magnesiumionen kommen und wiederum gegen Natriumionen ausgetauscht werden. So entsteht ein Kreislauf.
Umkehrosmose: Funktionsweise von Osmoseanlagen
Osmose – Was ist das?
Osmose bezeichnet den Prozess des Konzentrationsausgleich zweier Flüssigkeiten durch eine halbdurchlässige Membran. Dieser Vorgang tritt immer auf, wenn zwei wässrige Lösungen mit unterschiedlicher Ionen-Konzentration durch eine semipermeable (halbdurchlässige) Wand getrennt sind.
Physikalisch gesehen sind die Ionen-Lösungen – die voneinander durch Membranen getrennt sind – immer bestrebt einen Konzentrationsausgleich zu erlangen.
Das bedeutet, dass Ionen von der hochkonzentrierten Seite auf die Seite der niedrigeren Konzentration gelangen wollen.
Da die Membran eine Barriere darstellt, die die Ionen aufgrund ihrer molekularen Größe nicht ohne weiteres durchwandern können, strömen statt dessen die kleineren Wassermoleküle von der niedrig konzentrierten Seite auf die höher konzentrierte. (osmotischer Druck)
Verfahren der Umkehrosmose – Umkehrosmoseanlage
Das Verfahren der Umkehrosmose wurde bereits in den 60er Jahren im Auftrag der NASA, die ein Trinkwasser-Recycling-System für bemannte Weltraumflüge benötigte, entwickelt.
Bei der Umkehrosmosetechnik wird das Osmose-Prinzip umgekehrt. Auf der Seite mit den hohen Ionen-Konzentrationen (Leitungswasser, Rohwasser) wird ein Druck angelegt, der das Wasser in die andere Richtung zwingt, nämlich auf die Reinwasserseite mit der niedrigeren Konzentration. Der angelegte Druck ist größer als der vorherrschende osmotische Druck.
Die unerwünschten gelösten Stoffe (z.B. Härtebildner, Nitrat, Kieselsäure, Rückstände von Pestiziden und Medikamenten, …) können aufgrund ihrer molekularen Größe nicht durch die ultrafeine Membran gelangen – auf der Reinwasserseite ist somit fast ausschließlich Wasser.
Da während des Betriebs ständig Leitungswasser mit den darin enthaltenen Substanzen nachfließt, müssen die von der Membran zurückgehaltenen Stoffe laufend abgeführt werden, damit ein Verstopfen der Membran verhindert wird. Eine Umkehrosmoseanlage produziert infolgedessen neben dem Reinwasser auch Abwasser (Konzentrat), das die unerwünschten Substanzen in erhöhter Konzentration enthält und die weggespült werden.
„fast ausschließlich Wasser: Je nach Membrane liegt die Rückhalterate bei 95 – 99%.
Das bedeutet das bis zu 5% die Membranen passieren, selbst wenn diese sich in optimalem Zustand befinden.“
Wasserenthärtungsanlage und Umkehrosmose
Eine Enthärtungsanlage die mit Sensoren überwacht oder nur nach Menge regeneriert wird, stellt die erste Schwachstelle dar! Ein Durchbruch von Calcium & Magnesium kann die Membranen der Umkehrosmose verblocken und führt somit zu einer Leistungsabnahme.
Empfehlung:
Einsatz des Testomat 808 (Paket 1)
Eine einstufige Umkehrosmose liefert Leitfähigkeitswerte zwischen 5 – 15 µS/cm. (Empfehlung: Nachrüstung einer zweiten Stufe oder EDI. Hinter der zweiten Stufe oder EDI wird die Leitfähigkeit bei < 0,1 µS/cm liegen.
Problem: Nur bei ordnungsgemäßer Funktion werden die Störstoffe wie SiO2 erfolgreich zurückgehalten. Die Rückhalteraten erreichen nicht 100%.
Empfehlung:
In beiden Fällen bietet sich die Nachrüstung eines Mischbettes an. Das Mischbett kann durch eine Einzelmessgerät oder die Messtafel Silikat überwacht werden und dient als „Polizeifilter“.
„Wird der Testomat 808 SiO2 mit einem Analysenintervall von 4 Stunden betrieben ergeben sich 2.190 Messungen pro Jahr. Dem gegenüber steht aktuell die 2 x pro Jahr stattfindende Validierung“
Hinweise Osmoseanlage – Wasserenthärtungsanlage
Für die Einbindung gilt grundsätzlich:
- Druckverhältnisse der installierten Anlagen sind bei der Auslegung zu beachten
- Abnahmeverhalten der angeschlossenen Abnehmer ist zu beachten, da hierauf die Nachspeisung in den Permeattank basiert (Niveauüberwachung)
- Einbindung der Messgeräte kann so erfolgen, dass eine Messung nur erfolgt, sofern Wasser abgenommen bzw. nachgespeist wird
- Einbindung der Messgeräte mittels 4-20 mA Signal ist möglich und wird empfohlen.
Ihr Vorteil:
Mit einer professionell eingesetzten Wasserenthärtungsanlage und Umkehr – Osmoseanlage garantieren Sie nachhaltig konstante Energieeffizenz und beugen Anlagenausfällen optimal vor.
Gern helfen wir Ihnen bei der Planung Ihrer Wasserenthärtungs- und Umkehr – Osmoseanlage
sowie bei der Auswahl eines geeigneten Unternehmens für den Anlagenbau.
Kontaktieren Sie uns.
Dipl.-Ing. (FH)
Karsten Hesse