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Ratgeber Kühlwasser,
Kühlkreisläufe und
Kühltürme Betrieb von offenen und geschlossenen
Kühlkreisläufen
Korrosion, (Kalk-)Ablagerungen, Biofilme und Verschmutzung
Wasserbehandlungs- und Aufbereitungsmöglichkeiten
Von Jürgen Tauschek
Fachberater Kühlwasser
aqua-Technik Beratungs GmbH
Ansbacher Str. 8
91126 Schwabach
Tel.: +49 (0)9122 / 88 80 29
Fax: +49 (0)9122 / 87 49 52
E-Mail: [email protected]
Web: www.aquabest.de
1
Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ...................................................................................................................................... 1
Einleitung .................................................................................................................................................... 4
Typische Herausforderungen (Statistik) .................................................................................................. 6
Arten von Kühlkreisläufen ........................................................................................................................ 7
Durchlaufkühlung .................................................................................................................................. 7
Offener Kühlkreislauf ............................................................................................................................. 7
Geschlossener Kühlkreislauf ................................................................................................................. 8
Zusammenfassung ................................................................................................................................ 8
Kühlarten .................................................................................................................................................... 9
Kältemaschinen, Kühltürme und Freikühler ....................................................................................... 9
TERRACOOL ......................................................................................................................................... 10
Bezugsquellen Wasser ............................................................................................................................ 15
Grundwasser (Brunnen/Quellen) ...................................................................................................... 15
Oberflächenwasser (Flüsse/Seen) .................................................................................................... 15
Regenwasser ....................................................................................................................................... 15
Stadtwasser .......................................................................................................................................... 16
Zusammenfassung .............................................................................................................................. 16
Kühlwasser – Häufige Probleme ........................................................................................................... 17
Korrosion ............................................................................................................................................... 17
Schutz vor Korrosion ........................................................................................................................ 17
Ablagerungen ..................................................................................................................................... 20
Schutz vor Ablagerungen .............................................................................................................. 21
Biologisches Wachstum ...................................................................................................................... 21
Schutz vor biologischem Wachstum ............................................................................................ 21
Praxisausflug – Häufige Probleme und Ziele von Unternehmen ................................................... 22
42. BImSchV (Legionellen) ..................................................................................................................... 23
Legionellen Prävention ................................................................................................................... 24
Gesetzliche Prüf- und Maßnahmenwerte für Legionellen ......................................................... 24
Pflicht zur Überwachung der Allgemeinen Koloniezahl ............................................................. 25
Pflicht zur Überprüfung der Anlagen ............................................................................................ 26
Muster Betriebstagebuch ............................................................................................................... 26
Reinigung und Desinfektion von Kühlsystemen .................................................................................. 29
2
Beseitigung von Ablagerungen ........................................................................................................ 29
Special Entkalkung .............................................................................................................................. 30
Desinfektion ......................................................................................................................................... 31
Membran-Filtration .......................................................................................................................... 31
Chlor- und Bromabspalter, „Chlortabletten“ .............................................................................. 31
Chlordioxid ....................................................................................................................................... 32
Ozon .................................................................................................................................................. 32
UV (ultraviolette Strahlung) ............................................................................................................ 32
Wasserstoffperoxid .......................................................................................................................... 33
Nichtoxidative Biozide .................................................................................................................... 33
Übersicht Desinfektionsverfahren / Biozide .................................................................................. 33
Wasserbehandlung und -aufbereitung ............................................................................................... 34
Chemische Wasserbehandlung ....................................................................................................... 34
Produkte chemische Wasserbehandlung ................................................................................... 34
Korrosionsinhibitoren ....................................................................................................................... 35
Härtestabilisatoren/Dispergatoren ................................................................................................ 35
Biozide / Desinfektionsmittel ........................................................................................................... 35
Erfolgskriterien der chemischen Wasserbehandlung ................................................................. 36
Dosierstationen ................................................................................................................................ 36
Technische Wasseraufbereitung ...................................................................................................... 38
Kies-/Sandfilter ................................................................................................................................. 39
Aktivkohlefilter .................................................................................................................................. 41
Ultrafiltration ..................................................................................................................................... 43
Umkehrosmoseanlage .................................................................................................................... 44
Ionenaustauscheranlagen............................................................................................................. 45
Teilentsalzung ................................................................................................................................... 48
Vollentsalzung .................................................................................................................................. 49
Multistep-Verfahren ......................................................................................................................... 50
Mischbett .......................................................................................................................................... 50
EDI Vollentsalzungsanlagen ........................................................................................................... 51
Membranentgasung ....................................................................................................................... 52
UV-Anlagen ...................................................................................................................................... 53
Neutralisationsanlagen ................................................................................................................... 54
Mess-, Steuerungs- & Regeltechnik .................................................................................................. 55
Schaltschrankbau ........................................................................................................................... 55
3
SPS Programmierung und Visualisierung ...................................................................................... 55
Messtechnik ...................................................................................................................................... 56
Pumpentechnik ............................................................................................................................... 57
Kühltürme und Verdunstungskühlanlagen .......................................................................................... 59
Grundsätzliches ................................................................................................................................... 59
Arten und Funktionsweise .................................................................................................................. 59
Verdunstung, Eindickung und Absalzung ........................................................................................ 62
Eindickung ........................................................................................................................................ 62
Absalzung ......................................................................................................................................... 63
Richtwerte Wasserqualität ................................................................................................................. 64
Wichtige Wasserparameter ............................................................................................................... 65
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht .................................................................................................. 65
Ca-Härte ........................................................................................................................................... 65
Gesamthärte (Wasserhärte) .......................................................................................................... 65
pH-Wert ............................................................................................................................................. 65
Elektrische Leitfähigkeit................................................................................................................... 65
Chloride ............................................................................................................................................ 66
Sulfate ............................................................................................................................................... 66
Optimale Betriebsbedingungen für Kühltürme ............................................................................... 66
Eindickung und Wasserverbrauch .................................................................................................... 67
Die aqua-Technik Beratungs GmbH .................................................................................................... 68
Über uns ................................................................................................................................................ 68
Leistungsportfolio ................................................................................................................................ 68
Das aqua-Tec-Verfahren ................................................................................................................... 68
Ihr Nutzen ............................................................................................................................................. 69
Referenzen ........................................................................................................................................... 69
4
Einleitung
Sehr geehrter Leser,
in diesem Ratgeber geht es darum, Ihnen ein Grundverständnis rund um Wasser, dass z. B. zur
Kühlung während eines Produktionsprozesses eingesetzt wird, zu vermitteln. Er legt besonderen
Wert darauf, grundsätzliche Zusammenhänge zwischen der Wasserqualität, typischen
Problemen und in der Folge möglichen Lösungsmöglichkeiten zu erörtern. Es verzichtet
größtenteils auf komplexe wissenschaftliche Erklärungen und unverständliche chemische
Formeln. Es ist ein Nachschlagewerk und Ratgeber für die Praxis.
Ja, Kühlwasser ist auf den ersten Blick nur ein Medium, dass zur Kühlung, z. B. um den
dauerhaften Betrieb von Maschinen zu erreichen, eingesetzt wird. Durch die Kühlleistung
(anders gesagt: Aufnahme und spätere Abgabe von Wärmeenergie) wird oftmals ein
effizienter Einsatz von Maschinen erst möglich. Maschinen funktionieren nicht mehr, wenn
diese überhitzen. Kühlwasser beeinflusst die Effizienz des Produktionsprozesses signifikant.
Der Einsatz von Wasser bringt nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile. So entstehen durch
den Einsatz von Wasser häufig
- Korrosionsschäden, die teure Reparaturen erfordern,
- Ablagerungen in Rohren oder Zuleitungen, die zu Maschinenausfällen führen können,
- Biofilme, die gesundheitlich bedenklich sind oder Wärmeübergänge verschlechtern
oder
- diverse Probleme, die aus Verschmutzungen, entweder aus dem Produktionsprozess
selbst oder durch mit dem Wasser eingeschleppte Feststoffe (z. B. Schmutz, Sand)
führen.
Ein Ausfall des Kühlsystems macht keinen Spaß. Es führt in der Regel zu erheblichen
Ausfallkosten in der Produktion und zu einem teuren Reparaturaufwand. Von daher ist für ein
Höchstmaß an Betriebssicherheit und Stabilität der Produktion, ein effizienter und reibungsloser
Betrieb des Kühlsystems von großer Bedeutung. Hierbei spielt die Qualität des Wassers eine
entscheidende Rolle. Eine spezielle Behandlung des Wassers ist meist unerlässlich, wenn ein
Produktionsprozess dauerhaft reibungslos laufen soll.
5
Sinnvolle Optimierungen eines Kühlkreislaufes und/oder die richtige Wasseroptimierung führt
häufig zu folgenden Vorteilen:
- Einsparung von Energiekosten
- Reduzierung des Wasserverbrauchs
- Geringeren Wartungs- und Reparaturkosten
- Erhöhung der Maschinenverfügbarkeit
Für viele Unternehmen sind dies sehr lohnende Ziele. Es macht Sinn, über Wasser
nachzudenken.
Ihre aqua-Technik Beratungs GmbH
- Wasseraufbereitung für Unternehmen -
Hinweis: Als „Kühlturm“ werden Korrekterweise Naturzugkühltürme mit mehr als 200 MW bezeichnet. Da
der Begriff „Kühlturm“ jedoch in der Praxis meist auch für die typischerweise in Unternehmen
vorzufindenden Verdunstungskühlanlagen (VDKA) verwendet werden, werden wir den Begriff
„Kühlturm“ aus Gründen der Verständlichkeit in der Folge ebenfalls für Verdunstungskühlanlagen
verwenden. Bitte sehen Sie uns dies nach.
6
Typische Herausforderungen (Statistik)
Rund um Kühlkreisläufe gibt es eine Vielzahl von Herausforderungen und Stellschrauben. Eine
interne Statistik der aqua-Technik Beratungs GmbH ergab folgende Kundenwünsche bzw.
Ziele die Neukunden als Grund der Kontaktaufnahme mit uns genannt haben
(Datenbasis 3 Jahre, Stand 31.12.2017):
*: Kaputte Dichtungen, Eisen-/Manganablagerungen, Verschmutzungen Produkte, Gesundheitsschutz Mitarbeiter,
verstopfte Maschinenleitungen/Filter, Gefährdungsbeurteilung, Ablagerungen Wärmetauscher, Probleme mit
bestehenden Wasseraufbereitungsanlagen
14%
15%
18%
23%
28%
28%
61%
72%
73%
81%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
SONSTIGES*
SERVICE & WARTUNG(Z. B. WARTUNGSVERTRÄGE)
ANLAGENTECHNIKWASSERAUFBEREITUNG
KÜHLEFFIZIENZ(WASSER-, ENERGIEKOSTEN)
DESINFEKTION / ENTKALKUNG / REINIGUNG VON ANLAGEN
LABORDIENSTLEISTUNGEN /WASSERANALYSEN
ZWEITER PARTNER(BERATUNG, SICHERHEIT, …
PFLICHTEN/HAFTUNGSRISIKENLEGIONELLEN (42. BIMSCHV)
KOSTENREDUKTION / VERGLEICH WASSERCHEMIKALIEN
ANLAGENLEBENSDAUER,MASCHINENVERFÜGBARKEIT…
Kundenwünsche
Kundenwünsche
7
Arten von Kühlkreisläufen
Wasserführende Kühlkreisläufe werden in 3 große Kategorien eingeteilt, welche verschiedene
Vor- und Nachteile bieten:
- Durchlaufkühlung
- geschlossene Kühlkreisläufe
- offene (oft auch halboffen genannt) Kühlkreisläufe
Zum Verständnis ist es wichtig zu wissen, dass in vielen Unternehmen mehrere Systeme
vorhanden sind. Es kann z. B. ein offener Kühlkreislauf mit einem Kühlturm (Sekundärkreislauf)
und ein geschlossener Kühlkreislauf, z. B. für die Hydraulik-/Maschinenkühlung (Primärkreislauf)
bestehen. Über einen Wärmetauscher kühlt der Sekundärkreislauf das Wasser des
Primärkreislaufes. Weiterhin kann es in Unternehmen mehrere separate Kreisläufe desselben
Typs geben. Jeder Kreislauf an sich muss deshalb hinsichtlich seiner Art unterschieden werden.
Durchlaufkühlung
Früher wurde am häufigsten die sogenannte Durchlaufkühlung angewandt.
Durchlaufkühlung bedeutet, dass Wasser nur einmalig zur Kühlung verwendet wird. Das heißt,
dass es beispielhaft von einem Brunnen, einem Fluss/See oder vom Trinkwasserversorger
bezogen wird, einmal zur Kühlung verwendet wird und danach wieder das Unternehmen
verlässt.
Hieraus ergibt sich selbstredend ein entscheidender Nachteil: Hoher Wasserverbrauch.
Die vom Wasserverbrauch resultierenden hohen Kosten führten und führen immer mehr dazu,
dass die Durchlaufkühlung durch offene oder geschlossene Systeme ersetzt wird. In vielen
Betrieben, die Regen- oder Brunnenwasser nutzen und/oder das Abwasser in einen Fluss/See
leiten dürfen, entstehen keine hohen Wasserverbrauchskosten. Sollten diese Gegebenheiten
vorliegen, wird noch häufig eine Durchlaufkühlung eingesetzt.
Offener Kühlkreislauf
Die zunehmende Verknappung an Frischwasser und die steigenden Kosten für Brauch- und
Abwasser haben zum verstärkten Einsatz von sogenannten (halb-) offenen Kühlkreisläufen, bei
denen das Kühlwasser meist über einen offenen Nasskühlturm bzw. eine
Verdunstungskühlanlage geleitet wird, geführt.
Ein Kühlkreislauf wird als „offenes System“ bezeichnet, wenn das Kühlwasser innerhalb des
Kühlkreislaufes mit der umgebenden Atmosphäre bzw. mit Fremdwasser aus einem anderen
Kühlkreislauf in Berührung kommt und dadurch Veränderungen der Wasserparameter, also der
Beschaffenheit des Wassers, stattfinden können. Bei einem offenen Kühlturmkreislauf kommt
das Wasser mit der umgebenden Luft in Berührung.
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Der Vorteile eines offenen Systems gegenüber der Durchlaufkühlung besteht also im
geringeren Wasserverbrauch, da immer ein Teil des Wassers erneut zur Kühlung verwendet
wird. Nachteile dieses Systems sind mehr Herausforderungen hinsichtlich Korrosion,
Ablagerungen und Biologischem Wachstum. Dies hat damit zu tun, dass nur reines Wasser
verdunstet. Das Wasser, dass sich weiterhin im Kreislauf befindet hat somit mehr oft schädliche
Inhaltsstoffe (da diese ja im Restwasser bleiben). Sie konzentrieren sich sozusagen auf. Man
spricht hier von der sogenannten Eindickung. Hierzu später mehr.
Geschlossener Kühlkreislauf
Ein Kühlkreislauf wird als „geschlossenes System“ bezeichnet, wenn das Kühlwasser in einem
hermetisch abgeschlossenen Kreislauf zirkuliert und dadurch mit der umgebenden
Atmosphäre bzw. mit Fremdwasser aus anderen Kühlkreisen nicht in Berührung kommt.
Die großen Vorteile des geschlossenen Systems sind ein sehr geringer Wasserverbrauch (meist
müssen nur kleine Mengen Wasser „nachgefüllt“ werden, z. B. durch Leckagen oder
Wasserverluste im Produktionsprozess) und eine relativ stabile Wasserqualität. Diese ist stabiler,
da keine/weniger Stoffe von außen eindringen und z. B. keine Eindickung wie bei einer
Verdunstungskühlanlage/Kühlturm erfolgt. In geschlossenen Systemen können sich jedoch
auch Korrosionsprodukte im System ansammeln und den Korrosionsprozess verstärken, da hier
im Gegensatz zum offenen Rückkühlkreislauf kein bzw. nur ein sehr geringer ein
Wasseraustausch stattfindet. Die Wärme wird in der Regel über Wärmetauscher an ein
anderes Medium abgegeben. Ein hoher Strombedarf, z. B. wenn eine klassische
Kältemaschine eingesetzt wird, kann ein weiterer Nachteil sein.
Zusammenfassung
Kühlkreislaufart: Durchlaufkühlung Geschlossen Halboffen bzw. Offen
Wasserverbrauch Sehr hoch Keiner bzw. sehr
gering Mittel
Anforderung an
Wasseraufbereitung Gering bis Mittel Gering bis Mittel Hoch
9
Kühlarten
Sie wissen, dass Wasser oder auch andere eingesetzte Medien, z. B. Öl, gekühlt werden
müssen. Die Frage ist nur noch wie.
Kältemaschinen, Kühltürme und Freikühler
Gängige Kühlarten möchten wir Ihnen hier kurz vorstellen und typische Merkmale beleuchten:
Kältemaschine Kühlturm Freikühler Max. Vorlauftemperatur
(Temperatur nach
Kühlung)
Unter 0 °C möglich Feuchtkugeltemperatur*
+ 3 °C
Außentemperatur
+ 3 °C
Kreislauf Geschlossen Offen Geschlossen
Größter Kostenaspekt Strom Wasser Strom
Abhängigkeit von
Umgebungstemperatur
Nein Mittel Stark
Betriebskosten Hoch Mittel Gering
Vorteile - Sehr geringe
Vorlauf-
temperaturen
möglich
- Unabhängig von
Außentemperaturen
- geringe Stromkosten
- Erreichbare Vorlauf-
temperaturen meist
ausreichend
- sehr geringe
Betriebskosten
- keine
Wasseraufbereitung
notwendig
Nachteile - Hohe Stromkosten
- Hohe
Anschaffungskosten
- Wasserverbrauch
- Überwachung und
Aufbereitung des
Wassers notwendig
- hohe
Vorlauftemperatur
(Kühlung meist nicht
ausreichend) *: Als Feuchtkugeltemperatur (tF) bezeichnet man die angezeigte Temperatur, die von einem mit einem
befeuchteten Stoffüberzug versehenen Thermometer angezeigt wird. Aufgrund der Verdunstung liegt diese
Temperatur in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte unterhalb der Lufttemperatur, die von dem trockenen
Vergleichsthermometer angezeigt wird. Die Temperaturdifferenz ist dabei umso größer, je trockener die
umgebende Luft ist.
Bitte beachten Sie, dass diese tabellarische Übersicht weder eine vollständige Übersicht der
Kühlarten, noch eine abschließende Aufzählung von Vor- und Nachteilen darstellt. Es gibt viele
unterschiedliche Systeme mit einer Vielzahl an Variationsmöglichkeiten. Auch die genannten
Systeme könnten miteinander kombiniert werden. Als Überblick und zum Grundverständnis ist
die Tabelle jedoch sehr hilfreich.
Zusammenfassend könnte man sagen, dass die Stromkosten einer Kältemaschine meist der
größte Nachteil sind. Ein Vorteil sind sehr tiefe erreichbare Temperaturen. Der
Wasserverbrauch und die notwendige Aufbereitung des Wassers (Wasserkonditionierung) sind
Nachteile des Kühlturmes. Hier sollte jedoch beachtet werden, dass Unternehmen Wasser
teilweise kostenlos aus Brunnen oder als Regenwasser gewinnen und teilweise Abwasser gratis
in Seen oder Flüsse leiten dürfen. Dies relativiert natürlich den Nachteil Wasserverbrauch.
Freikühler haben sehr geringe Betriebskosten. Die „schlechte“ Kühlleistung sorgt jedoch häufig
dafür, dass diese nicht allein eingesetzt werden können, da die Kaltwassertemperaturen nicht
gering genug sind.
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TERRACOOL
Bei Kühlsystemen gibt es immer wieder Innovationen. Aus unserer Sicht besonders
erwähnenswert, aufgrund der Nachhaltigkeit und Betriebskostenersparnis, ist das
patentgeschützte TERRACOOL-Kühlsystem. Hierbei wird das Erdreich als natürlich Kältequelle
mit Hochleistungs-Energiepfählen (HEP) genutzt. Bereits seit Jahrhunderten wird dieses Prinzip
der Kühlung bei Erdkellern eingesetzt, um Vorräte und verderbliche Güter auf natürliche Art zu
kühlen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Kühlsystemen lassen sich mit Hochleistungs-Energiepfählen bis
über 90% regulär anfallender Kühlkosten ab sofort und auf Dauer einsparen. Wenn man
typische Jahresarbeitszahlen von Kältemaschinen betrachtet, erscheinen mögliche
Jahresarbeitszahlen des TERRACOOL-Systems von bis zu 1:622 (je nach Bodenqualität) als
unglaublich.
Bereits beim allerersten Pilotprojekt wurden im Gegensatz zu früheren Energiekosten
(Kältemaschinen) von mehr als 35.000 € (Kaltwassersatz) jährlich durch das TERRACOOL-
System insgesamt und dauerhaft 99,48 % (!) der Energiekosten eingespart. Zugegeben, nur mit
dem Hintergrundwissen, dass beim TERRACOOL-System nur noch die Stromkosten einer
Umwälzpumpe anfallen, klingt dies glaubwürdig. Deshalb wurden diese Werte zusätzlich von
der dena (Deutsche Energie-Agentur) geprüft, bestätigt und ausgezeichnet.
Unternehmen, die sich mit einer Änderung des Kühlsystems befassen, sollten dieses System
vielleicht ebenfalls in Ihre Überlegungen mit einbeziehen. Dieses System könnte für
Unternehmen einen dauerhaften Wettbewerbsvorteil bedeuten.
Einige Vorteile:
• Geringer (kein) Platzbedarf
• Keine Wasseraufbereitung erforderlich
• Hohe Wirtschaftlichkeit durch massive Energiekostenersparnis
• Multifunktionalität, z. B. Tragwerk für Gebäude, Lieferant für Kühl- & Wärmeenergie zur
Gebäudeklimatisierung und Anlagenkühlung, Löschwasserspeicher
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Schema HEP TERRACOOL 1
Funktionsweise:
Das im Hochleistungs-Energiepfahl stark abgekühlte Wasser wird durch ein Rohrleitungs- und
Wärmeübertrager-System zu den zu kühlenden Maschinen geleitet. Dort sorgt es für die
Einhaltung exakt voreingestellter Temperaturen, läuft erwärmt zurück in die Pfähle, kühlt dabei
wieder ab und wird in einem ,,ewigen Kreislauf“ eingebunden.
12
13
14
Die aqua-Technik Beratungs GmbH hält nicht die Patentrechte. Bei Fragen zum TERRACOOL-
System stehen wir Ihnen jedoch gerne zur Verfügung. Auch eine Besichtigung bereits
installierter Anlagen ist möglich.
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Bezugsquellen Wasser
Zur Kühlung eingesetztes Wasser stammt im Regelfall aus einem der folgenden Quellen.
Grundwasser (Brunnen/Quellen)
Wasser kann, wie seit Jahrhunderten gängige Praxis, aus einem Brunnen gewonnen werden.
Je nach Bundesland gibt es hier Auflagen bzw. Bedarf dies einer Genehmigung.
Die meisten Inhaltsstoffe im Grundwasser sind geologischen Ursprungs (z.B. der Eisen- oder
Mangan-Gehalt), einige durch den Einfluss der Düngung (z.B. Nitrat-Gehalt oder Rückstände
von Pflanzenschutzmitteln) bedingt. Die Wasserbeschaffenheit kann sehr unterschiedlich sein.
Oberflächennahes Brunnenwasser ist dabei mehr von einer Gefahr der Verunreinigung durch
chemische Stoffe und Bakterien/Keime betroffen, da die natürliche Filtrationsschicht für eine
Reinigung oder Rückhaltung nicht ausreicht. Als Faustregel gilt: Umso tiefer der Brunnen, umso
mehr ist das Wasser von Oberflächenverschmutzungen geschützt.
Brunnenwasser an sich ist, bis auf die erforderliche Fördertechnik, kostenlos.
Hohe Eisen- und Mangangehalte des Brunnenwassers führen häufig zu Ablagerungen im
Leitungssystem und verstopfen diese zusehends. Die enthaltene Härte (sogenannte
Erdalkalien) sorgt für die bekannte „Verkalkung“.
Oberflächenwasser (Flüsse/Seen)
Mit entsprechender Genehmigung können Unternehmen aus Flüssen oder Seen sogenanntes
Oberflächenwasser gewinnen.
Oberflächenwasser enthält i.d.R. weniger Mineralstoffe, z. B. Eisen oder Mangan, als
Grundwasser, muss jedoch verstärkt aufbereitet werden, da es mehr Verschmutzungen
ausgesetzt ist, da der natürliche Filtereffekt durch das langsame Versickern durch
verschiedenste Gesteinsschichten entfällt.
Oberflächenwasser an sich ist in der Regel kostenlos.
In Oberflächenwasser finden Sie meist verschiedenste Inhaltsstoffe/Verschmutzungen in Form
von Sand, Dreck, Laub, Tieren, biologischen Stoffen, Bakterien, Viren und vielem mehr.
Pflanzenschutzmittel und Medikamentenrückstände sind natürlich ebenfalls immer mehr ein
Thema.
Regenwasser
Regenwasser gilt häufig als relativ rein. Man sollte jedoch beachten, dass der Regen als eine
Art „Luftwäscher“ agiert. Bei Regen reißen die Wassertropfen viele in der Luft befindliche
Schadstoffe mit und kontaminieren sich damit. Beim Ablaufen vom Dach nimmt es
beispielhaft durch Vogelkot fäkale Bakterien auf. Tote Tiere und abgefallenes Laub auf dem
Dach tragen zu weiteren Keimen bei. Vor allem bei der Zwischenspeicherung in
Auffangbecken/Zisternen können sich Bakterien schnell vermehren. So auch Pseudomonas
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aeruginosa, auch als Krankenhauskeim bekannt. Würde man von kontaminierten
Regenwasser trinken, könnte dies schwerwiegende gesundheitliche Folgen haben.
Regenwasser an sich ist kostenlos.
Ein großer Vorteil von Regenwasser ist unter anderem, dass es kaum Härte bzw. Eisen-
/Mangan enthält. Die Verschmutzungen, vor allem aus biologischer Sicht sind jedoch häufig
hoch.
Stadtwasser
Rund 2/3 Drittel des Wassers von Trinkwasserversorgern ist Grundwasser, stammt also ebenfalls
aus Brunnen oder Quellen. Trinkwasser ist ein streng kontrolliertes Lebensmittel. Es gelten
strenge Regeln hinsichtlich der Freiheit von Schadstoffen, Krankheitserregern und Stoffen die
zu Störungen im Verteilungsnetz führen können. Aufbereitungsmaßnahmen wie Filtration oder
Desinfektion sind deshalb beim Stadtwasser erstmal nicht unbedingt erforderlich. Einige
andere Wasserinhaltsstoffe wie z. B. die bekannte Härte (Kalk) bleiben im Stadtwasser
erhalten. Es findet von Seiten des Wasserversorgers z. B. keine Enthärtung des Wassers statt.
Ein Nachteil des Stadtwassers sind selbstredend die Kosten.
Stadtwasser schützt Kühlsysteme leider nicht vor Korrosion, Kalk oder biologischen
Ablagerungen. Speziell die Härte (=Verkalkung, denken Sie an ihren Wasser- oder Eierkocher
zuhause) führt häufig zu Problemen.
Zusammenfassung
Alle Herkunftsarten des Wassers sind mit Vor- und Nachteilen behaftet. Sei es aus Sicht der
Kosten oder aus Sicht der Wasserqualität. Eine Wasserbehandlung bzw. -aufbereitung ist von
der Bezugsquelle häufig unabhängig erforderlich.
Zusätzlich ist die Qualität von derselben Bezugsquelle meist nicht identisch. Ihnen ist sicherlich
bekannt, dass die Wasserparameter des Trinkwassers (Stadtwassers) je nach Region stark
variieren kann. Meist findet man auf den Internetseiten der jeweiligen Versorger die
entsprechenden Wasserparameter.
Einen groben Überblick bietet Ihnen folgende Tabelle:
Brunnenwasser Oberflächenwasser Regenwasser Stadtwasser Härte Oft hoch Mittel Gering Oft hoch
Eisen/Mangan Oft hoch
Meist Gering bis
Mittel Gering Sehr gering
Biologie Meist gering Oft hoch Tendenziell hoch Keine
Allgemeine
Verschmutzung,
z. B. Sand, Dreck Gering Oft hoch Mittel Sehr gering
Kosten (ohne
Technik) Kostenlos Kostenlos Kostenlos Ja
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Kühlwasser – Häufige Probleme
Man kann es drehen und wenden wie man möchte. Will man die Komplexität in Grenzen
halten, geht es bei der Kühlwasserbehandlung und -aufbereitung um 4 markante Ziele für das
komplette System:
- Vor Korrosion schützen,
- Ablagerungen, z. B. Kalk vermeiden,
- Biologisches Wachstum eingrenzen und
- Verschmutzungen (z. B. Verstopfungen) durch Feststoffe minimieren.
Hat man diese 4 Faktoren im Griff, läuft der Betrieb der Anlage meist gut. Teure
Angelegenheiten wie z. B. Produktionsausfälle oder Reparaturen kann man damit minimieren.
Korrosion
Vielleicht kennen Sie die Weisheit „Der beste Korrosionsschutz ist es Feuchtigkeit zu
vermeiden“. Dies kann man vom Grundsatz so stehen lassen. Wenn es um wasserführende
Bauteile, wie z. B. die Verrohrung von Kühlkreisläufen geht, ist dies natürlich gegenstandslos.
Will man die Langlebigkeit von wasserführenden Systemen erhöhen, muss man sich um
Korrosion kümmern. Teure Ausfälle und Schäden sind ansonsten meist eine Frage der Zeit. Hier
ist natürlich die Auswahl der Werkstoffe und die Wasseraufbereitung zentral.
Korrosion verursacht in Industrienationen jährliche Schäden in Höhe ca. 4 % des
Bruttosozialproduktes. Dies sind Milliarden Euro. Weltweit gehen pro Sekunde (!) ca. 5 Tonnen
Stahl durch Korrosion verloren.
Die Arten der Korrosion sind vielfältig und in vielen Kühlsystemen irgendwann ein Thema. Ob
Unterbelags-, Loch-, Flächen- oder mikrobiologisch induzierte Korrosion, alle verursachen oft
hohe Reparaturkosten und Ausfallzeiten.
Korrosionsvorgänge treten oft flächendeckend auf der gesamten Werkstoffoberfläche
(Flächenabtragung) oder punktuell als Lochfraß auf. Lochfraß findet häufig dort statt, wo sich
Ablagerungen, z. B. Biofilme, gebildet haben.
Schutz vor Korrosion
Bei wasserseitig bedingten Korrosionsvorgängen handelt es sich vorwiegend um
elektrochemische Prozesse.
Korrosionsschäden können mit einem geeigneten Korrosionsschutz auf ein Minimum reduziert
werden. Der Korrosionsangriff auf einen Werkstoff wird durch Korrosionsinhibitoren deutlich
verringert. Schon die Zugabe in sehr kleinen Konzentrationen gut ausgewählter Produkte kann
die Lebensdauer einer Rohrleitung drastisch verlängern.
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Wir möchten Ihnen eine kleine Checkliste mit auf den Weg geben:
Negative Einflussfaktoren auf
Korrosionsrate:
Beispielhafte Lösungsmöglichkeit:
Zu niedriger bzw. zu hoher pH-
Wert (hoher Einfluss auf
Korrosionsrate)
Der optimale pH-Wert des Wassers kann z. B. durch
Zugabe chemischer Mittel ideal auf die
wasserführenden Werkstoffe angepasst werden. Meist ist
eine Alkalisierung (Erhöhung pH-Wert) notwendig
Zu hoher CO2-Gehalt
(Kohlensäure)
Reduzierung durch Membranentgasung,
Oberflächenbewegung oder Erhitzung des Wassers
Zu hoher O2-Gehalt (Sauerstoff) Membranentgasung, Chemikalien oder Erhitzung des
Wassers
Zu viel Chloride und Sulfate
(Salze)
Anlagentechnik, z. B. Ionenaustausch oder
Umkehrosmose oder Zugabe von Chemikalien
(Korrosionsinhibitor)
Viele Feststoffe (z. B. Sand,
Schmutz)
Filtration durch geeignete Filter
Viele biologische Ablagerungen,
z. B. Algen, Biofilm
Zugabe eines Biozids (Desinfektion), ggf. Reinigung der
Anlage
Fehlende Schutzschicht auf
Metallen (Rohren)
Eine komplett neue Verrohrung ist aus finanziellen
Gründen meist keine Alternative. Durch
Korrosionsinhibitoren kann die Bildung einer Schutzsicht
auf vorhandenen wasserführenden Werkstoffen erreicht
werden
Ein geeigneter Korrosionsinhibitor (chemisches Produkt zum Schutz vor Korrosion) verbessert
meist mehrere Parameter gleichzeitig. Er ist meist das sinnvollste Mittel, bevor in teure
Anlagentechnik investiert wird. Die Wahl des geeigneten Korrosionsschutzes und dessen
erforderliche Dosierung ist ohne eine Wasseranalyse und Kenntnisse der wasserführenden
Werkstoffe nicht möglich. Eine erste Wasseranalyse wird von Dienstleistern, u. a. auch uns,
kostenlos durchgeführt. In der Folge können geeignete Lösungsvorschläge gemacht werden.
Der pH-Wert hat eine zentrale Bedeutung für die Korrosionsrate. Zu niedrige bzw. zu hohe pH-
Werte fördern Korrosion. Durch Unkenntnis des pH-Wertes des Kühlwassers werden von
Unternehmen viele Jahre Lebensdauer Ihrer wasserführenden Bauteile verschenkt.
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Anbei noch eine Übersicht des VDI:
Bildquelle: VDI
Erläuterungen:
- Stahl ist eine Verbindung aus Eisen und Kohlenstoff (mind. 50 % Eisen). Es gibt ca. 2.500 Stähle
- C-Stahl (Carbon-Stahl) ist unlegierter Qualitätsstahl. C-Stahl ist für Installationen konzipiert, in
denen vor allem die Wirtschaftlichkeit im Vordergrund steht
- CU (=Kupfer)
Bleibt die Frage, wie der pH-Wert gemessen werden kann. Einmal kann dies durch eine
Wasseranalyse im Labor geschehen. Weitere Methoden sind die Benutzung eines pH-Meters
(eine Art Thermometer mit Digitalanzeige) oder pH-Teststreifen mit farbigen Skalen. Zu
beachten ist, dass die pH-Wertmessung temperaturabhängig ist. Die Skala von 1-14 hat
Gültigkeit bei einer Wassertemperatur von 25 °C.
Kontaktkorrosion, also Korrosion die aufgrund verschiedener in Kontakt stehender Metalle
verursacht wird, sollte natürlich ebenfalls vermieden werden.
20
Ablagerungen
Sicherlich kennen Sie Kalkablagerungen von zuhause an Duschköpfen, Eier- oder
Wasserkochern – ein lästiges Problem, von dem auch Maschinen-, Rohrleitungen oder
Wärmetauscher nicht verschont bleiben. Zur Beseitigung von Kalk im Wasserkocher hat sich
übrigens Essig bewährt (im Wasserkocher aufkochen). Umso höher die Wasserhärte, also umso
„kalkhaltiger“ Wasser ist, umso größer sind oft die Problematiken. Kalk im Wasser ist größtenteils
die Folge von Gesteinsauswaschungen. Bereits eine Kalkschicht von 1 mm auf
Wärmetauschern sorgt für gut 15 % weniger Kühl- bzw. Heizleistung und somit mehr
Energiebedarf. Kalk leitet Wärmeenergie deutlich schlechter.
Aufgrund ständig wechselnder Bedingungen kommt es in den meisten Kühlkreisläufen oft zu
Störungen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes und in diesem Zusammenhang
insbesondere zu Ausscheidungen der sogenannten Härtebildner, meist Calciumcarbonat
(CaCO3). Die Härtebildner sind im Wesentlichen für die Kalk- und Steinbildung in
wasserführenden Systemen verantwortlich. Eine hohe Karbonathärte an der Gesamthärte
führt bereits ab mittelhartem Wasser oft zu Steinbildung.
Wasser wird hinsichtlich der Gesamthärte wie folgt eingeteilt:
Gesamthärte Grad deutsche Härte (°dH)
Weiches Wasser Bis 8,4
Mittelhartes Wasser 8,4 bis 14
Hartes Wasser Ab 14
Das Wasser von Trinkwasserversorgern in Deutschland ist meist hart. So beträgt die
durchschnittliche Wasserhärte in Deutschland 16 °dH.
Kalkablagerungen werden vor allem in Rohrleitungen, Pumpen, Wärmetauschflächen und in
den Tropfenabscheidern Kühltürmen / Verdunstungskühlanlagen zum Problem.
Negative Folgen von Ablagerungen sind häufig:
• Unterablagerungskorrosion
• Wasserdruck (fortlaufende Querschnittsverengung in Rohren, höhere Pumpenleistung
erforderlich = mehr Energieverbrauch)
• Reduzierte Wärmeübergänge durch Beläge (Verminderte Leistung bis hin zu defekten
Wärmetauschern)
• Verstopfte Maschinenleitungen
• verstärktes mikrobiologisches Wachstum (weniger Hygiene, verstopfte Leitungen).
Der Wirkungsgrad von Anlagen wird reduziert und es entstehen höhere Kosten bis hin zu
Produktionsausfällen.
Wichtig zu wissen ist, dass Kalk bei höheren Wassertemperaturen eher „ausfällt“, sich also aus
dem Wasser löst und ggf. ablagert. Ab 55-60 °C wird es häufig sehr kritisch. Dies erklärt
natürlich, weshalb häufig Duschköpfe oder Wasserkocher zuhause von Verkalkungen
betroffen sind. Bei geringeren Temperaturen bleibt der Kalk eher im Wasser gelöst und mit
Temperaturerhöhung fällt er bevorzugt aus und lagert sich ab. Speziell an thermisch stark
belasteten Bereichen (hohen Temperaturen), entstehen häufig massive Ablagerungen durch
21
Kalk. Beispielhaft häufig bei Wärmetauschern (z. B. Platten- oder Rohrbündelwärmetauschern)
bei denen hohe Temperaturunterschiede des „heißen“ und „kalten“ Wassers auftreten.
Bei Nutzung von Brunnenwasser mit hohem Eisen-/Mangangehalt haben Unternehmen häufig
zusätzlich mit Ablagerungen von Eisen- und Manganoxiden zu kämpfen.
Schutz vor Ablagerungen
Ablagerungen wie Kalk, Eisen- oder Manganoxid, können durch systemspezifische
Behandlungsprogramme in weiten Teilen verhindert werden, z.B. durch Produkte zur
Härtestabilisierung und Dispergierung. Eine Wasseranalyse und eine Begutachtung der
technischen Gegebenheiten ist hier häufig der erste Schritt um später einen störungsfreien
Betrieb zu erreichen. Das Behandlungskonzept kann auch Aufbereitungsmaßnahmen, z. B.
Enthärtung oder Filtration beinhalten. Sehr gängig ist z. B. eine Enthärtungsanlage.
Biologisches Wachstum
Innerhalb des Kühlsystems können sich Algen, Bakterien, Pilze und Schleimbildner bilden und
ablagern. Ihr Wachstum wird durch anorganische Salze und Spurenelemente gefördert und
durch Wärme, Sauerstoff und Lichteinwirkung noch verstärkt. Mikroorganismen finden in
industriellen Wasserkreisläufen häufig ideale Lebensbedingungen.
Biofilme, verursacht durch schleimbildende Bakterien führen zu Unterbelagskorrosion, Reduktion
des Wasserflusses, blockieren Siebe und Filtersysteme und verursachen eine Reduktion des
Wärmeübergangs am Wärmetauscher. Folgen eines Biofilmes sind, neben einer Gefahr für die
Gesundheit, hohe Wartungskosten und im Extremfall ein Stillstand der Anlage.
Schutz vor biologischem Wachstum
Folgende Punkte sind Faktoren, die biologisches Wachstum begünstigen:
• „Totzonen“ in Leitungen in denen Wasser steht bzw. sich kaum bewegt
• Mineralische (anorganische) Ablagerungen, z. B. Kalk, Rost
• Schmutz
• Schlammablagerungen
• Hohe Temperaturen
• Hohe Nährstoffkonzentration
• Lichteinfall
Durch den Einsatz von Bioziden und Biodispergatoren kann die mikrobiologische Aktivität im
kühlwasserführenden System oft effektiv und kostengünstig reduziert werden. Die aqua-
Technik Beratungs GmbH kann Sie durch die Erstellung abgestimmter Behandlungsprogramme
und regelmäßiger Kontrollen unterstützen, gesundheitliche Risiken abzubauen, die Anlage
wirtschaftlich zu betreiben und deren Lebensdauer zu erhöhen.
22
Praxisausflug – Häufige Probleme und Ziele von Unternehmen
Neben den zentralen Punkten Korrosion, (Kalk-)Ablagerungen, Biofilmen und Legionellen gibt
es noch einige differenziertere Herausforderungen und Ziele bei vielen Unternehmen. Eine
kleine Sammlung aus unserer Praxis sehen Sie hier:
• Dichtungen gehen regelmäßig kaputt
• Maschinen schalten aufgrund Druckverlusten ab
• Die Verrohrung korrodiert stark
• Querschnittsverengungen durch Eisen-/Manganablagerungen, speziell bei Nutzung
von Brunnenwasser
• Die Energiekosten sollen gesenkt werden
• Die Maschinenverfügbarkeit soll gesteigert werden
• Hergestellte Produkte sind verschmutzt
• Der Gesundheitsschutz für Mitarbeiter soll erhöht werden
• Haftungsrisiken sollen reduziert werden
• Reparatur- und Wartungskosten sollen gesenkt werden
• Der Wasserverbrauch soll reduziert werden
• Filter verstopfen ständig
• Die Geschäftsleitung bzw. der Einkauf wünscht eine Kostenreduzierung bei
Wasserchemikalien
• Die Wasserqualität soll regelmäßig kontrolliert werden
• Es wird eine Gefährdungsbeurteilung gemäß § 42. BImSchV benötigt
• Verstopfte Zuleitungen zu Maschinen sorgen für Produktionsausfälle
• Die allgemeine Anlagenlebensdauer der Kühlsysteme soll erhöht werden
• Die Kühlleistung ist saisonal zu gering (z. B. im Sommer)
• Es werden Produkte für interne Prüfungen benötigt (z. B. Dip-Slides, pH-Messgeräte,
Leitfähigkeitsmessgeräte)
• Das Kühlsystem soll desinfiziert werden
• Das Kühlsystem soll entkalkt / gereinigt werden
• Der Kühlturm (Verdunstungskühlanlage) soll gereinigt werden
• Auf Wärmetauschern sind starke Ablagerungen bzw. diese werden „zerfressen“
• Es soll eine Fremdfirma mit Wartung der Anlagen betreut werden (Wartungsvertrag)
• Bereits installierte Wasseraufbereitungsanlagen funktionieren nicht (mehr) richtig
23
42. BImSchV (Legionellen)
Legionellen sind seit jeher ein von Unternehmen häufig unterschätztes Thema, obwohl
geschätzte 30.000 Infektionen durch Legionellen bis zu 3.000 Todesopfer jährlich in
Deutschland fordern. Wir möchten Ihnen die wichtigsten Fragen zum Thema Legionellen und
42. BImSchV beantworten.
Was ist überhaupt die 42. BImSchV (Bundes-Immissionsschutzverordnung)?
Eine Verordnung der Bundesregierung, die ab dem 20.08.2017 in Kraft ist. Dieses Gesetz wurde
primär zum Schutz vor Legionellen erlassen und schafft erstmals rechtlich verbindliche
Regelungen, um Infektionen durch Legionellen zu vermindern.
Was sind überhaupt Legionellen?
Legionellen sind Wasserbakterien, die u. a. die lebensbedrohliche Legionärskrankheit
(schwerer Infekt der Lunge) auslösen können. Bis zu 10 % der Infektionen mit Legionellen enden
tödlich.
Welche Unternehmen sind von diesen neuen gesetzlichen Pflichten betroffen?
Unternehmen, die einen Kühlturm, eine Verdunstungskühlanlage oder einen Nassabscheider
betreiben. Wenige Ausnahmen je nach Art und Betrieb der Anlage sind möglich.
Welche Folgen entstehen bei Missachtung dieser Pflichten?
Achtung: Von Ordnungswidrigkeiten, der Haftung der Geschäftsführung, bis hin zur
Unternehmensstilllegung ist alles möglich.
Welche Pflichten sind beispielhaft zu erfüllen?
Als betroffenes Unternehmen müssen Sie unter anderem…
• regelmäßig mindestens zweiwöchentlich betriebsinterne Überprüfungen chemischer,
physikalischer oder mikrobiologischer Kenngrößen des Nutzwassers durchführen. Die
Bestimmung der Gesamtkeimzahl (mit Dip Slides) ist zu empfehlen
• regelmäßig mindestens alle drei Monate Laboruntersuchungen des Nutzwassers auf die
Parameter allgemeine Koloniezahl und Legionellen durchführen lassen
• ein Betriebstagebuch führen und die Ergebnisse der betriebsinternen Überprüfungen
und der Laboruntersuchungen jeweils nach deren Vorliegen unverzüglich darin
dokumentieren
• alle fünf Jahre von einem öffentlich bestellten und vereidigten Sachverständigen oder
einer akkreditierten Inspektionsstelle Typ A eine Überprüfung des ordnungsgemäßen
Anlagenbetriebs durchführen zu lassen
• in bestimmten Fällen behördliche Melde- und Informationspflichten erfüllen
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Hinweis: Ein Muster eines Betriebstagebuches erhalten Sie von der aqua-Technik Beratungs
GmbH kostenlos.
Wer kann mir bei der Erfüllung dieser Pflichten helfen?
Die Wasserprobenahme muss durch eine „hygienisch fachkundige Person“ und die
Laboruntersuchung durch ein „akkreditiertes Labor“ durchgeführt werden. Die aqua-Technik
Beratungs GmbH berät Sie umfassend und besitzt die entsprechenden Zulassungen für die
notwendigen Beprobungen. Bitte sprechen Sie uns bei Bedarf einfach an – wir beraten Sie
umfassend zur neuen Rechtslage.
Legionellen Prävention
Eine übermäßig starke Vermehrung von Legionellen ist bei Beachtung einiger grundsätzlicher,
vorsorgender bau- und betriebstechnischer Aspekte reduzierbar, jedoch eher selten in Gänze
in der Praxis durchführbar:
• Regelmäßige Erwärmung des Warmwassers auf mindestens 60 Grad, möglichst 1 x Tag,
damit Legionellen absterben (meist in der Praxis kaum umsetzbar)
• gleichmäßige Durchströmung des Leitungssystems gewährleisten (z.B. durch Strang-
Regulierventile)
• Vermeidung von langen, weit verzweigten Wassersystemen und Toträumen (stehendes
Wasser)
• Vermeidung von Nährstoffangeboten und Biofilmen, die Legionellen als Schutzzonen
dienen
In der Praxis ist der Einsatz eines geeigneten Biozids meist der einfachste und zeitgleich ein
sicherer Weg zur Legionellenprävention.
Gesetzliche Prüf- und Maßnahmenwerte für Legionellen
Im Rahmen der 42. BImSchV hat der Gesetzgeber verbindliche Prüf- und Maßnahmenwerte für
Legionellen definiert. Diese sind einzuhalten. Sie sehen diese in folgender Tabelle:
Legionellen:
Prüfwert 1 KBE* je 100ml
Prüfwert 2 KBE* je 100ml
Maßnahmenwert KBE* je 100ml
Verdunstungskühlanlagen 100 1.000 10.000
Nassabscheider 100 1.000 10.000
Kühltürme 500 5.000 50.000 *Koloniebildende Einheiten
Wichtiger Hinweis: Als Kühltürme im Sinne des Gesetzes und der dargestellten Grenzwerte gelten
Anlagen, bei der durch Verdunstung von Wasser Wärme an die Umgebungsluft abgeführt wird,
insbesondere bestehend aus einer Verrieselungs- oder Verregnungseinrichtung für Kühlwasser und
25
einem Wärmeübertrager, in der die Luft im Wesentlichen durch den natürlichen Zug, der im
Kaminbauwerk des Kühlturms erzeugt wird, durch den Kühlturm gefördert wird und einer Kühlleistung
von mehr als 200 Megawatt je Luftaustritt einschließlich der Nassabscheider, deren gereinigte
Rauchgase über den Kühlturm abgeleitet werden; der Einsatz drückend angeordneter Ventilatoren zur
Unterstützung der Luftzufuhr ist unschädlich, soweit diese das Charakteristikum des Kühlturms nur
unwesentlich beeinflussen;
Die allermeisten Anlagen fallen somit unter die Kategorie Verdunstungskühlanlagen, für die
geringere Grenzwerte als für Kühltürme gelten. In der Praxis ist meist jedoch pauschal,
unabhängig von der Leistung, von Kühltürmen die Rede.
Folgen bei Überschreiten der Prüfwerte
Wird bei einer Laboruntersuchung eine Überschreitung der Prüfwerte 1 oder 2 festgestellt, hat
der Betreiber unverzüglich eine zusätzliche Laboruntersuchung auf den Parameter Legionellen
durchführen zu lassen.
=> Prüfwert 1 bei Folgeuntersuchung wieder überschritten:
Der Betreiber hat unverzüglich
1. Untersuchungen zur Aufklärung der Ursachen durchzuführen,
2. die erforderlichen Maßnahmen für einen ordnungsgemäßen Betrieb zu ergreifen,
3. betriebsinterne Überprüfungen wöchentlich durchzuführen und
4. Laboruntersuchungen auf die Parameter allgemeine Koloniezahl und Legionellen monatlich
durchführen zu
lassen.
=> Prüfwert 2 bei Folgeuntersuchung wieder überschritten:
1. die Pflichten gemäß Überschreitung Prüfwert 1 (siehe oben) erfüllen und
2. technische Maßnahmen nach dem Stand der Technik, insbesondere Sofortmaßnahmen zur
Verminderung der mikrobiellen Belastung, zu ergreifen, um die Legionellenkonzentration im
Nutzwasser unter den Prüfwert 2 zu reduzieren.
Es ist jeweils darauf zu achten, dass Eintragungen in das Betriebstagebuch verbindlich
durchzuführen sind.
Bei Überschreiten des Maßnahmenwertes sind noch weitere Verpflichtungen zu erfüllen. Unter
anderem Gefahrenabwehrmaßnahmen, insbesondere zur Vermeidung der Freisetzung
mikroorganismenhaltiger Aerosole.
Pflicht zur Überwachung der Allgemeinen Koloniezahl
Neben dem Parameter Legionellen hat ein Betreiber ebenfalls Laboruntersuchungen
hinsichtlich der allgemeinen Koloniezahl (Gesamtkeimzahl) durchführen zu lassen. Diese wird in
der Regel zusammen mit der Legionellenuntersuchung durchgeführt.
26
Es gibt hier keine fixen gesetzlichen Grenzwerte, da je nach Anlage sehr unterschiedliche
Gesamtkeimzahlen als typischer Betriebszustand gängig sind. Es ist vielmehr ein Referenzwert
für die Anlagen zu bestimmen. Bei bestehenden Anlagen, für die bei Inkrafttreten der 42.
BImSchV noch kein Referenzwert bestimmt wurde, ist der Referenzwert aus den ersten sechs
Laboruntersuchungen nach dem 19. August 2017 zu bestimmen. Bis zur Bestimmung des
Referenzwertes ist die bei der ersten Untersuchung ermittelte Konzentration der allgemeinen
Koloniezahl, jedoch nicht mehr als 10 000 KBE/Milliliter, als Referenzwert heranzuziehen.
Ist aufgrund einer Laboruntersuchung ein Anstieg der Konzentration der allgemeinen
Koloniezahl um den Faktor 100 oder mehr gegenüber dem Referenzwert festzustellen, hat der
Betreiber unverzüglich
1. Untersuchungen zur Aufklärung der Ursachen durchzuführen und
2. die erforderlichen Maßnahmen für einen ordnungsgemäßen Betrieb, insbesondere
Sofortmaßnahmen zur Verminderung der mikrobiellen Belastung, zu ergreifen.
Der Betreiber hat die ermittelten Ursachen und die gegebenenfalls ergriffenen Maßnahmen
jeweils nach deren Durchführung unverzüglich im Betriebstagebuch zu dokumentieren.
In der Praxis sollte natürlich nicht erst bei einem überschreiten um das 100fache reagiert
werden. Die Suche nach den Ursachen sollte zeitnah beginnen.
Pflicht zur Überprüfung der Anlagen
Der Betreiber hat nach der Inbetriebnahme regelmäßig alle fünf Jahre von
1. einem öffentlich bestellten und vereidigten Sachverständigen oder
2. einer akkreditierten Inspektionsstelle Typ A
eine Überprüfung des ordnungsgemäßen Anlagenbetriebs durchführen zu lassen. Für
bestehende Anlagen ist die erste Überprüfung bis zu den nachstehenden Daten fällig:
für Anlagen, die in Betrieb gegangen sind
vor dem
erste Überprüfung bis zum
19. August 2011 19. August 2019
19. August 2013 19. August 2020
19. August 2015 19. August 2021
19. August 2017 19. August 2022
Muster Betriebstagebuch
Das Führen eines Betriebstagebuchs ist Pflicht. Die Dokumentationen sollten, speziell aus
Gründen der Nachvollziehbarkeit und Haftung mit einer gewissen Sorgfalt gemacht werden.
Ein Betriebstagebuch als Muster finden Sie nachfolgend. Die aqua-Technik Beratungs GmbH
stellt Ihnen auf Anfrage gerne ein Betriebstagebuch zur Verfügung. Hierbei ist zu beachten,
dass es sich um ein Betriebstagebuch zur Einhaltung der Pflichten der 42. BImSchV handelt. Im
Rahmen anderer Gesetzte können erweiterte Anforderungen möglich sein.
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Betriebstagebuch führen: Aufbewahrungsfrist 5 Jahre
Betriebsinterne Überprüfungen: Zweiwöchentliche chemische, physikalische oder mikrobiologische Kenngrößen des Nutzwassers (Dip-Slides)
Gefährdungsbeurteilung: Vor Inbetriebnahme bzw. Wiederinbetriebnahme durch hygienisch fachkundige Person
Überprüfung ordnungsgemäßer Anlagenbetrieb: Alle 5 Jahre (vereidigter Sachverständiger oder akkreditierte Inspektionsstelle Typ A)
Behördliche Melde- und Informationspflichten: In bestimmten Fällen, z. B. Überschreitung der Maßnahmenwerte
Behördliche Anzeigepflichten: Ab 19.07.2018 (!) sind Bestands- und Neuanlagen an die zuständige Behörde zu melden
Allgemeine Anforderungen: Anlagen sind so auszurichten, zu errichten und zu betreiben, dass Verunreinigungen des Nutzwassers durch
Mikroorganismen, insbesondere Legionellen, nach dem Stand der Technik vermieden werden
Laboruntersuchungen: Alle drei Monate Laboruntersuchungen des Nutzwassers auf die Parameter allgemeine Koloniezahl und Legionellen
(hygienisch fachkundiger Probenehmer und akkreditiertes Labor)
Übersicht der Pflichten gemäß 42. BImSchV:
Achtung: Die meisten Unternehmen
betreiben Verdunstungskühlanlagen.
Kühltürme sind per gesetzlicher Definition
nur Anlagen ab 200 MW!
HINWEIS: Bitte beachten Sie in Ihrem eigenen Interesse die 42. BImSchV. Rechtsfolgen: Ordnungswidrigkeiten bis zur persönlichen Haftung im Schadensfall!
Allgemeine Angaben
Anlagen-ID:
Standort der Anlage:
Anlagenbetreiber: ____________________________________________________________________________________________
Ansprechpartner: ____________________________________________________________________________________________
Kontaktdaten: ____________________________________________________________________________________________
Art der Anlage: Verdunstungskühlanlage: ___ Kühlturm: ___ Nassabscheider: ___
Erstmalige Inbetriebnahme: __________________
Datum der Stilllegung: __________________
Was muss/sollte im folgenden Betriebstagebuch dokumentiert werden?
Grundsätzlich alles, was in Zusammenhang mit der Anlage relevant ist
Beispiele:
> Ergebnisse betriebsinterner Überprüfungen (z. B. chemische, mikrobiologische und physikalische Kennzahlen)
> Zustandsänderungen der Anlage (z. B. Entleerung und Wiederbefüllung des Kreislaufes, bauliche Änderungen, Änderungen der Betriebsart)
> Probenahmen für Laboruntersuchungen (z. B. Stelle der Probenahme, Datum, Zeit, Probenehmer)
> Ergebnisse von Laboruntersuchungen, insbesondere Überschreitungen von Prüf- und Maßnahmenwerten und anschließenden Maßnahmen (Laborbericht beifügen)
> Angaben zur Biozidzugabe (Zeitpunkt, Menge und Art des Biozids)
> Gefährdungsbeurteilungen (Bericht beifügen)
> Erfolgte Meldungen an Behörden
> Änderungen bei zuständigen Mitarbeitern
> Einweisung / Schulungen von Personal
> Erfolgte Reparatur- und Wartungsarbeiten
> Änderungen hinsichtlich Wasserkonditionierung / -aufbereitung
> Besondere Vorkommnisse / Vorfälle
Adresse der Anlage: _______________________________________________________Geokoordinaten: ____________________
___________________________________
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Beispiel - Checkliste für regelmäßige Inspektionen gemäß VDI 2047 Blatt 2 (orientierend):
1 Monat 3 Monate 12 Monate
Empfehlung Kühlwassercontrolling aqua-Technik Beratungs GmbH (orientierend):
14 Tage 1 Monat 3 Monate *1: Betriebsintern
*2 *2: Pflicht (42. BImSchV)
*1 *2 *3: Dringend Empfohlen (Arbeitsschutzgesetz)
*3
Hinweis: Je nach Anlage können weitere Parameter empfohlen sein!
Säurekapazität (Ks4,3)Sulfat
alle Komponenten
Parameter:
Legionella spp.Allgemeine KoloniezahlPseudomonas aeruginosaElektrische LeitfähigkeitpH-WertGesamthärteChlorid
Funktion
Beschädigung / Korrosion
Mess- und Regelorgane
Instandsetzen
weitergehende
Untersuchungen, ggf.
mikrobiologische
Bestimmung
Entfernen der
Ablagerungen
Mineralische
Ablagerungen
Schmutz- und Schlamm-
ablagerungen
Biofilm (biologische
Ablagerungen)
Tropfenabscheider
Bauteile/Komponenten: Maßnahmen:
Filter
Pumpen
Abflutung/Absalzung/Abschlämmung
Kühlturmtassen
Instandsetzen
Rohrleitungen
Mess- und Regelorgane
Wärmeübertrager
Filter
Füllkörper
Sprühdüsen
Intervall:Prüfungen auf:
Datum UnterschriftName
leserlichArt des Eintrags
z. B. Laborwerte, WartungBeschreibung / Erläuterung Ergebnis / Folgen
z. B. Ok, Defekt, Wartung
29
Reinigung und Desinfektion von Kühlsystemen
Beseitigung von Ablagerungen
Verkalkung ist häufig ein Schwerpunkt, wenn es um die Lösung von Belägen in Kühlsystemen
geht. Die Verwendung von kalkhaltigem Wasser führt in vielen wasserführenden Systemen zum
Beispiel in Kesseln, Kühlern, Wassertanks und Rohrleitungen zur Ablagerung einer festen,
isolierenden Kalkschicht.
Dadurch wird die Heiz- oder Kühlleistung reduziert und es steigt der Energiebedarf. Darüber
hinaus können sich in der Kalkschicht Keime festsetzen und vermehren. Der Einsatz von
Entkalkern ist in diesen Fällen unerlässlich. Durch die dabei verwendeten sauren Produkte wird
meist gleichzeitig Flugrost entfernt.
Ein Entkalker muss hierbei immer den Spagat beherrschen, einerseits kraftvoll und schnell
gegen Kalk zu wirken, andererseits Metalle so wenig wie möglich anzugreifen.
Je nach individueller Situation sollte der Entkalker einige Inhaltsstoffe/Zusätze haben:
• Hilfsstoffe zur Benetzung, um Kalkablagerungen zu unterwandern, damit der Angriff auf
die Verkrustungen zügiger und umfangreicher wirkt
• Korrosionsschutzmittel, die den Angriff der Säure auf die Werkstoffe (Metalle) drastisch
reduzieren
• Entschäumer, die Schaumbildung verhindern (die Kohlensäure-Entwicklung bei der
Kalkzersetzung kann sonst zum Überschäumen des Systems führen. Alternativ kann ein
Kreislauf mit 2 Behältern gebildet werden
• Zum Teil desinfizierende Stoffe, die ebenfalls vorhandene Mikrobiologie und Biofilme
abtöten
Nicht nur Kalk, sondern weitere Beläge können durch eine Reinigung meist entfernt werden
• Korrosionsbeläge,
• Biofilme,
• Zunder,
• mineralische Ablagerungen (z. B. Eisen, Mangan)
um die Lebensdauer Ihrer Anlage zu erhöhen.
Bei Nutzung von Brunnenwasser sind häufig Eisen- und Manganablagerungen zu lösen. Hier
kann es notwendig sein zusätzlich mit Wasserhochdruck oder einer Fräse arbeiten zu müssen.
30
Special Entkalkung
Grundsätzliches
Querschnittsverengungen von Rohren, Verstopfung von Zuleitungen oder Ablagerungen auf
Wärmetauschern in Form von Kalk (=Calciumcarbonat) führen häufig zu Produktionsstörungen
bis zum Ausfall von Maschinen. Speziell die Verwendung von hartem Wasser und höhere
vorherrschende Temperaturen begünstigen die lästige Kalkbildung in Systemen stark. Wird
dem Wasser kein Härtestabilisator, der Kalkablagerungen verhindern kann, zugesetzt sind
ärgerliche Ausfälle meist eine Frage der Zeit. Eine Systementkalkung wird für einen
reibungslosen Betrieb notwendig.
Lösung von Kalk
Kalkablagerungen werden mit Säuren gelöst, z. B. Ameisen-, Amidosulfon-, Essig-, Phospor-,
Salz- oder Zitronensäure. Die Säuren unterscheiden sich hinsichtlich Ihrer Wirksamkeit und dem
Korrosionsangriff auf die Werkstoffe. Verbaute Werkstoffe, Temperaturen, Konzentration,
Belagstärke etc. – viele Dinge sind zu beachten. Es gibt fertige Produkte, die bereits einen
Korrosionsschutz und ggf. auch einen Dispergator enthalten. Diese sind hinsichtlich des
Reinigungserfolgs und der Sicherheit empfehlenswert.
Häufige Fehler bei einer Entkalkung
- Zu niedrige oder zu hohe Produktkonzentration => kaum Wirkung bzw.
Werkstoffschädigungen
- Fehlende Zugabe eines Korrosionsinhibitors => Schäden an wasserführenden Werkstoffen
- Zu hohe Temperaturen => ggf. Bildung schwerlöslicher Ablagerungen (z. B. Calciumcitrat)
- Zu lange Verweildauer im System => Schäden an wasserführenden Werkstoffen
- Zu hohe Druckentwicklung durch entstehende Kohlensäure => ggf. z. B. Leckagen
- Zu niedrige oder zu hohe Nachdosierung durch fehlende Kontrolle (pH-Wert,
Bläschenbildung)
=> kaum Wirkung bzw. Werkstoffschädigungen
- Zu niedrige oder zu hohe Produktkonzentration durch mangelhafte Ermittlung bzw.
Bestimmung des Gesamtwasserinhaltes des Systems => kaum Wirkung bzw.
Werkstoffschädigung
- Verstopfung von z. B. (feinen) Maschinenzuleitungen durch falsch eingeschätzten
Stoffaustrag
=> Öffnen/Schließen von Maschinenzuleitungen gut überlegen
Die Planung und Durchführung sollte jeweils auf die individuellen Gegebenheiten abgestimmt
werden.
31
Desinfektion
Biologische Ablagerungen bzw. Biofilme sind bei Systemen ohne Zugabe eines Biozids sehr
häufig. Dies bedeutet oft einen verminderten Wärmeübergang, Energieverluste oder
Lochfraß. Ein durch biologische Verunreinigungen verursachter erhöhter Wartungs- und
Reinigungsaufwand bedeutet in vielen Fällen nicht nur einen erhöhten Personalaufwand,
sondern ist verknüpft mit einer geringeren Verfügbarkeit der Anlage und damit der
Produktionsleistung. Auch entsteht ein erhöhtes Risiko für die Gesundheit z. B. durch
Legionellen. Insbesondere Menschen in der Umgebung von offenen Kühlkreisläufen sind durch
mikrobiologisch belastete Schwaden gefährdet.
Grundsätzlich unterscheiden kann man die thermische (durch hohe Temperaturen) und
chemische (Zugabe von chemischen Mitteln) Desinfektion. Eine thermische Desinfektion durch
Temperaturen von mindestens 70 °C ist in der Praxis jedoch kaum relevant, da technisch meist
nicht durchführbar.
Häufige Methoden der Desinfektion möchten wir Ihnen kurz vorstellen:
Membran-Filtration
Hier werden sehr feinporige Membrane genutzt, die biologische Stoffe wie Bakterien, Viren,
Algen oder Pilze vorab aus dem Wasser filtern können. Durch anschließende Verwendung des
gefilterten Wassers ist das Risiko von Biologischem Wachstum minimiert. Die Filtration kann z. B.
durch eine Umkehrosmose-Anlage erreicht werden. Zu beachten ist jedoch, dass dies keine
Garantie gegen entstehende Biologie bietet. Durch Luftkontakte des Kreislaufwassers oder
Verunreinigungen durch andere Stoffeinträge von außen kann ebenfalls biologisches
Wachstum entstehen. Es handelt sich nicht um eine klassische Desinfektion, sondern um eine
präventive Maßnahme.
Chlor
Ein Biozid ist die Chlorbleichlauge bzw. Natriumhypochloritlösung. Handelsübliche Lösungen
enthalten rund 15 % wirksames Chlor. Die eigentliche biozide Wirksubstanz ist die hypochlorige
Säure.
Bei den in Kühlkreisläufen üblichen pH-Werten von über 8 nimmt die biozide Wirkung von Chlor
im Wasser jedoch stark ab. Durch Zugabe von Natriumbromid (Bildung der hypobromigen
Säure) kann eine Wirksamkeit auch bei pH-Werten bis 9 erreicht werden. Die Anwendung von
Chlor kann zur Bildung einer Reihe unerwünschter Nebenprodukte führen. Relevant sind hier
insbesondere organische Chlorverbindungen (AOX). Auch Geruchs- und
Geschmacksbeeinträchtigungen sind nicht selten.
Chlor- und Bromabspalter, „Chlortabletten“
Im offenen Kühlkreislauf können auch sogenannte Chlor- und Bromabspalter eingesetzt
werden. Dies sind organische Feststoffe, die bei Kontakt mit Wasser die eigentlich aktiven
Wirkstoffe (hypobromige bzw. hypochlorige Säure) langsam freisetzen. Verwendet wird meist
die Substanz 1-Brom-3-Chlor-5,5-Dimethylhydantoin (BCDMH).
32
Chlordioxid
Chlordioxid hat chemisch so gut wie nichts mit Chlor zu tun. Ein einziges Atom reicht
manchmal aus um alles zu verändern. Chlordioxid wird i.d.R. aus Natriumchlorit und Salzsäure
in Anlagen direkt vor Ort erzeugt. Im Gegensatz zum Chlorungsverfahren erzeugt es keine
chlorierten Nebenprodukte. Gleichzeitig dringt Chlordioxid als Gas in den Biofilm ein und baut
diesen ab. Weiterhin ist die Wirkung nicht vom pH-Wert abhängig. Die erforderliche Herstellung
vor Ort macht eine Desinfektion mit Chlordioxid oft teuer und die Produktion ist bei falscher
Handhabung gefährlich (u. a. Explosionsgefahr). Es gibt jedoch bereits chemisch stabile
Chlordioxidlösungen, die fertig gekauft und über eine Dosieranlage in den Kreislauf
eingebracht werden können.
Ozon
Ozon ist das stärkste Oxidationsmittel in der Wasseraufbereitung. Der Geruch von Frische,
Reinheit und Sauberkeit, den wir nach einem Unwetter wahrnehmen, kommt übrigens aus der
natürlichen Produktion von Ozon. Ozon ist aufgrund der Ozonschicht oder dem Straßenverkehr
vielen ein Begriff.
Ein Vorteil von Ozon ist, dass weniger umweltschädliche Nebenprodukte entstehen als bei
vergleichbaren Oxidations- und Desinfektionsmitteln. Ökologisch betrachtet, zerfällt das Ozon
nach getaner Arbeit in das Element zurück, aus dem es erzeugt wurde, nämlich in reinen
Sauerstoff. Die notwendige Ressource für das Desinfektionsverfahren ist Energie. Die
Lebensdauer von Ozon ist sehr gering. Deshalb wird es bedarfsgerecht mit
Ozonerzeugungsanlagen vor Ort aus der Umgebungsluft hergestellt. Die richtige
Ozonkonzentration ist, wenn das erzeugte Ozon beim Vollenden seiner Arbeit (Töten der
Bakterien, Keime usw.) vollständig verbraucht ist. Allerdings ist diese Konzentration zu erreichen
oft ein Balanceakt. Durch die hohe Oxidationskraft von Ozon können auch organische
Konditionierungsmittel sowie Kunststoff- und Holzeinbauten angegriffen werden. Um
Nebenreaktionen zu vermeiden, sollte das Kühlwasser bei Einsatz von Ozon einen möglichst
geringen Gehalt an organischen Stoffen haben. Im Gegensatz zu anderen
Desinfektionsmitteln darf Ozon (und Wasserstoffperoxid) dem Kühlwasser kontinuierlich
zugegeben werden.
Es bietet einige Vorteile. Die notwendige Herstellung vor Ort ist jedoch manchmal eine
Herausforderung und kann die Anwendung teuer machen.
UV (ultraviolette Strahlung)
Im Gegensatz zu chemischen Wasserdesinfektionsverfahren beruht die UV-Bestrahlung auf
einem physikalischen Prozess, bei dem Mikroorganismen schnell und wirksam deaktiviert
werden. Wenn Bakterien, Viren und Protozoen den keimtötenden Wellenlängen der UV-
Strahlung ausgesetzt werden, wird der Zellkern so verändert, dass eine Zellteilung unmöglich
wird. Sie verlieren ihre Reproduktions- und Infektionsfähigkeit.
UV-Strahlung hat sich als hochwirksam gegen viele Organismen. Die Bestrahlung des
Kühlwassers ist in der Praxis jedoch nicht immer leicht umzusetzen.
33
Wasserstoffperoxid
Wasserstoffperoxid (H2O2) gilt als sicher, effektiv und vielseitig. Obwohl es kein klassisches
Desinfektionsmittel ist, wird es nicht selten eingesetzt. Es ist eine blassblaue, in verdünnter Form
farblose, weitgehend stabile Flüssigverbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Ein
entscheidender Vorteil ist häufig in der Praxis zu beobachten: Mikroorganismen werden nicht
nur abgetötet, sondern Biofilme werden auch gut von Oberflächen gelöst und können z. B.
ausgespült werden. Weiter hat es völlig unschädliche Zersetzungsprodukte (Wasser und
Sauerstoff) und bildet z. B. keine organischen Chlorverbindungen. Wasserstoffperoxid darf wie
Ozon kontinuierlich dosiert werden.
Wir haben speziell bei Reinigungsmaßnahmen von Kühlkreisläufen sehr gute Erfahrungen mit
Wasserstoffperoxid gemacht.
Nichtoxidative Biozide
Im Kühlwasserbereich werden weiter eine ganze Reihe organischer Biozide eingesetzt, die
wichtigsten Stoffe bzw- Stoffgruppen sind: Isothiazolinone, Quaternäre
Ammoniumverbindungen (QAV/Quats), Bronopol, Glutardialdehyd und DBNPA. Die
Wirkmechanismen sind stark unterschiedlich. Um die Gefahr einer Resistenzbildung zu
vermindern empfiehlt die VDI, in regelmäßigen Abständen das Biozid zu wechseln.
Die Dosierung sollte als Stoßdosierung erfolgen. Die Absalzung/Abschlämmung sollte über
einen Zeitraum von einigen Stunden geschlossen bleiben um Wirkstoffverluste zu vermeiden.
Übersicht Desinfektionsverfahren / Biozide
Anbei eine Übersicht zu gängigen Verfahren zur Desinfektion:
Membran-
Filtration
Chlor Chlordioxid Ozon UV Wasserstoffperoxid
Wirksamkeit Sehr stark Mittel Stark Sehr stark Mittel Mittel
Abhängigkeit
pH-Wert Keine Hoch Keine Gering Keine Keine
Depoteffekt Keiner Stunden Tage Minuten Ohne Stunden
Nebenprodukte
Keine
THM, AOX,
chlorierte
Org.
Chlorit Evtl. Bromat Evtl. Nitrit Keine
Oxidierend - Ja Ja Ja Ja Ja
Die Desinfektion ist ein sehr komplexes und für jedes Kühlsystem individuell zu betrachtendes
Thema. Wir beraten Sie gerne.
34
Wasserbehandlung und -aufbereitung
Vom Grundsatz gibt es 2 gängige Möglichkeiten Wasser zu „verbessern“ und vorgenannten
Problemen, wie Korrosion, Ablagerungen und biologischem Wachstum vorzubeugen bzw.
dafür zu sorgen, dass dies nicht zu Beeinträchtigungen der Anlage führt. Es handelt sich um
die chemische Wasserkonditionierung (Wasserbehandlung) und die technische
Wasseraufbereitung (Anlagentechnik).
Die chemische Wasserbehandlung erfolgt durch Zugabe von chemischen Substanzen in den
Wasserkreislauf. Unter der technischen Wasseraufbereitung versteht man Anlagen, die
schädliche Stoffe aus dem Wasser entfernen bzw. die Wasserparameter verändern. Unter
Wasserbehandlung versteht man also sinngemäß das „Behandeln“ von Wasser, z. B. durch
Zugabe chemischer Substanzen und unter technischer Wasseraufbereitung technische
Verfahren im Sinne von Wasseraufbereitungsanlagen (z. B. Enthärtungsanlagen oder
Ionenaustauscher).
Chemische Wasserbehandlung
Chemikalien können Korrosion, Ablagerungen und Biologisches Wachstum bei richtiger
Auswahl und Dosierung verhindern bzw. signifikant reduzieren. Die Kosten für die
Wasserkonditionierung (=chemische Wasserbehandlung) sind in der Regel im Verhältnis zu ggf.
ansonsten entstehenden Beeinträchtigungen und Risiken sehr gering.
Produkte chemische Wasserbehandlung
Gängige chemische Behandlungsprodukte für Kühl- oder auch Kesselwasser sind:
• Dispergatoren (halten Stoffe „in Schwebe“, damit sich diese nicht ablagern)
• Härtestabilisatoren (vermindern das Härte ausfällt und sich ablagert)
• Korrosionsinhibitoren (vermindern Korrosion)
• pH-Stabilisatoren (pH-Wert verbessern, meist alkalisierend)
• Biozide bzw. Desinfektionsprodukte (Biologie, z. B. Legionellen, bekämpfen/verhindern)
Es gibt weiterhin noch eine Vielzahl von weiteren Produkten in unterschiedlichster chemischer
Zusammensetzung. Ein Produkt kann verschiedene Wirkungen kombinieren. So kann ein
Korrosionsinhibitor z. B. eine Schutzschicht für das Metall fördern, den pH-Wert verbessern und
als Härtestabilisator wirken.
Ein Einstieg in die Welt der Chemie ist sicherlich nicht zielführend und setzt viel Wissen voraus.
Die Auswahl des richtigen Produktes, um den optimalen Schutz für Ihr System zu gewährleisten
ist von verschiedenen Wasserparametern, Ihren Zielen, den verwendeten Werkstoffen in Ihrem
System und einigem Mehr abhängig. Zum Wohle Ihrer Anlage überlassen Sie die Auswahl bitte
spezialisierten Unternehmen – Ihre Anlage wird es Ihnen danken. Wir beraten Sie gerne.
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Korrosionsinhibitoren
ZWECK/NUTZEN: Korrosionsschutz von Werkstoffen – signifikante Verlängerung der
Lebensdauer TYPISCHE EINSATZGEBIETE: Offene und Geschlossene Kühl- und Prozesswasserkreisläufe TYPISCHE INHALTSSTOFFE: Molybdat, Phosphate, Zink, Phosphonate, Toluyltriazol, Natriumhydroxid TYPISCHE WIRKUNGSWEISEN: - signifikante Verringerung des elektrochemischen Korrosionsprozesses
- Schutzschichtbildung auf Werkstoffen
- ggf. Alkalisierung (Anhebung des pH-Wertes) ANMERKUNG: Häufig werden Inhibitoren mit Härtestabilisatoren/Dispergatoren
kombiniert.
Abstimmung auf vorhanden Materialien und Prozessbedingungen
erforderlich.
WARUM? Anlagenlebensdauer – Maschinenverfügbarkeit - Reibungslosere
Produktion - Vermeidung teurer Reparaturen/hoher Investitionen -
gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis
Härtestabilisatoren/Dispergatoren
VORWORT: Härtestabilisatoren werden speziell zur Vermeidung von
Kalkablagerungen, Dispergatoren allgemein zur Vermeidung
verschiedener Ablagerungen verwendet (diverse Schwebstoffe, z. B.
Schmutz, Eisen-, Manganoxide etc.) ZWECK/NUTZEN: Verringerung von Ablagerungen/Verkalkungen – reibungsloser Betrieb
TYPISCHE EINSATZGEBIETE: Offene und Geschlossene Kühl- und Prozesswasserkreisläufe
TYPISCHE INHALTSSTOFFE: Acrylpolymere, Phosphonate
TYPISCHE WIRKUNGSWEISEN: Beim Härtestabilisator wird der Ausfall von Calciumcarbonat verhindert
bzw. verringert. Bei Dispergatoren werden Feststoffe „in Schwebe“
gehalten und lagern sich nicht bzw. weniger im System ab
ANMERKUNG: Häufig alternativ/ergänzend zu Anlagen wie z. B. Filtration, Enthärtung WARUM? Anlagenlebensdauer – Maschinenverfügbarkeit - Reibungslosere
Produktion - Effizienz/Sicherung Kühlleistung – Querschnittsverengungen
- Verstopfte Maschinenleitungen/Filter - Ablagerungen Wärmetauscher -
Hartes Wasser und hohe Temperaturen - Verschmutzung Produkte - gutes
Kosten-Nutzen-Verhältnis
Biozide / Desinfektionsmittel
ZWECK/NUTZEN: Vermeidung/Verringerung von biologischem Wachstums/Bioschleims TYPISCHE EINSATZGEBIETE: Offene und Geschlossene Kühl- und Prozesswasserkreisläufe TYPISCHE INHALTSSTOFFE: CIT/MIT, Bronopol, Chlor, Wasserstoffperoxid, QAV, BCDMH TYPISCHE WIRKUNGSWEISEN: Abtötung von Biologie, Vermeidung und Ablösung von
Biofilmen/Bioschleim WARUM? Unterbelagskorrosion - Gesetzliche Richtlinien (Haftungsrisiken
Legionellen) - Gesundheitsschutz Mitarbeiter - Reibungslosere Produktion -
Verstopfte Rohre/Maschinenleitungen/Filter - gutes Kosten-Nutzen-
Verhältnis
36
Erfolgskriterien der chemischen Wasserbehandlung
Für eine erfolgreiche Chemikalienbehandlung ist folgendes wichtig:
• Im ersten Schritt sollte das Wasser im Labor analysiert werden. Erst nach Kenntnis der
Wasserparameter kann das geeignete Mittel bestimmt werden
• Hilfreich ist es, wenn sich die wasserführenden Systeme in relativ sauberem Zustand
befinden. Das heißt, Verunreinigungen wie Algen, Schlamm, Sand, Rost usw. sollten
möglichst entfernt werden. Dies ist z. B. sinnvoll, da eine Schutzschichtbildung durch
einen Korrosionsinhibitor in einem sauberen System effizienter möglich ist.
Schmutzteilchen adsorbieren häufig Chemikalien, wodurch es zu einem unerklärbaren
Schwund an Dosiermitteln kommen kann.
• Die berechneten Dosiermengen sollten möglichst einbehalten werden, wobei die
Überwachung der richtigen Mengen sowohl durch Kontrolle der Wassermesser,
Messung des verbrauchten Dosiermittels und auch vergleichsweise durch Messung der
Konzentration der Dosierchemikalien im Wassersystem erfolgen kann.
Dosierstationen
Chemikalien können oft nicht einfach manuell in den Kreislauf eingebracht werden,
geschweige denn ist es sinnvoll um die genaue Dosierung und somit optimale Ergebnisse zu
gewährleisten.
Dosierstationen sorgen dafür, dass Mittel in der richtigen Konzentration im Kreislauf vorliegen
und diesen somit optimal schützen. Betriebssicherheit und Dosiergenauigkeit sind hierbei die
maßgebenden Parameter. SPS-Steuerungen (speicherprogrammierbare Steuerungen) können
zur Überwachung und Regelung eingesetzt werden.
Die Messtechnik sollte chemikalienbeständig sein. Standardmäßig ist eine Überfüllsicherung im
Lagerbehälter, Leckageüberwachung in der Schutzwanne und eine Niveaumessung meist
sinnvoll.
Typische Bestandteile einer Dosierstation sind:
• Steuereinheit (inkl. optischer Anzeige)
• Dosierpumpe
• Füllstandsanzeige/-sensor (misst Befüllung und füllt ggf. automatisch nach)
37
Dosierstationen für Chemikalien
38
Technische Wasseraufbereitung
Auch die technische Wasseraufbereitung ist komplex. Wir wollen versuchen etwas Licht ins
Dunkel zu bringen und stellen Ihnen in der Folge einige technische Anlagen vor. Spätestens ab
jetzt muss zum Verständnis jedoch Grundwissen vorausgesetzt werden.
Vorab eine übersichtliche Darstellung gängiger Wasseraufbereitungsverfahren:
Filtration Ionenaustauschverfahren Entgasun
g
Beispiel Klassische
Filtersiebe
Membran-
Filter-
technik
Aktivkohle-
filter
Sand-
/Kiesfilter Enthärtung
Teilent-
salzung
(Entkarboni-
sierung)
Vollent-
salzung
(Deminera-
lisierung)
Membran-
entgasung
Typische
Einsatz-
ziele
Entfernung
grober
Feststoffe, z.
B. Blätter,
Sand, Dreck
Schaffung
von sehr
reinem
Wasser,
z. B. durch
Ultra-
filtration
oder
Umkehr-
osmose
Filtration
von
Feststoffen
und
Adsorption
(Entnahme)
vieler Stoffe
möglich
Entfernung
von
Feststoffen,
ggf. auch
Eisen- und
Mangan
Verringerung
der
Wasserhärte,
z. B. zur
Verhinderung
von
Verkalkung
(Leitfähigkeit
unverändert)
Entfernung
der
Karbonat-
härte
(Leitfähigkeit
sinkt)
Entfernung
aller
gelösten
Salze im
Wasser
Entfernung
von Gasen
aus dem
Wasser, z.
B.
Kohlensäur
e,
Sauerstoff
Bereits bei dieser kleinen Übersicht ist nachvollziehbar, dass eine technische
Wasseraufbereitung sehr komplex ist. Die Auswahl des sinnvollsten Verfahrens und speziell die
technische Umsetzung ist nur durch eine spezialisierte Firma möglich.
Filtration
Filtration heißt, es werden Stoffe aus dem Wasser herausgefiltert. Ein Kaffeefilter für zuhause ist
ebenfalls eine Filtrationsmethode. Filter sind elementar in der Wasseraufbereitung. Von groben
Stoffen wie Blättern, Sand bis hin zu kleinsten Bakterien oder Viren ist vieles durch filtrieren aus
dem Wasser entfernbar.
Übersicht über Filtrationsmethoden:
Sieb-
Filtration
Fein-
Filtration
Partikel-
Filtration
Mikro-
Filtration
Ultra-
Filtration
(UF)
Nano-
Filtration (NF)
Umkehrosmo
se (RO)
Trenn-
größen
>500 µm
(=0,5 mm)
5-500 µm 1-10 µm 0,1-1 µm 0,01-0,1 µm 0,001-0,01 µm < 0,001 µm
Abtrenn-
bare Stoffe
Körner,
Sand,
Fasern,
Blätter
Größere
Partikel,
Algen
Kleine
Partikel,
Keime,
Bakterien
Kleinstpartik
el, Viren
Makromole
küle, Viren,
Kolloide
Niedermole-
kulare
Substanzen,
Huminstoffe
Ionen
Verfahren Siebung,
Zyklone,
Sedimenta-
tion, Klärung
Gewebe-
filter,
Tuchfilter
Mehr-
schicht-
Schnellfilter
Membran-
Filtration
Mehrschicht
-Langsam-
filter,
Membran-
Filtration
Membran-
Filtration
Membran-
Filtration
Umkehr-
osmose
Wird kein Stadtwasser genutzt, ist die Filtration fast ein Muss, will man eine Anlage länger
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betreiben. Wird nicht filtriert, werden Feststoffe wie Sand, Schmutz, Blätter etc. schnell zu
Problemen führen. Zudem ist diese Art der groben Filtration kostengünstig.
Speziell bei klassischen Filtersieben ist darauf zu achten, dass diese regelmäßig gereinigt
werden. Wie auf folgendem Bild sollten Filtersiebe nicht aussehen, da die Funktion ansonsten
eingeschränkt bzw. nicht mehr gegeben ist. Viele moderne Filtrationstechniken besitzen
jedoch eine sogenannte Rückspülfunktion. Mit dieser können sich der Filter selbst reinigen.
Kies-/Sandfilter
Ein Kiesfilter dient zur Entfernung von ungelösten Feststoffen aus Wasser oder
Prozessflüssigkeiten. Als Synonym wird in der Praxis häufig auch von einem Sandfilter
gesprochen.
Er besteht aus einem mit Kies gefüllten Behälter. Bei diesem Kies handelt es sich um
gewaschenen Quarzkies mit unterschiedlicher Körnung, meist aufgebaut als Mehrschichtfilter
(Wasser durchströmt nacheinander die einzelnen Filterstufen) um die Filtration zu verbessern.
Das Wasser strömt in der Regel von oben nach unten durch den Behälter. Dabei lagern
sich Feststoffe im Kies ab. Sand-/Kiesfilter zählen zu den mechanischen Trennverfahren. Durch
mikrobiologische Prozesse im Filterkuchen kann diese Filtertechnik jedoch weitaus mehr, als nur
Feststoffe zu filtern. Auch im Wasser gelöste Stoffe wie Eisen oder Mangan können durch eine
vorgeschaltete Belüftungsstufe oxidiert und somit in der Folge auch nahezu restlos entfernt
werden.
Bei der Auslegung sind Fließgeschwindigkeiten, Auswahl der Quarzkieskörnung und eine
exakte Behälterdimensionierung für den einwandfreien Betrieb Voraussetzung.
Damit der Kiesfilter seine volle Leistung bringen kann ist ein mitunter langer Einfahrprozess
notwendig. Um hier Kosten und Zeit zu sparen ist langjährige Erfahrung erforderlich.
Reinigung
40
Um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten muss ein Kiesfilter regelmäßig Rückgespült, also
wieder gereinigt, werden. Dazu wird meist sauberes Wasser und Druckluft von unten nach
oben durch den Kiesfilter gespült. Die Rückspülmenge muss exakt eingestellt werden, sonst
wird die Kiesfüllung ausgespült und der Filter ist unbrauchbar. Die Rückspülung erfolgt meistens
automatisiert über eine Wochenzeitschaltuhr oder über Differenzdruck. Zur Rückspülung kann
im Normalfall gereinigtes Wasser aus dem Kiesfilter verwendet werden. Teures Stadtwasser ist
meist nicht notwendig.
Anwendung
Kiesfilteranlagen finden ihre Anwendung in der Wasseraufbereitung,
Prozesswasseraufbereitung oder in der Abwasseraufbereitung.
Die häufigsten Anwendungen sind:
• Eisen- und Manganentfernung (häufig bei Brunnenwasser)
• Reinigung von Kreislaufwasser (Kühl- und Prozesswasser)
• Vorreinigung des Wassers vor weiteren Wasseraufbereitungsanlagen
• Reinigung von Kondensat
• Entfernung von Schmutzpartikel aus Flüssigkeiten
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Große Sandfilter bei einem Kunden auf Mallorca
Aktivkohlefilter
Als Aktivkohlefilter werden Filter bezeichnet, die Aktivkohle enthalten. Derartige Filter werden
sowohl für die Behandlung und Reinigung von Gasen wie auch von Flüssigkeiten verwendet.
Zweck ist die Entfernung von störenden Stoffen wie Staub, Schwermetallen oder
unerwünschten und zum Teil auch giftigen Chemikalien aus Gasen oder Flüssigkeiten. Häufige
Verwendung findet er z. B. auch bei Dunstabzugshauben. Er besteht meist aus einem mit
Aktivkohle gefüllten Behälter mit einer Ventilautomatik zur Rückspülung (Reinigung).
Anwendung
Aktivkohlefilter finden in der Trinkwasseraufbereitung, Prozesswasseraufbereitung und
Abwasseraufbereitung Anwendung. Die Anwendungspalette ist sehr groß.
Anwendungsbeispiele zur adsorptiven Rückhaltung von:
• Geruchs- und Geschmacksstoffen
• Schwebstoffen
• Ozon
• Organischen Substanzen
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• Schwermetallen
• Chemikalien
• Chlor
• Huminsäuren
• Ligninsulfonsäuren
• Ölen
• Halogenkohlenwasserstoffe
• Pestiziden
Funktion
Aktivkohle hat den Vorteil unterschiedliche Aufbereitungsverfahren in einem Filter zu
ermöglichen. Zum einen wird mit dem Filter eine mechanische Reinigung durchgeführt die
Schwebstoffe und Partikel zurückhält. Das Wasser strömt von oben nach unten durch den
Behälter. Dabei lagern sich Schmutzpartikel im Filtermaterial ab. Deshalb ist auch eine
Rückspülung wie bei einem Kiesfilter je nach Verschmutzungsgrad notwendig. Zusätzlich kann
die Aktivkohle durch ihre große Oberfläche Stoffe und Substanzen durch Adsorption
aufnehmen und in der Kohlenstoffmasse anreichern. Dabei oxidiert ein Teil der
Aktivkohlemasse und wird somit verbraucht. Aktivkohle kann auch über katalytische
Reaktionen zum Abbau von beispielsweise Chloraminen verwendet werden.
Durch aufgenommene Substanzen kann das Gewicht um 10-20% steigen bevor es zu einem
Durchbruch kommt. Erschöpfte Aktivkohle muss ausgetauscht werden. Die beladenen Massen
müssen je nach angereicherten Stoffen als Sondermüll oder Bauschutt entsorgt werden.
Reinigung
Um die Funktionsfähigkeit zu gewährleisten muss ein Aktivkohlefilter regelmäßig gereinigt
werden. Dazu wird sauberes Wasser oder Prozesswasser von unten nach oben durch den Filter
gespült. Die Rückspülung erfolgt über ein am Behälter montiertes Zentralsteuerventil oder über
eine Einzelventil-Automatik. Die Rückspülung erfolgt Mengen- oder Zeitgesteuert. Alle
Spülzeiten sind meist individuell einstellbar.
Doppelanlagen
Der Aufbau als Doppelanlage mit Kreuzschaltung hat viele Vorteile. Zum einen wird bei einem
Durchbruch des Arbeitsfilters der nachfolgende Polizeifilter belastet und somit ein
Durchbrechen der Anlage verhindert. Grundsätzlich ist eine Laufzeitbestimmung bei einem
Aktivkohlefilter nur abzuschätzen. Somit kann jeder Filter bis zur Erschöpfung gefahren werden
und die Anlage wird somit optimal wirtschaftlich genutzt. Die Qualität wird immer nach dem
Arbeitsfilter gemessen. Zum anderen wird bei einer Rückspülung des Arbeitsfilters der zweite
Filter in Einzelbetrieb genommen und somit steht immer gereinigtes Wasser zur Verfügung.
Doppelanlagen können als manuelle Anlagen oder vollautomatisch angeboten werden.
43
Aktivkohlefilter für Rohwasser 15 m³/h
Ultrafiltration
Die Ultrafiltration gehört bereits zu den feinen Filtertechniken. Gefiltert wird nicht mit
Filtersieben, sondern durch Membrane. Sie wird verwendet, um partikuläre und mikrobielle
Verunreinigungen zu entfernen. Ionen und kleine Moleküle werden nicht entfernt. Die Anlagen
sind meist voll automatisiert und mit moderner Mess- und Regeltechnik zur Überwachung
ausgerüstet.
Die Systeme reinigen sich selbstständig mit einem geringen Chemikalienaufwand. In der Regel
wird über ein periodisches Rückspülen zwischen den Betriebsphasen die Membrane gereinigt.
Alle Reinigungschemikalien und Dosiersysteme werden meist in der Anlage integriert.
Die Membrane haben eine Lebensdauer von 3-5 Jahren, ggf. auch länger, vergleichbar mit
Umkehrosmose-Membranen. Die Auswahl der geeigneten Membrane sollte nur durch eine
Fachfirma erfolgen.
Bei der Auslegung einer Ultrafiltration ist immer die Rohwasserqualität zu prüfen und die
Membrane sind entsprechend auszulegen. Im Zuge der Berechnung werden entsprechende
Membrantypen ausgewählt um ein optimales Ergebnis für Qualität und lange Betriebsdauer
zu gewährleisten.
Durch eine übersichtliche SPS-Steuerung lässt sich die Anlage optimal in jede Produktion
einbinden und ermöglicht eine bedienerfreundliche Steuerung Anlage. Hochwertige
Messgeräte und Armaturen garantieren ein zuverlässiges System.
Die Anlagen können auf Wunsch auf Montagegestellen vorgefertigt werden und sind
dadurch in kurzer Zeit in Ihr System integriert. Alle Ultrafiltrationsanlagen können individuell auf
ihre Platzverhältnisse angefertigt werden.
44
Umkehrosmoseanlage
Häufig verwendete Synonyme sind Osmoseanlage, RO-Anlage (Englisch: Reverse-Osmosis)
oder UO-Anlage (Abkürzung für Umkehrosmoseanlage).
Umkehrosmose: Verringerung/Entfernung
Härte (Calcium, Magnesium) JA
Leitfähigkeit, z. B. Chloride/Sulfate JA
Silikat JA
Gase, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff NEIN
Eisen/Mangan JA
Biologie, z. B. Algen, Viren, Bakterien JA
Die Evolution ist der beste Ingenieur - Osmose ist ein natürlicher Vorgang aus der Umwelt.
Haben Sie sich schon mal gefragt warum platzen Kirschen nach einem Regen am Baum
häufig auf?
Ganz einfach erklärt sich somit das Osmose Prinzip. Das Wasser strebt immer den Ausgleich
von zwei getrennten Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Gehalten an gelösten Stoffen an, die
durch eine Membran (dünne physische Trennschicht) getrennt sind. Da diese Membran nur für
Wasser, aber nicht für die gelösten Stoffe durchlässig ist, wandert das Wasser durch die
Membran in die konzentrierte Flüssigkeit.
Nehmen wir das Beispiel von der Kirsche:
Wenn die Kirschen reif sind ist der Fruchtzuckeranteil in der Frucht sehr hoch. Kommt Regen auf
die Kirsche wandert das Regenwasser (sehr geringer Zuckergehalt) durch die Haut der Kirsche
(Membrane) in das Innere um den unterschiedlichen Zuckergehalt der beiden Flüssigkeiten
(Fruchtwasser und Regentropfen) auszugleichen. Daher steigt der Druck in der Kirsche und sie
platzt. In der Osmosetechnik wird dieser Vorgang einfach umgedreht über einen technisch
erzeugten Hochdruck auf der Seite mit dem höheren Gehalt. Ganz ohne Einsatz von Chemie
kann so sehr reines Wasser entstehen.
Die Umkehrosmose entfernt keinerlei Gase, wie z. B. Sauerstoff oder Kieselsäure. Hierzu ist
zusätzliche Technik wie Membranentgasung oder EDI-Anlagen notwendig.
Es ist ein physisches Verfahren, bei dem mit Druck Wasser durch eine Membrane gepresst wird.
Während ungelöste und gelöste Stoffe im Konzentrat (konzentriertes Wasser) zurückgehalten
werden, tritt das Permeat (das reine Wasser) nahezu inhaltsstofflos aus.
Es werden kein Harz, keine Regenerierung oder andere Chemikalien benötigt. Zum Schutz der
Membrane ist einzig ein Dispergator (chemisches Zusatzmittel) sinnvoll. Je nach Wasserqualität
sollten die Membrane hin und wieder sauer (bei Kalkablagerungen) oder alkalisch (bei
Biologiebefall) gereinigt werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Membrane undurchlässig für Keime und Viren sind. Die
Membrane stellen eine sogenannte Keimsperre da. Deshalb werden die
45
Umkehrosmoseanlagen besonders häufig in Hygienischen Prozessen eingesetzt. Weit verbreitet
ist die Anwendung von UO-Anlagen in Krankenhäusern, Laboren und kleinen
Pharmaanwendungen. Auch Schwermetalle, Pestizide, Hormone oder
Medikamentenrückstände lassen sich mit einer Umkehrosmoseanlage restlos entfernen.
Bei der Auslegung einer Umkehrosmoseanlage ist immer die Rohwasserqualität zu prüfen und
die Membrane entsprechend auszulegen. Entsprechende Voraufbereitungsverfahren des
Wassers, wie z. B. eine Enthärtung sind meist sinnvoll. Die Membrane der UO-Anlage haben
dann eine deutlich höhere Lebensdauer.
Durch eine übersichtliche SPS-Steuerung lässt sich eine Anlage optimal in eine Produktion
einbinden und ermöglicht eine bedienerfreundliche Steuerung. Speziell ausgewählte Pumpen
mit effizienten Motoren, hochwertige Messgeräte und Armaturen sollten zum Standard einer
guten Anlagenbaufirma gehören.
UO Anlage 8 m³/h mit EH Ventilautomatik Reinigung und Wartung einer UO-Anlage
Ionenaustauscheranlagen
Die Wasseraufbereitung ist das bekannteste und größte Anwendungsgebiet für
Ionenaustauscherharze. Den Ionenaustausch stellen Sie sich am besten so vor, dass bestimmte
Bestandteile des Wassers durch andere Bestandteile ersetzt werden. Enthärtungsanlagen, Teil-
und Vollentsalzungsanlagen funktionieren über diesen besagten Ionenaustausch. Weiter
unten werden die einzelnen Verfahren noch etwas genauer beleuchtet.
Ionenaustauscher sind künstlich hergestellte Harze, die im Wasser gelöste Ionen durch andere
Ionen gleicher Ladung ersetzen. Die Harze sind in Polymer-/Polykondensatgerüste aufgebaut.
Unterschieden werden Geltypen und makroporöse Typen.
Wenn die Kapazität erschöpft ist, müssen die Ionenaustauscherharze wieder regeneriert
werden, damit der Ionenaustausch von neuem beginnen kann. Diese Regeneration wird je
nach Anlagentyp mit Salz, Laugen oder Säuren durchgeführt. Die Regeneration kann im
Gleich- oder im Gegenstrom durchgeführt werden, was sich auf die Fließrichtung der
Flüssigkeiten während des Betriebes (auch Beladung genannt) und der Regeneration bezieht.
46
Bei Gleichstrom wird der Ionenaustauscher sowohl im Betrieb als auch bei der Regeneration in
der gleichen Richtung durchströmt. Bei Gegenstrom verläuft die Regeneration
entgegengesetzt der Beladung. Das Gegenstromverfahren ist effektiver, d. h. es kommt mit
einem geringeren Überschussvolumen aus, erfordert aber einen höheren operativen
Aufwand.
Ionentauscher werden in Druckbehältern, die auf den Wasserdurchsatz ausgelegt sind,
installiert. Bei kleineren Anlagen kann dies in einem GFK Behälter (Glasfaserverstärkter
Kunststoffbehälter) erfolgen. Bei höheren Durchsätzen oder hohen Anforderungen an die
Qualität werden stahl gummierte Behälter oder Edelstahlbehälter mit Düsenböden eingesetzt.
Jede Anlage sollte individuell berechnet und ausgelegt werden.
Das Verrohrungsmaterial sollte entsprechend der Anforderung und den Betriebsstoffen
ausgewählt werden. Eine übergeordnete SPS-Steuerung sollte die Regelung übernehmen und
die einzelnen Betriebszyklen überwachen. Über ein TouchPanel mit umfangreichen Bildern
kann eine Anlage sehr einfach bedient werden.
Enthärtung
Bei der Wasserenthärtung (=Weichwassererzeugung) wird dem Wasser mit Hilfe eines
kationischen Ionenaustauscherharz Calcium und Magnesium (zusammen auch als
„Erdalkalien“ bezeichnet) entzogen.
Enthärtung: Verringerung/Entfernung
Gesamthärte (Calcium,
Magnesium)
JA
Leitfähigkeit, z. B. Chloride/Sulfate NEIN
Silikat NEIN
Gase, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff NEIN
Eisen/Mangan NEIN
Biologie, z. B. Algen, Viren, Bakterien NEIN
Das Harz wird mit einer Kochsalzlösung (Natriumchlorid) regeneriert, damit es wieder
Weichwasser erzeugen kann. Man spricht hier von Regeneriersalz, ähnlich dem bei einem
Geschirrspüler.
Das Wasser strömt durch einen Kationenaustauscher (Druckbehälter). Die Ca2+- und Mg2+-
Ionen werden gegen Na+-Ionen getauscht. Das enthärtete Wasser enthält nun mehr Na+-
Ionen. Die anderen Ionen bleiben unverändert. Die Enthärtungsanlagen können als
Doppelenthärtung (Pendelanlage) oder Einzelenthärtung ausgeführt werden. Bei kleineren
Weichwasseranlagen wird die Regeneration oft über Zentralsteuerventile ausgeführt. Dies hat
Preislich und auf den Installationsaufwand bezogen Vorteile.
Bei größeren Leistungen wird die Weichwassererzeugung mit Automatik-Membranventilen
über eine separate Steuerung realisiert. Die Ventile und Verrohrung sind dann in modularen
Automatikgestellen vorgefertigt. Der Platzbedarf kann meist individuell an die örtlichen
Gegebenheiten angepasst werden.
47
Optional können Resthärtemessgeräte über eine Titrationsmessung die Leistung der
Enthärtungsanlage überwachen und bei schwankenden Rohwasserhärtegraden auch
steuern.
Ein Harztausch ist meist nur alle 8-10 Jahre erforderlich.
Bei größeren Anlagen kann es sinnvoll sein die Funktion der Ionenaustauscherharze
regelmäßig über eine Harzanalyse überprüfen zu lassen.
Doppelenthärtung 40 m³/h
48
Doppel-Enthärtung mit gedämmten Speisewasserbehälter
Teilentsalzung
Diese wird auch Entkarbonisierung genannt.
Teilentsalzung (Entkarbonisierung): Verringerung/Entfernung
Gesamthärte (Calcium,Magnesium) JA
Leitfähigkeit JA
Silikat NEIN
Gase, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff NEIN
Eisen/Mangan NEIN
Biologie, z. B. Algen, Viren, Bakterien NEIN
Bei der Teilentsalzung werden wie bei der Enthärtung die Kationen Calcium und Magnesium
aus dem Wasser herausgenommen (Entfernung Carbonathärte). Als Austauscher wird ein
schwach saurer Ionenaustauscher verwendet, der mit Wasserstoffionen vorbeladen ist.
Während bei der Enthärtung der Austausch der härtebildenden Kationen gegen Natrium-
Ionen erfolgt, geschieht dieser bei der Entkarbonisierung also gegen Wasserstoffionen. Aus der
Karbonathärte entsteht dadurch Kohlensäure. Der Salzgehalt bei der Entkarbonisierung wird
entsprechend reduziert. Die Regeneration der Harze erfolgt mit Salzsäure (HCl).
Auch hier ist nach einigen Jahren ein Harztausch erforderlich. Bei größeren Anlagen sollte die
Funktion der Ionenaustauscherharze regelmäßig über eine Harzanalyse überprüft werden.
49
Vollentsalzung
Vollentsalzung (Demineralisierung):
Verringerung/Entfernung
Gesamthärte (Kalzium, Magnesium) JA
Leitfähigkeit JA
Silikat JA
Gase, z. B. Kohlensäure, Sauerstoff NEIN
Eisen/Mangan NEIN
Biologie, z. B. Algen, Viren, Bakterien NEIN
Bei der Vollentsalzung im Ionenaustauschverfahren werden gelöste Stoffe fast vollständig
aus dem Rohwasser entfernt. Die Vollentsalzung wird häufig auch als Demineralisierung
bezeichnet.
Hierzu wird ein Kation- und ein Anionaustauscher eingesetzt. Diese Austauscher, die mit Harzen
befüllt sind, können entweder nacheinander geschaltet sein (2 Druckbehälter) oder in einem
sogenannten Mischbett innig vermischt sein (nur 1 Druckbehälter). Die Regeneration der Harze
erfolgt mit Salzsäure (HCl) und Natronlauge (NaOH).
Um die Laufzeiten zu optimieren werden häufig Entgasungssysteme zwischen die Austauscher
geschaltet. Moderne Membranentgasungssysteme haben sich am Markt durchgesetzt und
bieten Vorteile gegenüber der klassischen Entgasung mit Riesler.
Durch die erste Passage des Kationentauschers wird das Wasser durch entstehende
Kohlensäure stark sauer (niedriger pH-Wert). Die Kohlensäure wird bei der Entgasung
ausgetrieben. Im Nachgang fließt das Wasser durch den Anionentauscher, der hierdurch
geringer dimensioniert werden kann.
Eine übergeordnete SPS Steuerung regelt und überwacht meist die einzelnen Betriebszyklen.
Über ein TouchPanel mit umfangreichen Bildern kann eine Anlage bedient und beobachtet
werden. Anwendungsgebiete sind in der Reinstwassererzeugung der Halbleiterindustrie,
Pharma- und Kosmetikindustrie und der Kesselspeisewassererzeugung insbesondere für
Turbinenbetrieb zu finden. Zur Behandlung der Abwässer ist eine Neutralisationsanlage
notwendig.
Das Harz muss nach gewisser Zeit ebenfalls getauscht werden. Bei größeren Anlagen sollte die
Funktion der Ionenaustauscherharze regelmäßig über eine Harzanalyse überprüft werden.
Nochmals zusammenfassend:
Die Vollentsalzung erfolgt, ähnlich wie die Enthärtung, über Ionenaustauscher. In zwei
voneinander getrennten, aber nacheinander geschalteten Tanks, befindet sich im ersten
kationisches, im zweiten anionisches Harz. Dabei wird das kationische Harz mit HCL (Salzsäure,
Chlorwasserstoffsäure), das anionische Harz mit NaOH (Natronlauge, Natriumhydroxid)
regeneriert.
50
Multistep-Verfahren
Das sogenannte Multistep-Verfahren ist eine Vollentsalzung und ermöglicht die Unterbringung
mehrerer Ionenaustauscher mit verschiedenen Funktionen in einer einzigen Filtersäule. Dabei
lassen sich die unterschiedlichen Harze mit den für sie bestimmten Chemikalienlösungen, z. B.
Salzsäure oder Natronlauge, regenerieren, ohne dass gegenseitige Störungen oder
Beschädigungen auftreten. Dieses Verfahren ist eine Alternative zum bekannten
Mischbettverfahren zur Herstellung von hochreinem Reinstwasser.
Es werden Leitfähigkeiten < 0,05 Mikrosiemens pro cm und ein Kieselsäuregehalt von
annähernd 0 mg/l erreicht. Der Einsatz als vollautomatischer Polizeifilter zur Feinreinigung einer
Vollentsalzungsanlage nachgeschaltet, hat den Vorteil von sehr langen Standzeiten und
einem sehr geringen Wartungs- und Pflegeaufwand. Die Multistep-Anlage lässt sich sehr
einfach und zuverlässig vollautomatisch steuern.
Bei größeren Anlagen sollte die Funktion der Ionenaustauscherharze regelmäßig über eine
Harzanalyse überprüft werden.
Mischbett
Ein Mischbett wird häufig zur Restentsalzung von entsalztem Wasser eingesetzt. Es kann jedoch
auch als eigenständige Vollentsalzung betrieben werden.
Werden an bereits aufbereitetes Wasser höchste Anforderungen bezüglich Restleitfähigkeit
und Restsilikat gestellt, muss dem Kationen- und Anionenaustauscher ein
Mischbettaustauscher nachgeschaltet werden. In einem Mischbettaustauscher liegen
Kationenaustauscherharz und Anionenaustauscherharz innig vermischt nebeneinander vor.
Hierdurch wird eine noch bessere Entmineralisierung (Vollentsalzung) erreicht als dies durch
die Anwendung von nacheinander geschalteten Kationen- und Anionenaustauschern
möglich ist. Weiterhin dient es zur Sicherheit, wenn bei Störungen der vorangeschalteten
Anlage eine Störung auftritt.
Wenn die Kapazität der Harze erschöpft ist, muss das Harz ausgetauscht oder regeneriert
werden. Dabei werden die beiden Harztypen mit unterschiedlichen Schüttgewichten
(Dichten) in einem exakt eingestellten Aufstrom getrennt. Über ein Drainagesystem werden
danach die räumlich getrennten Harze mit Säure und Lauge regeneriert. Nach der
Regeneration wird die Harzfüllung mit Luft wieder vermischt. Bei kleinen Anlagen wird dies mit
Pressluft durchgeführt. In großen Anlagen sind separate Gebläse notwendig.
Die Automatisierung erfordert exakte Verfahrenskenntnisse und eine genau abgestimmte
Behälterausführung. Bei den Anlagen ist die Ventilautomatik entsprechend umfangreich.
Vielfältige Anwendungen finden sich in der Pharmaindustrie, Halbleiter- und Elektroindustrie,
Kraftwerken und vielen anderen Industriezweigen zur Reinstwassererzeugung.
Bei größeren Anlagen sollte die Funktion der Ionenaustauscherharze regelmäßig über eine
Harzanalyse überprüft werden.
51
EDI Vollentsalzungsanlagen
Die Elektrodeionisation ist ein elektrochemisches Verfahren zum weitestgehenden Entfernen
von Ionen und ionisierbaren Stoffen aus Wasser. Es handelt sich um eine Kombination
aus Ionenaustausch und Elektrodialyse. Der zentrale Baustein einer
Wasseraufbereitungsanlage dieses Verfahrens ist das sogenannte EDI-Modul, in dem die
Elektrodeionisation abläuft.
Das voraufbereitete Wasser sollte eine Leitfähigkeit von 10-20 µS (Mikrosiemens) haben, was
z.B. durch vorschalten einer Enthärtung mit anschließender Umkehrosmose erreicht werden
kann. Es fließt kontinuierlich in das Modul. Dort wird durch das Entfernen der verbliebenen
Inhaltsstoffe Demineralisiertes Wasser erzeugt. Die vormals enthaltenen Stoffe werden in
gelöster Form als Abwasser (Konzentrat) abgegeben.
Innerhalb des EDI-Moduls strömt das Wasser senkrecht zu dem im Modul anliegenden
elektrischen Feld durch Kammern, die jeweils von einer Anionenaustauschermembran sowie
einer Kationenaustauschermembran begrenzt und mit einem Mischbettionenaustauscher
gefüllt sind.
Durch das elektrische Feld kommt es zu einer Ladungswanderung der Ionen zur jeweiligen
Elektrode. Die Austauschermembrane erlauben den Durchtritt von z.B. Anionen, während
Kationen an der Durchdringung gehindert werden. So wird eine Aufkonzentration der Ionen im
Konzentratraum erreicht. Unter Einfluss des elektrischen Feldes findet gleichzeitig
eine Dissoziation eines Teils der Wassermoleküle statt. Dies bewirkt eine Selbstregeneration des
Mischbettaustauscherharzes und erlaubt einen kontinuierlichen und chemikalienfreien Betrieb.
Es ist eine hohe Ausbeute Reinstwasser ohne Einsatz von Chemie zu erreichen. 15 bis 18
Megaohm/cm oder 0,063 bis 0,056 Mikrosiemens/cm Reinstwasserqualität macht diese
Technologie zu einem sehr attraktiven Verfahren im Vergleich zur klassischen Mischbett
Ionenaustauscher Technologie. Die Zellen werden nur über eine angelegte Spannung
regeneriert und dies geschieht während dem Betrieb. Damit ist keine Unterbrechung bei der
Regeneration notwendig.
Anwendungsgebiete zu dieser Reinstwassererzeugung sind in der Halbleiterindustrie, Pharma-
und Kosmetikindustrie und der Kesselspeisewassererzeugung insbesondere für Turbinenbetrieb
zu finden. Für die Anwendung im Laborbereich und Krankenhausanlagen sind verschiedene
Kompaktsysteme erhältlich.
Nach Bedarf ist eine Überprüfung und ein Austausch der EDI Zellen sinnvoll.
52
Membranentgasung
Mit einer Membranentgasung wird gezielt freie Kohlensäure oder Sauerstoff dem Wasser
entzogen. Unter dem Begriff Entgasung allgemein versteht man die Entfernung von in Wasser
gelösten Gasen wie Sauerstoff (O2) und Kohlendioxid (CO2). Diese Gase begünstigen
Korrosion.
Physikalische Entgasungsanlagen basieren auf der Tatsache, dass nicht kondensierbare Gase
(O2 und CO2) bei Temperaturen über dem Siedezustand wasserunlöslich sind und das Wasser
folglich „verlassen“. Die Siedetemperatur des Wassers ist dabei abhängig vom Druck.
Funktion
Membranentgasungsmodule bestehen aus hydrophoben Porenmembranen. Diese sind meist
in Hohlfasermodulen aufgebaut. Bedingt durch den Partialdruckgradient diffundiert das Gas
durch die Membrane und das Wasser wird entgast. Zur Erzeugung des Partialdruckgefälles
wird je nach Anlagengröße und Leistung ein Stripgas oder Vakuum mit einem
Unterdruckgebläse oder über Pressluft angelegt. Das Funktionsprinzip der Membranentgasung
besteht im Wesentlichen darin, dass Luft in einer äußeren Kammer der Module, im
Gegenstrom des Wasserflusses in der inneren Kammer, vorbeigezogen wird. Dadurch wird das
freie CO2 oder Gas vom Wasserstrom in den Luftstrom gesogen und nach außen transportiert.
Vorteile
• Die Betriebskosten sind wesentlich geringer als bei herkömmlichen
Rieslerentgasungsanlagen. Da keine Druckerhöhung nach einem Vorlagetank benötigt
wird kann hier sehr viel Energie eingespart werden.
• Durch deutlich bessere CO2 Werte nach der Entgasung sind nachgeschaltete Anlagen
effizienter und leistungsstärker. Bei VE Anlagen z.B. erreicht man durch niedrigere CO2
Werte eine längere Laufzeit und bessere Qualitäten. Auch dadurch werden weitere
Betriebskosten eingespart.
• Von hygienischer Seite sind die Membranentgasungsanlagen auch im Vorteil. Bei
Rieslerkolonen sind durch die großen Oberflächen der Füllkörper und den Vorlagetank
beste Vorrausetzungen für einen Mikrobiologischen Eintrag. Zudem kommt das Wasser
in Rieslern mit der warmen Gebläseluft direkt in Kontakt.
• Die Membranentgasung kann sehr kompakt aufgebaut werden und benötigt keine
großen Aufbauhöhen wie bei Rieslerdomen auf Vorlagetanks.
• Der Druckverlust kann sehr geringgehalten werden. Hierbei ist aber wichtig die
Auslegung der Membranentgasung korrekt durchzuführen und auf Differenzdruck und
Entgasungsleistung zu achten.
Durch eine Membranentgasung entsteht Kondenswasser, da eine wärmere Luft auf ein kaltes
Medium trifft. Dieses Kondenswasser wird in einer Wasserfalle aufgefangen. Die Wasserfalle
wird im Stand-By Modus vollautomatisch entleert.
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Zur Überwachung wird hier noch zusätzlich meist eine Niveaumessung verbaut. Eine
übergeordnete SPS Steuerung regelt und überwacht die einzelnen Betriebszyklen. Über ein
TouchPanel mit umfangreichen Bildern kann die Anlage bedient und beobachtet werden.
In Bestandsanlagen führen wir nach Bedarf auch einen Modultausch durch und prüfen die
Funktion der Membranentgasung.
Membranentgasung 20 m³/h
UV-Anlagen
UV-Entkeimung wird in den letzten Jahren immer stärker zur Desinfektion von Wasser
eingesetzt. Durch diese Art der schonenden und umweltfreundlichen Entkeimung werden UV-
Anlagen gerade im Trinkwasserbereich installiert. Auch zur Rest Ozon Entfernung nach
Desinfektionsanlagen sind die Anlagen weit verbreitet.
Wir bauen Standardmäßig in Loop Versorgungsleitungen eine UV Anlage mit Sterilfilter
kombiniert ein. Nach jeder UV-Entkeimung sollte ein Sterilfilter mit mindestens 0,2 µm
nachgeschaltet werden um die abgetöteten Mikroorganismen aufzufangen.
Zur Steuerung und Überwachung sind Controller verbaut, die die Lebensdauer und Effizienz
anzeigen. Bei UV Anlagen sind die Schaltzyklen begrenzt und somit ist ein Dauerbetrieb zu
empfehlen. Auch beim Einschalten der Anlage ist die Hochfahrzeit zu beachten.
54
Unsere Anlagen sind für Trinkwasser, Pharmaanwendungen und Industriewasser zugelassen
und verfügen je nach Bauart über Leistungen bis zu 500 m³/h. Nach Bedarf führen wir einen
Austausch der UV-Lampen und Überprüfung der UV-Anlage für Sie durch.
Neutralisationsanlagen
Unter einer Neutralisation wird in der Chemie die Aufhebung der ätzenden Wirkung von
Säuren oder Basen (Laugen) verstanden.
Die Grundlage der Neutralisation beruht auf der Tatsache, dass sich die Wirkungen einer Säure
und einer Base beim Mischen nicht addieren, sondern aufheben. So kann eine Säure mit einer
geeigneten Menge einer Base und eine Base mit einer geeigneten Menge einer Säure
neutralisiert werden. Der pH-Wert gilt hier als Regelgröße.
Unsere Neutralisationsanlagen übernehmen vollautomatisiert die Behandlung der Abwässer
aus der Wasseraufbereitung oder Ihrer Produktion. Durch unsere Zulassung nach
Wasserhaushaltsgesetz (WHG) können wir Ihnen Anlagen nach den aktuellen Bestimmungen
und Gesetzen anbieten und liefern.
Zuerst muss die Menge der Abwässer festgelegt werden, da die Neutralisation normalerweise
im Chargenbetrieb arbeitet. Durchlaufneutralisationsanlagen sind auch möglich, meistens
aber nur bei einfacheren Anlagen geeignet. Je nach Anforderung ist eine Abwasservorlage
über einen Tank notwendig. Die Grenzwerte der Behörden für die Einleitung von Abwässern
muss zwingend eingehalten werden. Zur Nachverfolgung sind zugelassene Schreiber
notwendig die den pH-Wert aufzeichnen und entsprechend protokolieren.
Die Neutralisation muss einwandfrei und störungsfrei arbeiten um vorgeschaltete Prozesse
nicht zu stoppen. Ebenso müssen die Sicherheitstechnischen Vorschriften umgesetzt und
eingehalten werden, da hier mit hochkonzentrierten Chemikalien gearbeitet wird.
Alle Messinstrumente und Armaturen müssen chemikalienbeständig ausgeführt werden.
Die Steuerung erfolgt über eine übergeordnete SPS die die Regelfunktion übernimmt.
Alle Parameter, Regler und Grenzwerte werden auf einem TouchPanel visualisiert.
Nach Bedarf führen wir eine Überprüfung Ihrer Anlage nach WHG für Sie durch.
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Mess-, Steuerungs- & Regeltechnik
An die Pumpen und Mess- & Regeltechnik sind in der Wasseraufbereitungstechnik hohe
Anforderungen gestellt. Energiesparsame Motoren und zuverlässige Messtechnik zum Betrieb
einer Anlage sind der Grundstein für ein nachhaltiges System. Individuelle Steuerungskonzepte
sind zwingend Notwendig um ein System kundenorientiert anzubieten und zu fertigen.
Schaltschrankbau
Zur Fertigung von Wasseraufbereitungsanlagen gehört auch eine eingehende Planung die
gemeinsam mit dem Kunden besprochen und umgesetzt werden sollte.
Wichtige Bestandteile sind:
• E-Plan Erstellung
• Fertigungszeichnungen
• Komponentenlisten
Lastschrank für die Wasseraufbereitung
SPS Programmierung und Visualisierung
Tastenpanel, Touchpanel oder PC in Verbindung mit einer leistungsfähigen CPU sind nur ein
Beispiel für die Steuerung von Einzel- bzw. Kombianlagen. Wir realisieren auch einfache
Steuerungen mit Relaistechnik oder integrieren Messgeräte mit aktiven Baugruppen. Bei
Großanlagen sind Speicherprogrammierbare Steuerungen unumgänglich. Zur Datenbank-
oder Leitsystemanbindung und der Aufschaltung zugelassener Auswertungssoftware bieten
wir hier Komplettsysteme an. Die Programmierung erfordert ein hohes Verständnis an die
Verfahrenstechnik der jeweiligen Anlage. Unsere Programmierer begleiten ein Projekt bis zur
Inbetriebnahme und Abnahme. Hauptsächlich bieten wir SIEMENS basierende Systeme an die
eine hohe Flexibilität und breites Spektrum aufweisen.
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• Funktionsbeschreibungen
• SPS Programmierung
• Visualisierung auf PC oder TouchPanel
• Inbetriebnahme
Übersichtsbild Vollentsalzung
Messtechnik
Die Messtechnik muss zuverlässig und genau sein um die Wasseraufbereitungsanlage effizient
zu überwachen und steuern. Wir arbeiten ausschließlich mit namhaften Herstellern zusammen
und verbauen keine Billigkomponenten. Da dies mittlerweile einen großen Anteil der
Anlagenkosten ausmacht sind hier bei Kostenvergleichen diese Komponenten im Detail zu
betrachten. Oft sind nur die Kosten, die bei einem Ausfall der Anlage anfallen, den
Mehrkosten für hochwertige Technik gegenüberzustellen. Durch unsere langjährige Erfahrung
sind wir in der Lage sie bei der Auswahl zu unterstützen und zu beraten.
• Niveaumesstechnik
• Druckmessungen
• Qualitätsmessungen
• Durchflussmessungen
• Temperaturmessungen
• Schreiber
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Messstation Wasseraufbereitung
Pumpentechnik
Wir führen diverse Pumpenausführungen in sämtlichen Leistungsbereichen.
Materialanforderungen und Zertifikate können wir für alle Anforderungen anbieten. Speziell
die Auswahl von Energiesparenden Motoren steht dabei stark im Vordergrund.
Zu allen Pumpen bieten wir entsprechende Armaturen, Montagegestelle und die Verrohrung
an. Die Pumpengruppen werden mit entsprechender Messtechnik und Frequenzumformern
geliefert.
Zur Steuerung und Regelung bieten wir SPS Steuerungen, Messtechnik und die gesamte
Lastverteilung an.
Lieferprogramm:
• Druckerhöhungssysteme
• Tauchpumpen
• Brunnenpumpen
• Injektoren
• Kompressoren
• Chemikalienpumpen
• Dosierpumpen
• Gebläse für Vakuum oder Druck
• Frequenzumformer
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• Hochdruckpumpen
• Inlinepumpen
• Membranausdehnungsgefäße
• Umfüllpumpen
• SPS Steuerungen für Pumpenregelung
• Messtechnik für Pumpenregelung
• Lastschränke für Pumpenansteuerung
• Filtersysteme
Wir bieten Ihnen zu jeder Pumpengruppe die Montage und Inbetriebnahme an
• Aus- und Einbau von Pumpensystemen, elektrisch und mechanisch
• Verrohrung und Anbindung an ihr System
• Erweiterung und Erneuerung von Bestandsanlagen
• Inbetriebnahme
• Einstellung von Pumpen und elektrischer Steuerung
Wir bieten Ihnen Reparatur und Instandsetzung an
• Fachgerechte Instandsetzung
• Reparaturen und Austausch der elektrischen Komponenten
• Nachrüstung von Sicherheitseinrichtungen
• Kundendienst und Wartung
• Austausch
• Leihpumpen
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Kühltürme und Verdunstungskühlanlagen
Grundsätzliches
In der Praxis häufig Synonym verwendete Begriffe für Kühltürme sind Rückkühlanlage,
Rückkühler oder Verdunstungskühlanlage. In der Folge werden wir den in der Praxis
geläufigsten Begriff Kühlturm verwenden. Wohlwissend das dieser korrekterweise nur für
Naturzugkühltürme mit über 200 MW zu verwenden wäre.
Der grundsätzliche Zweck eines halboffenen bzw. offenen Kühlturmes ist es Kühlwasser, dass
erwärmt zum Kühlturm kommt wieder abzukühlen, um dieses erneut zur Kühlung verwenden zu
können. Die Abkühlung des erwärmten Wassers erfolgt durch den natürlichen Prozess der
Verdunstung. Verdunstung heißt, dass ein Teil des Wassers vom flüssigen in den gasförmigen
Zustand wechselt. Die Verdunstung benötigt Wärmeenergie, die aus dem Wasser entnommen
wird. Durch den Entzug wird dieses Wasser abgekühlt. In einem Kühlturm verdunstet also ein
Teil des Wassers und wird zu reinem Wasserdampf, der mit der Luft in die Atmosphäre
hinausgetragen wird.
Da das Wasser im Kreislauf durch die Verdunstung immer weniger werden würde, muss
natürlich Wasser hinzugeführt werden. Dieses zugeführte Wasser wird als Speise- oder
Zusatzwasser bezeichnet.
Arten und Funktionsweise
Es gibt viele Arten und Unterarten von Kühltürmen, mit denen wir Sie jedoch nicht weiter
verwirren möchten. Ganz grob lassen sich sehr große Naturzugkühltürme (häufig bei
Kraftwerken zu finden), kleinere Nasskühltürme (sehr häufig in der Industrie zu finden), Trocken-
und Hybridkühltürme unterscheiden. Wir werden hier näher auf die offenen (halboffenen)
Nasskühltürme, die häufig zur Kühlung in der Industrie eingesetzt werden, eingehen.
Schema Naturzugkühlturm Naturzugkühltürme eines Kraftwerkes
60
Verdunstungskühlanlage („Kühlturm“) in der Industrie
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Anbei eine Grafik einer Verdunstungskühlanlage in der Ausführung als Zellenkühler:
Bildquelle: Wikipedia
A Kühlturmgehäuse
B Lufteingänge (hier dringt die Umgebungsluft ein)
C Saugender Ventilator (zieht die Luft an, oben tritt dann der Wasserdampf aus)
D Sprühdüsen (hiermit wird das warme Wasser verrieselt, damit es besser verdunstet)
E Rieselkörper (zur optimalen Wasserverteilung)
F Kühlturmbecken (hier sammelt sich das abgekühlte Wasser, dass nicht verdunstet ist
und wird wieder dem Kühlkreislauf zugeführt)
Wärmeabgabe (Abkühlung) des Kühlwassers im Kühlturm:
• Das zu kühlende Kühlwasser wird am Eintritt Kühlwasser (grüne Rohre im Bild)) in den
Kühlturm geführt
• Über ein internes Wasserverteilsystem wird das Kühlwasser gleichmäßig und
flächendeckend im oberen Bereich des kühltechnischen Teils versprüht (Sprühdüsen
bzw. Rieselkörper)
• Es tropft anschließend in das Kühlturmbecken. Die entgegen strömende Luft (vom
saugenden Ventilator angezogen) nimmt vom warmen Kühlwasser Wärme auf. Der
Luftstrom erwärmt sich dadurch leicht
• Zeitgleich verdunstet auch ein Teil des versprühten Wassers und entzieht dadurch dem
verbleibenden Kühlwasser Verdunstungswärme
• Beide Effekte zusammen ergeben die gewünschte Abkühlung des Kühlwassers
• Durch die zusätzliche Verdunstungskühlung können Kühltürme Kühlwassertemperaturen
liefern, die unter der Umgebungstemperatur liegen.
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Verdunstung, Eindickung und Absalzung
Im Kühlturm verdunstet ein Teil des Wassers, durch das sich der hauptsächliche Kühleffekt
ergibt. Deshalb muss logischerweise zwangsläufig Zusatzwasser „nachgefüllt“ werden, damit
die Wassermenge im Kühlkreislauf stabil bleibt.
Eindickung
Leider verdunstet jedoch nur das reine, salzfreie Wasser. Dies ist nicht zu beeinflussen, da es ein
physikalisches Gesetz ist. Die Natur kann man hier leider nicht überlisten. Dies führt in der Folge
natürlich dazu, dass das restliche Wasser im Kühlturmbecken und im Kühlkreislauf immer mehr
„eindickt“. Es wird konzentrierter, da die Salzkonzentration immer mehr steigt. Das „gute“
Wasser verlässt durch die Verdunstung den Kreislauf und dadurch entsteht immer mehr
„schlechtes“ Wasser, da die Menge an (teilweise schädlichen) Inhaltsstoffen gleichbleibt, sich
aber auf immer weniger Wasser konzentriert.
Unter der Eindickung versteht man das Verhältnis aus der Salzkonzentration des Kühlkreislaufes
zu der des Zusatzwassers.
Für Personen mit Grundwissen anbei noch ein paar Formeln.
Für die Eindickung gelten somit:
Eindickungszahl =
Oder vielleicht etwas vereinfacht auf den Parameter Chlorid bezogen:
Eindickungszahl =
Statt der Salz- oder Chloridkonzentration kann prinzipiell auch jede andere Substanz, die im
Zusatzwasser und unverändert auch im Kreislaufwasser vorliegt, zur Bestimmung der
Eindickung herangezogen werden. In der Praxis sehr häufig wird die elektrische Leitfähigkeit
genutzt. Sie hat den Vorteil, dass sie, z. B. über ein Leitfähigkeitsmessgerät sehr einfach
gemessen werden kann.
Eindickungszahl =
Da die Eindickung zentrale Bedeutung im Kühlturmbetrieb hat, nochmals ein paar
(wiederholende) Sätze hierzu. Der Grund für viele Probleme (Korrosion, Kalk, Biofilme etc.) liegt
darin, dass durch den Kühlturm laufend eine Eindickung erfolgt, d.h. dass das
Kühlkreislaufwasser laufend konzentrierter wird. Im Kühlturm verdunstet nur das reine Wasser,
während die im Wasser gelösten Salze im Kreislauf zurückbleiben und der Salzgehalt somit
zunimmt. Ohne Eingriff wird daher nach einer bestimmten Betriebszeit eine Salzmenge
entstehen, die nach Erreichen der Löslichkeitsgrenze zur Bildung von Ablagerungen führt.
mg/l Salzgehalt des Kreislaufwassers
mg/l Salzgehalt des Zusatzwassers
mg/l Chlorid im Kreislaufwasser
mg/l Chlorid im Zusatzwasser
μS/cm Leitfähigkeit des Kreislaufwassers
μS/cm Leitfähigkeit des Zusatzwassers
63
Beträgt die ursprüngliche Härte z. B. 10 °dH und der Chloridgehalt 200 mg/l und besteht eine
Eindickung von 3, so beträgt die Härte 30 °dH und der Chloridgehalt 600 mg/l.
Weiter bilden derartig salzangereicherte Wässer ideale Nährböden für Algen und Bakterien,
wobei besonders die üblichen Temperaturen von ca. 25 bis 35 °C ein biologisches Wachstum
fördern.
Zusätzlich werden über den Kühlturm laufend Keime aus der Luft eingeschleppt. Weiter
kommt es über den Kühlturm oft zur Eintragung von Insekten, Schmutzteilchen, Sand usw..
Derartige Verunreinigungen werden allerdings häufig auch aus dem Zusatzwasser (besonders
wenn Brunnenwasser bzw. Flusswasser verwendet wird) eingeschleppt. Eine besondere
Korrosionsgefahr ist in einem Kühlkreislauf einerseits durch die erhöhte Salzkonzentration
gegeben, andererseits auch durch die Sauerstoffsättigung des Kühlwassers, die durch den
Kühlturmbetrieb bedingt ist (ständiger Luftkontakt).
Höhere Eindickung bedeutet einen geringeren Wasserverbrauch (siehe auch Tabelle unter
Punkt „Eindickung und Wasserverbrauch“), bringt aber wie beschrieben ggf. gewichtige
Probleme mit sich. Die maximal mögliche bzw. sinnvolle Eindickung ergibt sich aus der
Beschaffenheit des Zusatzwassers und den Systemeigenschaften, insbesondere den
verbauten Materialien. Aus all diesen Gründen ist die Eindickung des Kreislaufwassers nur bis zu
einem gewissen Grad tolerierbar. Um daher zu verhindern, dass die Eindickung im Kühlkreislauf
eine gewisse Grenze überschreitet muss laufend ein Teil des Kreislaufwassers verworfen
werden (Absalzung) und neues Zusatzwasser zugeführt werden.
Absalzung
Unter Absalzung versteht man das verwerfen von Teilen des eingedickten Wassers. Dieses
Wasser muss mit neuem, weniger eingedickten Wasser ersetzt werden. Damit sinkt in der
Summe der Salzgehalt des Umlaufwassers und damit z. B. auch die Korrosionsneigung oder
Tendenz zu Ablagerungen. Ein Teil des sehr „schlechten“ Wasser wird entsorgt und „besseres“
Wasser in den Kreislauf hinzugeführt. Aus diesem Grund ist die Wasserqualität in der Summe
angestiegen.
Die Absalzung wird meist sinnvollerweise automatisiert über eine Absalzanlage geregelt. Diese
steuert sowohl die Absalzung („Ablassen“ von eingedicktem Wasser) und das Nachspeisen
von Frischwasser voll automatisiert. Als Regelgröße wird meist die Leitfähigkeit genutzt, die
durch die Absalzanlage automatisch in einem sinnvollen Bereich gehalten wird. Soll die
Leitfähigkeit im Kreislauf z. B. auf 1.200 µS/cm begrenzt werden, kümmert sich die
leitfähigkeitsgesteuerte Absalzungseinheit um die Messung der Leitfähigkeit und um das bei
Überschreiten erforderliche absalzen und zuspeisen.
Eine manuelle Absalzung oder zeitgesteuerte Absalzung finden immer weniger Anwendung.
Genauigkeit, Personalkosten, Zuverlässigkeit und schlussendlich ein reibungsloser Betrieb sind
Argumente für eine automatisierte Absalzung.
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Richtwerte Wasserqualität
Je nach spezifischen Gegebenheiten, z. B. der Produktionsanforderungen oder den
verbauten Werkstoffen, ergeben sich sehr unterschiedliche optimale Wasserparameter für
Rückkühlanlagen bzw. Kühltürme. Wohlwissend das es sinnvoll ist, diese jeweils
anlagenspezifisch zu erheben, möchten wir Ihnen Richtwerte nennen. Es handelt sich meist um
Werte, die keinesfalls überschritten werden sollten. Für einen optimalen Betrieb sind häufig
deutlich geringere Werte sinnvoll.
Tabelle Richtwerte Wasserqualität, teilweise angelehnt an Empfehlungen des VDI:
Parameter: Einheit: Richtwerte VDI:
Aussehen: farblos, klar
pH-Wert: 7 bis 8,5
(wenn keine Aluminiumbauteile mit Wasser in
Berührung kommen bis 9,0)
Leitfähigkeit: µS/cm < 3000 (je nach Werkstoffen teilweise geringer)
Gesamthärte: ° dH < 60
nach Enthärtung: < 20
Karbonathärte: ° dH < 4
nach Härtestabilisierung: < 20
Gesamtsalzgehalt: mg/l < 1800
aggressive Kohlensäure: mg/l 0
Calcium: mg/l > 20
Eisen: mg/l < 0,1
Chlorid: mg/l < 250
Sulfat: mg/l < 600
Gesamtkeimzahl: KBE/ml <10.000
Legionellen: KBE/ml <100
KS 4,3 < 1,4
nach Härtestabilisierung: < 7
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Wichtige Wasserparameter
Wasseranalysen sind für Sie maximal unverständlich? Wir versuchen, so gut es möglich ist, dass
wirklich nur Allerwichtigste in einfachen Worten zu erklären. Natürlich führt dies dazu, dass aus
chemischer Sicht nicht alles vollständig Korrekt erläutert werden kann.
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
Das chemische Gleichgewicht zwischen den Ionen der Kohlensäure, dem Kohlendioxid und
Calciumcarbonat wird als Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht bezeichnet. Bei Änderung des
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts (z. B. pH-Wert-Erhöhung, Erwärmung mit der Folge erhöhten
CO2-Austrages) können sich Karbonate bilden (=> ggf. mehr Kalk/Kesselstein).
Ca-Härte
Einheit: °dH oder mmol/l
Menge an Calcium im Wasser. Viel Calcium kann zu Verkalkung führen (Calciumcarbonat).
Da die Härte aus Calcium und Magnesium besteht, ist die Calciumhärte geringer als die
Wasserhärte.
Gesamthärte (Wasserhärte)
Einheit: °dH oder mmol/l
Die Härte des Wassers ist die Summe von Calcium- und Magnesiumionen. Die Härte hängt
stark vom Untergrund ab, aus dem das Wasser gefördert wurde und ist von Region zu Region
unterschiedlich. Zu viel Härte ist meist negativ, da sie Ablagerungen bzw. Verkalkungen
(Calciumcarbonat/Magnesiumcarbonat) fördert.
pH-Wert
Ein Wert für die Menge an Säuren bzw. Basen im Wasser. Er ist wichtig für die Korrosion. Die
Skala reicht von 0-14. Wasser mit pH-Wert um 7 ist neutral. Umso niedriger der pH-Wert umso
„saurer“ ist das Wasser, um so höher der pH-Wert, umso alkalischer (Lauge) ist das Wasser.
Kühlwasser sollte, je nach verbauten Werkstoffen, meist grob im Bereich von 7,5-9,0 liegen.
Elektrische Leitfähigkeit
Einheit: µs/cm
Wichtige Kenngröße, da sie ein Maß ist für die Menge an gelösten Salzen und somit
Rückschlüsse auf die Wasserbeschaffenheit ermöglicht. Zuviel Leitfähigkeit fördert u. a.
Korrosion. Faustregel: Viel Salz => hohe Leitfähigkeit => höhere Korrosion.
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Chloride
Einheit: mg/l
Einen wesentlichen Einfluss auf das Korrosionsverhalten eines Wassers üben die Chloride aus.
Sie wirken bei vielen Metallen, einschließlich Edelstahl, stark korrosiv und erzeugen Lochfraß. Je
höher die Temperatur, desto stärker ist die korrosive Wirkung.
Sulfate
Einheit: mg/l
Sie führen ebenfalls, wie die Chloride, zu Korrosion auf metallischen Werkstoffen, wenn auch
nicht ganz so stark.
Optimale Betriebsbedingungen für Kühltürme
Die Beschaffenheit sowie die chemischen, mineralischen und mikrobiologischen Bestandteile
des Kühlwassers haben erheblichen Einfluss auf folgende Eigenschaften des Kühlturms:
• Effizienz
• Leistung (Wärmeübertragung)
• Frostschutz
• Korrosionsschutz
• Lebensdauer
• Sicherheit
• Gesundheitsschutz
• Umweltschutz.
Um optimale Betriebsbedingungen zu erreichen und die zuvor genannten Eigenschaften auf
hohem Niveau zu halten sind technische und organisatorische Maßnahmen festzulegen.
Folgende Maßnahmen entsprechen dem allgemeinen Stand der Technik und sollten als
Mindeststandard durchgeführt werden:
• Regelmäßige Wasseranalysen durchführen und bewerten
• Regelmäßige Kontrolle und Bewertung des Kühlwassers bezüglich mikrobiologischem
Zustand und Keimwachstum
• Planung und Installation bzw. Durchführung einer für das örtliche System geeigneten
Wasserbehandlung,
• Regelmäßige Beimischung von Zusatzwasser,
• Regelmäßige Absalzung
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Eindickung und Wasserverbrauch
Bei nicht wenigen Unternehmen, bevorzugt wenn Stadtwasser genutzt wird, wird versucht
durch eine höhere Eindickung die Wasserkosten zu senken. Die vielerorts vorliegende
Vermutung, dass durch Verdoppelung der Eindickungszahl die Wasserkosten um die Hälfte
reduziert werden, ist schlichtweg falsch.
Um einem Kühlkreislauf beispielhaft die Wärmemenge von 650 kWH zu entziehen, wird 1 m³
Wasser verdunstet.
Sehen wir uns dazu folgende Tabelle an:
Eindickungszahl
1,1 1,5 2,0 4,0 10,0 20,0
Verdunstungsmenge 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³ 1 m³
Absalzmenge 10,0 m³ 2,0 m³ 1,0 m³ 0,33 m³ 0,11 m³ 0,05 m³
Gesamtverbrauch 11,0 m³ 3,0 m³ 2,0 m³ 1,33 m³ 1,11 m³ 1,05 m³
Wasserkosten je m³ 3 € 3 € 3 € 3 € 3 € 3 €
Wasserkosten für 650 kWh 33 € 9 € 6 € 3,99 € 3,33 € 3,15 €
Was erkennen wir:
• Zwischen einer Eindickung von 1,1 zu 1,5 sind die Ersparnisse gewaltig!
• Auch bis zu einer Eindickung von 4 sind die Ersparnisse signifikant!
• Ab einer Eindickung von 4 sind die Ersparnisse jedoch sehr gering!
• Zwischen einer Eindickung von 10 und 20 besteht kaum ein Unterschied!
Fazit: Ein Kühlkreislauf sollte auf keinen Fall mit einer Eindickung von 10 oder 20 gefahren
werden. Die Ersparnisse stehen in keinem Verhältnis zu den negativen Auswirkungen
hinsichtlich Korrosion, Ablagerungen und Biologie.
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Die aqua-Technik Beratungs GmbH
Über uns
Seit rund 50 Jahren sind wir, die aqua-Technik Beratungs GmbH, auf die Optimierung von Kühl-
und Kesselwasser sowie Legionellenprävention für Industrie- und Gewerbekunden spezialisiert.
Kleinere Unternehmen bis hin zu Weltkonzernen vertrauen, aufgrund unserer Expertise rund um
Wasser im Kühl- und Produktionsprozess, auf unser Unternehmen mit Sitz in Schwabach.
Leistungsportfolio
Wasserbehandlung Anlagentechnik Dienstleistungen
- Korrosionsschutz - Filtertechnik - Laboranalysen
- Härtestabilisatoren - Dosierstationen - Legionellenbeprobungen
- pH-Stabilisatoren - Enthärtungsanlagen - Desinfektion/Anlagenreinigung
- Desinfektionsprodukte - Umkehrosmoseanlagen - Betreuung/Wartung Anlagen
- Biozide - Vollentsalzungsanlagen - Beratung, Planung, Anlagenbau
- und vieles mehr - und vieles mehr - und vieles mehr
Das aqua-Tec-Verfahren
Unser ganzheitliches Vorgehen zur Erreichung bestimmter Qualitätsziele (aqua-Tec-Verfahren):
• Aufnahme und Analyse des Ist-Zustandes (inkl. Laboranalysen des Wassers)
• Konzepterarbeitung
• Kosten - Nutzen – Analyse
• Maßnahmenumsetzung
• Inbetriebnahme und Betreuung
gibt unseren Kunden Sicherheit und unterstützt sie in den notwendigen Entscheidungs-
Prozessen.
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Ihr Nutzen
Als Nutzen unserer Zusammenarbeit nennen unsere Kunden häufig folgende Punkte:
• Weniger Herausforderungen bzgl. Korrosion, Ablagerungen und Biologie
• Geringere von Energiekosten
• Reduzierter Wasserverbrauch
• Höhere Anlagenleistung
• Weniger Reparatur-/Wartungskosten
• Vermiedene Maschinen-/Produktionsausfälle
• Gesetzliche Pflichten nach § 42. BImSchV sind erfüllt
• Haftungsrisiken Geschäftsführung vermieden
• Gesundheit von Menschen/Mitarbeitern wurde bewahrt
Der markanteste Punkt, den uns Kunden immer wieder nennen, ist sinngemäß folgender:
„Wir wissen, wir können uns auf Sie verlassen und Sie sind da, wenn es brennt.“
Solche Aussagen machen uns stolz.
Referenzen
Unsere Kunden sind Klein- und mittelständische Betriebe, Großunternehmen sowie
internationale Konzerne. Hier finden Sie eine kleine Auswahl an Kunden, die seit Jahrzehnten
auf uns vertrauen:
