Umkehrosmoseanlage

Umkehrosmoseanlage mit hoher Effizienz

Sauberes Wasser wird in vielen Bereichen benötigt wie der Industrie, der Medizin oder in Laboren. Mit der Umkehrosmose (engl. reverse osmose) kann reines und hochreines Wasser hergestellt werden. Mit der richtigen Umkehrosmoseanlage wird das entstehende Abwasser reduziert und die Umweltbelastung so gering wie möglich gehalten. Besonders in Forschungseinrichtungen, Laboren, Krankenhäusern und vielen Industriebranchen müssen die Umkehrosmoseanlagen speziellen Anforderungen gerecht werden. Gleichzeitig sollten sie kostengünstig und effizient sein.

Inhaltsverzeichnis

Umkehrosmoseanlage im Einsatz

Die reverse osmose ist in vielen Bereichen unerlässlich. Dabei ist es wichtig, dass die Anlagen sauber und wirtschaftlich arbeiten. Kalk, Bakterien, Viren, Pestizide und Nitrate müssen rückstandslos aus den Gewässern gefiltert werden. Diese haben unterschiedliche Größen und sind entsprechend leichter oder schwieriger aus dem Wasser zu filtern.


Die Größe der Partikel

  • Wasser: 0,0001 µm
  • Nitrat: 0,001 µm
  • Pestizide und Schwermetalle: 0,01 µm
  • Viren: 0,1 µm
  • Bakterien: 5 µm
  • Kalk: 10 µm
  • Menschliches Haar: 100 µm

 

Die Porengröße einer Osmosemembran ist daher mehr als 1000-mal kleiner als Viren und Bakterien. 

Die Membran der Umkehrosmoseanlage hält die geladenen Verunreinigungen, Ionen, zurück. Diese Aufkonzentration an Ionen werden mit dem Konzentratstrom abgeführt. Über die Leitfähigkeit des Wassers im Permeat kann das Verfahren der reverse osmose nachträglich kontrolliert werden. Früher war die Überprüfung der Leitfähigkeit die einzige Kontrolle. Allerdings finden sich auch nichtgeladene Teilchen im Wasser. Diese sind Partikel, Kolloide, Bakterien und gelöste organische Substanzen wie Haare und Hautschuppen. Diese wurden früher nicht beachtet, da sie nicht geladen sind. Die reverse osmose ermöglicht die Filterung dieser Verunreinigungen. 

Das Verfahrensschema einer zweistufigen Umkehrosmoseanlage mit Konzentratstufe.
Das Verfahrensschema einer zweistufigen Umkehrosmoseanlage mit Konzentratstufe.

Umkehrosmoseanlage bei Kühlanlagen zur Reduzierung der Abwassermenge

Für die richtige Aufbereitung von Kühlwasser für Kühltürme müssen sich Industrie, Labore und Krankenhäuser an die geltenden VDI halten. Die Anforderungen sind in der VDI 3803 und VDI 2047 festgelegt. Hier wird darauf verwiesen, dass die Umwelt durch austretende Keime und Bakterien nicht belastet wird. In der Umgebung solcher Anlagen kam es schon häufiger zu Erkrankungen und Todesfällen, wodurch ein besonderes Augenmerk auf Osmose Wasserfilter gelegt werden muss. 

Umkehrosmoseanlage in Krankenhäusern

In Krankenhäusern ist sauberes Wasser besonders wichtig. Hier werden kranke und immungeschwächte Patienten versorgt. Das Wasser muss also frei von Bakterien und Viren sein. Die Prozesse in so einem Gebäudekomplex sind vielfältig, was die Osmose Wasserfilterung zu einer technischen Herausforderung macht. Die Anforderungen zur Sterilisation von Operationsbestecken sind in DIN EN 285 festgelegt. Besonders wichtig ist, dass das Wasser entsalzen ist. Die Leitfähigkeit darf 5 µS/cm nicht überschreiten. Hier kommt die Osmoseanlage zum Einsatz. Die hohe Reinheit des Wassers von weniger als 1 µS/cm kann durch den Einsatz der Umkehrosmose und einer nachgeschalteten Elektro-Deionisierung (EDI) oder Mischbettpatronen erreicht werden.

Umkehrosmoseanlage für Labore

In beinahe allen Bereichen im Labor wird Reinstwasser benötigt. Daher ist hier ein Osmose Wasserfilter unerlässlich. Abhängig von der benötigten Reinheit des Wassers werden spezielle Anlagen benötigt. Hier gibt es beispielsweise Elektrodeionisation oder Deionisation. Die Qualität des Wassers wird in drei Typen kategorisiert. 

Typ 1

Typ 1 bezeichnet das Reinstwasser. Für wasserkritische Anwendungen ist diese Qualität meist erforderlich, beispielsweise wenn eine geringe Konzentration organisch gebundenen Kohlenstoffs (TOC) enthalten sein muss. Die Leitfähigkeit liegt bei 0,055 µS/cm.

Typ 2

Bei Typ 2 handelt es sich um Laborwasser. Es wird auch als DI-Wasser bezeichnet, also deionisiert. Eingesetzt wird es für weniger wasserkritische Anwendungen im Labor. Typ 2 unterscheidet sich von Typ 1 durch eine geringere organische Verunreinigung. Die Leitfähigkeit liegt bei < 0,2 µS/cm.

Typ 3

Ein alternativer Name von Typ 3-Wasser ist Umkehrosmosewasser oder auch RO-Wasser. Salze, Silikate und Schwebstoffe sind hier so gering wie möglich.  Die Leitfähigkeit liegt bei < 5 µS/cm.

 

Wann können Membrane verbrocken?

Die Ursache für blockierte Membranen ist eine Aufkonzentrierung des Konzentatstroms. Diese können in zwei Bereiche eingeteilt werden: Fouling und Scaling.

Fouling ist die Belagbildung an der Membrane durch nicht geladene suspendierte oder kolloidalgelöste Teilchen. Beispiele hierfür sind:

  • Metalloxide (Fe2+, Mn4+)
  • Kolloide (organisch, anorganisch)
  • Biologische Substanzen (Keime, Bakterien, Mikroorganismen)

Um die Gefahr des Fouldings abschätzen zu können, hat sich der Kolloidindex als Verblockungsindexmessung durchgesetzt. Er gibt die Belastung des Wassers mit suspendierten und kolloidalen Inhaltsstoffen an. Nach den Messungen zeigt er, welche Belastungen an nicht geladenen Teilchen aufgetreten sind. Bei einer wirtschaftlichen Osmoseanlage ist eine acht- bis zehnfache Aufkonzentration möglich. Falls diese nicht erreicht werden kann, sollte eine Filtration mit Flockung eingesetzt werden. In besonders schwierigen Fällen eignet sich eine Tangentialflussfiltration. 

Bei Scaling handelt es sich um eine Aufkristallisation von gelösten, geladenen Teilchen. Diese bildet sich nach einer Überschreitung der Löslichkeitsgrenze.

Beispiele für Scaling sind:

  • CaSO4 Kalziumsulfat (Gips)
  • CaCO3 Calciumcarbonat
  • CaF2 Kalziumfluorit
  • BaSO4 Bariumsulfat
  • SiO2 Kieselsäureanhydrid
  • SrSO4 Strontiumsulfat
  • Mg (OH)2 Magnesiumhydroxid

Um die Scalinggefahr zu minimieren, sollte die Löslichkeit der Inhaltsstoffe erhöht werden. Neben der Temperatur und der Ionenkonzentration ist auch die Veränderung des pH-Wertes entscheidend. Geringste Mengen an Erdalkaliionen können im Zulauf der Umkehrosmoseanlage zu einem Scaling auf der Membran führen. Daher war eine Enthärtung bisher unumgänglich, wenn die Anlage wirtschaftlich und lange funktionieren sollte.

Umkehrosmoseanlage ohne Enthärteranlage

Makro-molekulare Verbindungen verhindern die Kristallbildung von Ionen. Daher ersetzen sie bei EnviroDTS die Enthärteranlage. So können die für Scaling verantwortlichen Ionen in der Lösung gehalten werden. Vorbehandlungsmaßnahmen sind dann nicht mehr nötig. 

Da die klassische Enthärteranlage entfällt, ist eine Regeneration mit Salz nicht mehr nötig. Dadurch entfällt auch der Verbrauch von Spülwasser und Salz. Das führt auch zu niedrigeren Investitionskosten und eine geringere Abwasserbelastung. Zudem gibt es keine großen Harzbetten mehr, die zu einer Verkeimung führen können.

Die Härtestabilisierungspumpen sind durchflussüberwacht und in redundanter Ausführung. Hierdurch entfällt die Enthärteranlage.
Die Härtestabilisierungspumpen sind durchflussüberwacht und in redundanter Ausführung. Hierdurch entfällt die Enthärteranlage.

Umkehrosmoseanlagen sollten wirtschaftlich sein

Viele Umkehrosmoseanlagen erzeugen eine Menge Abwasser bei der Umkehrosmose. Die von der Umkehrosmose-Membrane gefilterten Schadstoffe gelangen mit einem Teil des zugeführten Wassers nach draußen. Hier sollte möglichst wenig Wasser benötigt werden, um wirtschaftlich zu arbeiten. Üblicherweise entstehen 25 bis 30 Prozent Abwasser. Die Umkehrosmose der EnviroDTS sorgt für eine Ausbeute von 85 bis 90 Prozent reines oder hochreines Wasser. Das senkt die Betriebskosten und sorgt für nachhaltigere Produktionen. Vor 10 bis 15 Jahren lag der Stadtwasserverbrauch mit Umkehrosmoseanlagen bei 2 m³ für 1 m³ vollentsalzten Wasser. Heute werden mit Anlagen für Industrie, Labore und Krankenhäuser lediglich 1,1 bis 1,2 m³ Stadtwasser benötigt, um 1 m³ vollentsalztes Wasser zu erhalten.

Die Anlagen von EnviroDTS kommen ohne Enthärtungsanlage vor der Umkehrosmose aus. Bei diesen Anlagen stabilisiert sich die Wasserhärte mit dem Härtestabilisator Anti-Skalant. Die Härtebilder Kalzium und Magnesium können so über die Membran der Umkehrosmose abgeführt werden. Dadurch entfallen Betriebskosten, da beispielsweise kein Salz mehr in Solebehälter gefüllt werden muss. Auch der Wasserverbrauch für das Rückspülen der Enthärtungsanlagen entfällt. 

Besondere Eigenschaften des EnviroDTS-Systems

Der Einsatz von EnviroDTS-Anti-Scalend und Konzentrataufbereitung ermöglicht eine deutlich höhere Wirtschaftlichkeit.

Der Wegfall der Enthärteranlage sorgt dafür, dass bei 20 °dH Eingangswasser 4 kg Salz weniger Speisewasser zugeführt werden muss. 

Der Aufbau der Anlagen von EnviroDTS

Der Aufbau für den Umkehrosmoseanlagen ist besonders schmal konzipiert. Lediglich 750 mm ist die Anlage breit. Somit ist sie platzsparend und es werden kostspielige Montagen vor Ort vermieden.

Die schmale Bauweise ermöglicht eine leichtere Montage und ist besonders platzsparend
Die schmale Bauweise ermöglicht eine leichtere Montage und ist besonders platzsparend.

Die Abmessungen

Länge: 2436 mm

Breite: 750 mm

Höhe: 1700 mm

In der Länge ist die Anlage teilbar, wodurch der Osmose Wasserfilter deutlich vielseitiger aufgebaut werden kann.

Die VE-Wasserleistung der Anlagen

Die Osmose Wasserfilter von EnviroDTS gibt es in verschiedenen Größen. Die BLUE-LINE kann zwischen 200 l und 1200 l Osmosewasser pro Stunde herstellen. Im Produktportfolio findet sich noch die ECO-LINE 40 mit einer Leistung von bis zu 2400 l/h und die ECO-LINE 80 mit 2500 l bis 10000 l pro Stunde.

Die Umkehrosmoseanlagenserie BLUE-LINE ist eine zweistufige Umkehrosmoseanlage mit vorgeschalteter Konzentratstufe.
  • Die Umkehrosmoseanlagenserie BLUE-LINE ist eine zweistufige Umkehrosmoseanlage mit vorgeschalteter Konzentratstufe.

  • Die Umkehrosmoseanlagenserie ECO-LINE 40 kann, je nach Anlagentyp zwischen 1400 und 2400 l/h VE-Wasser filtern.

  • Die größte Anlagenserie von EnviroDTS ECO-LINE 80 filtert zwischen 2500 und 10000 l/h.

Die größte Anlagenserie von EnviroDTS ECO-LINE 80 filtert zwischen 2500 und 10000 l/h.

Beispiele für den Einsatz von Wasserfiltern von EnviroDTS

Mercedes Benz nutzt seit Sommer 2019 die Wassertechnik von EnviroDTS für die Wasserversorgung der Kühltürme. Grundlage ist hier die VDI 3803 und 2047-2. Durch die Härtestabilisation entfallen bei Mercedes Benz wartungsintensiven und großen Enthärtungsanlagen entfallen. Diese würden im Winter trotz Stillstand alle drei Tage regeneriert werden, was Salz, Wasser und Strom verbrauchen würde. Die Ausbeute erhöht sich durch die Konzentratstufe auf 85 bis 90 Prozent.

Auch das Proteinforschungszentrum CPA in Garching der TU München setzt auf EnviroDTS bei der Wasser Ver- und Entsorgung. Die VE-Wassererzeugung besteht hier aus einer doppelstufigen Osmose. Diese hat zusätzlich eine Härtestabilisation sowie eine Konzentratstufe. Das senkt hier die Betriebs- und Investitionskosten.

An der TU München sorgt eine doppelstufige Osmose-Anlage für eine effiziente Wasser Ver- und Entsorgung.
An der TU München sorgt eine doppelstufige Osmose-Anlage für eine effiziente Wasser Ver- und Entsorgung.

Das Permeat der ersten Stufe wird für die Kühler genutzt. Ein Teilstrom gelangt in die zweite Stufe für die Laborversorgung. Eine Osmose erzielt hier zwei Permeat-Qualitäten mit verschiedenen Leistungen.

Im Klinikum Regensburg wird die Erzeugung von VE-Wasser ebenfalls mit Umkehrosmoseanlagen von EnviroDTS durchgeführt. Da der laufende Betrieb nicht unterbrochen werden darf, wurde mit Hilfe eines Provisoriums die Zeit überbrückt, während die alte Anlage demontiert wurde. Die Erzeugung von vollentsalztem Wasser besteht aus zwei parallelen, zweistufigen Umkehrosmoseanlagen mit nachgeschalteter Elektroentionisierung (EDI) mit einer Leistung von 2 x 6m³/h.

Die Umkehrosmoseanlage am Klinikum Regensburg mit EDI-System hat eine Leistung von 2 x 6m³/h.
Die Umkehrosmoseanlage am Klinikum Regensburg mit EDI-System hat eine Leistung von 2 x 6m³/h.

 

 

 

 

 

 

 

Vorgaben an die Umkehrosmose

Bei Umkehrosmoseanlagen müssen die länderspezifischen Vorschriften, Normen und Richtlinien beachtet werden. Diese sind unter anderem die DIN 1988-100, EN 1717, DIN 50930 Werkstoffe im Trinkwasser, die Trinkwasserverordnung sowie VDI 6023.

Die Vorgaben sehen vor, dass die Umkehrosmoseanlage nur mit Speisewasser mit der entsprechenden Qualität betrieben werden darf. Auch die Betriebsparameter müssen eingehalten werden. Die Bedienung darf lediglich von Personen durchgeführt werden, die die Sicherheitshinweise stets beachten. Um Überflutungen durch Leckagen zu vermeiden, muss der Aufstellungsraum mit einem Bodenablauf und einer Leckageüberwachung mit Alarm ausgerüstet sein.