Umweltfreundlich und wirtschaftlich

Uli Merkle

Die Entgasung von Mineralwässern ist bei einigen Brunnen notwendig, um die gebundene und freie Kohlensäure zu minimieren. Ziel ist es, den CO2-Anteil gering und auf einem exakt gleichen Wert zu halten. Um eine möglichst große Wasseroberfläche unter Vakuum zu erhalten, wird das Mineralwasser in einem geschlossenen Entgasungstank über Rieselbleche geführt. Auf diese Weise kann das CO2 leichter aus dem Wasser entweichen. Das so vom Wasser getrennte CO2 wird anschließend in zweistufigen Verdichtern auf 16 bar Überdruck verdichtet, in einer Kälteanlage verflüssigt und in Tanks gelagert. Später wird flüssiges CO2 verdampft und dem Mineralwasser beim Abfüllen wieder genau dosiert zugeführt. Durch dieses Verfahren ist das Mineralwasser „mit natürlicher Quellenkohlensäure versetzt“.

Bislang wurden bei Gerolsteiner zum Entgasen von Mineralwässern ölgeschmierte Kolben-Vakuumpumpen eingesetzt. Die betriebssicheren, über viele Jahre hinweg arbeitenden Pumpen hatten jedoch den Nachteil, daß sie ölgeschmiert und wassergekühlt werden mußten. Da hohe Qualität und Reinheit in diesem Bereich unerlässlich sind, waren stets erhebliche technische Maßnahmen notwendig, um sicherzustellten, daß kein CO2 mit dem Öl in Berührung kam. Es mußte lebensmittelverträgliches Öl zur Schmierung eingesetzt werden. Des weiteren war den Vakuumpumpen ein aufwendiges, mehrstufiges Filtersystem, in dem unterschiedliche Filtermaterialien zum Einsatz kamen, nachgeschaltet. Die Kühlung der Vakuumpumpen erfolgte mit Wasser im Durchlaufverfahren. Obwohl letzteres durch den kontinuierlichen Wasserverbrauch sehr kostenintensiv ist, zog man es einer Umlaufkühlung vor, um einer eventuellen Keimbildung im Kühlwasserkreislauf vorzubeugen. Unter diesen Bedingungen wurden beim Entgasungsvorgang ca. 2 m3/h Kühlwasser verbraucht.

Die in der Praxis bewährte CO2-Entgasung mit Hilfe von Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen wollte man bei Gerolsteiner jedoch nicht nutzen. Diese Pumpen benötigen zwar kein Öl als Betriebsmittel, dafür haben sie aber einen Wasserverbrauch von 1 bis 2 m3/h. Auch hier ist ein Kreislauf des Betriebsmittels Wasser wegen einer möglichen Keimbildung problematisch. Außerdem kann bei wechselnden Prozeßbedingungen mit diesen Pumpen kein konstantes Vakuum gehalten werden.

Gerolsteiner Brunnen entschied sich für trockenlaufende Drehkolben-Vakuumpumpen der Mink-Baureihe. Diese Pumpen laufen ohne Betriebsmittel. Das bedeutet keine Verunreinigung des zu fördernden Gases und somit keine nachgeschalteten Filter. Außerdem sind Mink-Drehkolben-Vakuumpumpen luftgekühlt, es wird kein Kühlwasser benötigt. Es entstehen somit keine Kosten für die Installation einer Kühlwasserzuführung mit Überwachungsorganen. Eine Entsorgung bzw. Wiederaufbereitung des gebrauchten Kühlwassers entfällt ebenfalls.

Mit den Mink-Drehkolben-Vakuumpumpen kann die Druckdifferenz (Dp) exakt bei 800 mbar gehalten werden. Dies wird durch die Regelung der Druckdifferenz über die Drehzahl des Antriebsmotors erreicht. Ein Drucksensor mißt die Druckverhältnissen im Entgasungstank und erfaßt so, wieviel CO2 gerade anfällt. Über seine Impulse wird die Drehzahl des Pumpenmotors reguliert und somit das Saugvermögen und die Druckdifferenz genau justiert. Auf diese Weise kann man zuverlässig ein stets gleichbleibenden niedrigen CO2-Anteil im entgasten Wasser gewährleisten, obwohl die Menge der Kohlensäure im Mineralwasser natürlichen Schwankungen unterliegt.

Seit Oktober 1997 ist bei Gerolsteiner eine Drehkolben-Vakuumpumpe der Mink-Baureihe im Dauereinsatz. Aufgrund der guten Erfahrungen wurden nach und nach alle alten Vakuumpumpen durch neue ersetzt, so daß jetzt fünf Drehkolben-Vakuumpumpen zum Entgasen der verschiedenen Brunnen im Einsatz sind. Aufgrund des sehr hohen Saugvermögens der Pumpen ist man bei Gerolsteiner noch einen Schritt weiter gegangen: Eine Drehkolben-Vakuumpumpe wurde an mehrere Brunnen angeschlossen und entgast diese gleichzeitig. Dabei kurzfristig auftretende Leistungsspitzen werden problemlos bewältigt, da der Motor bis 60 Hz drehen kann und somit das nominale Saugvermögen um 20% übersteigt. Beim Abschalten eines oder mehrerer Brunnen drosselt die Vakuumpumpe automatisch ihre Drehzahl, um das Saugvermögen dem tatsächlichen Bedarf anzupassen. So lassen sich die Energiekosten drastisch senken, da die Vakuumpumpe nur soviel Strom aus dem Netz zieht wie sie tatsächlich benötigt.

Ebenso wie die Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen können auch die bislang eingesetzten Kolben-Vakuumpumpen bauartbedingt nicht mit drehzahlgeregelten Antrieben ausgestattet werden.

Neben der umweltfreundlichen Arbeitsweise und der Wartungsarmut loben die Techniker von Gerolsteiner auch die hohe Betriebssicherheit der Mink-Vakuumpumpen. In der Vergangenheit vermengten sich bei den ölgeschmierten Pumpen stets kleinste Wasserpartikel, die mit angesogen wurden, mit dem Öl in der Pumpe. Dies hatte häufige Öl- und Filterwechsel zur Folge, die immer mit dem Stillstand der jeweiligen Pumpe verbunden waren. Aber nicht nur der Produktionsausfall verursachte Kosten, sondern auch die Bereitstellung von neuen Filtern und Öl sowie die Entsorgung von Altöl und verschmutzten Filterelementen.

Ein weiterer Vorteil der Mink-Vakuumpumpen ist, daß sie während des Entgasungsprozesses das abgesaugte CO2 in einem Verdichtungsvorgang auf 0,2 bis 0,3 bar Überdruck komprimieren können. Durch diese Vorverdichtung kann das CO2 direkt vom nachgeschalteten zweistufigen Kolbenverdichter auf 16 bar Überdruck komprimiert werden, ohne daß ein weiterer Kompressor dazwischengeschaltet werden muß.

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