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Smarte Dosiersysteme für die Wasseraufbereitung

Wasserwiederverwendung schont den Geldbeutel
Smarte Dosiersysteme unterstützen Membrantechnologien

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Das Wiederverwenden von zuvor in der Produktion bereits genutztem Wasser ist ein interessantes Thema für die Industrie – als Kühlturm-Nachspeisewasser, generell zur Reinigung, als Spülwasser und auch zur Kesselspeisung. Aufbereitet werden bereits genutzte Wässer u. a. mithilfe von Membrantechnologien. Drehzahlgeregelte Hochdruck- und Dosierpumpen unterstützen diese Prozesse.

Die Wiederverwendung von Prozesswasser ist nicht nur ein Thema aus Sicht des Umweltschutzes, sondern hat auch interessante wirtschaftliche Aspekte: Wasserwiederverwendung reduziert u. a. den Heiz- und Kühlbedarf (durch nutzbare Temperaturunterschiede), infolgedessen reduzieren sich die erforderlichen Kessel- und Kältekapazitäten und Pumpenleistungen. Und wird Wasser wiederverwendet, sinken entsprechend die Abwassermengen und damit die Entsorgungskosten.

Attraktiv ist die Wasserwiederverwendung auch durch die Entkopplung von Produktion und Frischwasserbedarf. Weltweit kann dadurch an Industriestandorten mit Wasserstress – den gibt es in einigen Regionen mittlerweile auch in Deutschland – das Risiko für Einschränkungen oder gar Unterbrechungen der Produktion aufgrund mangelnder Wasserverfügbarkeit verringert werden. Gleichzeitig entstehen Potenziale für Produktionssteigerungen, ohne dabei auf zusätzliche Frischwasserressourcen angewiesen zu sein. Vor wenigen Wochen hat die BASF dazu am Standort Ludwigshafen eine neue Rückkühlanlage in Betrieb genommen. Sie sorgt dafür, dass Kühlwasser wiederverwendet werden kann und das Unternehmen weniger abhängig vom Rheinpegel ist.

Membranverfahren bevorzugt

Chemische und physikalische Aufbereitungsverfahren spielen eine wichtige Rolle. In diesem Schritt wird das Wasser hinsichtlich des pH-Werts eingestellt und es werden vielfach per Ultrafiltration alle Partikel bis zu einer Größe von 0,01 µm entfernt, um das Wasser für den letzten Schritt vorzubereiten: die besonders aufwendige Konzentrataufbereitung. Diese erfolgt häufig über eine Kristallisation oder eine Umkehrosmose mit bis zu drei Stufen. Herausforderungen dabei sind der hohe Druck und die Wasserchemie, was den Membranen, aber auch anderen Komponenten wie Rohren, Ventilen und Pumpen viel abverlangen kann.

Die Membranen verschmutzen mit der Zeit und müssen gereinigt werden. Um das Fouling zu begrenzen sind vielfach Dosierpumpen im Einsatz; sie speisen Antiscalant zu.

Schritt für Schritt

Die digitale Dosierpumpenreihe Smart Digital von Grundfos arbeitet nicht nur sehr exakt, sie verfügt darüber hinaus über Überwachungsfunktionen, die einen zuverlässigen, sicheren und wirtschaftlichen Dosierbetrieb gewährleisten.

Eine Besonderheit ist die Schrittmotor-Technologie als grundlegend neuartiges Antriebskonzept. Was bedeutet die Schrittmotor-Technologie, welcher Nutzen verbindet sich damit für den Betreiber? Während herkömmliche Kompakt-Dosierpumpen mit einer Hublängenverstellung und/oder Dosierpausen dosieren, arbeiten diese Dosierpumpen stets mit voller Hublänge. Eine Veränderung der Dosiermenge erfolgt allein über die Druckhubgeschwindigkeit.

Durch die Verwendung des Schrittmotors erreichen die digitalen Dosierpumpen einen Einstellbereich von bis zu 1:3000 (das ist etwa um den Faktor 30 größer als bei herkömmlichen Dosierpumpen). Somit deckt eine Type einen sehr breiten Leistungsbereich ab (z. B. 7,5 bis 0,0025 ml/h) und reduziert so die Produkt- und Ersatzteilvielfalt.

Ein weiterer Vorteil ist das pulsationsarme und gleichmäßige Dosieren. So wird eine wesentlich höhere Prozessqualität erreicht und auf nachgeschaltete Mischstrecken kann verzichtet werden. Das ist gerade bei der Wasseraufbereitung ein wichtiger Aspekt: Hier ist häufig der Einsatz von Aufbereitungsstoffen erforderlich, die dem aufzubereitenden Wasser zugegeben werden (u. a. für die pH-Kontrolle). Dabei haben die Art der Dosierung sowie der Zugabe in den Wasserstrom und die möglichst schnelle Vermischung entscheidenden Einfluss auf das Aufbereitungsergebnis. Dies gilt sowohl hinsichtlich Aufbereitungsziel und Wirtschaftlichkeit als auch im Hinblick auf das Minimierungsgebot für unerwünschte Reaktionsnebenprodukte und Reststoffe.

Das von Grundfos entwickelte Konzept Smart RO setzt an diesem Punkt an: Optimierung der Antiscalant-Nutzung in RO-Anlagen. Smart RO arbeitet auf einer Analyse der Daten von in RO-Anlagen bereits vorhandenen Standardsensoren (Druck, Temperatur und Leitfähigkeit). Die Sensoren überwachen den Betrieb und reagieren auf Änderungen in der Membranleistung. Die Daten können an die Dosierpumpe oder einen Cloud-Server übertragen und dort gespeichert werden.

Smart RO besitzt zwei Haupteigenschaften: zum einen die Echtzeit-Datenverarbeitung und Visualisierung, zum anderen digitale Intelligenz mit Entscheidungsfindung für die Antiscalant-Dosierung. Für die Smart-RO-Implementierung wird eine spezielle Version der Smart-Digital-Pumpe genutzt. Erste Ergebnisse aus Feld- und Pilottests haben zufriedenstellende Ergebnisse gezeigt.

Sensoren erfassen Parameter

Über alle Prozessschritte hinweg ist eine zuverlässige MSR-Technik erforderlich. Dafür hat Grundfos DID Plug-&-measure-Systeme entwickelt: eine Kombination von digitalen Modbus-Sensoren für unterschiedliche Wasserparameter mit einem Auswerte- und Regelterminal (CU 382). Dank der Auswertung direkt im Sensor und Kommunikation via Modbus zum Regelterminal können Übertragungsstrecken von bis zu 100 m ohne Zwischenverstärker realisiert werden.

Sensoren sind für das Messen von Chlordioxid, freiem Chlor/Gesamtchlor, Wasserstoffperoxid und Peressigsäure verfügbar. Darüber hinaus erfassen elektrochemische Sensoren den pH-Wert, die Redox-Spannung sowie die Leitfähigkeit. Ein visueller Sensor misst die Trübung und Organik.

Über die USB-Schnittstelle können die DID-Systeme parametriert werden, für die meisten Anwendungen sind vorkonfigurierte Anwendungsbeispiele verfügbar. Der Betreiber kann die Systeme per Fernzugriff optimieren, was wiederum Kosten senkt.

Grundfos GmbH, Erkrath


Autor: André Vennemann

Vertriebsdirektor
Industrie D-A,
Grundfos

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