Der einfache Weg zum effizienten Betrieb

Ein effizienter und wirtschaftlicher Betrieb von Wasseraufbereitungsanlagen trägt in Zeiten steigender Rohstoff- und Betriebskosten, Ressourcenverknappung und schärferen behördlichen Auflagen zur Wettbewerbsfähigkeit von Industrieunternehmen bei. Gerade bei Bestandsanlagen gibt es eine große Menge an Ansatzpunkten, die Effizienz zu erhöhen. Osmo Membrane Systems beschäftigt sich seit mehr als über 30 Jahren mit der Entwicklung und dem Re-Engineering von Wasseraufbereitungsanlagen. Meist kann das Unternehmen durch geringen Aufwand und erneute verfahrenstechnische Betrachtungen ein großes Einsparpotenzial erzielen. Die Amortisationszeit solcher Optimierungen beträgt in der Regel zwischen 6 und 24 Monaten. Die folgenden Beispiele sollen die Potenziale aufzeigen. Ionenaustauscheranlagen beispielsweise, können zum einen hinsichtlich Energieeffizienz und zum anderen hinsichtlich Betriebsablauf optimiert werden. Viele Bestandsanlagen werden rein nach Durchsatzmenge geregelt, wodurch das gesamte Potenzial der Austauscher oft ungenutzt bleibt. Die Regeneration wird zu früh ausgelöst. Hinzu kommt, dass viele ältere Anlagen eine viel zu hohe Kapazität besitzen, wodurch ein hoher Verbrauch an Chemikalien und Abwässern zur Regeneration der Ionenaustauscherharze notwendig ist. Ein Großteil der Bestandsanlagen ist handbedient, hier kann durch die Nachrüstung von Automatikventilen und einer dazugehörigen Steuerung einfach und zeitnah eine Optimierung erfolgen. Dadurch ergibt sich eine spürbare Einsparung an Regenerierchemikalien, geringere Abwassermengen oder auch wesentlich längere Produktionszyklen. Auch der Bedarf an Pumpenenergie geht oftmals deutlich zurück.

Zur CO2-Entfernung sind im Bestand vorrangig CO2-Rieselentgaser installiert, die aufgrund großer Kontaktflächen und Eindüsung von Umgebungsluft zu großflächigen Verkeimungen und zusätzlichem Sauerstoffeintrag in das Prozesswasser neigen. Hierbei kann der Austausch des Rieselentgasers durch eine moderne Membranentgasungsanlage helfen. Dabei findet der Austrag des im Wasser gelösten CO2 durch Membrandiffusion statt. Es gibt keinen direkten Kontakt von Wasser und Luft, wodurch sich das System gegen Verkeimung und Sauerstoffeintrag schützen lässt. Des Weiteren kann eine messtechnische Überprüfung der Gesamtanlage oft dem Schutz nachgeschalteter Systeme dienen. Der Einsatz modernster Detektionsmethoden für die Qualitätsparameter (Leitfähigkeit) und Spurenstoffe (Kieselsäure) verlängert die Absalzintervalle von Kesselanlagen und schützt beispielsweise nachgeschaltete Turbinen vor Ablagerungen. Prävention ist der Schlüssel für einen sicheren und effizienten Anlagenbetrieb, denn die Kosten infolge von Produktionsausfällen oder geborstenen Anlagenteilen sind weitaus höher.

Mithilfe moderner Membranverfahren können auch für Bestandsanlagen bisher ungenutzte Rohwässer eine Alternative zu kostspieligen und kostbaren Trink- und Brunnenwasserreserven sein. Gerade die Aufbereitung von Oberflächenwässern mittels Ultrafiltration gewinnt in den letzten Jahren zur Erweiterung bestehender Anlagen immer mehr an Bedeutung. Dabei werden im Wasser vorhandene Partikel, Viren und Keime zuverlässig zurückgehalten, sodass das so aufbereitete Wasser bedenkenlos für den Prozess bzw. für nachgeschaltete Aufbereitungsschritte genutzt werden kann. Gerade bei größeren Prozessströmen macht ein Upgrade bestehender Anlagen Sinn. Hierbei kann vor allem die Kombination von Ultrafiltration und Umkehrosmose einen erheblichen Beitrag zur Effizienzsteigerung und Up-to-date-Nutzung natürlicher Wasserressourcen leisten. Bestes Beispiel dafür ist die Vorschaltung von Ultrafiltration und Umkehrosmose vor bestehende Ionenaustauscheranlagen. Hierbei werden die Ionenaustauscheranlagen durch eine Vorentsalzung entlastet. Es ergeben sich wesentlich höhere Standzeiten und dadurch geringere Chemikalienverbräuche. Auch die regelmäßige alkalische Reinigung der Austauscher aufgrund biologischem Aufwuchs entfällt. Des Weiteren puffern die vorgeschalteten Membrananlagen mögliche Schwankungen der Rohwasserqualität ab, wodurch der Anlagenbetrieb zuverlässiger, gleichmäßiger und effizienter wird. Osmo hat hierfür gemeinsam mit einem namhaften Industriekunden ein Konzept entwickelt, bei dem in Zukunft komplett auf den Einsatz von kostbarem Trink- oder Brunnenwasser verzichtet werden kann. Der Einsatz von Salzsäure und Natronlauge zur Regeneration ging um über 70 % zurück, der Regenerierwasseranfall wurde mehr als halbiert und die Standzeiten der Austauscher konnten vervielfacht werden. Eine bei Abwässern von Ionenaustauschern notwendige Neutralisation zur Einstellung des pH-Wertes konnte aufgrund von intelligenten Verschaltungen minimiert werden, da sich saure und alkalische Abwasserströme zum großen Teil gegenseitig neutralisieren können, bevor diese ins Abwasser abgegeben werden.

Auch eine verfahrenstechnische Überprüfung von bestehenden Umkehrosmoseanlagen bietet oft großes Optimierungspotenzial. Viele Bestandsanlagen können hinsichtlich Energiekonsum, Betriebskosten und Membranlebensdauer wesentlich effizienter betrieben werden, wenn sie auf dem neuesten Stand der Technik sind. Durch den Einsatz von frequenzgeregelten Hochdruckpumpen lässt sich beispielsweise der Energiebedarf um bis zu 30 % verringern. Einen ebenso großen Einfluss hat die installierte Membranfläche. Einige Kunden betreiben die Anlagen an oder über der ausgelegten Leistungsgrenze. Dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Membranen aus. Moderne Anlagen können generell im Bereich von 70 bis 100 % der Erzeugungsleistung geregelt werden. Dies ist aufgrund unstetigen und schwankenden Verbräuchen an Prozesswasser in vielen Industriezweigen notwendig, um wirtschaftlich und wettbewerbsfähig zu sein.

Viele Umkehrosmoseanlagen im kleineren Leistungsbereich bis 25 m³/h werden auch heutzutage noch mit Stadtwasser gespeist. Die Wasserpreise sind in den letzten Jahren spürbar angestiegen. Die Osmo-Faktor-X-Anlage bietet hierfür ein optimales und nachhaltiges Aufbereitungskonzept. Bei der Umkehrosmose wird der anfallende Abwasserstrom noch einmal aufbereitet, was eine Halbierung der Abwassermengen möglich macht. Das so aufbereitete Permeat kann wieder vor die bestehende Umkehrosmoseanlage als Rohwasser eingespeist werden. Somit werden sowohl Frisch- als auch Abwassermengen und Kosten reduziert. Für eine betriebsoptimierte Fahrweise ist die Einbeziehung der bestehenden Umkehrosmoseanlage Pflicht. Nur unter Zugrundelegung der eingestellten Betriebsparameter kann eine detaillierte Betrachtung der Einsparungen und verfahrenstechnischen Feinheiten durch die Faktor-X-Anlage erreicht werden. Im Rahmen dieser Betrachtung ergeben sich meist auch für die Bestandsanlage Möglichkeiten hinsichtlich Optimierung und Einsparungen.

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Vertriebsingenieur, Osmo Membrane Systems