Filteranlagen zur industriellen Wasseraufbereitung

3. Aug. 20239 min Lesezeit

Hält die Wirtschaft im Fluss: Wasser für die Industrie

Von der Maschinenreinigung mit Brauchwasser bis zur Herstellung von Medikamenten mit Ultra-Reinstwasser: Kaum ein industrieller Fertigungsprozess kommt ohne aufbereitetes Wasser aus. Doch welche Arten von Wasser werden in der Industrie eigentlich wofür benötigt? Und mit welchen Methoden werden die jeweils geforderten Wasserqualitäten erreicht? Hier erfahren Sie mehr.

Wofür benötigt die Industrie aufbereitetes Wasser?

Ähnlich wie der Mensch Wasser zum Überleben braucht, benötigt auch die Industrie Wasser für ganz verschiedene Prozesse. Das beginnt bei ganz banalen Dingen, wie der Reinigung: Viele Anlagen müssen regelmäßig mit Wasser gesäubert oder gespült werden. Zudem dient Wasser häufig als Kühlmittel, damit Maschinen nicht heißlaufen – ähnlich wie in einem Auto. Wasser kann aber auch gut als Wärmeträger genutzt werden – insbesondere dort, wo Prozesse auf einem bestimmten Temperaturlevel gehalten werden sollen. Für Temperaturbereiche zwischen 0 und 100 Grad Celsius ist Wasser dank seiner Eigenschaften und seines unproblematischen Handlings im Grunde der beste Wärmeträger. Wird es heißer, kann Wasser auch als Speisewasser in Kesselanlagen zur Erzeugung von Dampf dienen – auch hier, um Prozesse zu beheizen oder aber zur Erzeugung von Energie in Kraftwerken.

Und schließlich wird Wasser auch direkt für die industrielle Herstellung von Produkten genutzt, sei es als Prozesswasser oder direkt als Produktwasser z. B. in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Für die Herstellung von einer Tonne Stahl beispielsweise benötigt man ca. 200.000 Liter Wasser, für eine Tonne Papier etwa 400.000 Liter. Laut Umweltbundesamt benötigte allein die chemische Industrie in Deutschland im Jahr 2016 für die Herstellung ihrer Erzeugnisse knapp 2,6 Milliarden Kubikmeter Wasser – das entsprach fast 58 % der gesamten Wassernutzung im verarbeitenden Gewerbe.

Spritzwasserkühlung bei der Stahlherstellung — Spritzwasserkühlung in der Stahlindustrie

Von trinkbar bis ultra-rein: Wasserqualitäten für die Industrie

Betrachtet man die verschiedenen Einsatzgebiete für Wasser wird schnell klar: Wasser ist nicht gleich Wasser. Um eine Maschine zu reinigen, braucht es nicht die gleiche Wasserqualität wie für eine Infusionslösung im Krankenhaus. Aber welche Wasserqualitäten werden eigentlich wofür benötigt? Und anhand welcher Größen wird die Güte von Wasser bemessen?

Die Wasserreinheit kann anhand verschiedener Verfahren bestimmt werden, zum Beispiel über das Gewicht der gelösten Stoffe im Wasser oder die Verschiebung des Siede- bzw. Gefrierpunktes. Auch der Lichtbrechungsindex kann zur Bestimmung genutzt werden. Am weitesten verbreitet ist aber die Bestimmung der Reinheit mithilfe der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser. Denn je weniger Salze im Wasser gelöst sind, also je chemisch reiner es ist, desto weniger leitfähig ist das Wasser. Diese Leitfähigkeit wird in Siemens pro Meter gemessen. Hier werden verschiedene Reinheitsgrade unterschieden:

Als Trinkwasser wird Wasser bezeichnet, dessen Qualität von der strengen Trinkwasserverordnung geregelt wird. Dieses Wasser wird von den Kommunen direkt über die normalen Trinkwasserleitungen zur Verfügung gestellt.
Spezifische Leitfähigkeit bei 25 °C: 50 – 5000 μS/cm
Reines Trinkwasser wird häufig in der Lebensmittelindustrie genutzt – beispielsweise zum Reinigen von Lebensmitteln oder für die Getränkeherstellung
Reinwasser oder Purified Water ist aufbereitetes Trinkwasser. Es enthält noch einen gewissen Restgehalt an bestimmten Ionen. Auch das nach dem DAB, (dem Deutschen Arzneibuch) hergestellte gereinigte Wasser ("Aqua Purificata") zur Herstellung von vielen pharmazeutischen Produkten fällt in diese Kategorie. Spezifische Leitfähigkeit bei 25 °C: 1 - 50 μS/cm.
Reinwasser ist für viele Anwendungen geeignet, u. a. auch zum gründlichen Reinigen von Anlagen, weil es bei Verdunstung keine Rückstände hinterlässt.
Bei vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) und destilliertem Wasser sind alle ionogenen Inhaltsstoff, also Anionen und Kationen entfernt. Destilliertes und VE-Wasser sind allerdings nicht das Gleiche, hier existieren Unterschiede hinsichtlich der Anforderungen und bei den Aufbereitungsverfahren. Der Hauptunterschied zwischen destilliertem und entmineralisiertem Wasser liegt dabei im Reinheitsgrad.
Spezifische Leitfähigkeit bei 25 °C: 0,1 - 1 μS/cm.
Reinstwasser oder Ultrapure Water ist die höchste Reinheitsstufe von Wasser. Dieses Wasser besitzt nur noch geringste Spuren an organischen Verbindungen, Mikroorganismen oder Elektrolyten.
Spezifische Leitfähigkeit bei 25 °C: < 0,1 μS/cm.
Anwendung findet Reinstwasser beispielsweise als Spül- oder Prozesswasser in der Medizin, Halbleiterindustrie und Kraftwerkstechnik.

Saubere Sache: Mit welchen Methoden wird Wasser aufbereitet?

Grundsätzlich lässt sich Wasser auf drei verschiedene Arten reinigen:

mechanische Aufbereitung z. B. durch Rechen, Siebe und Filter (inkl. der Membranfiltrations-Arten: Mikro-, Ultra- und Nanofiltration)
physikalische Aufbereitung z. B. mithilfe von Belüftung, Verdüsung, Sedimentation, Flotation, Vakuumverfahren und thermischen Einwirkungen
chemische Aufbereitung z. B. via Oxidation, Desinfektion, Flockung, Ionenaustausch, Aktivkohle (Adsorbtion), Osmose, Umkehrosmose

Diese Verfahren kommen auch in verschiedenen Kombinationen zum Einsatz, je nach der Beschaffenheit des Rohwassers und des späteren Verwendungszwecks. Schauen wir uns die Filtrationsarten genauer an …

Von Mikro-, über Ultra- und Nanofiltration bis zur Umkehrosmose

Bei der Mikrofiltration wird das Wasser durch Membranen mit einer Porengröße zwischen 0,1 und 10 µm geleitet. Die Filterfläche kann je nach Anwendungsfall aus Edelstahl, Kunststoff, Keramik oder textilem Gewebe bestehen. Mikrofiltration wird bevorzugt zum Filtern von Getränken und Öl angewendet sowie zur Vorfiltration. Üblicherweise wird hierfür ein niedriger Druck zwischen 0,1 bar (Zulaufseite) und 2 bar (Auslassseite) angewendet. Mikrofiltration dient dazu, vergleichsweise grobe Stoffe aus dem Wasser herauszufiltern, also beispielsweise organische Stoffe wie Plankton, Algen oder Bakterien, sowie Öl- und Fett-Emulsionen. Aber auch größere kolloidale Stoffe, also fein im Wasser verteilte Teilchen oder Tröpfchen werden durch Mikrofiltration entfernt.

Die nächste Stufe nennt sich Ultrafiltration – hier beträgt die Größe der Poren zwischen 0,01 und 0,1 µm. Damit lassen sich schon äußerst kleine Partikel abtrennen, beispielsweise Viren, Keime, Proteine, kolloidale Metalle oder makromolekulare Substanzen, also mehrkettige Verbindungen. Der erforderliche Transmembrandruck liegt hier zwischen 1 und 10 bar.

Bei der Nanofiltration liegt die Porengröße nur noch in der Größe zwischen 0,01 und 0,001 µm. Damit werden im Wasser gelöste Stoffe, zweiwertige Ionen (die meisten Schwermetalle wie Zink, Magnesium und Calcium), größere einwertige Ionen (etwa Alkalimetalle wie Lithium, Natrium, Kalium) sowie Halogene (z. B. Chlor) herausgefiltert.

50 bis 90 % aller Chlorid und Natrium-Anteile lassen sich so entfernen. Damit eignet sich die Nanofiltration bestens als Alternative zu Enthärtungsanlagen. Hier beträgt der benötigte Druck zwischen 5 und 10 bar.

Die Umkehrosmose schließlich markiert die letzte und höchste Stufe der im Bereich der Membranfiltrationstechniken. Bei der Reverse-Osmosetechnik wird das natürliche Osmoseprinzip (Konzentrationsausgleich zweier Flüssigkeiten durch eine halbdurchlässige Membran) umgekehrt: Das zu reinigende Wasser mit der hohen Ionen-Konzentrationen wird mit großem Druck (bei Deponiewasser über 80 bar) gegen den natürlichen osmotischen Druck durch eine semipermeable Membran gepresst. Die unerwünschten gelösten Stoffe können aufgrund ihrer molekularen Größe nicht durch die ultrafeine Membran gelangen. Die Porengröße der Membran beträgt hier zwischen 0,001 und 0,0001 µm. So werden selbst einwertige Ionen zurückgehalten und am Ende bleibt besonders gereinigtes Wasser, das von fast allen partikulären Stoffen wie Mineral- und Fremdstoffen, Viren, Bakterien, Keimen und sonstigen Verunreinigungen befreit ist.

Filter-Kartusche für Umkehr-Osmose — Eine aufgeschnittene typische Kartusche für Umkehrosmose: Das zu reinigende Wasser wird von außen durch die Membran gepresst. In der Mitte verbleibt das saubere Wasser.

Alles klar: KSB-Lösungen für die industrielle Wasseraufbereitung

Egal, ob es um weiches und entsalztes Kühlwasser, enthärtetes, entkarbonisiertes und entsalztes Speisewasser für Wasser-Dampf-Anlagen, speziell aufbereitetes Prozesswasser oder absolut sauberes Produktwasser geht: KSB bietet Ihnen für jeden Prozess in der industriellen Wasseraufbereitung die geeigneten Pumpen und Armaturen. Besonders widerstandsfähige Werkstoffe und sichere Dichtungen sorgen dafür, dass weder extreme Temperaturen noch aggressive Flüssigkeiten unseren Produkten etwas anhaben können. Durch das große Produktportfolio mit seinem modularen Aufbau finden Sie bei KSB immer die passende Lösung für Ihre spezielle Anforderung. Insbesondere die Baureihen der Wassernormpumpe Eta, der Blockpumpe Etachrom sowie der mehrstufigen Hochdruckpumpen Movitec und Multitec lassen sich ganz individuell konfigurieren.

KSB verfügt über langjährige Erfahrung und Expertise im Bereich der industriellen Wasseraufbereitung und bietet neben technisch hoch entwickelten Produkten auch umfassende Servicelösungen und kompetente Beratung. Haben Sie Fragen? Wir freuen uns auf Ihren Kontakt!

Movitec

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Mehrstufige, vertikale Hochdruck-Kreiselpumpe in Gliederbauart mit gegenüberliegenden Saug- und Druckstutzen gleicher Nennweite (Inline-Ausführung) und Blockbauweise für Antrieb. Mit KSB SuPremE, einem magnetfreien Synchron-Reluktanzmotor (Ausnahme: Motorgrößen 0,55 kW / 0,75 kW mit 1500 min⁻¹ sind mit Permanentmagneten ausgeführt) der Effizienzklasse IE4/IE5 gemäß IEC TS 60034-30-2: 2016, für den Betrieb am Drehzahlregelsystem Typ KSB PumpDrive 2 oder KSB PumpDrive 2 Eco ohne Rotorlagegeber. Befestigungspunkte entsprechend EN 50347, Hüllmaße gemäß DIN V 42673 (07-2011). ATEX-Ausführung erhältlich.

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Multitec

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Mehrstufige, horizontale oder vertikale Kreiselpumpe in Gliederbauart, in Grundplatten- und Blockversion, mit axialem oder radialem Saugstutzen, gegossenen Radiallaufrädern und motormontiertem Drehzahlregelsystem. ATEX-Ausführung erhältlich.

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Etanorm/Etanorm MyFlow/Etanorm Pro

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Einstufige Spiralgehäusepumpe in Prozess-Bauweise, mit Leistungen und Hauptabmessungen nach EN 733, mit IEC kompatiblem Antriebssystem PumpDrive 2 mit SuPremE oder PumpDrive 3 der Effizienzklasse IE4/IE5 gem. IEC TS 60034-2-3:2016 und motorintegriertem Frequenzumrichter. Die Pumpe verfügt über auswechselbare Spaltringe, geschlossenes Radialrad mit räumlich gekrümmten Schaufeln, Einzel- sowie Doppelgleitringdichtungen nach EN 12756, Welle im Bereich der Wellendichtung mit auswechselbarer Wellenschutzhülse. Die Prozessbauweise ermöglicht eine Demontage der Kupplung, der Lagerträger und des Laufrads, ohne dass das Pumpengehäuse von den Rohrleitungen getrennt werden muss. Befestigungspunkte entsprechend IEC 60072, Hüllmaße gemäß DIN V 42673 (07-2011). ATEX-Ausführung erhältlich. Den Effizienzanforderungen der ErP Richtlinien weit voraus.

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Etachrom B

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Horizontale, einstufige Ringraumgehäuseblockpumpe, mit Nennleistungen und Hauptabmessungen nach EN 733, mit auswechselbaren Spaltringen und motormontiertem Drehzahlregelsystem. Mit KSB SuPremE, einem magnetfreien Synchron-Reluktanzmotor (Ausnahme: Motorgrößen 0,55 kW / 0,75 kW mit 1500 min⁻¹ sind mit Permanentmagneten ausgeführt) der Effizienzklasse IE4/IE5 gemäß IEC TS 60034-30-2:2016, für den Betrieb am Drehzahlregelsystem Typ KSB PumpDrive 2 oder KSB PumpDrive 2 Eco ohne Rotorlagegeber. Befestigungspunkte entsprechend EN 50347, Hüllmaße gemäß DIN V 42673 (07-2011). ATEX-Ausführung erhältlich.

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