Reinstwasseranlage mit EDI Redundant 2x 2 m³/h

Redundante Reinstwasseranlage mit EDI – 2 × 2.000 l/h

Die Reinstwasseranlage EDI-PP-2x2000 erzeugt bis zu 4.000 Liter Reinstwasser pro Stunde mit einer Leitfähigkeit von weniger als 0,07 bis 0,05 µS/cm. Die Anlage ist mit zwei Leistungssträngen zu jeweils 2.000 l/h ausgelegt und ermöglicht dadurch eine bedarfsgerechte Parallel- oder Redundanzfahrweise.

Das Anlagenkonzept kombiniert Antiscalant-Dosierung, Umkehrosmose, Membranentgasung und Elektrodeionisation. Die Membranentgasung reduziert den CO₂-Gehalt des UO-Permeats, bevor das Wasser der EDI-Stufe zugeführt wird. Dadurch wird die EDI zuverlässig entlastet und eine sehr niedrige Leitfähigkeit ermöglicht.

Die zentrale Siemens-SPS überwacht Durchflüsse, Drücke, Leitfähigkeiten, Ventilstellungen und Betriebszustände. Die Bedienung erfolgt über ein grafisches SIMATIC-Touchpanel.

Anlagenkonzept

Die Reinstwasseraufbereitung erfolgt über vier aufeinander abgestimmte Verfahrensstufen:

• mengenproportionale Antiscalant-Dosierung zum Schutz der UO-Membranen

• Umkehrosmose mit insgesamt 2 × 2.200 l/h Permeatleistung

• Membranentgasung zur Reduzierung des gelösten CO₂

• Elektrodeionisation mit insgesamt 2 × 2.000 l/h Reinstwasserleistung

Vorteile der redundanten Ausführung

• zwei Leistungsstränge mit jeweils 2.000 l/h Reinstwasserleistung

• bis zu 4.000 l/h Gesamtleistung im Parallelbetrieb

• bis zu 96 m³ Reinstwasser pro Tag bei kontinuierlichem Volllastbetrieb

• Weiterbetrieb mit reduzierter Leistung bei Wartung oder Ausfall eines entsprechend getrennten Leistungsstrangs

• Reinstwasserqualität von < 0,07 bis 0,05 µS/cm

• kontinuierliche EDI-Feinentsalzung ohne chemische Regeneration

• Membranentgasung zur sicheren CO₂-Reduzierung

• keine Regeneration mit Säuren oder Laugen

• keine nachgeschalteten Mischbettpatronen erforderlich

• zentrale Siemens-SPS mit grafischer Visualisierung

• digitale Überwachung der wesentlichen Mengenströme und Drücke

• PP-H- und Edelstahlverrohrung

• mögliche Rückführung des EDI-Konzentrats

• bis zu 75 % Gesamtnutzungsgrad des Rohwassers

• Erweiterung um Reinstwasserspeicher und Druckerhöhung möglich

Technische Daten

Gesamtanlage

Umkehrosmoseanlage

Membranentgasung

EDI-Anlage

Antiscalant-Dosiersystem

Redundante Leistungsstruktur

Die Anlage ist für eine Reinstwasserleistung von 2 × 2.000 l/h ausgelegt. Im Parallelbetrieb können beide Leistungsstränge gemeinsam bis zu 4.000 l/h Reinstwasser erzeugen.

Bei einer entsprechend ausgeführten hydraulischen und elektrischen Trennung kann ein Leistungsstrang außer Betrieb genommen werden, während der zweite Strang weiterhin bis zu 2.000 l/h Reinstwasser bereitstellt. Dies ermöglicht beispielsweise Wartungsarbeiten bei reduzierter Anlagenleistung.

Die tatsächlich erreichte Redundanz hängt davon ab, welche Anlagenteile doppelt ausgeführt werden. Neben den eigentlichen Aufbereitungsstufen sind insbesondere folgende Komponenten zu betrachten:

• Rohwasserversorgung

• Antiscalant-Dosierung

• Membranentgasung und Gebläse

• SPS-Steuerung und Touchpanel

• Last- und Steuerschrank

• elektrische Einspeisung

• Reinstwasserspeicher

• Druckerhöhungsanlage

• Mess- und Regeltechnik

• gemeinsame Rohrleitungen und Armaturen

Werden auch diese Hilfssysteme redundant benötigt, muss dies bei der Projektierung ausdrücklich berücksichtigt werden. Die gewünschte Verfügbarkeit und die maximal zulässige Ausfallzeit sind deshalb Bestandteil der technischen Auslegung.

Antiscalant-Dosierung zum Membranschutz

Die Umkehrosmose wird durch eine mengenproportionale Antiscalant-Dosierung vor mineralischen Ablagerungen geschützt. Das Dosiermittel wird dem Rohwasser vor der UO-Stufe zugegeben.

Antiscalant entfernt Calcium, Magnesium und andere mineralische Inhaltsstoffe nicht aus dem Wasser. Es beeinflusst die Kristallbildung schwer löslicher Salze und reduziert das Risiko, dass sich feste Ablagerungen auf den Membranoberflächen bilden.

Die Antiscalant-Vorbehandlung ermöglicht:

• Verzicht auf eine vorgeschaltete Enthärtungsanlage

• kein Regeneriersalz

• kein Salzlösebehälter

• kein Regenerationsabwasser einer Enthärtungsanlage

• keine Betriebsunterbrechung durch Regenerationszyklen

• mengenproportionale Anpassung an den Rohwasserverbrauch

• kontrollierten Membranschutz bei geeigneter Rohwasserqualität

Weitere Informationen finden Sie unter Antiscalant-Dosiersysteme für Umkehrosmoseanlagen.

Voraussetzungen für die Antiscalant-Auslegung

Die Auswahl des Antiscalants und die Dosiermenge werden anhand der Rohwasseranalyse und der vorgesehenen UO-Ausbeute berechnet. Relevant sind insbesondere:

• Calcium und Magnesium

• Gesamthärte

• Säurekapazität beziehungsweise Hydrogencarbonat

• Sulfat und Chlorid

• Silikat

• Barium und Strontium

• Eisen und Mangan

• pH-Wert

• Leitfähigkeit

• Wassertemperatur

• geplante Aufkonzentrierung

Antiscalant ersetzt keine Filtration. Trübstoffe, Eisen, Mangan, organische Belastungen oder mikrobiologische Verunreinigungen müssen bei Bedarf durch geeignete Vorbehandlungsstufen reduziert werden.

Als geeignetes Betriebsmittel kann nach technischer Prüfung beispielsweise Antiscalant Vitec 3000 eingesetzt werden.

Umkehrosmose als Hauptentsalzungsstufe

Die Umkehrosmose reduziert den größten Teil der im Rohwasser gelösten Salze. Das mit Antiscalant konditionierte Rohwasser wird mit erhöhtem Druck durch semipermeable Membranen geführt.

Wasser passiert die Membranen als Permeat. Der überwiegende Teil der gelösten Salze verbleibt im Konzentratstrom und wird aus der Anlage abgeführt.

Bei einer UO-Ausbeute von 75 % ergeben sich im Volllastbetrieb folgende Volumenströme:

• ca. 5.870 l/h Rohwasserzulauf

• 4.400 l/h UO-Permeat

• ca. 1.470 l/h UO-Konzentrat

Die Umkehrosmoseanlage verfügt über:

• vier GFK-Druckrohre der Baugröße 8040

• vier Hydranautics-LFC3-LD-Membranelemente

• frequenzgeregelte KSB-Movitec-Hochdruckpumpe

• digitale Durchflussüberwachung

• automatische Schrägsitz-Regelventile

• digitale Druckmessung

• temperaturkompensierte Leitfähigkeitsmessung

• automatische Membranventile mit pneumatischer Ansteuerung

• 5-µm-Beutelfilter

• PP-H- und Edelstahlverrohrung

Die tatsächliche UO-Ausbeute wird anhand der Rohwasseranalyse eingestellt. Eine Anhebung über 75 % kann den Wasserverbrauch reduzieren, erhöht jedoch die Aufkonzentrierung im Konzentrat und kann die Membranstandzeit beeinflussen.

Weitere technische Informationen finden Sie auf unserer Homepage unter Umkehrosmoseanlagen.

Membranentgasung zur CO₂-Reduzierung

Frei gelöstes CO₂ wird von Umkehrosmosemembranen nur unzureichend zurückgehalten. Ohne eine geeignete CO₂-Reduzierung gelangt es mit dem UO-Permeat in die EDI-Stufe und erhöht dort die ionische Belastung.

Die integrierte Membranentgasung entfernt das gelöste CO₂ aus dem UO-Permeat. Das Wasser wird hierzu durch hydrophobe Hohlfasermembranen geführt. Ein durch das Gebläse erzeugtes Partialdruckgefälle ermöglicht den Übergang des gelösten Gases durch die Membran in den Luftstrom.

Vorteile der Membranentgasung:

• CO₂-Reduzierung ohne NaOH-Dosierung

• gleichmäßige EDI-Vorwasserqualität

• geringere ionische Belastung der EDI-Zellen

• geschlossene und hygienisch günstige Verfahrensführung

• keine hohe Rieslerkolonne erforderlich

• keine zusätzliche Druckerhöhung nach einem offenen Entgasungstank

• kompakte Integration auf einem Rahmengestell

• automatisierte Kondensatableitung über eine Wasserfalle

Das Gebläse ist mit einem Fein- beziehungsweise Sterilfilter für die Ansaugluft ausgestattet. Kondensat wird in einer überwachten Wasserfalle gesammelt und automatisch abgeführt.

Weitere technische Informationen finden Sie auf unserer Homepage unter Membranentgasung.

EDI zur kontinuierlichen Feinentsalzung

Die Elektrodeionisation übernimmt die Restentsalzung des entgasten UO-Permeats. Das EDI-Verfahren kombiniert Ionenaustauschermaterial, ionenselektive Membranen und ein elektrisches Gleichfeld.

Die nach der Umkehrosmose verbleibenden Ionen werden aus dem Reinstwasserstrom entfernt und in einen separaten Konzentratstrom überführt. Gleichzeitig wird das Ionenaustauschermaterial während des Betriebs elektrochemisch regeneriert.

Dadurch entfallen:

• chemische Regenerationen mit Säuren und Laugen

• Regenerationspausen der Feinentsalzungsstufe

• Austausch erschöpfter Mischbettpatronen

• Lagerung von Regenerationschemikalien für die EDI

• Versand und Austausch von Polishing-Patronen

Die EDI-Anlage verarbeitet insgesamt 4.400 l/h entgastes UO-Permeat und erzeugt daraus:

• 4.000 l/h Reinstwasser

• ca. 400 l/h EDI-Konzentrat

Die erreichbare Reinstwasserqualität liegt abhängig von der Qualität des UO-Permeats und dem Rest-CO₂-Gehalt bei < 0,07 bis 0,05 µS/cm.

Weitere Informationen finden Sie auf unserer Homepage unter Elektrodeionisation.

Wasserbilanz und Nutzung des EDI-Konzentrats

Bei einer UO-Ausbeute von 75 % und dem Betrieb beider Leistungsstränge ergibt sich folgende Wasserbilanz:

Wird das EDI-Konzentrat zum Kanal geführt, entstehen bei der Erzeugung von 1 m³ Reinstwasser insgesamt etwa 467 Liter Abwasser.

Das EDI-Konzentrat besitzt weiterhin eine vergleichsweise gute Wasserqualität. Es kann abhängig von den betrieblichen Gegebenheiten:

• in einen vorhandenen Rohwasserspeicher zurückgeführt werden

• als Zusatzwasser für ein geeignetes Kühlwassersystem eingesetzt werden

• in Prozessen mit geringeren Anforderungen an die Wasserqualität verwendet werden

Wird das EDI-Konzentrat weiterverwendet, verbleibt im Wesentlichen das UO-Konzentrat als Abwasserstrom. Dadurch reduziert sich der Abwasseranfall rechnerisch auf etwa 367 Liter je m³ erzeugtem Reinstwasser.

Bei einer internen Rückführung in den Rohwasserspeicher müssen Speichergröße, Durchmischung, Leitfähigkeit, Betriebszeiten und Regelung der Anlage berücksichtigt werden.

Siemens-SPS und Anlagenvisualisierung

Die Reinstwasseranlage wird über eine Siemens-SPS S7-1200 automatisiert betrieben. Die Bedienung und Visualisierung erfolgt über ein SIMATIC HMI TP700 Comfort.

Die Steuerung übernimmt unter anderem:

• automatische An- und Abschaltung nach externem Anforderungssignal

• Steuerung der Vorspül- und Anfahrvorgänge

• Überwachung der Leitfähigkeiten

• Überwachung der Durchflüsse und Betriebsdrücke

• Ansteuerung der automatischen Regel- und Membranventile

• Überwachung der Antiscalant-Dosierung

• Steuerung der Membranentgasung

• Steuerung der EDI-Transformatoren

• Erfassung und Anzeige von Störungen

• Leittechnik-Anbindung

• Betriebs- und Störmeldungen über das Touchpanel

Zum Lieferumfang gehören Last- und Steuerschrank, Unterverteiler, Magnetventile, Kabelbahnen und die erforderliche interne Verkabelung.

Aufbau und Werkstoffe

Die einzelnen Verfahrensstufen werden auf stabilen Rahmen montiert. Die Umkehrosmoseanlage besitzt ein höhenverstellbares Edelstahl-Rahmengestell. Membranentgasung und EDI werden auf kompakten Aluminiumrahmen aufgebaut.

Für die medienberührten Rohrleitungen werden abhängig von Druckstufe und Anlagenbereich eingesetzt:

• PP-H im Niederdruck- und Reinstwasserbereich

• Edelstahl im Hochdruckbereich

• EPDM-Dichtungen

• automatische Membranventile

• pneumatisch angesteuerte Regel- und Absperrarmaturen

Die vollständige Anlage benötigt eine Aufstellfläche von etwa 4.000 × 2.500 mm und eine Aufstellungshöhe von etwa 3.000 mm. Für Wartung, Membranwechsel, Schaltschrankzugang und Rohrleitungsanschlüsse müssen zusätzliche Bedienflächen vorgesehen werden.

Lieferumfang

Antiscalant-Dosierung

• 100-Liter-Dosierbehälter

• Schutzwanne nach WHG

• Dosierpumpe mit Dosierüberwachung und Selbstentlüftung

• Messtechnik für den Dosierbehälter

• Sauglanze

• Impfstelle

Umkehrosmoseanlage

• UO-Anlage mit 2 × 2.200 l/h Permeatleistung

• vier GFK-Druckrohre 8040

• vier Hydranautics LFC3-LD 8040 Membranelemente

• KSB-Movitec-Hochdruckpumpe mit Frequenzumformer

• digitale Durchflussüberwachung

• automatische Schrägsitz-Regelventile

• digitale Druckmessung

• temperaturkompensierte Leitfähigkeitsmessung

• automatische Membranventile

• 5-µm-Beutelfilter

• PP-H- und Edelstahlverrohrung

• Edelstahl-Rahmengestell

Membranentgasung

• Membranentgasungsmodul 3M EXF-8x20

• Montagehalterung

• Gebläse

• Fein- beziehungsweise Sterilfilter für die Ansaugluft

• Wasserfalle

• Niveaumesstechnik

• automatische Kondensatentleerung

• PP-H-Verrohrung

• Aluminium-Rahmengestell

Elektrodeionisation

• SnowPure-EDI-Module XL-500-R

• Transformator 0–600 V

• Schwebekörper-Durchflussmesser

• temperaturkompensierte Leitfähigkeitsmessung

• automatische Membranventile

• PP-H-Verrohrung

• Aluminium-Rahmengestell

Steuerung und Dokumentation

• Siemens SPS S7-1200

• SIMATIC HMI TP700 Comfort

• Software für SPS und Visualisierung

• Last- und Steuerschrank

• Unterverteiler

• Magnetventile

• Kabelbahnen und interne Verkabelung

• E-Plan

• RI-Schema

• Bedienungsanleitung

• technische Datenblätter

• CE-Dokumentation

• Berechnungen und Aufstellungsplan

• Anlagenbeschilderung

Reinstwasserspeicher und Druckerhöhung

Nach der Reinstwasseranlage wird ein geeigneter Reinstwasserspeicher benötigt. Der Speicher entkoppelt die kontinuierliche Anlagenleistung vom schwankenden Verbrauch des nachgeschalteten Prozesses.

Eine Druckerhöhungsanlage versorgt die Verbraucher aus dem Reinstwasserspeicher mit dem erforderlichen Volumenstrom und Betriebsdruck.

Bei der Auslegung sind insbesondere zu berücksichtigen:

• maximaler und durchschnittlicher Reinstwasserverbrauch

• kurzzeitige Verbrauchsspitzen

• gewünschte Überbrückungszeit

• erforderliche Anlagenlaufzeit

• Reinstwasserqualität und hygienische Anforderungen

• Werkstoff des Speichers

• Be- und Entlüftung

• Tanküberlauf und Entleerung

• Ausführung der Druckerhöhung

• gewünschte Redundanz der Pumpen

Tank und Druckerhöhung werden auf die Anwendung und die gewünschte Betriebssicherheit abgestimmt.

Typische Einsatzbereiche

Die Anlage eignet sich insbesondere für:

• industrielle Produktionsprozesse mit hoher Reinstwasserverfügbarkeit

• Kessel- und Dampftechnik

• Energie- und Kraftwerkstechnik

• Chemie- und Kosmetikproduktion

• Oberflächenbehandlung und Galvanik

• Elektronik- und Bauteilreinigung

• industrielle Spülprozesse

• zentrale Reinstwassernetze

• Labor- und Analytikversorgung

• Prozesse mit hohen Anforderungen an Leitfähigkeit und Kieselsäure

• Anwendungen mit geforderter Teilredundanz

• Versorgung kritischer Produktionsbereiche

Neben der Leitfähigkeit müssen die für den jeweiligen Prozess relevanten Einzelparameter geprüft werden. Dazu können Resthärte, Kieselsäure, Natrium, CO₂, TOC, organische Belastungen und mikrobiologische Anforderungen gehören.

Auswahl einer anderen Leistungsgröße

Für einen geringeren Bedarf ohne redundante 2 × 2-m³/h-Struktur steht die Reinstwasseranlage mit 1.800 l/h zur Verfügung.

Für einen deutlich höheren kontinuierlichen Reinstwasserbedarf steht die Reinstwasseranlage mit 10.000 l/h mit Antiscalant, Umkehrosmose, Membranentgasung und EDI zur Verfügung.

Angaben für die technische Auslegung

Für die Prüfung und projektspezifische Auslegung benötigen wir:

• vollständige aktuelle Rohwasseranalyse

• Leitfähigkeit und Salzgehalt

• Gesamthärte

• Calcium und Magnesium

• Säurekapazität beziehungsweise Alkalität

• pH-Wert

• Sulfat, Chlorid und Silikat

• Eisen und Mangan

• CO₂-Gehalt

• TOC beziehungsweise organische Belastung

• Wassertemperatur

• benötigte Reinstwasserleistung

• durchschnittlicher und maximaler Tagesbedarf

• Betriebsstunden und Schichtmodell

• erforderliche Mindestleistung bei Ausfall eines Strangs

• gewünschter Redundanzumfang

• maximal zulässige Ausfallzeit

• Anforderungen an Leittechnik und Datenübertragung

• vorhandene Aufstellfläche

• Anforderungen an Reinstwasserspeicher und Druckerhöhung

• mögliche Rückführung des EDI-Konzentrats

• Anforderungen des nachgeschalteten Prozesses