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Ionenaustauscheranlagen, Vollentsalzungsanlagen, VE-Patronen (Vollentsalzungspatronen), Ionenaustauscherharz, Umkehrosmoseanlagen, Abwasseranlagen, Selektivaustauscheranlagen von Decker für die Industrie / Gewerbe.

Ionentauscheranlagen

Ionenaustauscheranlagen bzw. IAT-Anlagen werden zur Kreislaufführung von industriell belasteten Spülwässern eingesetzt um diese Wässer von ionogenen
Kontaminationen(z.B. Schwermetalle, Erdalkalimetalle) zu befreien und das Wasser dem Kreislauf wieder zuzuführen. Dadurch wird der Anfall von vermeidbarem Abwasser reduziert, eine qualitätsbeeinträchtigende Aufsalzung des Kreislaufwassers vermieden und die regulatorischen Anforderungen an den Anlagenbetrieb eingehalten.

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Kreislaufführung schwermetall-belasteter Spülwässer in wässrigen Verfahren wie z.B. in der Galvanik oder bei industriellen Teilewaschmaschinen (nicht-Textil). Dabei werden insbesondere Verschleppungen (Konzentrationen < 10 mval/l) aus vorgeschalteten Prozessschritten in ein Bad mit vollentsalztem Wasser angereichert, die von der Ionenaustauscheranlage (bzw. Ionentauscheranlage) kontinuierlich abgereinigt werden. Die Kreislaufanlage besteht je nach Anwendung aus einer oder zwei Straßen mit je einem stark sauren Kationenaustauscher, sog. SAC (Sulfonsäureaustauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer), einem schwach basischen Austauscher, sog. WBA (tertiäre Amin Austauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer) bzw. auch sog. „mittelbasischer“ Austauscher, und ggf. einem stark basischen Anionenaustauscher, sog. SBA (quatäre Amin Austauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer). In Anwendungen, die einen niedrigen Leitwert erfordern wird zusätzlich eine Mischung eines stark sauren und eines stark basischen Austauschers zur externen Regeneration nachgeschaltet, sog. Mischbettharz bzw. Mischbettaustauscher, der einen Leitwert von unter 0,1 µS/cm bis hin zum unter optimalen Bedingungen technisch niedrigsten erreichbaren Leitwert von 0,056 µS/cm bzw. 18,2 MΩ·cm erreichen kann.

Weiterhin wird je nach Anwendung eine physikalische Vorfiltration mittels Kiesfilter bzw. Mehrschichtfilter, eine Denaturierung etwaig störender Biologie durch UV-Licht und separater Nachfiltration und/oder eine Entfernung apolarer bzw. nicht-ionogener Stoffe mittels Aktivkohle oder eines Scavengerharzes als Tauscheinheit vorgenommen.

Ionenaustauscheranlagen
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Ionenaustauscherharz und Filtermedien

Ionenaustauscherharz sind kugelförmige, in ihrem Aussehen sandähnliche Granulate, die in einer wässrigen Lösung der Aufgabe einen Ionenaustauschprozeß durchführen, d.h. Ionen entnehmen können und dafür die Ionen abgeben, mit denen sie zuvor beladen, „konditioniert“, wurden. Es kommt dabei zu dem Effekt, dass die wässrige Lösung z.B. Stadtwasser, Kreislaufwasser oder Abwasser, je nach Art des Ionenaustauscherharzes, von den zuvor dort enthaltenen, unerwünschten Ionen gereinigt wird.

Die Verpackungseinheiten für Ionenaustauscherharze sind in der Regel 25L Säcke, 1000L = 40 Säcke auf Paletten oder 1000L Big Bags. Häufig existieren Ionenaustauscher in einer Gelform für einfache Anwendungen wie Stadtwasserentsalzungen und in einer makroporösen, reaktiveren Form für komplexere Anwendungen.

Ionenaustauscherharze werden üblicherweise in Druckgehäusen mit einer Vorfiltration eingesetzt, z.B. ein Mehrschichtfilter, Kies- oder Sandfilter, Kerzen- oder Faltenfilter. Je nach der Belastung des Eingangswassers können auch weitere Reinigungsschritte wie Aktivkohle, Scavangerharze zur Tensidentfernung oder eine biologische Denaturierung z.B. durch UV notwendig sein, z.B. um eine dauerhafte Inaktivierung der Harze durch Mineralöle zu vermindern oder Biologiebefall zu verhindern. Bei Selektivaustauschern kann eine pH-Anpassung zur Funktionserhaltung und Kapazitätsoptimierung beitragen.

Je nach Anwendung sind Ionenaustauscherharze direkt aus dem Liefergebinde einsetzbar bzw. benötigen eine separate Aktivierung. Dazu werden die Harze aus dem Liefergebinde (25L PE-Sack bzw. Big Bag) entnommen, ggf. vorgereinigt und in die gewünschte Arbeitsform Überführt (z.B. Na-Form, Ca-Form, K-Form, NH4-Form, Fe3+, Al3+ Form bzw. OH, NH3-, oder ClForm). Bei diesem Prozess werden auch herstellungsbedingte Verunreinigungen entfernt, die sonst in den Prozess eingetragen werden. Eine Regeneration vor dem Einsatz ist daher stets empfehlenswert.

Ionenaustauscherharz SAC Lewatit SP112
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Selektivaustauscheranlagen, SAT-Anlagen

Selektivaustauscheranlagen bzw. SAT-Anlagen werden als Polizeifilter in industriellen Abwasseranlagen (CP-Anlagen, chemisch-physikalische Abwasseranlagen) in der Schlussfiltration nach Fällung/Flockung oder z.B. in der Grundwassersanierung eingesetzt, um regulatorisch relevante Restschwermetallegehalte im Abwasser unter den geforderten Überwachungswert zu halten.

Ein typischer Anwendungsfall ist der sog. Polizeifilter nach der CP-Abwasserbehandlung in metallverarbeitenden Betrieben, die indirekt in eine kommunale Kläranlage einleiten. Die überwachungspflichtigen Parameter für die Indirekteinleitung sind nach Anhang 40 der AbwasserVO in der Regel bei z.B. 0,5 mg/L Nickel und 0,5 mg/L Kupfer. Im Rahmen der CP-Abwasserbehandlung, also mittels z.B. Hydroxidfällung und Flockung über ein Polymer und/oder ein Bentonit, werden die Schwermetalle in einen Bereich von wenigen mg/L Restgehalt gefällt. In diesem Bereich kann die Lösung wirtschaftlich sinnvoll auf einen IDE-Selektivtauscher wie z.B. Purolite S930 Plus geführt werden um mittels Ionenaustausch gegen z.B. Natrium die gesetzlichen Grenzwerte zu erreichen.

Ein weiterer Anwendungsfall ist die gezielte Entfernung von Fremdstoffen aus Prozesslösungen, z.B. die Entfernung von Fremdmetallionen (Cu, Ni, ggf. Fe(III)) aus einer Prozeßlösung zur Chromabscheidung auf Basis von Cr(III) Salzen.

Weiterhin wird je nach Anwendung eine (physikalische) Vorfiltration mittels Kiesfilter bzw. Mehrschichtfilter und eine pH-Anpassung im Zulauf und im Ablauf des Ionenaustauschers vorgenommen um die Aufgabeparameter für den Selektivionenaustauscher für die Schwermetallabtrennung zu optimieren. Zusätzlich kann ggf. eine Denaturierung etwaig störender Biologie durch UV-Licht und separater Nachfiltration und/oder eine Entfernung apolarer bzw. nicht-ionogener Stoffe (insbesondere Mineralöle) mittels Aktivkohle oder eines Scavengerharzes als Tauscheinheit vorgenommen werden. In seltenen Fällen können weitere Filterstufen mit gesonderten Filtermaterial erforderlich sein, z.B. ein stark basischer Anionenaustauscher, um anionische Komplexe bzw. anionische Verbindungen (z.B. PFC) zu entfernen oder ein weiteres ionogenes Filtermaterial.

Selektivaustauscheranlagen
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Vollentsalzungsanlagen, VE-Anlagen

Vollentsalzungsanlagen bzw. VE-Anlagen werden zur Herstellung von sog. VE-Wasser (vollentsalztes Wasser) eingesetzt. Dabei werden dem Eingangswasser, häufig Stadtwasser, alle ionogenen Inhaltsstoffe (idR Salze und gelöste Gase wie Kohlendioxid) entzogen und durch H2O ersetzt. Dadurch entsteht ein hochreines vollentsalztes Wasser (auch: demineralisiertes Wasser, DM-Wasser oder „Staplerwasser“ bzw. „Batteriewasser“) für industrielle Zwecke.

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Herstellung von VE-Wasser z.B. in einer Galvanik mit einem Leitwert von < 20 µS/cm Salzfracht aus Stadtwasser. Die VE-Anlage besteht je nach Anforderung aus einer oder zwei Straßen mit je einem stark sauren Kationenaustauscher, sog. SAC (Sulfonsäureaustauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer) und einem stark basischen Anionenaustauscher, sog. SBA (quartäre Amin Austauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer). In Anwendungen, die einen noch niedrigen Leitwert erfordern, wird zusätzlich eine Mischung eines stark sauren und eines stark basischen Austauschers zur externen Regeneration nachgeschaltet, sog. Mischbettharz bzw. Mischbettaustauscher, der einen Leitwert von unter 0,1 µS/cm bis hin zum unter optimalen Bedingungen technisch niedrigsten erreichbaren Leitwert von 0,056 µS/cm bzw. 18,2 MΩ·cm erreichen kann.

Die Anlage kann durch weitere Ionenaustauscherstufen, z.B. schwach saure Kationenaustauscher und schwach basische Anionenaustauscher auch auf einen geringeren Regenerierchemikalienverbrauch hin optimiert werden.

Weiterhin wird je nach Anwendung eine physikalische Vorfiltration mittels Kiesfilter bzw. Mehrschichtfilter oder Filterkerzen, eine Denaturierung etwaig störender Biologie durch UV-Licht und/oder eine Entfernung apolarer bzw. nicht-ionogener Stoffe mittels Aktivkohle oder eines Scavengerharzes als Tauscheinheit vorgenommen.

Vollentsalzungsanlage
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Vollentsalzungspatronen, VE-Patronen

Vollentsalzungspatronen bzw. VE-Patronen werden zur Herstellung von sog. VE-Wasser in Kleinmengen von bis zu 4 m³/Woche eingesetzt. Dabei werden dem Eingangswasser, häufig Stadtwasser, alle ionogenen Inhaltsstoffe entzogen und durch H2O ersetzt. Dadurch entsteht ein hochreines vollentsalztes Wasser (auch: demineralisiertes Wasser, DM-Wasser oder „Staplerwasser“ bzw. „Batteriewasser“) für industrielle Zwecke mit einem Leitwert von < 0,1 µS/cm.

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Herstellung von VE-Wasser z.B. in einem Industrie- oder Gewerbebetrieb für eine Verdünnung von Konzentraten, Ansatz chemischen Bädern oder Spülen von empfindlichen Teilen mit einem Leitwert von < 30 µS/cm Salzfracht aus Stadtwasser oder auch die Befüllung von Gabelstaplerbatterien (gem. ZVEI Merkblatt Anforderungen an Elektrolyt und Nachfüllwasser für Blei-Batterien). Die VE-Patrone besteht aus einem Mischbettharz, z.B. Lewatit NM 60 oder Purolite MB400, mit je einem Anteil stark sauren Kationenaustauscher, sog. SAC (Sulfonsäureaustauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer) und einem stark basischen Anionenaustauscher, sog. SBA (quartäre Amin Austauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer).

Um ein Durchbrechen von nur schwach gebundenen Ionen wie z.B. Chloride, Hydrogencarbonat oder Silikate zu verhindern, werden häufig zwei VE-Patronen hintereinandergeschaltet. Die erste Patrone ist mit einer Leifähigkeitsmessung im Ausgang ausgestattet. Sobald der Leitwert ansteigt, ist es bereits zu einem Durchbruch von Kieselsäure und Chloriden gekommen, die jedoch von der 2. VE-Patrone aufgenommen wurden. Es erfolgt ein Karusselltausch, in dem die erste Patrone zur Regeneration entnommen wird und die zweite Patrone an die führende Stelle gesetzt wird und eine optionale 3. Patrone die weitere Nachreinigung übernimmt.

Das eingesetzte Mischbettharz kann in Sonderanwendungen durch ein sog. UPW Ultra Pure Water Harz ersetzt werden, z.B. Amberjet UP6040 oder Lewatit UP 1292 MD. Dieses zeichnet sich durch eine höhere Vernetzung und eine höhere Kapazität aus. Unter optimalen Bedingungen kann eine solche VE-Patrone das Wasser bis zum technisch niedrigsten erreichbaren Leitwert von 0,056 µS/cm bzw. 18,2 MΩ·cm aufreinigen. Im Rahmen der Regeneration ist jedoch dabei zu beachten, dass es sich nicht um eine Pool-Regeneration handelt, sondern eine Eigentumsregeneration, um eine Crosskontamination mit anderen Harzen zu vermeiden, die ggf. schlechtere Eigenschaften aufweisen.

VE-Patronen
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Umkehrosmoseanlagen, UO-Anlagen

Industrielle Umkehrosmoseanlagen bzw. UO-Anlagen (oder engl. RO-Anlagen) werden wie VE-Anlagen zur Herstellung von sog. VE-Wasser eingesetzt. Dabei wird das Eingangswasser, häufig Stadtwasser, enthärtet bzw. härtestabilisiert und mittels Hochdruck auf eine Membran aufgegeben und dadurch beständig ein reines VE-Wasser für industrielle Zwecke, sog. Permeat, und ein salzhaltiges Abwasser, sog. Konzentrat, erzeugt.

Ein häufiger Anwendungsfall ist die Herstellung von VE-Wasser in einem Oberflächenbearbeitungsbetrieb mit einem Leitwert von < 20 µS/cm Salzfracht. Die UO-Anlage besteht aus einem Systemtrenner, einem 100 µm Vorfilter, einer Duplex-Enthärtungsanlage mit je einem stark sauren Kationenaustauscher in der Na-Form, sog. SAC (Sulfonsäureaustauscher auf Styrol-Divinylbenzol-Copolymer) und NaCl Regeneration. Die Hochdruckpumpe erhöht den Druck von wenigstens 2 bar auf 14 bar auf der 120 µm starken Polyethersulfonschicht der semipermeablen Membran und führt so eine temperaturabhängige Trennung des Feeds in Permeat und Konzentrat durch. Das dabei entstehende VE-Wasser unterscheidet sich jedoch insofern von dem VE-Wasser einer Ionenaustauscheranlage, als dass der Ionenrückhalt anionenseitig von dem jeweiligen Ion abhängig ist: Ammonium ~92%, Nitrat ~85%, Flourid ~95%, Silikat ~90%, Sulfat ~97%.

Eine Umkehrosmoseanlage kann je nach Anforderungen um weitere Filtrationsstufen erweitert werden. Im Feedstrom gelöste Gase (CO2) werden ggf. durch eine pH-Anpassung vorab in HCO3 gewandelt und an der Membran abgeschieden oder mittels einer nachgeschalteten Membranentgasung. Eine weitere Verringerung des Leitwerts bis hin zum technisch niedrigsten erreichbaren Leitwert von 0,056 µS/cm bzw. 18,2 MΩ·cm kann abwasseranlagenfrei z.B. durch eine nachgeschaltete VE-Patrone mit Mischbett als Tauschpatronen oder EDI-Anlage (Elektrodeionisation) für kontinuierliche Abreinigung erreicht werden. Die in der Anlage verbauten Membranen können über eine optionale Reinigungsanlage (für größere Anlagen) chemisch-thermisch gereinigt werden. Die RO-Anlage kann im Übrigen auch als permeatgestuft, d.h. zwei Umkehrosmosemembranen hintereinander im Permeat für eine besondere Abreinigung des VE-Wassers bis zu 99,5% des Eingangswassers oder konzentratgestuft, d.h. zwei Umkehrosmosemembranen hintereinander im Konzentrat für eine besonders geringe Abwassermenge, ausgelegt werden. Bei wechselndem Vordruck oder schwankender Abnahmemenge können Vorlagetanks mit Pumpstationen erforderlich sein.

Umkehrosmoseanlage
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Abwasseranlagen, CP-Anlagen

Industrielle Abwasseranlagen werden dazu eingesetzt, das in einem Industriebetrieb anfallende Abwasser chemisch-physikalisch (CP) zu behandeln, um die regulatorischen Anforderungen an die Einleitung des Abwassers in ein Gewässer oder eine kommunale Kläranlage zu erfüllen.

Industriebetreibe sind in der Regel einem der Industriezweige aus einem Anhang der AbwasserVO zuzuordnen (z.B. Anhang 40 für metallverarbeitende Betriebe) und müssen das Abwasser je nach der Art der Einleitung, direkt in ein Gewässer bzw. indirekt in die kommunale Kläranlage, hinsichtlich verschiedener Parameter aufbereiten. Für Direkteinleiter gilt der Teil C des jeweiligen Anhangs, für Indirekteinleiter stattdessen zusätzlich die Satzung der kommunalen Kläranlage.
Hinsichtlich der genehmigten Parameter wird die CP-Abwasseranlage betrieben. Eine Chrom(VI) Charge wird beispielsweise separat entgiftet, indem die Charge bei < pH 2,5 (temperaturkompensiert) mittels des Reduktionsmittels Natriumbisulfit zu Chrom(III) reduziert wird, wobei der pH-Wert stabilisiert wird. Anschließend wird das Chrom(III) in einer Chargenbehandlung ggf. zusammen mit weiteren Teilströmen, die Metallsalze enthalten, in einer Hydroxidfällung unter Zusatz von z.B. Flockungspolymer und Bentoniten in ein sedimentationsfähiges Fällungsprodukt überführt und ggf. in einen Schlammeindicker aufkonzentriert. Die Fest-/Flüssigtrennung erfolgt nach ggf. Klarwasserabzug in der Charge über einer Kammerfilterpresse bzw. einem Bandfilter. Die wässrige Phase wird über einen Mehrschichtfilter zu einem Selektivaustauscher mit einem IDE-Ionenaustauscherharz wie z.B. Lewatit TP 207 gepumpt, um die Einleitüberwachungswerte der regulatorischen Anforderungen einzuhalten. Dem Selektivaustauscher sind ggf. Ausrüstungen zur pH-Anpassung vor- und/oder nachgeschaltet.

Modular kann die CP-Abwasseranlage um weitere Filterstufen ergänzt werden, wie z.B. Aktivkohle, eine zusätzliche Eisenoxid-/hydroxidfilterstufe oder ein weiterer anionischer Selektivaustauscher um etwaige Organik, Komplexe oder PFC zu entfernen. Die Abwasseranlage kann weiterhin ggf. um Desinfektionsschritte, Oxidationsschritte oder Spülschritte erweitert werden. Je nach Größe der Anlage sind die Selektivaustauscher mit Ausrüstungen zum Regenerieren/Konditionieren vor Ort ausgerüstet oder werden in der zentralen Regenerationsstation in 92348 Berg regeneriert. Soweit sich nicht behandelbare Teilströme in Abwasseranlagen befinden sollten, können diese selektiv einem Verdampfungsprozess zugeführt werden.

Die sensortechnische Auslegung kann analog oder digital z.B. per Memosens-Sensorik ausgeführt werden.

Abwasseranlage industriell
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