Umkehrosmoseanlage Industrie, UO-Anlage

Eine Umkehrosmoseanlage Industrie bzw. UO-Anlage (oder engl. Reverse-Osmosis-Unitsbzw. RO-Anlage) wird wie eine VE-Anlage 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 reines VE-Wasser für industrielle Zwecke, sog. Permeat, und salzhaltiges Abwasser, sog. Konzentrat, erzeugt.

In vielen industriellen Prozessen ist häufig hochreines Wasser erforderlich, z.B. bei der Reinigung von Teilen nach der Metallverarbeitung. Die Verwendung von Stadtwasser „aus der Leitung“ verbietet sich aufgrund der Fleckenbildung durch z.B. Härtebildner wie Calcium und Magnesium. Die Umkehrosmoseanlage verfügt als Kernelement über eine Hochdruckpumpe, die das Eingangswasser mit etwa 14 bis 16 bar auf eine semipermeable Membran presst. Dabei wird je nach eingesetzter Membran und Verfahren ein Salzrückhalt von durchschnittlich 97 bis 99% des Eingangswassers erzielt, typischerweise mit einem Leitwert um 5 -15 µS/cm bei 15°C Wassertemperatur, bezogen auf den Salzgehalt. Je nach Verfahren entsteht dabei auch ein kontinuierlicher Konzentratabfluss, also Abwasser, von etwa 10% – 25% des Eingangswassers, dessen Einleitung in den betrieblichen Abwasserstrom an verschiedenen Punkten erfolgen kann bzw. muss. Dieser bedarf ab einer Einleitmenge von 10 m³/Woche einer Genehmigung, eine eigene Abwasseranlage für die Behandlung des Abwasserstroms ist jedoch regelmäßig nicht erforderlich (Ausnahme z.B. zu hohe Kupferwerte im Trinkwasser, da nach TrinkwasserVO bis zu 2,0 mg/L zulässig sind, die Überwachungswerte für Cu im Abwasser jedoch bei 0,5 mg/L bzw. bei unter 10 m³/Woche Konzentrat gem. der jeweiligen Entwässerungssatzung häufig bei 1,0 mg/L liegen und auch andere Parameter). Die Umkehrosmoseanlage Industrie benötigt im Regelfall eine Vorbehandlungseinheit für die Härtebildner, in der Regel eine (Duplex-)Enthärtungsanlage auf Ionenaustauscherbasis, die mit Kochsalz regeneriert wird, oder einer Antiskalantdosierung, die für eine temporäre Maskierung der Härtebildner durch Komplexbildung sorgt.

Ein häufiger Anwendungsfall für eine Umkehrosmoseanlage Industrie 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 Vollentsalzungsanlage, als dass der Ionenrückhalt anionenseitig von dem jeweiligen Ion abhängig ist: Ammonium ~92%, Nitrat ~85%, Flourid ~95%, Silikat ~90%, Sulfat ~97%.

Eine Umkehrosmoseanlage Industrie kann je nach Anforderungen um weitere Filtrationsstufen erweitert werden. Die typischerweise verbaute Enthärtungsanlage kann bei größeren Volumenströmen gegen eine Antiskalantdosierung getauscht 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·(bei 25°C) cm als Reinstwasser (Ultra Pure Water) kann abwasseranlagenfrei z.B. durch eine nachgeschaltete VE-Patrone mit einem Mischbett Ionenaustauscher als Tauschpatronen oder per Elektrodeionisation (EDI-Anlage) 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.

Vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) oder demineralisiertes/deionisiertes Wasser (DM-Wasser) ist als solches ist nicht gesondert definiert, sondern leitet sich in seinen Parametern vom kundenspezifischen Prozess ab.

Das VE-Wasser aus einer Umkehrosmoseanlage (UO-Anlage) unterscheidet sich vom VE-Wasser aus einer auf Ionenaustauschern basierten VE-Anlage aufgrund der Herstellung durch die verschiedenen Verfahren auch bei einem vergleichbaren Leitwert in seiner Zusammensetzung. Achten Sie daher auf die Anforderungen für Ihren Prozess. Typischerweise ist das Wasser aus einer Umkehrosmoseanlage jedoch für die meisten Prozesse wie Staplerwasser bzw. Batteriewasser oder z.B. dem Einsatz in einer Galvanik geeignet.

In der Regel wird das durch Umkehrosmoseanlagen produzierte VE-Wasser, sog. Permeat, anhand des Leitwerts in [µS/cm] am Ausgang der Umkehrosmoseanlagen überwacht. Typische Leitwerte am Abgang der UO-Anlage sind je nach Eingangswasser, Anlage und Ausbaustufe Leitwerte zwischen 10 – 20 µS/cm auf den gesamten Leitwert bezogen.

Soweit ein geringerer Leitwert erforderlich sein sollte, wird kann dieser durch weitere Ausbaustufen, z.B. eine permeatgestufte UO-Anlage oder nachgeschaltete Elektrodeionisation und/oder eine Vollentsalzungspatrone erreicht werden um Leitwerte zwischen 1 – 0,1 µS/cm, sog. Reinwasser (Pure Water), oder noch geringer von 0,1 – 0,056 µS/cm, sog. Reinstwasser (Ultra Pure Water), zu produzieren.

Eine typische Frage bei einem gewünschten Leitwert von um 20 µS/cm für Anlagenbetreiber aus der Industrie ist ob man eine Umkehrosmoseanlage oder eine Vollentsalzungsanlage (bzw. nur eine extern über die Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren zu regenerierende Vollentsalzungspatrone bzw. VE-Patrone bei Kleinmengen < 4 m³/Woche) anschaffen soll. Beide erreichen typischerweise diesen Leitwert, unterscheiden sich jedoch im Verfahren und in der Zusammensetzung des produzierten VE-Wassers. Sofern nur Anforderungen an den Leitwert als Summenparameter gestellt sind, lassen sich die wesentlichen Unterschiede wie folgt zusammenfassen: Für die VE-Anlage wird eine Abwasserbehandlungsanlage benötigt, für die Umkehrosmoseanlage in der Regel nicht. Beide Anlagen benötigen für sich alleine genommen bis 10m³/Woche Abwasseranfall keine WHG Genehmigung (die kommunalen Überwachungswerte gelten jedoch gleichwohl, speziell Kupfer kann hier aufgrund der TrinkwasserVO problematisch sein, da dies bis zu 2,0 mg/L vorhanden sein kann, die AbwasserVO jedoch regelmäßig einen Überwachungswert von 0,5 mg/l vorsieht bzw. 1,0 mg/l für Kleineinleitungen < 10 m³/Woche). Die Umkehrosmoseanlage Industrie produziert über den Konzentratverwurf ständig Abwasser, die Ionenaustauscheranlage hingegen nicht. Es lassen sich über die Nutzungsperiode Kostenüberlegungen anstrengen, bei denen zwischen den in der Regel höheren Anschaffungskosten für die VE-Anlage und den geringeren Betriebskosten abgewogen werden kann, siehe dazu beispielhaft hier.

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Umkehrsomoseanlage 300 mit Reinwasserbehälter
Umkehrosmoseanlage 10000
Umkehrosmoseanlage 10000 3D

Soweit eine Enthärtungsanlage vor einer Umkehrosmoseanlage verbaut sein sollte, ist diese stets mit einer eigenen Regenerierstation mit Kochsalz (NaCl) ausgerüstet.

Die in der Umkehrosmoseanlage verbauten Abscheidemodule, sog. UO-Membranen, haben eine typische Lebensdauer von ~5-7 Jahren, je nach Belastung durch das Eingangswasser. Beachten Sie, dass die Anlage wenigstens gem. Anhang 31 der AbwV wasserrechtlich anzeigepflichtig ist, sofern mehr als 10 m³/Woche an Abwasser produziert werden. Das Abwasser setzt sich in der Regel zusammen aus der Rückspülung der Vorfiltration, dem Regenerat der Enthärtungsanlage und dem kontinuierlich anfallenden Konzentrat der Umkehrosmoseanlage. Die lokale Entwässerungssatzung mit ihren Überwachungswerten gilt im Übrigen für jede Einleitung, d.h. es kann auch unter der Grenze von 10 m³/Woche zu einer Verletzung von Grenzwerten kommen.

Kundenspezifische Auslegung der Umkehrosmoseanlage:

  • Kundenspezifische Auslegung auf den Prozess (Stadtwasser/Brunnenwasserinhaltsstoffe), die regulatorischen Anforderungen und das Budget ausgehend von einer all-in-one kompletten und auf einem Rack montierten „plug-and-play“ Basisausführung (mit Systemtrenner, Vorfilter, Simplex-Enthärtung und Umkehrsomose) bis zur selbstreinigenden, permeat- oder konzentratgestuften UO mit Enthärtungs-Duplexausführung bzw. Antiscalantdosierung.
  • Anpassung an die ggf. vorhandene Steuerungstechnik und Anbindung an ein Prozessleitsystem und die vorhanden baulichen Gegebenheiten am Standort bzw. der Einbringung zum Standort
  • Erfüllung von Kundenanforderungen an industrielle Prozesse bei der Planung einer Umkehrosmoseanlage Industrie
  • Verwendung hochwertiger Ionenaustauscher für die Vorenthärtung, z.B. von Lanxess Lewatit oder Purolite.
  • SPS Schaltung Siemens mit/ohne Touchdisplay sowie mit der Option auf externe Zugriffsmöglichkeit oder Mikroprozessorsteuerung
  • Duplex-Ausführung an der Enthärtung für einen unterbrechungsfreien 24/7 Betrieb optional
  • „Plug-and-play“ Ausführung für den Anwender. Nur Anschluss an Strom, Stadtwasser, Permeat (Reinwasser zur weiteren Verwendung) und Konzentrat/Regeneratleitungen (Abwasser) erforderlich.
  • Edelstahlrahmen
  • Rohrleitungen und Armaturen in PVC oder PP bzw. Edelstahl
  • Interne Spülprozesse zum Erhalt der Membranen
  • Möglichkeit der Vorabnahme und des Probebetriebs in der eigenen Werkstatt
  • Modulare, wartungsfreundliche Bauweise nach Kundenanforderung mit diversen optionalen Erweiterungsmöglichkeiten, z.B. um UV-bestrahlte Vorlagetanks mit Sterilfiltration, Chemikalienlagertanks als Dosierstationen oder als AwSV LAU-Anlagen, Auffangwannen, einfache Beschickungs- bis redundante FU-Duplex-Druckerhöhungsstationen, Membranentgasungsanlagen, Elektrodeionierung, eine Vollentsalzungspatrone bzw. VE-Patrone als Mischbett-Polisher.

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