Vollentsalzungsanlage, VE-Anlage

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

In industriellen Prozessen ist häufig hochreines Wasser erforderlich, z.B. bei industriellen Spül- und Reinigungsprozessen oder beim Befüllen von Gabelstaplerbatterien. Die typischen Parameter der vorhandenen Wässer, Stadtwasser „aus der Leitung“ oder Brunnenwasser, sind in der Regel nicht hinreichend, da insbesondere Kalkablagerungen der Härtebildner Calcium und Magnesium in den Prozessen störend sind. Die Vollentsalzungsanlage, VE-Anlage entfernt über den Kationenaustauscher die kationischen Ionen wie Natrium, Calcium, Magnesium aber auch Kupfer (TrinkwasserVO bis 2,0 mg/L zulässig) und über den Anionenaustauscher die anionischen Ionen wie z.B. korrosive Chloride oder Sulfat. Im Rahmen Ihrer verfügbaren Kapazitäten gibt der stark saure Kationenaustauscher im Austausch dafür H+ Ionen frei, der stark basische Anionenaustauscher im Austausch OH– Ionen. Ein schwach basischer Anionenaustauscher bindet hingegen das Proton und eine äquivalente Menge Anionen. Gemeinsam entsteht im Abgang der Anlage H20 anstatt der Eingangsionenfrachten. Dies gewährleistet durch die Entfernung der ionischen Stoffe einen geringen Leitwert von typischerweise < 3-5 µS/cm am Ausgang der Vollentsalzungsanlage bzw. VE-Anlage um das VE-Wasser für die meisten industriellen Prozesse einsetzen zu können. Für die Abtrennung von ggf. in Brunnenwässern vorhandener Organik, oder sonstiger vorhandener apolarer Stoffe, oder eine weitere Herabsetzung des Leitwertes, werden weitere Filterstufen benötigt.

Ein häufiger Anwendungsfall für eine Vollentsalzungsanlage 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 (und/oder eine Elektrodeionisation), der einen Leitwert von bis zu 0,1 µS/cm (sog. Reinwasser, Pure Water) bis hin zu, unter optimalen Bedingungen technischen Bedingungen, dem niedrigsten erreichbaren Leitwert von 0,056 µS/cm bzw. 18,18 MΩ·cm bei 25°C erreichen kann (bezogen auf den Salzgehalt des VE-Wassers), sog. Reinstwasser oder Ultra Pure Water.

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.

Nachgeschaltet werden können Mischbett-Polisherharze, ggf. auch sog. UPW-Mischbettharze, für die externe Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren in der zentralen Regenerationsstation, um den erreichbaren Leitwert noch weiter zu senken. Ggf. ist eine zusätzliche Silikatüberwachung erforderlich.

Vollentsalztes Wasser (VE Wasser) oder demineralisiertes bzw. deionisiertes Wasser (DM-Wasser, Di-Wasser oder auch DeMi-Wasser) ist als solches ist nicht gesondert definiert, sondern leitet sich in seinen Parametern vom kundenspezifischen Prozess ab. Im Wesentlichen ist die Vermeidung von Flecken bei der späteren Verwendung das Ziel. Höhere Reinheitsstufen als VE-Wasser sind Reinwasser (Pure Water) mit 1-0,1 µS/cm und Reinstwasser mit 0,1 – 0,056 µS/cm (Ultra Pure Water),  jeweils bei 25°C.

Typischerweise werden jedoch die folgenden Leitwerte am Abgang der Anlage gefordert: Halbleiter < 0,1 µS/cm (0,06 µS/cm), Hartverchromung < 3 µS/cm, Galvanik < 20 µS/cm, Eloxal < 30 µS/cm, Feuerverzinkung < 50 µS/cm, Staplerwasser bzw. Batteriewasser beim Einfüllen: < 30 µS/cm.

Allein die Betrachtung des Leitwerts reicht häufig nicht für eine prozesssichere Auslegung aus, da die Schlupfphase des Ionenaustauschers bereits beim ersten Ansteigen des Leitwerts beginnt. Speziell der Anionenaustauscher in einem VE-Prozess beginnt früh mit der Abgabe schwach gebundener Stoffe, z.B. von Kieselsäure, die den Leitwert kaum beeinflusst, und von (korrosiven) Chloriden. Beide Stoffe sind in aller Regel im Prozess unerwünscht und können ggf. ergänzende anlagentechnische Maßnahmen bei der Ionenaustauscheranlage erfordern.

In der Regel wird das durch die Vollentsalzungsanlage bzw. VE-Anlage produzierte VE-Wasser anhand des Leitwerts in [µS/cm] am Ausgang der Ionenaustauscheranlage überwacht. Typische Leitwerte sind am Abgang der Ionenaustauscheranlage je nach Anlage und Ausbaustufe Leitwerte zwischen 30 µS/cm – 3 µS/cm.

In gesonderten Fällen werden nicht nur Anforderungen an den Summenparameter Leitwert in [µS/cm] gestellt, sondern es sind weitere Parameter im gereinigten Ablaufwasser wichtig: z.B. pH-Wert, Restkonzentrationen an Inhaltsstoffen, die nur eine geringe Wirkung auf den Leitwert besitzen, z.B. Stoffe mit geringem Dissoziationsgrad wie Kieselsäure, Silikate, Cyanide oder Salze von organischen Säuren. Daher besitzt, VE-Wasser, das mit Hilfe einer Ionenaustauscheranlage produziert wurde, andere Restinhaltsstoffe als das Permeat einer Umkehrosmoseanlage Industrie.

Eine typische Frage bei einem gewünschten Leitwert von um 20 µS/cm für Anlagenbetreiber ist ob man eine Umkehrosmoseanlage Industrie oder eine VE-Anlage bzw. Vollentsalzungsanlage anschaffen soll (oder nur eine über die externe Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren wiederaufbereitbare Vollentsalzungspatrone bzw. VE-Patrone bei Kleinmengen von < 4 m³/Woche). 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-Anlagen wird eine chemisch physikalische Abwasserbehandlungsanlage benötigt, für die Umkehrosmoseanlagen 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 Grenzwerte in der TrinkwasserVO von 2,0 mg/L gegenüber den Überwachungswerten der AbwasserVO von 0,5 mg/L (bzw. 1,0 mg/L in den meisten Entwässerungssatzungen für Einleitungen < 10 m³/Woche) problematisch sein). Die Umkehrosmoseanlage produziert über den Konzentratverwurf ständig Abwasser, die Ionenaustauscheranlage hingegen nur bei der Regeneration. Es lassen sich über die gesamte 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.

Produkte

VE-Anlage-Simplex
Duplex-VE-Anlage
VE-Anlage Duplex mit Prozessleitsteuerung 3D

Eine Vollentsalzungsanlage oder VE-Anlage verfügt über eine automatische Regenerationsstation vor Ort. Für geringere Abnahmemengen steht z.B. eine Vollentsalzungspatrone zur Verfügung, die ohne Abwasseranfall vor Ort auskommt, da sie zentral in der Regenerationsstation in 92348 Berg über die Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren wieder aufbereitet werden.

Die in der Anlage eingesetzten Harze in den verschiedenen Säulen werden mit Säure und Lauge regeneriert, in der Regel mit Salzsäure und Natronlauge. Die Regenerate der Anlage werden anschließend in der betriebsinternen chemisch physikalischen Abwasseranlage behandelt. Beachten Sie, dass die Anlage wasserrechtlich nach Anhang 31 der AbwV genehmigungspflichtig ist, sofern mehr als 10 m³/Woche an Abwasser produziert werden.

Kundenspezifische Anpassung Vollentsalzungsanlage / VE-Anlage:

  • Kundenspezifische Auslegung auf den Prozess (Stadtwasser/Brunnenwasserinhaltsstoffe) und das Budget ausgehend von einer halbautomatisierten, funktionalen simplex Basisausführung bis zur automatisierten und remoteüberwachten Duplexausführung.
  • 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
  • SPS Schaltung Siemens mit/ohne Touchdisplay sowie mit der Option auf externe Zugriffsmöglichkeit
  • Duplex-Ausführung für einen unterbrechungsfreien 24/7 Betrieb optional
  • Edelstahl- oder Kunststoffrahmenaufbau für korrosive Umgebungen
  • Drucktanks in PE/GfK oder beschichteter Stahl
  • Ionenaustauscherharz von LANXESS Lewatit bzw. Purolite oder nach Kundenanforderung
  • Rohrleitungen und Armaturen in PVC oder PP der Hersteller GF, GEMÜ (pneumatisch oder elektrisch) oder nach Kundenanforderung; im Übrigen Ausführung mit Standard-Industriekomponenten ohne Sonderelemente soweit möglich.
  • Einzelventilsteuerung, Kombikopfsteuerung optional möglich
  • Interne Kreislaufführung zur Vermeidung von Gegenionenrücklöseeffekten
  • Anlagenaufbau für einen arbeitssicherheitskonformen Betrieb auch bei typischen Fehlanwendungen
  • Desinfektionsmöglichkeit des Harzbetts
  • Möglichkeit der Vorabnahme und des Probebetriebs in der eigenen Werkstatt
  • Modulare, wartungsfreundliche Bauweise nach Kundenanforderung mit diversen optionalen Erweiterungsmöglichkeiten, z.B. um Vorlagetanks, Chemikalienlagertanks als Dosierstationen oder als AwSV LAU-Anlagen, Auffangwannen, einfache Beschickungs- bis redundante FU-Duplex-Druckerhöhungsstationen, Druckdifferenzanzeige, tatsächliche Verbrauchs- und Produktionsdatenerfassung, gesonderte Harzwechselanschlüsse, Anlagenzugriffskontrolle, Ventilstellungsrückmeldung, gesonderte Kieselsäureabreinigung.

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