Vollentsalzungspatrone / VE-Patrone

Eine Vollentsalzungspatrone / VE-Patrone wird zur Herstellung von sog. VE Wasser in Kleinmengen von bis zu 4 m³/Woche eingesetzt, darüber hinaus werden in der Regel automatisch regenerierbare VE-Anlagen 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 in Reinstwasseranwendungen bis zu 0,056 µS/cm.

In industriellen Prozessen ist häufig hochreines Wasser erforderlich, z.B. im Labor, beim Nachreinigen von bereits vorgereinigten Wasser oder beim Befüllen von Gabelstaplerbatterien. Die typischen Parameter der vorhandenen Wässer, in der Regel Stadtwasser „aus der Leitung“, sind in der Regel nicht hinreichend, da insbesondere Kalkablagerungen der Härtebildner Calcium und Magnesium in den Prozessen störend sind. Die VE-Patrone bzw. Vollentsalzungspatrone enthält eine Ionenaustauscherharz Mischung aus Kationenaustauscherharz und stark basischen Anionenaustauscherharz, typischerweise im Verhältnis 40:60, sog. Mischbettharz. Der stark saure Kationenaustauscher entfernt die kationischen Ionenfrachten wie Natrium, Calcium, Magnesium aber auch das gem. TrinkwasserVO bis 2,0 mg/L zulässige Kupfer. Der stark basische Anionenaustauscher entfernt die anionischen Ionenfrachten wie z.B. korrosive Chloride oder Sulfat. Im Rahmen Ihrer jeweiligen Kapazitäten gibt der Kationenaustauscher im Austausch dafür H+ Ionen frei, der Anionenaustauscher im Austausch OH– Ionen. Gemeinsam entsteht im Abgang der Anlage H20 anstatt der Ionen im Eingangswasser. Aufgrund der Mischung der beiden Ionenaustauscher wird durch die Entfernung der ionogenen Stoffe ein geringer Leitwert von typischerweise < 0,1 µS/cm am Ausgang der Vollentsalzungspatrone / VE-Patrone gewährleistet. Die Kapazität der Patrone hängt von der eingesetzten Harzmenge, dessen Typ und der Zusammensetzung des Zulaufwassers (Salzfracht) ab. Typischerweise ist jedoch eine Kapazität von ca. 2 m³ VE-Wasser am durchschnittlichen Stadtwasser von rund 350-550 µS/cm bei 30L Vollentsalzungspatrone und ca. 4 m³ VE-Wasser bei 50L Vollentsalzungspatrone zu erwarten. Eine vollständige Kapazitätsausnutzung kann durch Reihenschaltung von 2 VE-Patronen erfolgen. Nach Austausch der beladenen 1. VE-Patrone rückt die 2. VE-Patrone auf die 1. Stelle nach. Nach der Erschöpfung der Kapazität der VE-Patrone wird diese als Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren extern regeneriert, damit diese nicht überfahren wird.

Die Vollentsalzungspatrone generiert kein Abwasser bei der Herstellung von VE-Wasser im Rahmen der Betriebswasseraufbereitung. Jedoch entsteht bei der Nutzung des Produkts VE-Wasser aus der Vollentsalzungspatrone für betriebliche Zwecke (z.B. Abspülen von Werkstücken) dennoch ein betriebliches Abwasser generiert, dessen indirekte Einleitung in die kommunale Kläranlage aufbereitungs- und genehmigungspflichtig ist.

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) mittels Vollentsalzungspatrone, sog. VE-Patrone. Die VE-Patrone besteht im chemisch relevanten Teil 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). Beide Harze zusammengemischt ergeben das sog. Mischbettharz in der Vollentsalzungspatrone dessen Aufgabe die Entsalzung von Leitungswasser bzw. Stadtwasser ist.

Um ein Durchbrechen von nur schwach gebundenen Ionen wie z.B. Chloride, Hydrogencarbonat oder Silikate zu verhindern, werden häufig zwei VE-Patronen bzw. Vollentsalzungspatronen 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 Vollentsalzungspatrone zur Ionenaustauscher Regeneration entnommen wird und die zweite Vollentsalzungspatrone an die führende Stelle gesetzt wird und eine optionale 3. Vollentsalzungspatrone die weitere Nachreinigung übernimmt.

Das eingesetzte Mischbettharz in der Vollentsalzungspatrone kann in Sonderanwendungen durch ein sog. UPW Ultra Pure Water Ionenaustauscherharz zur Reinstwasser Herstellung 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. 18,18 MΩ·cm aufreinigen (bezogen auf den Salzgehalt). Im Rahmen der Ionenaustauscher 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. Vorteil dieser gesonderten Behandlung für Vollentsalzungspatronen in der Anwendung Mischbett-Polisher Ionenaustauscher bei der Reinstwasser Herstellung ist die kontrollierte Qualitätssicherung im Rahmen der zunehmenden Alterung der Ionenaustauscher.

Ein ebenfalls häufiger Anwendungsfall ist die Befüllung von Heizungen mit VE-Wasser nach VDI 2035 bei salzarmer Fahrweise (gem. Heizungsanlagenhersteller). Dabei werden typischerweise VE-Patronen in Stahlbehältern an den Stadtwasseranschluss angeschlossen und befüllen den Heizungskreislauf mit VE-Wasser 0,11 °dH, <100 µS/cm bei pH 8,2-8,5 (Aluminium- und ggf. auch Kupferrohre) bzw. bis pH 10 bei Edelstahlverrohrung. Die Erschöpfung der VE-Patrone wird auf dem angeschlossenen Leitfähigkeitsmessgerät angezeigt. In der Regel handelt es sich dabei um eine Leihe der Patrone inkl. Regeneration.

Zur Herstellung von Reinstwasser werden häufig nach einer entsprechenden Vorbehandlung durch eine Umkehrosmoseanlage Industrie, ggf. mit Elektrodeionisation, oder eine VE-Anlage, im Nachgang zur weiteren Feinreinigung sog. Mischbett-Polisher Filter, also eine Vollentsalzungspatrone, eingesetzt. Dabei handelt es sich um Vollentsalzungspatronen, häufig mit einem qualitativ höheren Mischbettharz, die die letzte Feinreinigungsstufe in der Reinstwasser Produktion darstellen. Regelmäßig werden diese Ionenaustauscher dann extern als Eigentumsregeneration, also ohne die Vermischung mit anderen Kunden und Anwendungen, Ionenaustauscher regeneriert. Dies hat zudem den Vorteil, dass sich damit die Alterung des Harzbetts kontrollieren lässt.

Aufgrund der nur geringen Belastung der Mischbett Ionenaustauscher lassen sich im Rahmen der externen Regeneration von UPW-Mischbett-Polisher Ionenaustauschern auch Volumenströme mit mehr als 100 m³/h feinreinigen.

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. Im Wesentlichen ist die Vermeidung von Flecken bzw. Ablagerungen bei der späteren Verwendung das Ziel.

Typischerweise werden jedoch die folgenden Leitwerte am Abgang der VE-Patrone bzw. Vollentsalzungspatrone gefordert: Halbleiter 0,08 µS/cm, allgemeine Laborzwecke 0,1 µS/cm, Staplerwasser bzw. Batteriewasser beim Einfüllen: 30 µS/cm.

Produkte

VE-Patrone 50L, 30L, 20L Edelstahl
VE-Patronen verschiendene Größen
Vollentsalzungspatrone 30L

Eine VE-Patrone bzw. Vollentsalzungspatrone wird in der zentralen Aufbereitungsanlage mit einer 3 Säulen Technik im Rahmen der externen Dienstleistung Ionenaustauscher regenerieren wiederaufbereitet. Dazu wird in der Regel eine (open) Pool-Regeneration durchgeführt (optional: Eigentumsregeneration oder closed-pool Regeneration, z.B. für hochwertige Polisher Mischbettharze aus der Herstellung Reinstwasser), in dem mehrere VE-Patronen/Vollentsalzungspatronen zunächst zu einer Charge zusammengefasst werden. Es erfolgt eine Vorbehandlung, anschließend eine Trennung in die beiden Harzbestandteile stark saurer Kationenaustauscher und stark basischer Anionenaustauscher in verschiendenen Behandlungssäulen auch um eine Crosskontamination um Rahmen der Regeneration zu vermeiden. Der Kationenaustauscher wird getrennt mit Salzsäure regeneriert, der Anionenaustauscher mit Natronlauge, da die unterschiedlichen Regeneriermittel zwingend eine separate Regeneration erfordern. Nach dem anschließenden Spülen werden die beiden Anteile wieder vermischt um eine homogenisierte Harzmischung zu erzielen und in die Patronen zurück gefüllt. Einweg UPW (Ultra Pure Water) Ionenaustauscher, sog. Mischbett-Polisher, aus der Herstellung Reinstwasser können ebenfalls in Sonderverfahren regeneriert werden.

Durch den Einsatz einer VE-Patrone / Vollentsalzungspatrone entsteht an der Verwendungsstelle kein Abwasser.

  • VE-Patronenkörper in GfK mit PE-Inliner, Vinylester, PP oder Edelstahl
  • Anschlüsse in PP oder PVC mit d25, d32 oder auf Kundenwunsch (z.B. Gardena)
  • Mischbett Ionenaustauscher von Lanxess Lewatit NM 60 oder Purolite MB 400
  • Ultra Pure Water Harze z.B. Ambertec UP6040 oder Lewatit UP 1292 MD optional zur Reinstwasser Herstellung als Mischbett-Polisher Ionenaustauscher z.B. nach einer Elektrodeionisation
  • Andere Mischungsverhältnisse von Kationenaustauscherharzen und Anionenaustauscherharzen optional
  • Temperaturbestätigkeit bis 70°C optional
  • Einbindung in bestehende Kundensysteme möglich
  • Unterdruckbeständige Patronen optional
  • Modulare, wartungsfreundliche Bauweise nach Kundenanforderung mit diversen optionalen Erweiterungsmöglichkeiten, z.B. um Vorlagetanks, Auffangwannen, einfache Beschickungs- bis redundante FU-Duplex-Druckerhöhungsstationen, Vorfiltration, Druckdifferenzanzeige, tatsächliche Produktionsdatenerfassung, gesonderte Kieselsäureabreinigung.
  • VE-Patronen regenerieren  per Speditionsversand oder per Tourenanfahrt als Tausch vor Ort oder optional als Eigentumsregeneration

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