Umkehrosmoseanlagen Serie BRO - Bwt

Umkehrosmoseanlagen
Serie BRO
Verfahren
Osmose und auch Umkehrosmose sind
Basiserfindungen der Natur, als
natürliche Vorgänge. Nach dem Prinzip
der Osmose arbeiten Niere, Plankton,
Pilze etc. Pflanzen, die in salzhaltigem
Milieu leben (wie etwa Mangroven)
können dort nur gedeihen, weil sie in der
Lage sind, angesaugtes Meerwasser zu
entsalzen. Ebenso verfügen viel Meeresvögel
über Salzdrüsen zur Entsalzung
des aufgenommenen Meerwassers.
Technisch betrachtet ist Osmose die
Diffusion von Flüssigkeiten durch halbdurchlässige
(semipermeable Membranen,
welche Lösungen unterschiedlicher
Konzentration voneinander voneinander
trennen. Diese Membranen sind
nur für das Lösungsmittel (meist Wasser),
jedoch nicht für die im Lösungsmittel
enthaltenen Stoffe (Salze, organische
Substanzen, Kolloide, Keime, Pyrogene
etc,) durchlässig.
Befindet sich nun auf der einen Seite der
sempipereablen Membran (in der Natur
ist dies die Zellwand) salzhaltige, also
konzentrierte wäßrige Lösung, auf der
anderen Seite jedoch nahezu, salzfreies
Reinwasser, so hat dies eine bemerkenswerte
Folge die Natur versucht
einen Konzentrationsausgleich herzustellen.
Ähnlich wie sich zwei
unterschiedliche Ladungen ausgleichen
wollen (wäre es nicht so, gäbe es keine
Batterien) streben Reinwasser und
Salzlösung nach Abbau der Spannung
bzw. nach Konzentrationsausgleich.
Zellwände bzw. in der Anwendung die
semipermeablen Membranen haben die
bemerkenswerte Fähigkeit nur Reinwasser,
nicht jedoch die darin gelösten
Salze, Kolloide, Keime, etc. durchzulassen.
Diese Diffusion findet ohne
Einwirkung von außen so lange statt bis
ein Konzentrationsausgleich auf beiden
Seiten der Membran bzw. Zellwand
stattgefunden hat bzw. bis das sogenannte
„osmotische Gleichgewicht“
hergestellt ist. Die Diffusion kommt zum
Stillstand, wenn sich nach entsprechender
Veränderung des Volumens
beider Lösungen eine bestimmte, für
jedes System spezifische Druckdifferenz
zwischen beiden Seiten der Membran
eingestellt hat („osmotischer Druck“).
Dieser natürliche Vorgang der Osmose ist
umkehrbar und wird technisch zur
Entsalzung von mehr oder weniger
salzhaltigen (vor allem wäßrigen)
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Entsalzung
Lösungen genützt. Dazu wird auf der
Seite der Membran, auf welcher sich die
konzentrierte Salzlösung befindet, Druck
angelegt. Sobald dieser den spezifischen
osmotischen Druck des Systems erreicht
hat (=osmotisches Gleichgewicht) bzw.
diesen übersteigt, strömt reines Wasser
in umgekehrte Richtung aus der
konzentrierten Salzlösung durch die
Membran (=Reinwasser oder Permeat).
Die gelösten Salze, organischen Inhaltsstoffe,
Kolloide, Keime etc. bleiben in
Form einer hochkonzentrierten Lösung
(=Konzentrat) zurück und werden abgeführt.
Jedes wäßrige System hat einen
bestimmten, spezifischen osmotischen
Druck, der von der Menge der gelösten
Salze abhängt. Meerwasser hat z.B.
durch seine hohe Salzkonzentration
einen wesentlich höheren osmotischen
Druck, als Brunnenwasser in unseren
Breiten.
Daher ist zur Meerwasserentsalzung
mittels Umkehrosmose ein wesentlich
höherer Druck zur Überwindung des
osmotischen Druckes erforderlich (bis 83
bar), als zur Entsalzung von Brackwasser
(bis 41 bar) oder von heimischen
Brunnenwasser (bis 21 bar) und daher
unterscheidet man auch Seewasser-,
Brackwasser- und Trinkwassermodule.

Umkehrosmoseanlagen
Serie BRO
Einsatz
Mittels Umkehrosmose (engl. RO =
Reverse Osmosis) können Salze,
organische Stoffe, Kolloide, Keime,
Pyrogene etc. aus wässrigen Lösungen
abgetrennt werden. Technisch wird das
RO-Verfahren genützt:
- zur Herstellung (=Entsalzung) von
Trinkwasser aus Brack- oder Meerwasser
- zur Nitrat-, Sulfat-, Chlorid- und
Pestizidreduzierung bei der Trinkwasseraufbereitung
- zur Herstellung von Reinstwasser
für medizinische Zwecke (Hämodialyse)
- zur Herstellung von Infusionslösungen
in der Pharmazeutik
- in der Mikroelektronik (Halbleiterproduktion)
- in der Lebensmittelindustrie
(Lactoserückgewinnung aus
Molkereiabfällen, Herstellung von
Instant-Kaffee, Herstellung und Entfärbung
von konzentrierten Zuckerlösungen)
- in der Getränkeherstellung (Herstellung
von Brauwasser bzw. Füllwasser
für alkoholfreie Getränke,
Herstellung von alkoholischem Bier,
Konzentrierung von Fruchtsäften
ohne Aromaverlust)
- zur Herstellung von Reinstwasser
für Analytik und Forschung (HPLC,
Ionenchromatographie, TOC-Bestimmung
etc.)
- In der Klimatechnik zur Luftbefeuchtung
- Zur Herstellung von Speisewasser
für Sterilisatoren und Dampferzeuger
- Zur Teilentsalzung von Zusatzwasser
für Kühlkreisläufe
- Zur Teilentsalzung von Gießwasser
für den Gartenbau
Zunehmend gewinnt das RO-Verfahren
(und verwandte Membranverfahren, wie
Ultrafiltration und Nanofiltration) aber
auch zur Rückgewinnung von Stoffen
bzw. Werkstoffen (z.B. Farben, Edelmetallen,
toxischen organischen oder
anorganischen Substanzen etc.) aus
Abwasser – und damit aus Gründen des
Umweltschutzes bzw. von Kosteneinsparungen
– an Bedeutung, z.B.:
- zur Schwermetallabscheidung bzw.
–rückgewinnung aus Waschwässern
der Galvanik
- zur Reinigung von Zellstoffabwässern
- zur Reinigung von Färbereiwässern
- zur Rückgewinnung von Silber in der
photochemischen Industrie
- zur Aufbereitung von Deponiesickerwasser
- zur Entfernung von chlorierten
Kohlenwasserstoffen aus Abwasser
Vorteile
• Alle Inhaltsstoffe eines Rohwassers,
egal ob anorganischen oder organischen
Ursprungs, ob Kolloide, Keime
oder Pyrogene werden gleichzeitig
reduziert
• AOX, TOC, DOC, Nitrat und Kieselsäure
werden deutlich reduziert.
• Das entsalzte Reinwasser ist zudem
Praktisch frei von Bakterien, Viren,
Kolloiden, mikroskopischen Verunreinigungen,
Pestiziden, chlorierten
Kohlenwasserstoffen etc.
• Der Chemikalienaufwand ist –verglichen
mit anderen Verfahren – gering
und beschränkt sich auf den
Zusatz von Härtestabilisatoren in der
Vorbehandlungsstufe. Es gibt keine
Regenerationen.
• Eine Abwasserbehandlung (Neutralisation
mit Chemikalien) ist nicht
erforderlich, dadurch kommt es zu
keiner zusätzlichen Abwasseraufsalzung
bzw. –belastung.
• Das Umkehrosmoseverfahren ist
somit umweltfreundlich.
• Die Anschaffungskosten sind nicht
höher als bei anderen Entsalzungsverfahren.
• Die Energie- und Betriebskosten sind
gering, bei der Meerwasserentsalzung
ist Energierückgewinnung
möglich.
• Der Automatisierungs- und Überwachungsaufwand
ist gering, zudem
sind RO-Anlagen kontrollfreundlich.
• Umkehrosmoseanlagen arbeiten am
wirtschaftlichsten kontinuierlich. Abgesehen
von gelegentlichen Wartungsarbeiten
gibt es keine regelmäßigen
Betriebsunterbrechungen
z.B. für Regenerationen.
• Umkehrosmoseanlagen sind ständig
betriebsbereit.
• Umkehrosmoseanlagen erfordern
keine aufwendigen, säure- und
laugenbeständigen Fundamente.
• Der Montageaufwand vor Ort ist
gering, da RO-Anlagen weitgehend
vormontiert geliefert werden.
• Umkehrosmoseanlagen erfordern
durch die kompakte Bauweise nur
wenig Platz und geringe Bauhöhe
• Eine Leistungserweiterung ist durch
Zuschaltung weiterer RO-Züge unproblematisch,
kostengünstig und
kurzfristig möglich.
Vorbehandlung des Rohwassers
Umkehrosmoseanlagen dienen der Entsalzung,
nicht der mechanischen Filtration.
Mechanisch filtrierbare Stoffe,
Partikel, Ausfällungen etc. führen zu einer
Verblockung der Membranen und beeinträchtigen
damit den Wirkungsgrad
und die Lebensdauer der Membranen.
Deshalb ist eine individuelle Vorbe-
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Entsalzung
handlung des Rohwassers in der Regel
bei allen z.Z. auf dem Markt befindlichen
Membranen erforderlich um eine betriebssichere
und wirtschaftliche Arbeitsweise
zu erzielen. Die erforderliche
Vorbehandlung richtet sich nach der Rohwasserzusammensetzung,
Membrantype
und der angestrebten Permeat- bzw.
Konzentratqualität.
Zweck der Vorbehandlung
- Einstellung des pH-Wertes zur Verhinderung
von Ausfällungen (wobei
die Beständigkeit des Membranwerkstoffes
zu berücksichtigen ist)
durch Säuredosierung.
- Vermeidung von Härteausfällungen
durch Enthärtung oder Antiscalantdosierung.
- Vermeidung von Membranverblockung
durch suspendierte
Partikel mittels entsprechender Feinfiltration.
- Korrektur der Wassertemperatur
durch Kühlung bzw. Wärmetauscher.
- Verhinderung der Ausfällung von
Metallhydroxiden bzw. Metalloxidhydraten
durch pH-Wert-Regulierung
mittels Säuredosierung oder
Antiscalantdosierung.
- Vermeidung von Ausfällungen
bedingt durch das Überschreiten
von Sättigungskonzentrationen
einzelner Verbindungen (zu beachten
sind Calcium-, Magnesium-,
Fluorid-, Bor-, Barium- und
Strontiumgehalt in Zusammenhang
mit dem Sulfatgehalt, weiters der
Kieselsäuregehalt,) durch Enthärtung,
Säuredosierung, Zusatz
von Antiscalent-Mitteln, Änderung
von Ausbeute und Modulkonfiguration.
- Vermeidung von Membranverblockungen
durch organische Substanzen,
Kolloide, Mikroorganismen
durch Desinfektion, Ausfällung,
Flockung, Feinstfiltration.
- Vermeidung von Membranschädigungen
durch Oxidationsmittel, wie
z.B. Chlor durch Aktivkohlefiltration
oder Dosierung von Natriummetabisulfit.
Nachbehandlung
Je nach Verwendungszweck des Reinwassers
kann eine Nachbehandlung erforderlich
sein.
Zweck der Nachbehandlung
- Weitergehende bzw. restlose
Entsalzung durch Nachschaltung
einer weiteren RO-Anlage, einer
Mischbettvollentsalzung oder einer
Destillationsanlage.
- Entfernung gelöster Gase, wie
Sauerstoff und Kohlendioxid durch
Entgasungmaßnahmen,
Sulfitdosierung, Zusatz von Kalkmilch
oder Soda.

Umkehrosmoseanlagen
Serie BRO
- Anhebung des Salzgehaltes durch
Verschneidung mit unbehandeltem
Rohwasser, Zusatz von Calciumchlorid,
Calciumsulfat, Kalkmilch
- Anhebung des durch den Kohlensäuregehalt
tiefen pH-Wertes durch
Entgasung bzw. Kalkmilch oder
Sodadosierung
- Vermeidung einer Verkeimung des
Permeates durch Sterilfiltration, UV-
Behandlung, Ozon-Oxidation, Chlor-
Dosierung etc. Ausstattung
Ausstattung
- Feinfilter:
Um Membranschäden bzw. Verblockung
zu vermeiden, ist ein
Kerzenfilter mit einer Filterschärfe
von 5 µ vorgeschaltet
- Trockenlaufschutz:
Bei Unterschreitung des Mindest-Zu-
laufdruckes schaltet das Gerät ab
- Nachspülautomatik:
Nach jeder Anlagenabschaltung
erfolgt eine automatische Spülung
und Konzentratverdrängung (einstellbar)
- Automatischer Periondenlauf:
Dabei wird die Anlage zum Schutz
der Stillstandsverkeimung zu voreingestellten,
wählbaren Zeitpunkten
für eine bestimmte, ebenfalls einstellbare
Periode automatisch in
Betrieb gesetzt
- Manometer:
Zur Überwachung der Leistung der
Hochdruckpumpen und des
Membrandifferenzdruckes zur Vorbeugung
von Membranverblockung
- Durchflußmengenmesser:
Zur Überwachung von Permeat-und
Konzentratmenge und der Konzentratrückführung
- Überwachung des Permeatgegendruckes:
Bei einem Permeatgegendruck von
mehr als 2,5 bar wird Permeat
automatisch über ein 3-Wege-Ventil
in den Kanal abgeleitet
- Leitfähigkeitsanzeige:
Mittels eines digital anzeigenden
Leitfähigkeitsmeßgerätes mit 2 einstellbaren
Grenzwerten. Bei Unter
bzw. Überschreitung der voreingestellten
Grenzwerte wird entweder
ein Alarm ausgelöst, und/oder die
Anlage automatisch abgeschaltet.
- Niveauschaltung:
Neben der manuellen Aus-und
Einschaltmöglichkeit kann die Anlage
vom Schaltschrank aus und
automatisch über Niveaugeber oder
Druckschalter ein- oder ausgeschaltet
werden.
- Verriegelung:
Zur automatischen Abschaltung z.B.
während der Regeneration einer
vorgeschalteten Enthärtungsanlage
- Sonderanschlußmöglichkeiten:
Für Konzentratmengen-, Hochdruck-
und/oder Temperaturgeber
- Potentialfreier Alarmkontakt
- Betriebsstundenzähler, Wartungsschaltung
- Wickelmembranen:
Die RO-Geräte sind serienmäßig mit
leistungsfähigen Wickelmembranen
aus Polyamid/Polysulfon ausgestattet
- Membrandruckrohre:
Normalausführung: aus GFK
Sonderausführung: aus Edelstahl
BWT ist durch seine betriebliche Struktur
nicht an einen Membranhersteller gebunden,
somit können alle Membrantypen
nach Kundenwunsch geliefert
werden.
Planung
Da Umkehrosmoseanlagen praktisch
rund um die Uhr in Betrieb sein könnten,
ist aus wirtschaftlichen und anlagentechnischen
Gründen auch ein kontinuierlicher,
unterbrechungsfreier Dauerbetrieb
anzustreben. Jede Betriebsunterbrechung
macht Spülungen erforderlich, jeder
längerfristige Stillstand kann die Verkeimungsgefahr
erhöhen.
Die Permeatleistung ist u.a. auch von der
Wassertemperatur abhängig. Bedingt
durch die Löslichkeit der vorhandenen
Stoffe ist die Durchsatzmenge von
wärmerem Wasser besser. Je °C
Temperaturerhöhung erhöht sich die
Permeatleistung um ca. 2%. Da Wassertemperaturen
in unseren Bereiten
üblicherweise zwischen 10 und 15°C
liegen, gelten die Leistungsangaben in
unseren Datenblättern einheitlich für
15°C.
Bei stark schwankenden Reinwasserverbrauch
ist es empfehlenswert,
Permeat in einem eigenen Permeattank
zu speichern. Die Speicherkapazität
(bzw. die Leistung der RO-Anlage) ist so
zu wählen, dass die außerhalb der
normalen Verbrauchsperiode (Arbeitszeit)
produzierte Permeatmenge gespeichert
wird und während der Verbrauchsperiode
jederzeit genügend Reinwasser
zur Verfügung steht um auch
Verbrauchsspitzen abzudecken.
Wichtige Voraussetzung für störungsfreien
Betrieb und für unverminderte
Leistung der Umkehrosmoseanlage ist
die sorgfältige Vorbehandlung des Rohwassers.
Technologie
Voraussetzung für eine verantwortungsvolle
Projektierung ist eine Vollanalyse –
einschließlich Kolloidindex und TOC –
des Rohwassers.
Die Umkehrosmose ist keine restlose,
100%-ige Entsalzung, d.h. ein geringer
Teil der im Rohwasser enthaltenen Salze
gelangt durch die Membran in das
Permeat, so dass dieses nicht restlos
salzfrei ist.
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Entsalzung
Der „Salzschlupf“ hängt von der Menge
und der Art der im Rohwasser enthaltenen
Salze ab.
Mehrwertige Ionen (z.B. Calcium,
Magnesium, Sulfat etc.) werden besser
von der Membran zurückgehalten, als
einwertige Ionen (Natrium, Kalium, Nitrat,
Chlorid).
Wird die Ausbeute bzw. die Speisewassersalzkonzentration
erhöht, so sinkt
die Permeatleistung während der Salzschlupf
gleichzeitig höher wird: Permeatmenge
und Permeatqualität werden also
schlechter.
Wird der Speisewasserdruck erhöht, so
steigt die Permeatleistung, während der
Salzschlupf geringer wird: Permeatmenge
und Permeatqualität werden also besser.
Wir die Speisewassertemperatur erhöht,
so steigt die Permeatleistung, der Salzschlupf
wird aber ebenfalls höher, die
Permeatmenge steigt bei gleichzeitig abnehmender
Permeatqualität.
Bei der Entsalzung von Brunnenwasser
mit Trinkwasserqualität ist der Salzschlupf
so gering, daß die produzierte
Permeatqualität bzw. Permeateinheit für
viele technische Zwecke ausreichend ist.
Wird salzfreies Reinwasser verlangt, so
ist eine Nachbehandlung erforderlich.
Umkehrosmoseanlagen werden in der
Regel mit Ausbeuten von 50-75%
betrieben. Eine Ausbeute von 75% besagt,
dass von der eingespeisten
Rohwassermenge 75% als Reinwasser
gewonnen werden bzw. dass das
Konzentrat den vielfachen Salzgehalt des
Rohwassers aufweist.
Bei größeren Mehrwasserentsalzungsanlagen,
die mit einem Hochdruck von bis
zu 69 bar betreiben werden, ist eine
Energierückgewinnung über Turbinen
möglich.
Hinweise
Das nahezu salzfreie Permeat einer
Umkehrosmoseanlage enthält noch den
gesamten Sauerstoff und die gesamte
Kohlensäure des Rohwassers, da
gasförmige Anteile von der Membran
nicht zurückgehalten werden. Permeat
hat daher einen schwach sauren pH-
Wert. Dies ist bei der Wahl der
Installationsmaterialien von angeschlossenen
Leitungen bzw. anlagen zu
berücksichtigen, um Korrosionsschäden
zu vermeiden. Gegebenenfalls sind
geeignete Maßnahmen zur Nachbehandlung
und pH-Wert Anhebung zu
setzen. Zudem können ungeeignete
Werkstoffe die Permeatqualität beeinträchtigen.

Umkehrosmoseanlagen
Serie BRO
Verfahrensschema Umkehrosmoseanlage
1 2
Rohwasser
3
PI
7
15 4 5 7
TI PS PI
1 Rohwasser
2 Absperrventil
3 Kerzenfilter, Filterschärfe 5µ
4 Elektromagnetventil
5 Druckwächter(Trockenlaufschutz)
6 Edelstahlhochdruckpumpe
7 Manometer
8 Manometer
9 RO-Module
10 Konzentratableitung
11 Konzentrat-Anstauventil
12 Konzentrat-Rückführventil
13 Rückschlagklappe
9
9
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6
M
10
23
10
8
PI
23 16
13 2
21
FI
9
14
FI
11 22
10
23
12
13
16
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Entsalzung
FI
µS
PI
16
Konzentrat
18
10
Permeat
14 Durchflußmengenmesser (Konzentrat)
15 Temperaturanzeige (Rohwasser)
16 Permeatableitung
17 Leitfähigkeitsmessung
18 Permeat-Überströmventil
19 Durchflußmengenmesser (Permeat)
20 Manometer (Permeatgegendruck)
21 Durchflußmengenmesser (Konzentratrückführung)
22 Elektromagnetventil (automatische Spülung)
23 Dreiwegekugelhahn (Permeat)
16

Umkehrosmoseanlagen
Serie BRO
Rückhaltevermögen von Wickelmembranen
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Entsalzung
Kationen % Anionen: % Sonstiges (Salze, %
organische Stoffe)
Natrium 90-95 Bicarbonat 96-98 Silikat 85-92
Kalium 90-95 Chlorid 90-95 Natriumchlorid 98
Calcium 96-98 Sulfat 96-98 Natriumbicarbonat 98
Magnesium 96-98 Nitrat 85-92 Natriumnitrat 93
Eisen 96-98 Nitrit 85-92 Magnesiumchlorid 98
Mangan 96-98 Fluorid 94-96 Calciumchlorid 99
Ammonium 88-95 Bromid 94-96 Magnesiumsulfat 99
Barium 96-98 Sulfit 96-98 Formaldehyd 35
Strontium 96-98 Phosphat 98-99 Methanol 25
Aluminium 98-99 Ethanol 70
Kupfer 96-98 Isoprophylalkohol 90
Harnstoff 70
Milchsäure 94-99
Glucose 98
Gasförmige Bestandteile, wie Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Sauerstoff etc. Saccarose 99
Passieren die Membran zu 100% (werden also überhaupt nicht zurückgehalten). Pestizide
Aufbau einer Wickelmembran