Prozesswasser bezeichnet industriell genutztes Wasser, das in verschiedenen Prozessen wie Produktion, Kühlung, Reinigung oder Transport eingesetzt wird. Im Unterschied zu Trink- oder Abwasser wird Prozesswasser speziell an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst. Seine Qualität beeinflusst direkt die Effizienz und Wirtschaftlichkeit industrieller Prozesse sowie die Lebensdauer von Anlagen.
Inhaltsverzeichnis
Definition und Eigenschaften
Was ist Prozesswasser?
Prozesswasser ist Wasser, das gezielt für industrielle oder technische Anwendungen aufbereitet und genutzt wird. Es wird aus verschiedenen Quellen wie Trinkwasser, Flusswasser, Grundwasser oder aufbereitetem Abwasser gewonnen. Abhängig von der Anwendung kann Prozesswasser unterschiedliche physikalische, chemische und biologische Eigenschaften haben.
Typische Anforderungen
Die spezifischen Anforderungen an Prozesswasser variieren je nach Branche und Anwendung:
- Klarheit und Reinheit:
- Keine Schwebstoffe, Partikel oder organischen Verunreinigungen.
- Härtegrad:
- Angepasster Calcium- und Magnesiumgehalt zur Vermeidung von Scaling (Kalkablagerungen).
- Ionengehalt:
- Minimierung gelöster Salze, insbesondere für sensible Anwendungen wie Dampferzeuger.
- Biologische Stabilität:
- Keine mikrobiologischen Kontaminationen, die zu Biofouling führen könnten.
Einsatzbereiche von Prozesswasser
Prozesswasser ist ein unverzichtbarer Bestandteil zahlreicher industrieller Anwendungen. Es wird speziell auf die Anforderungen des jeweiligen Prozesses hin aufbereitet, um Ablagerungen, Korrosion, Verunreinigungen und Prozessstörungen zu verhindern. Die folgenden Einsatzbereiche verdeutlichen die Vielfalt der Anwendungen und die unterschiedlichen Anforderungen an die Wasserqualität.
1. Kühlwasser
Verwendung
Kühlwasser wird zur Wärmeabfuhr in industriellen Prozessen eingesetzt und spielt eine zentrale Rolle in Kühltürmen, Wärmetauschern und geschlossenen Kreisläufen. Es sorgt dafür, dass Maschinen und Anlagen nicht überhitzen und mit optimaler Effizienz arbeiten können.
Anforderungen
- Geringer Feststoff- und Salzgehalt:
- Feststoffe können sich absetzen und zu Scaling (Kalkablagerungen) führen, während gelöste Salze Korrosion begünstigen.
- Besonders problematisch sind Stoffe wie Calcium- und Magnesiumionen, die in hartem Wasser vorkommen.
2. Reinigungswasser
Verwendung
Reinigungswasser wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, die Automobilproduktion und die Elektronikfertigung. Es dient der Entfernung von Verunreinigungen an Produktionsanlagen, Produkten und Werkstücken, wobei die Qualität des Wassers maßgeblich die Effizienz und den Erfolg der Reinigung bestimmt.
Anforderungen
- Frei von organischen Rückständen:
- Organische Verbindungen könnten Oberflächen verschmutzen und die Reinigungseffektivität beeinträchtigen.
- Frei von Salzen und festen Partikeln:
- Gelöste Salze könnten zu Fleckenbildung führen, insbesondere bei empfindlichen Materialien wie Glas oder Elektronikkomponenten.
- Schwebstoffe können mechanische Reibung erhöhen und empfindliche Oberflächen beschädigen.
- Nutzung von VE-Wasser:
- In sensiblen Anwendungen, wie der Reinigung von Halbleiterkomponenten oder pharmazeutischen Anlagen, wird vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) benötigt.
- VE-Wasser verhindert Rückstände, die durch die Verdunstung mineralhaltigen Wassers entstehen könnten.
3. Produktionswasser
Verwendung
Produktionswasser wird direkt in chemischen Reaktionen, Fertigungsprozessen und bei der Herstellung von Halbfertigprodukten eingesetzt. Es dient als Medium zur Reaktion, Verdünnung, Wärmeübertragung oder als Bestandteil des Endprodukts.
Anforderungen
- Chemisch stabile Zusammensetzung:
- Schwankungen in der Wasserzusammensetzung können chemische Reaktionen stören und die Qualität des Endprodukts beeinträchtigen.
- Gelöste Stoffe wie Salze, Metalle oder organische Verbindungen müssen auf ein Minimum reduziert sein, um Nebenreaktionen zu verhindern.
- Speziell angepasste Wasseraufbereitung:
- In der Chemieindustrie: Entfernen von Verunreinigungen, die die Katalysatoraktivität hemmen könnten.
- In der Metallverarbeitung: Steuerung der Wasserhärte, um optimale Prozessbedingungen zu gewährleisten.
4. Dampferzeuger- und Kesselwasser
Verwendung
In Kraftwerken, Prozessindustrien und anderen Anwendungen, die Dampfproduktion erfordern, wird Prozesswasser als Kesselwasser genutzt. Dampf treibt Turbinen an, überträgt Wärme oder wird in chemischen Prozessen verwendet.
Anforderungen
- Extrem niedriger Salzgehalt:
- Gelöste Salze führen zu Scaling in Kesseln und Ablagerungen in Dampfturbinen, was den Wirkungsgrad verringert und die Lebensdauer der Anlagen reduziert.
- Chloride, Sulfate und Carbonate können zu Korrosion führen.
- Korrosionsschutz:
- Sauerstoff, Kohlendioxid und aggressive Ionen müssen entfernt werden, um Korrosion zu minimieren.
- Entgasung (thermisch oder chemisch) und der Einsatz von Sauerstoffbindern wie Natriumsulfit oder Hydrazin sind notwendig.
- Verwendung von VE-Wasser oder Reinstwasser:
- Kesselwasser muss häufig komplett entsalzt sein, insbesondere in Hochdruckdampfkesseln.
- Reinstwasser wird für die Dampferzeugung in Kernkraftwerken oder pharmazeutischen Produktionsanlagen eingesetzt.
Aufbereitungsverfahren in der Prozesswasseraufbereitung
1. CP-Anlagen bei Flusswasser und Wasserrecycling
CP-Anlagen (chemisch-physikalische Anlagen) sind Fällungs- und Flockungsanlagen, die speziell für die Entfernung von Verunreinigungen wie Schwermetallen, AOX, Kohlenwasserstoffen oder Schwebstoffen entwickelt wurden. Sie sind besonders flexibel und eignen sich hervorragend für die Behandlung von Flusswasser sowie für Wasserrecycling-Anwendungen.
- Einsatz bei Flusswasseraufbereitung:
- Entfernung von Metallen wie Eisen, Mangan oder Schwermetallen.
- Abscheidung organischer Stoffe und Feststoffe durch Fällung und Flockung.
- Verwendung chemischer Reagenzien zur pH-Anpassung und Fällung.
- Einsatz bei Wasserrecycling:
- Behandlung von hochbelastetem Prozesswasser in Batch- oder Kontinuierlichen-Prozessen.
- Kombination mit Flotationsanlagen oder Sedimentationsstufen zur Feststoffabtrennung.
- Anpassung an spezifische Abwassereigenschaften durch modulare Erweiterungen.
Vorteile:
- Hohe Flexibilität und Skalierbarkeit.
- Anpassung an variable Zulaufqualitäten.
- Geringe Betriebskosten bei konstanter Effizienz.
Foto: Unsere CP-Anlage ALMA CHEM MCW zur Fällung und Flockung Schwermetallen, AOX, Kohlenwasserstoffe und Cyaniden
2. Biofiltrationen für das Wasserrecycling
Biofiltration ist ein Verfahren, das die mikrobiologische Aktivität zur Entfernung organischer Reststoffe nutzt. Besonders bei Wasserrecycling-Anwendungen mit geringen Restbelastungen ist die Biofiltration eine effiziente und wirtschaftliche Lösung.
- Funktionsweise:
- Mikroorganismen auf Filtermaterialien (z. B. Sand, Aktivkohle) bauen organische Substanzen ab.
- Sauerstoffzufuhr optimiert den Abbauprozess.
- Einsatz bei Wasserrecycling:
- Entfernung organischer Rückstände aus Abwasserströmen, z. B. in der Lebensmittelindustrie (Molkereiabwässer, Brüdenkondensate).
- Verminderung von Biofouling in nachfolgenden Membrananlagen (z. B. Umkehrosmose).
Vorteile:
- Nachhaltiger Prozess durch biologische Reaktionen.
- Geringe Betriebskosten bei kontinuierlichem Betrieb.
- Verbesserung der Wasserqualität für nachfolgende Aufbereitungsstufen.
Foto: Unsere Biofiltration ALMA BioFil Compact zur Entfernung von organischen Restbelastung vor Umkehrosmoseanlagen
3. Umkehrosmose (RO)
Die Umkehrosmose ist ein druckgetriebenes Membranverfahren, das gelöste Salze, organische Verbindungen und andere gelöste Stoffe effektiv entfernt. Sie ist eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren in der Prozesswasseraufbereitung.
Einsatz bei Flusswasseraufbereitung:
- Entfernung von Salzen, Schwermetallen und Schwebstoffen.
- Häufig ist eine Vorbehandlung durch CP-Anlagen, Filtration oder Biofiltration wirtschaftlich sinnvoll.
Einsatz bei Wasserrecycling:
- Rückgewinnung und Aufbereitung von Abwasserströmen zur Wiederverwendung.
- Entfernung von organischen Reststoffen, Salzen und Spurenstoffen.
Einsatz bei VE-Wasser:
- Herstellung von nahezu salzfreiem Wasser.
- Kombination mit Ionenaustauscheranlagen zur Erzielung höherer Reinheit.
Einsatz bei Reinstwasser:
- Mehrstufige Umkehrosmose-Anlagen zur Reduzierung von Salzen, organischen Stoffen und Partikeln auf ein Minimum.
Vorteile:
- Sehr hoher Rückhalt gelöster Stoffe (bis zu 99 %).
- Geeignet für verschiedene Wasserqualitäten.
- Modulares Design für spezifische Anforderungen.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage ALMA OSMO zur Herstellung von VE-Wasser und für Wasserrecyclinganwendungen
4. Ionenaustausch
Der Ionenaustausch ist ein Verfahren zur Entfernung von Ionen aus Wasser durch den Austausch von Kationen und Anionen mit Hilfe von Harzen. Es ist besonders effizient in der Produktion von VE-Wasser und Reinstwasser.
Funktionsweise:
- Kationenaustausch: Austausch von positiven Ionen (z. B. Calcium, Magnesium) gegen Wasserstoffionen (H⁺).
- Anionenaustausch: Austausch von negativen Ionen (z. B. Chlorid, Sulfat) gegen Hydroxidionen (OH⁻).
- Selektive Ionenaustauscher: Entfernen gezielt bestimmte Ionen wie Schwermetalle.
Einsatz bei Flusswasseraufbereitung:
- Entfernung von Härtebildnern und Schwermetallen.
- Nachbereitung nach der Umkehrosmoseanlage zur Erreichung höherer Wasserqualitäten.
Einsatz bei Wasserrecycling:
- Entfernung von störenden Ionen aus aufbereitetem Abwasser.
- Unterstützung bei der Kreislaufführung in sensiblen Prozessen.
Einsatz bei VE-Wasser:
- Herstellung von vollentsalztem Wasser durch Kombination von Kationen- und Anionenaustauschern.
- Einsatz in thermischen Prozessen wie Dampferzeugern.
Einsatz bei Reinstwasser:
- Hochreine Harze zur Entfernung von Spurenstoffen.
- Kombinierte Verfahren mit Umkehrosmose für ultrapure Anwendungen.
Vorteile:
- Sehr hohe Reinheit des Wassers.
- Effektive Entfernung spezifischer Ionen.
- Lange Lebensdauer der Harze bei richtiger Regeneration.
Foto: Unsere Ionenaustauscheranlage ALMA ION mit vorgeschalteten Aktivkohlefilter ALMA FIL AK
Anforderungen an Prozesswasser in verschiedenen Branchen
Die Anforderungen an Prozesswasser sind stark von den spezifischen Gegebenheiten der jeweiligen Branche abhängig. Jede Industrie hat eigene Standards und Zielsetzungen, die sich auf die Wasserqualität, -reinheit und -verfügbarkeit beziehen. Die folgenden Beispiele verdeutlichen die zentralen Anforderungen und Herausforderungen in verschiedenen Industriezweigen.
1. Chemische Industrie
Anforderungen:
- Hohe chemische Reinheit:
- Verunreinigungen wie gelöste Salze, Metalle oder organische Stoffe können chemische Reaktionen stören und die Produktqualität beeinträchtigen.
- Exakte Zusammensetzung:
- Prozesswasser muss eine konstante Qualität aufweisen, da Schwankungen die Effektivität von Katalysatoren oder die Stabilität von Endprodukten beeinflussen können.
- Korrosionsschutz:
- Wasser für Reaktoren und Wärmetauscher muss chemisch stabilisiert sein, um Korrosion zu verhindern.
Typische Anwendungen:
- Herstellung von Basischemikalien, Polymere, Lösungsmittel.
- Verwendung von vollentsalztem Wasser (VE-Wasser) in Reaktoren.
- Kühlwasser für Wärmetauscher und Reaktionskontrolle.
2. Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Anforderungen:
- Hygiene und mikrobiologische Sicherheit:
- Prozesswasser muss frei von Mikroorganismen, Biofilmen und organischen Rückständen sein, um eine Kontamination der Produkte zu vermeiden.
- Geschmacksneutralität:
- Wasser darf keine fremden Aromen oder gelöste Stoffe enthalten, die den Geschmack des Endprodukts beeinflussen.
- Regulatorische Vorgaben:
- Einhaltung strenger Standards wie der Verordnung (EG) Nr. 852/2004 für Lebensmittelhygiene.
Typische Anwendungen:
- Reinigung von Anlagen, Flaschen und Behältern mit entmineralisiertem Wasser.
- Herstellung von Getränken wie Softdrinks, Bier und Wasser.
- Dampfproduktion für Pasteurisation oder Sterilisation.
3. Pharmazeutische Industrie
Anforderungen:
- Höchste Reinheit:
- Prozesswasser für die Arzneimittelproduktion muss nahezu frei von Ionen, Partikeln und Mikroorganismen sein. Wasserqualitäten wie Reinstwasser (z. B. USP-Purified Water, WFI – Water for Injection) sind hier Standard.
- Sterilität:
- Besondere Anforderungen an die Sterilität und mikrobiologische Sicherheit für Prozesse wie Injektionsherstellung oder Sterilisation.
- Konstante Wasserqualität:
- Schwankungen in der Wasserqualität können die chemische Stabilität von Wirkstoffen beeinträchtigen.
Typische Anwendungen:
- Reinstwasser für die Produktion von Arzneimitteln und Impfstoffen.
- Dampf für Sterilisation und Reinigung.
- Wasser für Reinigung und Spülung von Behältern und Instrumenten.
4. Energie- und Kraftwerksindustrie
Anforderungen:
- Entsalztes Wasser:
- Wasser für Dampfkessel und Turbinen muss extrem niedrige Leitfähigkeit und Salzgehalte aufweisen, um Korrosion und Scaling zu vermeiden.
- Entgasung:
- Sauerstoff und Kohlendioxid müssen entfernt werden, um Korrosion in Hochdruckanlagen zu verhindern.
- Hohe thermische Stabilität:
- Wasser muss bei hohen Temperaturen chemisch stabil bleiben.
Typische Anwendungen:
- VE-Wasser für Dampfkessel und Turbinen.
- Kühlwasser für Wärmekraftwerke.
- Wasser für Kondensatrückführung und Speisewasseraufbereitung.
5. Automobilindustrie
Anforderungen:
- Härtefreies Wasser:
- Prozesswasser für Lackierstraßen und Waschprozesse muss frei von Härtebildnern sein, um Schlierenbildung zu verhindern.
- Korrosionsschutz:
- Kühlwasser in Fertigungsanlagen und Testeinrichtungen muss gegen Korrosion stabilisiert sein.
- Nachhaltigkeit:
- Wasserrecycling ist zunehmend wichtig, um Umweltauflagen und Nachhaltigkeitsziele zu erfüllen.
Typische Anwendungen:
- VE-Wasser für Lackieranlagen und Oberflächenbehandlung.
- Kühlwasser für Maschinen und Prüfstände.
- Wasserrecycling aus Prozessabwässern.
6. Halbleiter- und Elektronikindustrie
Anforderungen:
- Ultrareines Wasser (UPW):
- Wasser muss extrem rein sein, da selbst geringste Verunreinigungen die Funktion elektronischer Bauteile beeinträchtigen können.
- Frei von organischen und anorganischen Rückständen:
- Vermeidung von Partikeln, Metallen oder organischen Stoffen, die Leiterbahnen oder Bauteile beschädigen könnten.
- Strenge Reinheitsvorgaben:
- Einhaltung von Normen wie ASTM D5127 für Reinstwasser.
Typische Anwendungen:
- Reinstwasser für Waferreinigung und Halbleiterproduktion.
- Kühlwasser für Testeinrichtungen.
- Prozesswasser für Ätz- und Beschichtungsprozesse.
7. Metallverarbeitung
Anforderungen:
- Härtekontrolle:
- Wasser muss spezifische Härtegrade aufweisen, um optimale Schmier- und Kühleigenschaften in Werkzeugmaschinen zu gewährleisten.
- Korrosionsschutz:
- Additive im Prozesswasser verhindern Korrosion an Werkstücken und Maschinen.
- Partikelfreies Wasser:
- Vermeidung von Partikelrückständen, die die Bearbeitungsqualität beeinträchtigen könnten.
Typische Anwendungen:
- Kühl- und Schmierwasser für Werkzeugmaschinen.
- VE-Wasser für elektrochemische Prozesse wie Galvanik.
- Wasser für Reinigung und Spülung von Werkstücken.
8. Papierindustrie
Die Papierindustrie ist eine der wasserintensivsten Branchen, da Wasser in nahezu allen Produktionsschritten eine zentrale Rolle spielt. Von der Zellstoffproduktion bis zur Oberflächenveredelung ist die Qualität des Prozesswassers entscheidend für die Produktqualität und die Wirtschaftlichkeit.
Anforderungen:
- Frei von Schwebstoffen und organischen Verbindungen:
- Verschmutzungen können die Papierstruktur beeinträchtigen und Verstopfungen in Maschinen verursachen.
- Angepasste Härte und Ionengehalt:
- Wasser mit geeigneten Calcium- und Magnesiumkonzentrationen verhindert Ablagerungen und Korrosion.
- Nachhaltigkeit durch Wasserrecycling:
- Geschlossene Kreisläufe zur Reduzierung des Frischwasserverbrauchs und Minimierung des Abwasseraufkommens.
Typische Anwendungen:
- Prozesswasser für Zellstoffaufbereitung und Papiermaschinensysteme.
- Kühlwasser für die Maschinen und Trocknungsanlagen.
- Wasser für die Oberflächenbehandlung, wie Beschichtung und Färbung von Papier.
9. Farb- und Lackindustrie
Die Farb- und Lackindustrie nutzt Prozesswasser sowohl in der Produktion als auch in der Reinigung von Anlagen. Die Anforderungen an das Wasser sind hoch, da Verunreinigungen die chemischen Reaktionen und die Qualität der Produkte beeinträchtigen können.
Anforderungen:
- Hohe chemische Reinheit:
- Vermeidung von Ionen, die die Stabilität von Farbpigmenten oder Bindemitteln beeinflussen.
- Partikelfreies Wasser:
- Keine Schwebstoffe, die die Homogenität der Mischungen beeinträchtigen könnten.
- Effiziente Abwasseraufbereitung:
- Behandlung stark belasteter Abwässer mit hohen Konzentrationen an organischen Stoffen, Pigmenten und Lösungsmitteln.
Typische Anwendungen:
- Herstellung von Farbdispersionen, Bindemitteln und Lösungsmittelmischungen.
- Wasser für Reinigungsprozesse in Misch- und Abfüllanlagen.
- Dampf- und Kühlwasser für Produktionsprozesse.
10. Plastikrecycling
Im Plastikrecycling wird Wasser intensiv für die Reinigung, Sortierung und Verarbeitung von Kunststoffabfällen genutzt. Die Qualität des Prozesswassers ist entscheidend, um Rückstände von Schmutz, Klebstoffen und Additiven effektiv zu entfernen.
Anforderungen:
- Effiziente Partikelentfernung:
- Wasser muss in der Lage sein, Fremdstoffe wie Papierfasern, Klebereste oder organische Verunreinigungen zu binden und zu entfernen.
- Kreislaufführung mit minimalem Frischwasserverbrauch:
- Wiederverwendung des aufbereiteten Wassers, um Betriebskosten und Umweltbelastungen zu reduzieren.
- Robuste Aufbereitungstechnologien:
- Systeme müssen widerstandsfähig gegen hohe Feststoff- und Fettbelastungen sein.
Typische Anwendungen:
- Waschprozesse für Kunststoffflocken (z. B. PET, HDPE).
- Kühlwasser für Extruder und Granulatoren.
- Wasser für Trennverfahren wie Flotation, bei der Kunststoffarten durch Dichteunterschiede separiert werden.
Fazit
Prozesswasser ist ein unverzichtbarer Bestandteil vieler industrieller Prozesse, und seine Aufbereitung stellt höchste Anforderungen an Technik und Know-how. Von der Flusswasseraufbereitung über das Wasserrecycling bis hin zur Herstellung von VE- und Reinstwasser sind fortschrittliche Technologien wie Umkehrosmose, Ionenaustausch, CP-Anlagen und Biofiltration essenziell, um die geforderten Qualitätsstandards zu erfüllen. Eine maßgeschneiderte Prozesswasseraufbereitung gewährleistet nicht nur die Einhaltung von Umwelt- und Qualitätsvorgaben, sondern auch die Effizienz und Langlebigkeit industrieller Anlagen.
Für weiter Informationen zu unseren Produkten können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren!
