Die Wasseraufbereitung ist ein essenzieller Bestandteil vieler industrieller und technischer Prozesse. Sie umfasst sämtliche Maßnahmen, die die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften von Rohwasser verändern, um es für den jeweiligen Verwendungszweck nutzbar zu machen. In der Praxis zielt die Wasseraufbereitung darauf ab, Verunreinigungen zu entfernen, die Wasserqualität zu optimieren und die gesetzlichen Anforderungen an Wasser für verschiedene Anwendungen zu erfüllen.
Inhaltsverzeichnis
Bedeutung der Wasseraufbereitung
Die Wasseraufbereitung dient nicht nur der Herstellung von Trinkwasser, sondern spielt insbesondere in industriellen Prozessen und der Abwasserbehandlung eine zentrale Rolle. Unbehandeltes Wasser kann Anlagenkorrosion, Fouling, Ablagerungen oder Biofouling verursachen und die Effizienz technischer Prozesse erheblich beeinträchtigen. Darüber hinaus ist die Wiederverwendung von Wasser in Kreisläufen ein Schlüssel zur Ressourcenschonung.
Einsatzgebiete:
- Industrie: Prozesswasser für Chemie-, Lebensmittel-, Metall- und Elektronikindustrien.
- Kraftwerke: Speisewasser für Dampfkessel und Kühlwassersysteme.
- Wasserrecycling: Kreislaufführung von Wasser in industriellen Anlagen zur Ressourcenschonung.
- Abwasserbehandlung: Vorbehandlung und Aufbereitung von Abwässern zur Einhaltung von Einleitgrenzwerten.
Prozessstufen der Wasseraufbereitung
Die Wasseraufbereitung erfolgt in mehreren aufeinander abgestimmten Stufen, die je nach Rohwasserqualität und Anwendungszweck individuell kombiniert werden.
1. Vorbehandlung
Die Vorbehandlung dient dazu, grobe Verunreinigungen aus dem Rohwasser zu entfernen und die nachfolgenden Stufen vor Überlastung oder Beschädigung zu schützen.
Rechen und Siebe:
Mechanische Vorrichtungen, die grobe Feststoffe wie Äste, Plastikteile oder größere Partikel zurückhalten. Diese Komponenten sind besonders wichtig bei der Behandlung von Oberflächenwasser oder industriellem Abwasser mit groben Verschmutzungen.
Technischer Aspekt: Maschenweiten variieren je nach Anforderung zwischen 1 mm (Feinsiebe) und 100 mm (Grobsiebe).Sandfang:
Trennt schwerere, sedimentierbare Partikel wie Sand, Schluff und mineralische Ablagerungen durch die Schwerkraft. Dies reduziert den Verschleiß an Pumpen und Rohrleitungen.
Typische Designs: Horizontale Sandfänge oder zirkuläre Sandabscheider mit Luftzufuhr zur Verbesserung der Abtrennung.Ölabscheider:
Entfernt freie, schwimmende Öle und Fette aus dem Wasser. Diese Abscheider nutzen die Dichteunterschiede zwischen Öl und Wasser und können optional mit Koaleszenzfiltern ergänzt werden, um die Effizienz zu steigern.
2. Hauptbehandlungsstufen
Die Hauptbehandlungsstufen sind der Kern der Wasseraufbereitungsanlage. Hier werden physikalische, chemische und biologische Verfahren eingesetzt, um gelöste, kolloidale und organische Verunreinigungen zu entfernen.
Physikalische Verfahren
Filtration:
Filtrationsanlagen, wie Mehrschichtfilter oder Scheibenfilter, entfernen Partikel und Schwebstoffe.
Technische Aspekte:- Filtermaterialien wie Quarzsand, Aktivkohle oder Anthrazit.
- Rückspülfunktion zur Reinigung der Filter.
Foto: Unsere Mehrschichtfilter ALMA FIL mit nachgeschalteten Ionenaustauschern ALMA ION
- Ultrafiltration (UF):
Entfernt Partikel, Viren und Bakterien durch Membranen mit Porengrößen von 0,01–0,1 Mikrometern. - Nanofiltration (NF):
Reduziert Härtebildner wie Calcium und Magnesium. - Umkehrosmose (RO):
Hochdruckverfahren zur Entfernung von Salzen, organischen Stoffen und Mikroverunreinigungen. Ideal für die Herstellung von Rein- oder Reinstwasser.
- Ultrafiltration (UF):
Sedimentation:
In Absetzbecken oder Lamellenklärern sinken schwere Partikel durch die Schwerkraft zu Boden, wo sie gesammelt und entfernt werden können. Sedimentation wird häufig als Vorstufe zu chemischen oder biologischen Prozessen eingesetzt.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage ALMA OSMO für das betriebsinterne Wasserrecycling
Chemische Verfahren
Fällung und Flockung:
Chemische Reagenzien wie Eisen- oder Aluminiumsalze werden in CP-Anlagen eingesetzt, um gelöste Schadstoffe in feste Partikel zu überführen. Flockungshilfsmittel (Polymere) fördern die Bildung stabiler Flocken.- Ozon, Chlor oder Wasserstoffperoxid oxidieren organische Schadstoffe und Mikroverunreinigungen.
- Advanced Oxidation Processes (AOPs): Hochreaktive Hydroxylradikale zersetzen selbst schwer abbaubare Substanzen.
Ionenaustausch:
Ionenaustauscherharze binden gezielt gelöste Ionen (z. B. Schwermetalle, Härtebildner) und tauschen sie gegen unschädliche Ionen wie Natrium oder Wasserstoff aus.
Foto: Beispiel einer CP-Anlage zur Entfernung von Schwermetallen, AOX und Kohlenwasserstoffen (ALMA CHEM MCW)
Biologische Verfahren
Belebtschlammverfahren:
Mikroorganismen bauen organische Belastungen aerob ab. Das Verfahren ist besonders effektiv zur Reduktion von CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) und BSB (biochemischer Sauerstoffbedarf).Biofiltration:
In bioaktiven Filtern mit mikrobiell besiedelten Medien werden organische Stoffe biologisch abgebaut. Anwendung in der Vorbehandlung vor Membranverfahren oder bei der Aufbereitung von Prozesswasser.Anaerobe Reaktoren:
Ohne Sauerstoff setzen Mikroorganismen organische Stoffe in Biogas (Methan und CO₂) um. Diese Verfahren sind ideal für hochkonzentrierte industrielle Abwässer.
Foto: Unsere Biogasanlage ALMA BHU GMR zur Erzeugung von Energie aus Abwasser
3. Nachbehandlung
Die Nachbehandlung stellt sicher, dass die gewünschten Wasserqualitätsziele erreicht werden. Sie ist besonders wichtig bei sensiblen Anwendungen wie Kühlwasser, Kesselwasser oder bei der Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte.
UV-Desinfektion:
Ultraviolettes Licht zerstört die DNA von Bakterien, Viren und Parasiten und verhindert deren Vermehrung. UV-Desinfektion ist chemikalienfrei und schnell.Polishing:
- Feinstofffiltration durch Aktivkohle oder Membranen entfernt letzte organische Rückstände und Schwebstoffe.
- Ziel: Erreichen von Reinwasserqualität oder Reststofffreiheit für spezifische Anwendungen.
pH-Anpassung:
Säuren oder Basen werden in Neutralisationsanlagen dosiert, um den pH-Wert an die Anforderungen der nachfolgenden Prozesse oder die Einleitgrenzwerte anzupassen.
Foto: Aktivkohlefilter ausgeführt in GFK Tanks (ALMA Fil AK)
Technologische Schlüsselverfahren: CP-Anlagen, Biofiltration und Membrananlagen
Die Auswahl der richtigen Schlüsseltechnologien in der Wasseraufbereitung ist entscheidend, um eine effiziente Behandlung und Wiederverwendung von Wasser zu gewährleisten. Chemisch-physikalische Anlagen (CP-Anlagen), Biofiltration und Membrananlagen (insbesondere Umkehrosmose) sind drei zentrale Technologien, die jeweils spezifische Herausforderungen adressieren und in Kombination optimale Ergebnisse für die industrielle Wasseraufbereitung und das Wasserrecycling erzielen.
1. Chemisch-Physikalische Anlagen (CP-Anlagen)
Warum CP-Anlagen eine Schlüsseltechnologie sind:
CP-Anlagen sind unverzichtbar für die Vorbehandlung schwermetallhaltiger Abwässer, die in vielen industriellen Prozessen anfallen, z. B. in der Metallverarbeitung, der Galvanik oder der Oberflächenbehandlung. Sie bereiten das Abwasser so auf, dass es in nachgeschalteten Umkehrosmoseanlagen effizient recycelt werden kann.
Technologie und Funktionsweise:
- Neutralisation: Der pH-Wert wird durch Zugabe von Säuren oder Laugen auf einen optimalen Bereich eingestellt, um die Fällung von Schwermetallen zu ermöglichen.
- Fällung: Gelöste Schwermetalle (z. B. Nickel, Zink, Chrom) werden durch Zugabe von Fällungsmitteln (z. B. Kalkmilch, Eisenchlorid) in unlösliche Hydroxide umgewandelt.
- Flockung: Flockungshilfsmittel fördern die Bildung stabiler Partikel, die sich leichter abscheiden lassen.
- Sedimentation: Die festen Partikel sinken in einem Absetzbecken zu Boden, wo sie gesammelt und entsorgt werden.
Anwendungsbereiche:
- Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen: Schwermetalle und andere kritische Stoffe müssen vor der Membranfiltration entfernt werden, um Fouling und Scaling der Membranen zu vermeiden.
- Industrielle Anwendungen: Abwasserbehandlung zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte vor der Einleitung in das öffentlichen Kanalnetz.
Vorteile:
- Hohe Effizienz bei der Entfernung von Schwermetallen.
- Schutz nachfolgender Membrananlagen vor Schäden und Verunreinigungen.
- Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte für Schwermetalle.
Foto: Unsere CP-Anlage ALMA CHEM MCW mit Schlammentwässerung durch unsere Kammerfilterpresse
2. Biofiltration
Warum Biofiltration eine Schlüsseltechnologie ist:
Biofiltrationsanlagen sind ideal, um organisch belastete Abwässer aufzubereiten, die beispielsweise aus der Lebensmittelindustrie, der chemischen Industrie oder der Papierindustrie stammen. Sie reduzieren die organische Belastung und verhindern Biofouling in nachfolgenden Umkehrosmoseanlagen.
Technologie und Funktionsweise:
- Mikrobieller Abbau: Mikroorganismen siedeln auf bioaktiven Filtermedien (z. B. Sand, Kunststoffgranulat, Aktivkohle) und bauen organische Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe, Fette und Proteine ab.
- Belüftung: Sauerstoff wird in die Filter eingebracht, um die Aktivität aerober Mikroorganismen zu fördern.
- Partikelfiltration: Neben der biologischen Aktivität entfernt die Biofiltration auch Schwebstoffe und Feststoffe mechanisch.
Anwendungsbereiche:
- Vorbehandlung für Umkehrosmoseanlagen: Reduktion organischer Belastungen, um Fouling und Verstopfungen der Membranen zu minimieren.
- Industrielle Anwendungen: Aufbereitung von Prozesswasser in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie für organisch belastete Abwässer in der chemischen Industrie.
Vorteile:
- Nachhaltige, chemikalienfreie Entfernung organischer Verbindungen.
- Verlängerte Lebensdauer und verbesserte Effizienz der nachfolgenden Membranfiltration.
- Flexibilität in der Anpassung an unterschiedliche Abwasserzusammensetzungen.
Foto: Unsere Biofiltration ALMA BioFil Compact zur Behandlung von Abwässern vor Umkehrosmosenlagen
3. Membrananlagen (Umkehrosmose)
Warum Umkehrosmose eine Schlüsseltechnologie ist:
Die Umkehrosmose (RO) ist das Rückgrat des Wasserrecyclings. Sie entfernt nahezu alle gelösten Salze, organische Schadstoffe, Spurenstoffe, PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen) und andere Mikroschadstoffe und ermöglicht die Wiederverwendung von Wasser in industriellen Prozessen.
Technologie und Funktionsweise:
- Hochdruckverfahren: Wasser wird unter hohem Druck (10–70 bar) durch semipermeable Membranen gepresst.
- Rückhalt von Verunreinigungen: Gelöste Stoffe wie Salze, Schwermetalle, organische Moleküle und Mikroverunreinigungen bleiben auf der Konzentratseite zurück, während gereinigtes Wasser (Permeat) die Membran passiert.
- Modularer Aufbau: Anlagen können je nach Anforderungen skaliert und mit Vor- und Nachbehandlungsstufen kombiniert werden.
Anwendungsbereiche:
- Wasserrecycling: Rückgewinnung von Prozesswasser in der z.B. Elektronik-, Chemie- und Lebensmittelindustrie.
- Entfernung von Spurenstoffen: Reduktion von PFAS, Medikamentenrückständen und Pestiziden in industriellen Abwässern.
- Herstellung von Rein- und Reinstwasser: Versorgung von Kühl- und Kesselanlagen mit vollentsalztem Wasser.
Vorteile:
- Entfernt bis zu 99 % der gelösten Stoffe und Schadstoffe.
- Ermöglicht die Wiederverwendung von Abwasser und reduziert den Frischwasserbedarf.
- Flexibilität und hohe Skalierbarkeit für unterschiedlichste Anforderungen.
Foto: Unsere Umkehrosmoseanlage ALMA OSMO zur Entfernung von PFAS, installiert im Technikraumcontainer ALMA MODUL
Anforderungen an Wasseraufbereitungsanlagen
Qualitätsstandards:
- Trinkwasserqualität: Erfordert die vollständige Entfernung von Keimen, organischen Stoffen und potenziellen Schadstoffen.
- Prozesswasser: Je nach Anwendung sind niedrige Salzgehalte, Härtefreiheit oder chemische Stabilität erforderlich.
- Abwasser: Einhaltung gesetzlicher Einleitgrenzwerte, wie in der Wasserrahmenrichtlinie oder lokalen Vorschriften definiert.
Flexibilität und Skalierbarkeit:
- Modularer Aufbau zur Anpassung an wechselnde Rohwasserqualitäten und Produktionsanforderungen.
- Integration von Monitoring-Systemen zur Überwachung von Parametern wie pH-Wert, Leitfähigkeit, TOC und CSB.
Herausforderungen und Zukunft der Wasseraufbereitung
Die steigenden Anforderungen an Umweltstandards, Ressourcenschonung und Effizienz treiben die Entwicklung moderner Wasseraufbereitungstechnologien voran. Unternehmen stehen vor der Herausforderung, ihre Wasserbilanzen zu verbessern und gleichzeitig gesetzliche Vorgaben einzuhalten.
- Nachhaltigkeit: Die Integration von Wasserrecycling und ressourcenschonenden Verfahren wird zur Norm.
- Technologische Entwicklungen: Advanced Oxidation Processes (AOPs), smarte Überwachungssysteme und modulare Anlagen ermöglichen eine flexiblere und effizientere Wasseraufbereitung.
- Regulatorische Anforderungen: Die Einhaltung strenger Vorschriften, insbesondere in Bezug auf Mikroverunreinigungen wie PFAS, wird zunehmend relevanter.
Fazit
Die Wasseraufbereitung ist unverzichtbar für eine nachhaltige und effiziente industrielle Produktion. Sie gewährleistet den Schutz von Anlagen, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Minimierung des ökologischen Fußabdrucks. Ob für Prozesswasser, Kühlwasser, Kesselwasser oder Wasserrecycling – die Wahl der richtigen Technologien, angepasst an die spezifischen Anforderungen, ist entscheidend für den Erfolg moderner Industrieanlagen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Technologien und deren Integration in bestehende Prozesse sichern die Zukunft der Wasseraufbereitung und ermöglichen eine verantwortungsvolle Ressourcennutzung.
Für weiter Informationen zu unseren Produkten können Sie uns gerne jederzeit kontaktieren!
