Enthärten und entsalzen

Zuverlässige Wasserqualität rund um die Uhr

Für die Herstellung von Chemiefasern ist speziell aufbereitetes Wasser unverzichtbar. Die Trevira GmbH, ein Hersteller von hochwertigen Markenpolyesterfasern, setzt dabei seit ca. zwei Jahren auf Wasseraufbereitungsanlagen. In der firmeneigenen Energiezentrale verzeichnet Trevira durch die speziell angepasste Wasseraufbereitungsanlage zur Vollentsalzung (VE) einen deutlich geringeren Wartungsaufwand und damit einhergehend eine höhere Wirtschaftlichkeit.

1105
Helmut Negele, Leiter Technik (links), und Johannes Negele, Verfahrenstechniker bei Trevira (rechts), haben im Jahr 2018 gemeinsam mit Grünbeck-Projektleiter Michael Schuldes die neuen Wasseraufbereitungsanlagen konzipiert. Bild: Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH
Helmut Negele, Leiter Technik (links), und Johannes Negele, Verfahrenstechniker bei Trevira (rechts), haben im Jahr 2018 gemeinsam mit Grünbeck-Projektleiter Michael Schuldes die neuen Wasseraufbereitungsanlagen konzipiert. Bild: Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH

Trevira ist bekannt für die Herstellung von Stapelfaser-Spezialitäten und hat sich insbesondere einen Namen im Bereich schwer entflammbarer Fasern gemacht. Da diese alle wichtigen Brandschutznormen erfüllen, werden sie zu verschiedensten Textilien weiterverarbeitet, z. B. für den Transportsektor, Hotels und öffentliche Gebäude. Außerdem steht das Thema Nachhaltigkeit bei Trevira im Fokus: Recycelte und aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt Produkte bekommen immer mehr Gewicht.

Als einziger Polyesterproduzent in Europa hat Trevira alle Prozesse im eigenen Haus: von der Polykondensation über die Spinnerei bis hin zur Kabelproduktion und zum Faserzuschnitt. Bei all diesen Arbeitsstufen wird vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) benötigt – ein nahezu reines Wasser, das weitgehend elektrolytfrei ist und eine geringe Leitfähigkeit aufweist. Etwa 70 % des Wassers werden für die Produktion der Polyestererzeugnisse eingesetzt. Um gewünschte chemische Reaktionen hervorzurufen bzw. diese nicht zu stören, muss das Wasser möglichst salzfrei sein. Die restlichen 30 % stehen in Form von Kesselspeisewasser für die Dampf-/Energieerzeugung zur Verfügung: Mit hohen Drücken von etwa 20 bar und Temperaturen zwischen 200 und 220 °C wird der Dampf für die Faserherstellung eingesetzt, etwa zum Schmelzen und Veredeln der Ausgangsstoffe oder um Walzen zu beheizen.

VE-Wasser schont Kessel, Leitungen und Armaturen

Durch vollentsalztes Wasser vermeidet Trevira u. a. Ablagerungen im Dampfkessel. Johannes Negele, Verfahrenstechniker bei Trevira, erklärt: „Solche Ablagerungen würden durch die im Wasser gelösten Härtebildner Calcium, Magnesium sowie weitere Salze schnell entstehen, könnten zu Korrosionsschäden und im schlimmsten Fall auch zum Bersten des Kessels führen.“ Alle weiteren Behältnisse, Leitungen und Armaturen, mit denen das Wasser auf seinem Weg zu den Fertigungsstufen in Kontakt kommt, werden durch vollentsalztes Wasser gleichfalls geschont, sofern sie aus geeigneten Werkstoffen bestehen. Dies ist bei Trevira der Fall.

Bis vor einigen Jahren nutzte Trevira eine Dampf-/Energieerzeugungsanlage, die zentral im Industriepark Bobingen angesiedelt war und mehreren Unternehmen zur Verfügung stand. 2014 investierte das Unternehmen in eine dezentrale Dampferzeugungsanlage nahe der eigenen Produktion. Sie wurde zunächst aus einer kleinen zugehörigen VE-Wasseraufbereitungsanlage gespeist. Das so erzeugte VE-Wasser reichte jedoch nur für die Versorgung der Dampf-/Energieerzeugungsanlage, nicht aber für das Produktionswasser. Hierfür griff man immer noch auf VE-Wasser der alten Ionenaustauscher-Anlage zurück, die etwa einen Kilometer entfernt in einem anderen Gebäude lag. Handhabung und Wartung dieser Anlage waren zum einen sehr aufwändig, zum anderen wurde hier noch mit Gefahrstoffen wie Schwefelsäure, Salzsäure und Natronlauge gearbeitet. Dieser Zustand sollte sich dringend ändern.

Reines Wasser in höchster Qualität

Im Jahr 2017 machte sich Trevira auf die Suche nach einer neuen VE-Wasseraufbereitungsanlage, die den kompletten VE-Wasserbedarf zuverlässig abdeckt. Sie sollte das gewünschte reine Wasser in höchster Qualität liefern, ohne den Einsatz von Gefahrstoffen auskommen, die Wartung vereinfachen und garantiert rund um die Uhr verfügbar sein. Helmut Negele, Leiter Technik bei Trevira, erklärt: „Die Wasseraufbereitungsanlagen laufen 24/7 an 365 Tagen im Jahr. Ein Ausfall würde mehrere hunderttausend Euro am Tag kosten. Daher ist die Zuverlässigkeit der Anlage ein extrem wichtiges Kriterium.“ Mehrere Anbieter wurden verglichen. Dann fiel die Entscheidung zugunsten der Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH. Nach einer Beratungs- und Planungsphase von einem halben Jahr installierte das Unternehmen im Jahr 2018 zwei Enthärtungsanlagen GENO-mat GVA-GK 10/15-2 und eine Umkehrosmoseanlage GENO-RK-X 10.000. Diese Wasseraufbereitungsanlagen bauen aufeinander auf und werden daher nacheinander geschaltet. Hierfür wird zunächst das Rohwasser über eine Enthärtungsanlage aufbereitet, die nach dem Ionenaustauschverfahren arbeitet. Das heißt, dass hier die Härtebildner (Calcium und Magnesium) durch Natrium ersetzt werden.

Grünbeck-Projektleiter Michael Schuldes erklärt das Prinzip: „Das Herzstück einer Anlage zur Wasserenthärtung durch Ionenaustausch ist das Austauschermaterial. Es besteht aus Kunstharz. Seine besondere Eigenschaft besteht darin, im Wasser gelöste Ionen auszutauschen. Das Austauschermaterial ist zunächst mit Natriumionen besetzt. Leitet man hartes Wasser über das Harz, so werden die im Wasser enthaltenen Calcium- und Magnesium-ionen gegen die vorhandenen Natriumionen ausgetauscht. Nach einem bestimmten Wasserdurchfluss ist die Oberfläche des Austauschermaterials mit Calcium- und Magnesiumionen anstatt mit Natriumionen besetzt. Es kann kein weiterer Austausch mehr stattfinden; das Austauschermaterial ist erschöpft.“ Um es zu regenerieren, müssen die Calcium- und Magnesiumionen von der Oberfläche des Harzes wieder entfernt werden. Hierzu leitet man eine Salzlösung durch den Austauscher. Jetzt tauschen die Calcium- und Magnesiumionen wieder ihren Platz mit den Natriumionen. Das Austauschermaterial ist damit regeneriert und erneut einsatzbereit. Zur Regeneration des Ionenaustauscherharzes ist Regeneriersalz erforderlich.

Automatisierung spart Handarbeit

Allein die Zuarbeit für diesen Regenerationsvorgang war früher viel aufwändiger. So mussten beispielsweise täglich rund 300 kg Regeneriersalz aus 25-kg-Säcken händisch in zwei Salzbehälter gefüllt werden. „Diesen hohen logistischen Aufwand sparen wir uns durch die Grünbeck-Lösung. Wir haben jetzt einen 28 m³ großen Salzsolebunker, in dem kontinuierlich Sole gebildet und so die Solezumessgefäße der Enthärtungsanlagen gespeist werden. Lediglich alle sechs Wochen wird das dazu nötige Salz im Silo-Lkw angeliefert“, freut sich Johannes Negele über die große Arbeitserleichterung.

Als Doppelanlage arbeitet die Enthärtungsanlage GENO-mat GVA mit zwei Austauschern, die jeweils abwechselnd im Einsatz sind. Durch eine nachgeschaltete Resthärteüberwachung werden die beiden Austauscher zusätzlich überwacht und bei einer detektierten Störung (durch einen Härtedurchbruch), wird automatisch auf den regenerierten Austauscher umgeschaltet. Somit ist sichergestellt, dass jederzeit enthärtetes Wasser zur Verfügung steht. Trevira nutzt dieses enthärtete Wasser einerseits für Beheizungskreisläufe, anderseits dient es als Speisewasser zur weiteren Entsalzung via Umkehrosmose.

Umkehrosmose für die nächste Reinheitsstufe

In der Umkehrosmoseanlage GENO-RK-X 10.000 werden semipermeable Membranen eingesetzt, die ausschließlich wasser-, nicht aber salzdurchlässig sind. Zur Erklärung: Ohne Einwirkung von außen gleichen sich die durch Membrane getrennten Salzlösungen in ihrer Konzentration aneinander an. Dieser Effekt wird als Osmose bezeichnet. Indem man auf den dabei entstehenden, so genannten osmotischen Druck mit einem höheren Druck entgegenwirkt, tritt „reines“ Wasser aus der konzentrierten Lösung auf die Seite der verdünnten Lösung. So wird Wasser mithilfe der Umkehrosmosetechnik vollentsalzt.

Durch die Anlage ist das Wasser nun so rein, dass alle Anlagenteile, mit denen es in Kontakt kommt, eine lange Lebenszeit haben und nur sehr selten gewartet oder gereinigt werden müssen. Das trifft auch auf das zentrale Element der Dampferzeugung, den Dampfkessel, zu. Geringe Restmengen an Salz verbleiben dennoch im Kessel, so dass er zwei- bis viermal am Tag abgesalzt werden muss. Für diesen Zweck kommt ein so genannter Ablassentspanner ins Spiel, in dem das abzusalzende, mit über 200 °C warme Kesselwasser auf 40 °C heruntergekühlt wird, um so ins Abwassersystem eingeleitet werden zu können. Dazu dient wiederum weiches Wasser, das direkt aus der Enthärtungsanlage kommt und im Ablassentspanner vorgelagert wird.

Positive Bilanz nach zwei Betriebsjahren

Die Wasseraufbereitungsanlagen laufen nun seit rund zwei Jahren, und Trevira ist mit dem Ergebnis mehr als zufrieden. Johannes Negele zieht Bilanz: „Die Anlagen erfüllen unsere Anforderungen voll und ganz. Wir können zu jeder Zeit auf die gewünschte Wasserqualität zugreifen und letztlich amortisieren sich die Anlagen auch sehr schnell, ohne dies mit genauen Zahlen beziffern zu wollen.“ Technik-Chef Helmut Negele bestätigt dies und ergänzt: „Alles steht und fällt mit den am Projekt beteiligten Personen. Bei sämtlichen Schritten – von der Angebotserstellung über die Planung, Montage bis hin zur Inbetriebnahme – haben wir uns diesbezüglich bei Grünbeck in den besten Händen gefühlt.“

Die Montage der Anlage erfolgte unter besonderen Voraussetzungen, da sie zeitgleich mit der neuen Druckluftanlage einer weiteren Fremdfirma in einem ebenso zeitgleich erstellten Gebäude errichtet wurde. Die Rahmenbedingungen waren also besonders schwierig. Dennoch funktionierte alles reibungslos: „Grünbeck realisierte das Projekt im geplanten Zeithorizont von drei Monaten und beriet uns zudem beim Raumkonzept. Dabei berücksichtigten alle Mitarbeiter von Grünbeck stets sämtliche Arbeitsschutz-anforderungen vorbildlich“, sagt Negele.

Aufgrund dieser positiven Erfahrung entschied Trevira, Grünbeck auch mit dem Abbau und der Entsorgung der Altanlage mitsamt den Gefahrstoffen zu beauftragen. Auch in einige Kleinenthärter der softliQ-Baureihe für die sanitären Anlagen hat das Unternehmen investiert. Darüber hinaus kommen inzwischen eine zusätzliche Wasseraufbereitungsanlage, eine Membranentgasungsanlage GENO-MEC 500-2 und eine Elektrodeionisationsanlage GENO-EDI-X 360 im hauseigenen chemisch-analytischen Labor zum Einsatz. „Diese Anlagen erzeugen aus dem VE-Wasser ein noch reineres Wasser (Diluat), indem sie – nacheinander eingesetzt – zunächst das störende CO2 entfernen und anschließend weitere Ionen aus dem Wasser lösen“, erklärt Grünbeck-Projektleiter Michael Schuldes. Dieses Reinstwasser dient bei Trevira zu Forschungs- und Entwicklungszwecken.

Michael Schuldes

Michael Schuldes
Vertriebsingenieur bei der Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH, Höc
AnhangGröße
Beitrag als PDF herunterladen337.53 KB

◂ Heft-Navigation ▸

Artikel Zuverlässige Wasserqualität rund um die Uhr
Seite 27 bis 29
04.08.2020
Energie aus Hackschnitzeln
Null CO2-Ausstoß und Nutzung 100 % erneuerbarer Energien: Das will die Carlsberg-Gruppe, der viertgrößte Brauereikonzern der Welt mit Sitz in der dänischen Hauptstadt Kopenhagen. Ein erster Schritt...
09.04.2020
Forschung
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat eine Wärmepumpe mit einer klimafreundlichen Alternative zu Kältemitteln mit umweltschädlichen Treibhausgasen entwickelt. In einer...
18.08.2020
In Solihull, Birmingham, wurde ein dreistöckiges National Grid Geschäftsgebäude modernisiert. Hauptziel war die Senkung der Energiekosten, gleichzeitig sollte auch die Umweltfreundlichkeit des...
09.04.2020
Hybridheizung
Hybridsysteme kombinieren den Einsatz konventioneller und erneuerbarer Energien für die Gebäudeheizung. Als Energieträger für die beteiligten Brennwertheizungen kommen dabei neben klassischem Heizöl...
11.09.2020
Im Fokus der Energiewende stehen bis heute Solar- und Windkraftwerke.Aber auch Anlagen mit regenerativen Energieträgern wie Biomasse, Wasserkraft und Erdreichwärme haben mittlerweile einen...
09.04.2020
Vermeidung von Verbrühung
In den letzten Jahren schreckten Nachrichten von schweren Verbrühungen mit Todesfolge die Pflegebranche auf – allen voran die Heimaufsicht und das involvierte Fachhandwerk. Betroffen waren Bewohner...