Die industrielle Nutzung von Wasser – in Form von Kühlwasser, als Transportmedium, als Lösemittel und als Prozesswasser – verursacht immer Kosten: Die Aufbereitung, die meist nötig ist, ist mit Konditionierungskosten verbunden, bei der Verteilung muss für die Pumpen Energie aufgewendet werden und nach Gebrauch gelangt es in aller Regel in eine Nachbehandlung – entweder mit dem Ziel der Kreislaufführung oder zur Entsorgung im Vorfluter. Aus ökonomischen wie ökologischen Gründen ist es sinnvoll, Wasser weniger zu bewegen, weniger zu erwärmen und nicht zuletzt weniger zu verschmutzen.
Die Wiederverwendung von Wasser – beispielsweise zur Kesselspeisung, als Kühlturm-Nachspeisewasser, generell zur Reinigung und als Spülwasser – ist deshalb ein viel diskutierter Trend in der gesamten Industrie. Dies ist nicht nur ein Thema der „grünen Agenda“, sondern hat auch interessante wirtschaftliche Aspekte: Wasserwiederverwendung reduziert unter anderem den Heiz- und Kühlbedarf durch nutzbare Temperaturunterschiede; infolgedessen reduzieren sich die erforderlichen Kessel- und Kältekapazitäten und Pumpenleistungen. Und wird Wasser wiederverwendet, sinken entsprechend die Abwassermengen und damit die Entsorgungskosten.
Wasserwiederverwendung kostet zwar zunächst (CapEx, capital expenditures), bietet dann aber über lange Zeit günstigere Betriebskosten (OpEx, operational expenditures). Grundfos geht davon aus, dass künftig OpEx-Lösungen einen wichtigen Anteil am Umsatz ausmachen werden.
So fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung seit 2019 Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zur Wasserwiederverwendung. Ziel ist es, innovative Technologien, Betriebskonzepte und Strategien zur Wasserwiederverwendung und Entsalzung zu entwickeln und so zu einer nachhaltigen Erhöhung der Wasserverfügbarkeit sowie zu einem zukunftsfähigen Wassermanagement beizutragen.
Abwasser aufbereiten, nicht abführen
Neben der aus der Kläranlagentechnik bekannten biologischen Aufbereitungsstufe spielen in industriellen Wiederverwendungsprozessen die chemische und physikalische Aufbereitung eine wichtige Rolle. In diesem Schritt wird das Wasser hinsichtlich des pH-Werts aufbereitet und es werden (vielfach per Ultrafiltration) alle Partikel entfernt, um das Wasser für den letzten Schritt vorzubereiten: die besonders aufwendige Konzentrataufbereitung.
Dieser Schritt erfolgt häufig über eine Kristallisation oder eine Umkehrosmose mit bis zu drei Stufen. Herausforderungen dabei sind der hohe Druck und die Wasserchemie, was den Membranen, aber auch anderen Komponenten wie Rohren, Ventilen und Pumpen, viel abverlangen kann.
Druckverluste ausgleichen
Alle Membranen verschmutzen mit der Zeit und müssen gereinigt werden. Je mehr sie verstopfen, desto mehr Druck ist erforderlich, um das Wasser bei gleichbleibendem Förderstrom aufzubereiten. In Anlagen mit ungeregelten Pumpen wird allmählich immer weniger Permeat geliefert, bis der Durchfluss unter den Auslegungswert sinkt. Drehzahlregelbare Pumpen gleichen Druckverluste aus und verlängern die Reinigungsintervalle, ohne den Durchfluss an produziertem Wasser herabzusetzen.
Um das Fouling zu begrenzen, sind vielfach Dosierpumpen im Einsatz: Solche Aggregate der Baureihe Smart Digital fördern die benötigten Chemikalien mit hoher Präzision. Dank der integrierten Volumenstrommessung vergleicht die Dosierpumpe den aktuellen Dosiervolumenstrom mit dem Sollwert und passt ihre Dosiermenge an.
Grundsätzlich ist das Dosieren in der Wasseraufbereitung und Abwasserreinigung eine Kernaufgabe. Dosierpumpen mit Schrittmotor-Technologie bieten einen extrem weiten Einstellbereich bei gleichzeitig hoher Dosiergenauigkeit über den gesamten Einstellbereich. Dies erlaubt ein präzises Dosieren selbst bei Kleinstmengen-Dosagen.
Diagnose der Stillstandsursachen
Bei den Smart-Digital-Pumpen lässt eine integrierte FlowControl-Dosierüberwachung zudem exakte Diagnosen der häufigsten Ursachen von Dosierfehlern zu (defekte Ventile, Luftblasen, Kavitation und Überdruck). Diese Fehler werden als Klartext im Alarmmenü angezeigt oder können via Feldbus weitergeleitet werden. Fehlerdiagnosen sind kurzfristig verfügbar, Stillstandszeiten somit deutlich reduziert.
Darüber hinaus sorgt die AutoFlowAdapt-Funktion dafür, dass der Dosierprozess bei festgelegtem Soll-Volumenstrom weiterläuft, auch wenn externe Einflüsse, wie Luftblasen, Kavitation und schwankende Gegendrücke, diesen beeinträchtigen sollten. Weicht der Ist- vom Soll-Wert ab, regelt die Steuerung die Drehzahl des Antriebs.
Filter entfernt Metallpartikel
Auch bei Werkzeugmaschinen lohnt das Wasser-Recycling. Im dänischen Produktionswerk des Unternehmens wurden die ökologischen und ökonomischen Vorteile bereits nachgewiesen: Der Wasserverbrauch sank um 36 Prozent, der Chemikalienverbrauch um 45 Prozent. Signifikante Verbesserungen in der Sauberkeit der Teile, eine einheitliche und vorhersagbare Waschqualität sowie weniger Schmutzablagerungen und Tankreinigungen sind weitere Vorteile.
