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Stadtwasser Enthärtung Entsalzung Filtration

Im technischen Gebrauch unterscheidet grundsätzlich zwischen den Qualitäten unbehandeltem Stadtwasser, enthärtetem Wasser oder auch Weichwasser und vollentsalztem Wasser. Vollentsalztes Wasser ist umgangssprachlich auch als destilliertes Wasser, bzw. DI oder VE Wasser bekannt.

Stadt- und Leitungswasser:

Stadtwasser oder einfach Leitungswasser enthält eine Vielzahl von gelösten Ionen. Diese werden auch einfach als „Salze“ bezeichnet, wobei zu beachten ist, dass der Begriff „Salz“ nicht nur auf unser Kochsalz (Speisesalz) beschränkt ist. Der technische Begriff Salz umfasst alle in Wasser lösbaren Verbindungen, die sich nach der Auflösung in positive und negativ geladene Teilchen = Ionen aufspalten. Positiv geladene Ionen werden als Anionen bezeichnet, negative als Kationen.

Die Menge der gelösten Ionen im Stadtwasser ist  stark abhängig von dessen Herkunftsort. Die Gesamtkonzentration aller Ionen lässt sich einfach mittels einer Leitwertmessung erfassen. Stadtwasser in unseren Breiten hat durchschnittlich einen Leitwert von ca. 500 µS/cm. Destilliertes Wasser sollte einen Leitwert von unter 10 µS/cm aufweisen.

Diese gelösten Anteile haben in der Praxis eine Reihe von unerwünschten Auswirkungen. Diese können grob in Krustenbildung (Verdampfung) und Fleckenbildung (Verdunstung) unterteilt werden. Bekannt der verbleibende weiße Rückstand im Kochtopf nach Verdampfen des Wassers. Technisches Gegenstück zum Kochtopf ist die Verdampfung in Dampfkesseln, Kaffeemaschinen, Dampfsterilisatoren, Klimageräten.

Die häufig zu beobachtende Fleckenbildung auf Autolacken nach der Fahrzeugwäsche ist dem Thema Verdunstung zuzuordnen. Das Wasser verdunstet, die darin gelösten Salze bleiben zurück und bilden Flecken. Es ergeben sich z.B. folgende unerwünschte Auswirkungen: Fleckenbildung nach  Teilereinigung und Entfettung, Glas- und Fassadenreinigung, Gläserspülmaschinen, Fleckenbildung auf medizinischen Geräten.

Wasserprobe jeweils 500 ml, nach dem EindampfenWasserprobe jeweils 500 ml, nach dem Eindampfen

Links: Leitungswasser

Mitte: Enthärtetes Wasser mit Verfärbungen

Rechts: Vollentsalztes Wasser

Unbehandeltes Stadtwasser  sollte nicht in Klimageräte, die Wasser verdunsten oder zur Luftbefeuchtung versprühen, eingespeist werden. Neben einem raschen Verkrusten der Sprühdüsen führt salzhaltiges Wasser zu einem Salznebel. Salzablagerungen in Form von Staub in den Räumen, in denen die Klimatisierung Anwendung findet, stellen eine Korrosionsgefahr dar.

Während Fleckenbildung in vielen Fällen nur einen optisch - ästhetischen Mangel darstellen und durch manuellen (Mehr)Aufwand, sprich Nachpolieren entfernt werden kann, haben Inkrustierungen in Verdampfern u.U. beträchtliche Auswirkungen auf Unterhalts- und Wartungskosten, Funktionalität und Lebensdauer der Geräte. Der Klassiker: Nicht aufbereitetes Kesselspeisewasser und schlecht gewartete Dampfkessel führten in früheren Zeiten regelmäßig zur gefürchteten Kesselexplosion, verursacht durch ein plötzliches Abplatzen von Ablagerungen an den Kesselwänden.

Doppelenthärtungsanlage

Doppelenthärtungsanlage

Enthärtetes- oder Weichwasser:

Ein nicht unerheblicher Teil der oben beschriebenen Problematik wird durch sogenannte Härtebildner verursacht. Härtebildner sind die Erdalkalimetalle Calcium, Magnesium, Barium und Strontium. Diese bilden mit den ebenfalls im Wasser vorkommenden Anionen Sulfat und Karbonat teils extrem schwer lösliche Niederschläge. Relevant sind allerdings nur Calcium und Magnesium, deren Konzentration im Rohwasser in Grad deutscher Härte (°dH) gemessen wird.

Obwohl es verschiedene großtechnische Verfahren zur Enthärtung von Stadt – und Brunnenwasser gibt, hat sich die Wasserenthärtung mittels Ionenaustausch und Regeneration durch Kochsalzsole im gewerblichen, wie auch häuslichen Umfeld, seit vielen Jahren etabliert.

Zum Einsatz kommen sogenannte Kationenaustauscher. Dies sind polymere organische Substanzen, die in der Lage sind, selektiv bestimmte Kationen (Calcium, Magnesium) aus dem Wasser zu binden und im Gegenzug Natrium an das Wasser abzugeben. Daher der Name Kationenaustauscher. Es erfolgt also zu gleichen Teilen ein Austausch von Calcium und Magnesium gegen Natrium. Wichtig: Der Gesamtsalzgehalt des erzeugten Reinwassers wird also nicht vermindert. Vermindert wird nur der Anteil an Calcium- und Magnesium Ionen, der in Kombination mit Sulfaten und Carbonaten zu schwer lösbaren Ablagerungen führt. Natriumsulfat und Natriumcarbonat dagegen sind in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar und daher wieder ablösbar.

MischbettionentauscherMischbettionentauscher

Zusammengefasst:

Gängiges Enthärtungsverfahren ist der Kationenaustausch und Regeneration mittels Kochsalzlauge.

Dabei ist zu beachten:

  • Nachdem nur Ionen getauscht werden, ändert sich der Gesamtsalzgehalt nicht. Das bedeutet in der Praxis, dass bei enthärtetem Wasser sobald selbiges verdampft ist, nach wie vor Salzkrusten und Flecken zurückbleiben. Diese sind zwar leichter entfernbar, weil wasserlöslich, hemmen aber ebenso den Wärmeübergang, wirken korrosiv und sind optisch nicht die Freude. Der Wartungsaufwand an Geräten und Einrichtungen ist erhöht, der Wirkungsgrad gemindert, ebenso die Lebensdauer.
  • Bei hartem und sehr hartem Speisewasser erhöht sich durch den Austausch Härtebildner gegen Natrium nicht unerheblich der Anteil an Natrium in Trinkwasser. Im Hinblick auf eine natriumarme Ernährung zu vermeiden.
  • Die Regeneration mittels Kochsalz (Natriumchlorid) verursacht zusätzliche Betriebskosten und belastet die Umwelt. Man geht davon aus, dass allein in Deutschland jährlich ca. 100 000 Tonnen an Regeneriersalz in Flüsse und Gewässer gespült werden.

Umkehrosmose Membran FunktionsschemaUmkehrosmose Membran, Funktionsschema

Vollentsalzung:

Vollentsalzung ist die vollständige Entfernung aller gelösten Salze aus dem Leitungs- oder Prozesswasser. Weitere Begriffe sind DI Wasser (Laborbereich) oder einfach umgangssprachlich destilliertes Wasser.  Der Begriff destilliert ergibt sich aus seiner geschichtlichen Entwicklung. Destillation war die erste im technischen Maßstab praktikable Möglichkeit gelöste Salze aus Brauchwasser zu entfernen. Salze werden im Dampf nicht übergetrieben. Das erzeugte Destillat ist somit destilliertes Wasser. Destilliertes Wasser kommt für spezielle Bereiche der Medizin und Pharmazie nach- wie vor zur Anwendung. Für den technischen Bereich haben sich die Verfahren Ionenaustausch (Mischbett) und Umkehrosmose (RO) als die bei weitem wirtschaftlicheren Verfahren durchgesetzt.

Besonders hervorzuheben bei der Umkehrosmose ist der Umstand, dass zu deren Betrieb keine Regeneration noch Chemikalien notwendig sind. Sie arbeitet somit wirtschaftlich und umweltschonend.

Prozesswasser mit Leitwerten kleiner 10 µS/cm wird üblicherweise als „destilliertes“, vollentsalztes oder VE Wasser bezeichnet. Es ist weitgehend frei von gelösten Kat- und Anionen. Es erfüllt die Anforderungen in Bezug auf fleckenfreie Abtrocknung und Vermeidung von Inkrustierungen.

VE-PatronenVE-Patronen

Zusammengefasst:

Gängige Verfahren zur Erzeugung von vollentsalztem Wasser sind der Mischbettionenaustauscher, sowie die Umkehrosmose.

Dabei ist zu beachten:

  • Alle Salze, also nicht nur die Härtebildner werden weitgehend entfernt. Wo keine Salze sind können sich keine Ablagerungen oder Flecken bilden.
  • Keine Ablagerungen in Geräten und Anlagen bedeuten: Erheblich verringerter Wartungsaufwand, optimale Energieausnutzung und maximale Lebensdauer.
  • Je nach Verfahren (Umkehrosmose) lassen sich auch große Mengen an vollentsalztem Wasser wirtschaftlich und umweltschonend erzeugen.

 

Umkehrosmoseanlage 1200 l/h

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