Bevor Wasser aus dem Hahn kommt, muss es im Normalfall in seiner Qualität aufbereitet werden.

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Aufbereitung mittels Verschneideverfahren Wasser mit definierter Qualität herstellen

06.06.2019

Das Wasser aus der Leitung oder dem Brunnen ist oft nicht direkt einsetzbar und muss aufbereitet werden. Ein gängiges Verfahren ist das Verschneiden von Rohwasser mit aufbereitetem Wasser bis zur erforderlichen Qualität direkt beim Endanwender. Moderne, ohne Betriebsunterbrechung nachrüstbare Stand-Alone-Lösungen mit Blending-Controllern, die den Verschneideprozess überwachen, erleichtern die wirtschaftliche Prozesswasserführung.

Das Hauptziel der Verschneidung ist es, Mischwasser mit definierter Qualität herzustellen, zum Beispiel mit bestimmtem Härtegrad, Leitwert, Sulfat- oder Chloridgehalt. Zwei Verfahren der Verschneidung, die Verhältnis- oder die Qualitätsregelung, kommen dabei grundsätzlich zum Einsatz: Bei der Verhältnisregelung wird mengenproportional das korrekte Volumenverhältnis von Rohwasser und Reinwasser (beispielsweise enthärtetem Wasser) miteinander vermischt. Voraussetzung hierbei ist die gleichbleibende Wasserqualität der beiden Eingangsströme.

Bei der Qualitätsregelung dagegen werden zwei verschiedene Wasserqualitäten auf einen bestimmten Ausgangsleitwert vermischt. Nach dem Verschneiden wird kontinuierlich die Wasserqualität (Leitfähigkeit) gemessen und entsprechend das Mischungsverhältnis eingestellt.

Welches Prinzip das jeweils passende ist, hängt von der Art der Aufbereitung ab. Diese ist auf die Anforderungen der jeweiligen Industrie und Anwendung ausgelegt. Kühltürme und Anlagen für die Raumlufttechnik (AC-Rückkühlung) beschränken oft die Wasserhärte, elektrische Leitfähigkeit oder den Sulfat- und Chloridgehalt. Bei Bewässerungsanlagen in der Pflanzenaufzucht ist der Salzgehalt eine wichtige Messgröße, um Substratversalzung zu vermeiden. Bei Lebensmittelanwendungen, wie beispielsweise dem Brauwasser, bestimmt der Braumeister die erforderlichen Parameter, damit das Bier je nach Biersorte immer denselben Geschmack hat. Eine große Rolle spielen dabei pH-Wert, Härte, Sulfat und noch weitere Einzelparameter.

Verschneide-Prinzip bestimmen

Entzieht man bei der Aufbereitung gelöste Salze mittels Umkehrosmose, ist das entstandene reine Wasser (Permeat) wegen der fehlenden Ionen kaum leitfähig. Der Salzgehalt im Mischwasser kann dann mit einer Leitfähigkeitsmessung (LF-Messung) sehr genau bestimmt werden und dient als Regelgröße für das Mischsystem.

Kommt dagegen ein Ionentauscher zu Einsatz, hat die Leitfähigkeit keine Aussagekraft, sie bleibt annähernd konstant, da nur Ionen „getauscht“ werden. Hier muss man auf Alternativen ausweichen oder, sofern möglich, beim Verschneiden auf eine einfache mengenproportionale Verschneidung zurückgreifen.

Um ein Mischwasser mit bestimmter Härte zu erreichen, setzen beide Verfahren voraus, dass die Rohwasserqualität annähernd gleich bleibt. Verändert sich dagegen die Rohwasserhärte, dann ist eine Kombination aus Qualitäts- und Verhältnisregelung die richtige Lösung. Hierbei wird online die Rohwasserhärte erfasst und über den Blending-Controller genau das erforderliche Verhältnis von Rohwasser zu aufbereitetem Wasser berechnet, um die richtige Härte des Mischwassers einzuhalten. In allen Fällen gilt: Die Regelung muss exakt und schnell sein und auch bei geänderten Bedingungen (beispielsweise variablen Volumenströmen) die Mischqualität möglichst nahe an den gewünschten Werten halten, um die Produktionsbedingungen konstant zu halten.

Je nach Produktionsprozess – ob gleichbleibende oder veränderliche Rohwasserqualität – kommen angepasste Verschneideprinzipien zum Einsatz. Eine praxisgerechte Lösung setzt daher auf einen Stand-Alone-Betrieb und erspart dem Anwender den Eingriff in bestehende Programme der Anlage.

Herzstück ist hierbei ein Blending-Controller, der entweder als Leitfähigkeitsregler mit LF-Sensor im Mischwasser, als Verhältnisregler oder auch in Kombination mit anderen Messgrößen (wie zum Beispiel Härte im Rohwasser) für das richtige Mischungsverhältnis sorgt. Falls zusätzlich eine Kommunikation zum Prozess gewünscht wird, stehen analoge und digitale Schnittstellen zur Verfügung.

Alle Einsatzszenarien abgedeckt

Um der Vielzahl an unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, baut Bürkert Fluid Control Systems seine Verschneideeinheit modular auf und deckt damit praktisch alle Einsatzszenarien ab. Hier profitiert der Anwender von einem breiten Produktportfolio perfekt aufeinander abgestimmter Komponenten.

Abhängig von der Durchflussmenge stehen Durchflussmesser und Regelventile von kleinen (DN 6 mm) bis zu großen Nennweiten (DN 100 mm) zur Verfügung. Für alle Komponenten inklusive der Sensoren sind dabei die Werkstoffe Kunststoff, Messing oder Edelstahl frei wählbar. Zudem gibt es eine Vielzahl verschiedener Sensoren, die nach dem magnetisch-induktiven Prinzip, der Ultraschalltechnik oder dem Flügelradprinzip arbeiten.

Bei den Regelventilen kann auf Sitzventile mit elektromotorischem oder pneumatischem Antrieb beziehungsweise auf Kugelhähne mit elektromotorischem Antrieb zurückgegriffen werden. So wird für jeden Anlagenbauer eine passende Lösung konzipiert und komplett als fertige Einheit aufgebaut. Vom kleinen, manuell arbeitenden Craftbier-Brauer bis zur großen Wasseraufbereitungsanlage mit komplexer Prozesssteuerung für große Fabriken ist damit eine jeweils maßgeschneiderte Lösung garantiert.

Das fertig aufgebaute Modul mit zwei Zulauf- und einem Mischwasseranschluss wird vor Ort nur noch in die bestehende Wasserversorgung eingesetzt oder als fertig verdrahtete Komponentenlösung in die Wasseraufbereitungsanlage integriert. Da alle Teile vom Controller über Ventile bis zum Sensor mit 24 VDC arbeiten, reicht es, zur Inbetriebnahme ein Netzteil einzustecken. Mit den bereits voreingestellten Werten für die Soll-Qualität beziehungsweise das Mengenverhältnis ist die Verschneideeinheit sofort einsatzbereit.

Wasserverschneidung bei der Brauwasseraufbereitung

Ein Anwendungsbeispiel für solche Stand-Alone-Verschneidesysteme ist die Brauwasseraufbereitung. Geschmack und Qualität eines Biers hängen maßgeblich von der Qualität des Brauwassers ab. Nicht umsonst haben sich Brauereien an Orten angesiedelt, die von Natur aus ein besonderes Wasser bieten. Um einen charakteristischen Biergeschmack dauerhaft beibehalten und Qualitätsstandards einhalten zu können, ist heute in Brauereien eine Wasservorbehandlung nötig. Entscheidender Parameter ist dabei der Härtegrad.

Weiches Wasser ist für die Entwicklung des Bieraromas die Voraussetzung. Das wissen auch die Braumeister der Schweizer Brauerei Egger in Worb bei Bern, ein Traditionsunternehmen, dessen Wurzeln über 150 Jahre zurückreichen. Michael Egger, Leiter Produktion & GL, führt aus: „Wir haben mit unserer Quelle das Glück, dass diese auch bevor wir die Aufbereitungsanlage hatten, Wasser in sehr hoher und reiner Qualität lieferte. Die Hauptproblematik lag in der Vergangenheit hauptsächlich am relativ hohen Kalkgehalt im Rohwasser, welcher primär im Heißbereich zu Verkalkungen und dann eben auch zu Störungen und damit verbunden, höherem Arbeitsaufwand führte.“

Die Aufgabe für den Anlagenbauer Veolia Water Technologies Deutschland war es, in der Brauerei eine maßgeschneiderte Aufbereitungsanlage mit geregelter Verschneidung als Stand-Alone-Lösung umzusetzen. Diese sollte unabhängig von der Produktionssteuerung arbeiten und als Grundlage für die nachfolgende Produktion sehr zuverlässig und exakt die Wassergüte des Brauwassers gewährleisten. Gelöst wurde die Aufgabe mit einer Verschneideeinheit aus dem Hause Bürkert.

Dabei wird durch die Veolia-Aufbereitungsanlage das Rohwasser in zwei Teilströme aufgeteilt, das Durchlaufwasser und den Zulauf zur Umkehrosmose. Das Rohwasser wird dann in einem konstanten (einstellbaren) Verhältnis dem salzfreien Permeat aus der Umkehrosmose zugegeben. Dank der gleichbleibenden Qualität des Rohwassers reicht hier diese feste, prozentuale Einstellung für die Einhaltung der Wasserqualität aus.

Geregelt wird dieses Mischungsverhältnis vom Kompaktregler Typ 8611. Die schnell reagierenden Durchflussmesser vom Typ 8011 und S030 messen dazu den Durchfluss beider Teilströme. So liefert die Mischung des Brauwassers zuverlässig die gewünschte Qualität.

Konstante Wasserqualität, optimierte Betriebskosten

Durch den Einsatz des Mischsystems wird immer nur so viel Permeat eingesetzt wie nötig. Das spart Betriebskosten bei der Umkehrosmose und verlängert zudem die Wartungsintervalle sowie die Lebensdauer der Umkehrosmoseanlage. So konnte die Brauerei Egger nicht nur die Produktqualität verbessern, sondern auch ihre Rentabilität steigern.

„Mit dem neuen System ist der Arbeitsaufwand für Reinigung, Entkalkung sowie für Unterhalt und Reparatur deutlich zurückgegangen. Damit verbunden sinkt natürlich auch der Energiebedarf durch verbesserte Wärmeübergänge“, erklärt Egger. Da die Anlage im Batchbetrieb läuft, aus dem sich die laufende Bierproduktion dann bedient, gelang zudem eine reibungslose Installation ohne Produktionsunterbrechung. Für den Brauprozess steht damit eine konstante Wasserqualität zur Verfügung, die einen gleichbleibenden Bier-Geschmack für jede Rezeptur garantiert, und das ohne Eingriffe in die bestehende Anlagenstruktur.

Bildergalerie

  • Wasseraufbereitung: Qualtiy-and-Ratio-Control-Beispielschema für den Aufbau einer Verschneideeinheit mit Härteregelung nach einem Ionentauscher.

    Bild: Bürkert Fluid Control Systems

  • Die Wasserverschneidungsanlage wurde ohne Produktionsunterbrechung als fertiges Modul in die bestehende Verrohrung eingebunden.

    Bild: Bürkert Fluid Control Systems

  • Die Schweizer Traditionsbrauerei Egger in Worb bei Bern setzt auf moderne Wasseraufbereitung zur Qualitätssicherung.

    Bild: Bürkert Fluid Control Systems

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