Weltweit werden Zugang, Verfügbarkeit und Verbrauch von sauberem Wasser immer kritischer. Eine anwendungsgemäße Wasserqualität ist Voraussetzung für den unbedenklichen Einsatz von Trink-, Roh-, Prozess- und aufbereitetem Abwasser. Dabei machen vielfältige Verschmutzungen durch Feststoffe, organische Substanzen und chemische Rückstände sowie die Notwendigkeit, Wasser in Kreisläufen zu nutzen, Wasseraufbereitung wichtiger denn je. Industrie, Gewerbe, Kommunen, medizinische Einrichtungen und private Haushalte verlassen sich mit Blick auf Effizienz und nachhaltige Sicherheit der Wasseraufbereitung auf Komponenten aus Edelstahl Rostfrei.
Laut BUND und Statistischem Bundesamt wurden im Jahr 2019 rund 20 Milliarden Kubikmeter Wasser aus Flüssen, Seen und Grundwasser entnommen, knapp drei Viertel zum industriellen Verbrauch. Ein Großteil davon wiederum ist industrielles Prozesswasser, das abgestimmt auf die jeweiligen Produktions- und Reinigungsprozesse genutzt wird. Voraussetzung dafür sind Prozesswassertechnologien, die maximale Betriebssicherheit, Kosteneffizienz sowie Umweltschutz durch effiziente Aufbereitung vereinen. Ziel jeder Prozesswasseraufbereitung ist ein Destillat, das möglichst erneut verwendet oder umweltverträglich in eine Kläranlage eingeleitet werden kann. Abgeschiedene Schadstoffe können dann als Kondensat mit sehr geringem Wasseranteil kostengünstig thermisch entsorgt oder sogar als wertvoller Rohstoff zurückgewonnen werden. Zero Liquid Discharge (ZLD) ist ein vielbeachtetes Zukunftsthema, um durch die Kombination verschiedener Abwasserbehandlungsverfahren eine abwasserfreie Produktion zu erreichen. Zwei unterschiedliche Formen der Prozesswasseraufbereitung werden dafür wahlweise eingesetzt: Wasser-Recycling – das Abwasser wird aufbereitet und wieder in denselben Kreislauf zurückgeführt, in dem es zuvor verwendet wurde – oder Wasser-Wiederverwertung (Re-Use). Bei Re-Use findet das gereinigte Abwasser einen anderen Einsatzzweck als bei der ursprünglichen Verwendung: Nach seiner Aufbereitung wird es, abhängig von der jeweils anwendungs- und industriespezifischen Qualitätsanforderung, beispielsweise als Heiz- oder Kühlwasser, zur Bewässerung oder Reinigung genutzt.
Ob Roh-, Brunnen-, Oberflächen- oder Prozesswasser: Jedes verwendete Wasser weist spezifische Eigenschaften auf. Laboruntersuchungen des aufzubereitenden Wassers – das gilt für unbehandelte Brunnen- und Rohwasser ebenso wie für Prozesswasser – geben Aufschluss über die individuelle Wasserbeschaffenheit: Welche Stoffe in welcher Konzentration darin enthalten sind und welche Qualitätsparameter es bei der Wasserreinigung zu erfüllen gilt. In vielen Branchen entscheidet die Qualität der Prozesswasseraufbereitung zugleich über die Produktqualität und unterliegt dann besonders strengen gesetzlichen Auflagen. Das gilt insbesondere für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Krankenhäuser, Labore und Kraftwerke sowie für die Chemie-, Pharma-, Biotechnologie-, Halbleiter-, Öl- und Gasindustrie.
Viele gute Gründe für die Wahl von Edelstahl
Zur Aufbereitung von Wasser werden je nach Einsatzzweck verschiedene Verfahrensschritte kombiniert und stufenweise mechanisch, biologisch und chemisch umgesetzt. Komponenten aus Edelstahl Rostfrei sind in den mechanischen und chemisch-physikalischen Verfahrensstufen weit verbreitet. Ausschlaggebend dafür sind ihre hohe Korrosionsbeständigkeit auch gegenüber vielen Chemikalien, Festigkeit, Druck- und Temperaturbeständigkeit sowie die guten Verarbeitungseigenschaften des Werkstoffs. Behälter, Rohre, Armaturen und andere Komponenten aus nichtrostendem Stahl halten extremen Heiß- und Kaltbedingungen, häufigen Temperaturwechseln und aggressiven Substanzen wie Säuren, Laugen und salzhaltigen Lösungen dauerhaft stand. Die porenfreie, glatte Werkstoffoberfläche verhindert das Anhaften von Mikroorganismen oder Verunreinigungen und gewährleistet hygienische Reinigung in Cleaning-In-Place (CIP)- und Sterilization-In-Place (SIP)-Prozessen.
Schlüsselfunktion von Filtern und Filterelementen
Ob Wasser zum Waschen von Obst, Gemüse oder anderen Rohstoffen, als Inhaltsstoff für Produkte oder zur Reinigung von Geräten und Anlagen: Filteraggregate schützen Produktionsanlagen und gewährleisten die anwendungsgerechte Wiederaufbereitung und Bereitstellung als Prozesswasser. In der Automobilindustrie reinigen Filter aus hochwertigem Edelstahl das Prozesswasser beispielsweise aus der Kabelproduktion, Teilereinigung oder Metalloberflächenbehandlung. Lackierereien benötigen Wasser, das Filteraggregate aus nichtrostendem Stahl von lackbenetzungsstörenden Substanzen befreit haben (LABS-freies Wasser). Automatische Rückspülfilter aus austenitischem Edelstahl 1.4301 leisten bei der Kühlwasseraufbereitung wertvolle Dienste. Filtergewebe und -membranen aus Edelstahl tragen durch ihre Korrosionsbeständigkeit zu langen Standzeiten und geringem Wartungsbedarf bei. Produkte aus dem nichtrostenden austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl 1.4401 überzeugen auch bei chloridhaltigen Medien durch gute Beständigkeit. Dort, wo die konventionelle Filtration zum Abscheiden von Bakterien, Mikroorganismen, Schwebstoffteilchen und natürlichen organischen Substanzen an ihre Grenzen stößt, kommt die Membrantechnik mit Mikro-, Nano- und Ultrafiltration oder Umkehrosmose je nach geforderter Porengröße zum Tragen. Bei diesen Osmosefiltern wird das zu reinigende Wasser mit Hochdruck durch eine Membran geleitet, die die unerwünschten Bestandteile herausfiltert.
Vielseitige Verdampfer und Wärmetauscher
Große Abwassermengen fallen bei der Batterieproduktion für Elektroautos an – und hier insbesondere bei der Rohstoffgewinnung für die Batterien. Hier hat sich die Vakuumverdampfung, ohnehin eines der vielseitigsten Verfahren für industrielle Prozesswasseraufbereitung, bei der Abwasserbehandlung bewährt. Durch Eindampfung der belasteten Abwasserströme wird das Abwasservolumen um bis zu 95 Prozent reduziert. Das so aus dem Abwasser gewonnene Destillat wird als Prozesswasser in den Produktionsprozess zurückgeführt. Die in dem Konzentrat abgeschiedenen Schadstoffe haben dann nur noch ein minimales Volumen und können somit kostengünstig der thermischen Verwertung zugeführt werden. Diese Vorreinigung durch Destillation stark belasteter Abwasser mit hohen Gehalten an gelösten oder suspendierten Feststoffen wie organischem Kohlenstoff (TOC-Wert, englisch total organic carbon) oder mit toxischen oder umweltschädlichen Stoffen wie Schwermetallen, Säuren und Phosphaten ist deshalb auch in der Lebensmittel-, Chemie- und Pharmaindustrie gängige Praxis. Die in den Verdampfern dafür eingesetzten Rohre, Armaturen und Wärmetauscher aus Edelstahl Rostfrei verhindern durch ihre porenfreie hygienische Oberfläche die Anhaftung von Mikroorganismen. Zugleich gewährleisten sie eine optimale Wärmeübertragung. Das grob vorgesiebte Abwasser fließt durch den Wärmetauscher und überträgt dabei seine Wärme auf das Kühlwasser in den Rohren. Das so erwärmte Kühlwasser versorgt beispielsweise eine angeschlossene Wärmepumpe mit Energie, die anderen Prozessen wieder zugeführt werden kann. Alternativ bringt die gewonnene Wärmeenergie frisches Prozesswasser auf das für die jeweilige Nutzung erforderliche Temperaturniveau. Viele Abwässer haben unabhängig vom spezifischen Industrieprozess einen hohen Anteil an thermischer Energie. Deshalb ist für die betroffenen Betriebe neben der Energierückgewinnung auch die Senkung der Abwassertemperatur zur Einleitung in die eigene oder eine öffentliche Kläranlage von essentieller Bedeutung. Auch hier leisten Wärmetauscher aus den Edelstahlsorten 1.4301 und 1.4401 einen zentralen Beitrag.
Zuverlässige Wasserentsalzung
Zur Wasserentsalzung von Industriewasser und Aufbereitung von Wasser in Reinstwasser ist der Einsatz von Ionentauschern verbreitet. Ionenaustauscherharze in Patronen aus nichtrostendem Stahl entfernen unerwünschte Ionen aus dem Wasser und ersetzen diese durch gewünschte Ionen. Die Harzkügelchen müssen jedoch regelmäßig mit Regenerierlösungen aus starker Salz- oder Schwefelsäure regeneriert werden. Anwendungsgerecht legierte Werkstoffsorten gewährleisten hier die geforderte lange Haltbarkeit der Ionenaustauscherpatronen. Entsalzungsanlagen auf Offshore-Plattformen, Schiffen und zur großindustriellen Meerwasserentsalzung nutzen bei der Umkehrosmose und Destillation ebenfalls Rohrsysteme und Filtermodule aus hochlegierten austenitischen Edelstählen oder austenitisch-ferritischen Duplex Stählen. Durch ihre Meerwasserbeständigkeit und Schweißeigenschaften sind hier die Sorten 1.4539, 1.4529, 1.4547, 1.4462 (Duplex-Edelstahl) und 1.4410 (Super Duplex Edelstahl) etablierter Standard. In den Druckrohren mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten bewähren sich austenitisch nichtrostende Stähle überdies durch ihre zuverlässige Erosionsbeständigkeit.
Ozongeneratoren, Behälter und Leitungen
Industrielle Abwässer können, abhängig von der Produktion, biologisch nicht abbaubare oder toxische Substanzen enthalten. Schadstoffe wie Cyanide, Phenole oder Benzole müssen vor dem Einleiten in einen Vorfluter oder in eine kommunale Kläranlage entfernt werden. Als stärkstes, großtechnisch herstellbares Oxidationsmittel beseitigt Ozon viele dieser problematischen Substanzen vollständig oder aber oxidiert diese so weit, dass sie anschließend biologisch abbaubar sind. Auch bei der Trinkwasseraufbereitung in kommunalen Kläranlagen wird Ozon deshalb zunehmend – allein oder zusammen mit Chlor – für die Wasseraufbereitung angewendet. Da Ozon durch seine Reaktivität nicht lagerfähig ist, muss es vor Ort aus Sauerstoff in speziell konzipierten, wassergekühlten Ozongeneratoren hergestellt werden. Für den Bau dieser Ozongeneratoren ist die Edelstahlsorte 1.4404 gängige Praxis. In kommunalen Kläranlagen ist nichtrostender Stahl in den meisten Fällen Material der Wahl – von der Abwasseraufbereitung bis zur Trinkwassergewinnung, -behandlung und -verteilung. Typische, hier eingesetzte Werkstoffgüten sind austenitische Chrom-Nickel-Stähle wie 1.4307, bei höherer korrosiver Belastung auch höher und hochlegierte Sorten wie 1.4404, 1.4362, 1.4462, 1.4539.
Auch für Dosiervorrichtungen, Transportleitungen und Behälter ist Edelstahl Rostfrei bei der Wasseraufbereitung in Industrie, medizinischen Einrichtungen und Kommunen unverzichtbarer Bestandteil. Korrosions-, Druck- und Temperaturbeständigkeit sprechen auch hier für die Wahl des Werkstoffs, der nach jahrzehntelanger Haltbarkeit am Ende seiner Lebenszeit ohne qualitative Einbußen nahezu vollständig recycelt wird.
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