Die VDI-Richtlinie 2047 Blatt 2 beschreibt in Verbindung mit der 42. Bundesimmissionsschutzverordnung (42. BImSchV) präzise Anforderungen an den hygienegerechten Betrieb von Verdunstungskühlanlagen. Im Zentrum dieser Anforderungen stehen u.a. die chemisch-physikalischen Untersuchungen des Kühl- und Umlaufwassers. Diese liefern wesentliche Kenntnisse über den Anlagenzustand und sind damit Basis zur Festlegung von Maßnahmen zur Vermeidung von Biofilmen, die Legionellen einen idealen Lebensraum bieten.
Die systematische Überwachung stellt Betreiber vor konkrete Herausforderungen: So müssen regelmäßig, mindestens 14-tägig vom Betreiber als Relevant festgelegte Betriebsparameter gemessen werden. Wichtig hierbei sind z.B. die Fahrweise der Anlage, die sich einstellende Eindickung / Aufkonzentration der Wasserinhaltsstoffe bedingt durch Verdunstung, aber auch die Einhaltung von Garantieparametern laut Herstellervorgaben oder Einleitgrenzwerten des Abwassers. Ferner ist die Werkstoffverträglichkeit gegenüber dem Zusatz- bzw. Nutzwasser zu berücksichtigen, aber auch gegenüber möglichen Betriebschemikalien für den wirtschaftlichen Einsatz der Verdunstungskühlanlage.
Inhalte
Regelmäßige Hygienekontrollen: Was Betreiber beachten müssen
Die VDI 2047-2 erwartet von Betreibern regelmäßige Hygienekontrollen. Diese umfassen neben Inspektionen und mikrobiologischen Untersuchungen auch die chemisch-physikalischen Untersuchungen des Kreislaufwassers – ein Dreiklang, der für die Anlagensicherheit unverzichtbar ist.
Chemische physikalische oder mikrobiologische Parameter: Betriebsinterne Untersuchungsintervalle nach VDI 2047
Die Richtlinie gibt einen Zeitrahmen vor, wann die chemischen, physikalischen oder mikrobiologischen Kenngrößen des Nutzwassers überprüft werden müssen mindestens zweiwöchentlich betriebsintern.
Als Beispiel für physikalische Untersuchungen ist die Messung der elektrischen Leitfähigkeit zu nennen. Diese ist ein interessanter Summenparameter, aus dem sich unterschiedliche Aussagen herleiten lassen. Damit ist diese z.B. eine Entscheidungshilfe für den Betreiber, ob Nutzwasser abgeschlämmt / abgesalzen werden muss, oder weiter die Eindickung höher gefahren werden kann.
Weitere physikalische aber auch diverse chemische Parameter sind beispielhaft in der VDI 2047-2 genannt. Ob und welche hiervon in den Überwachungszyklus des Betreibers genommen werden, hängt von vielen weiteren Forderungen z.B. des Anlagenherstellers oder der Behörde ab und sind daher individuell zu bestimmen.
Außerdem schlägt die VDI 2047-2 vor, betriebsintern mikrobiologisch auf allgemeine Koloniezahl zu untersuchen. Hierfür sind sog. Dip Slides erhältlich.
Für die chemisch-physikalischen Untersuchungen darf der Zeitraum zwischen aufeinanderfolgenden Messungen auf bis zu zwei Monate ausgedehnt werden. Voraussetzung dafür sind dokumentierte Erfahrungen, die die Stabilität der Werte im laufenden Betrieb belegen.
Die mikrobiologische Untersuchung betrifft dies nicht. Die bleibt formal bei zweiwöchentlich
Dokumentation und Maßnahmen bei Abweichungen
Jedes Messergebnis findet seinen Platz im Betriebstagebuch. Diese lückenlose Dokumentation ist nicht nur Pflicht, sondern auch Nachweis ordnungsgemäßer Betriebsführung. Weichen Untersuchungsergebnisse von den Vorgaben ab, ist schnelles Handeln gefragt. Sofortige Ursachenermittlung und die Einleitung geeigneter Maßnahmen sind dann unumgänglich.
Eindickung bei Verdunstungskühlanlagen/ Eindickungszahl
Das Prinzip der Eindickung
Durch Verdunstung verschwindet das Wasser aus Verdunstungskühlanlagen, die gelösten Salze bleiben zurück. Die Konzentration im Kreislaufwasser / Nutzwasser steigt kontinuierlich an. Dieser Prozess wird als Eindickung bezeichnet.
Diese Eindickung lässt sich am einfachsten über die Leitfähigkeit ermitteln: EZ = Lf(Nutzwasser) / Lf(Zusatzwasser)
Das Ergebnis wird als Eindickungszahl EZ bezeichnet.
Eine generelle Aussage oder Empfehlung zur optimalen EZ ist nicht möglich, da diese von vielen Faktoren abhängt. Ein diskreter Wert in „unseren“ Breitengraden dürfte jedoch bei Einsatz von entsprechenden Antiscalants bei EZ = 3-4 liegen.
Grenzwerte für kritische Salze
Generelle Grenzwerte für bestimmte Salze gibt es nicht. Diese hängen von vielen Faktoren ab und werden durch die Anlagenhersteller oder je nach chemischer Fahrweise durch die Wasserbehandlungsunternehmen vorgegeben. Überschreitungen kritischer Werte können konkrete Folgen hinsichtlich Ablagerung und Korrosion haben, unabhängig irgendwo definierter Grenzwerte.
Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung: Die Basis für einen sicheren Betrieb
Rohwasseraufbereitung
Die fachgerechte Aufbereitung des Rohwassers ist der erste Schritt für ein hygienisch einwandfreies System. Hierbei ist der einfachste Schritt die Filtration, um ungelöste Stoffe zu entfernen. Dies kann ergänzt werden um Methoden wie Ionenaustausch oder Membranfiltration. Diese beiden halten Stoffe aus dem Rohwasser zurück, die bei der Eindickung im Nutzwassersystem zu Ablagerungen neigen.
Konditionierung des Nutzwassers
Eine Wasserbehandlung – auch Konditionierung genannt – des Nutzwassers sorgt dafür, dass es auch bei höherer Eindickung nicht zu einer Ausscheidung ungelöster Salze kommt, die sich ablagern und somit zu schlechteren Wärmeübergängen an Rohrleitungen und Apparaten führen. Hierzu werden bestimmte Chemikalien eingesetzt, die auf Grund ihrer Funktion als Antiscalants / Scalinginhibitoren oder Belagsverhinderer bezeichnet werden.
Auf weitere, auch in der VDI 2047-2 genannte Produkte wie Dispergatoren und Korrosionsschutzzusätze sollte schon vor dem Hintergrund des Minimierungsgebots der GefStoffV verichtet werden. Ist ein sporadischer Einsatz vorgesehen, muss auf jeden Fall die Genehmigungssituation hinterfragt werden.
Was dabei konkret zu überwachen ist:
- Funktionalität der Dosieranlagen: Laufen sie einwandfrei? Stimmen Dosiermengen und Dosierzeiten? Ist ausreichend Vorrat vorhanden?
- Kalibrierung von Messwertaufnahmen für z.B. Leitwert, pH-Wert, Temperatur, Füllhöhe, Durchfluss usw. – nur korrekte Messungen führen zu verlässlichen Ergebnissen
- Die tatsächliche Konzentration des Nutzwassers
- Ein wichtiger Sonderfall: Bei der Stoßdosierung von Bioziden muss die Absalzung während der Wirksamkeit des Biozids verriegelt sein
Wasserrichtwerte individuell festlegen
Die individuelle betriebliche Festlegung der Wasserrichtwerte für Zusatz- und Nutzwasser ist keine Standardaufgabe. Sie berücksichtigt die spezifische Rohwasserqualität, die eingesetzten Werkstoffe (z.B. C-Stahl, Buntmetalle, Kunststoffe, Aluminium, Holz, Beton), die jeweilige Korrosionsbeständigkeit und nicht zuletzt die Vorgaben der Hersteller. Nur so entsteht ein maßgeschneidertes Konzept für jede einzelne Anlage.
Übersicht der wesentlichen chemisch-physikalischen Parameter
NAch der Richtlinie VDI 2047-2 können beispielsweise folgende Parameter bestimmt werden:
- pH-Wert
- Elektrische Leitfähigkeit / Leitwert
- Summe Erdalkalien
- Säurekapazität
- Chlorid
- Sulfat
- Nitrat
- Ammonium
- Gesamtphosphor
- Silikat
- Eisen
- Kupfer
- Zink
- Chrom
- Nickel
- TOC (Total Organic Carbon)
- Trübung (oder abfiltrierbare Stoffe)
- Konzentration des Konditionierungsmittels
Fazit: Fachwissen macht den Unterschied
Die Zuverlässigkeit der chemisch-physikalischen Untersuchungen hängt von der fachgerechten Entnahme der Wasserproben, der Anwendung genormter Verfahren, der Qualität der eingesetzten Messtechnik, der Schulung des Personals und der systematischen Wartung aller Komponenten ab.
Die Umsetzung nach VDI 2047-2 und 42. BImSchV ist anspruchsvoll und erfordert fundiertes Fachwissen über die komplexen Zusammenhänge zwischen Wasserchemie, Anlagentechnik und Hygieneanforderungen. Die Überwachung der vielfältigen Parameter, die richtige Interpretation der Messwerte im Kontext von Eindickung und Werkstoffverträglichkeit sowie die lückenlose Dokumentation bilden essenzielle Bestandteile der Betreiberverantwortung – und schaffen die Grundlage für einen sicheren und wirtschaftlichen Anlagenbetrieb.
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Chemisch-physikalische Untersuchungen sind Messungen und Analysen des Kühl- / Nutz und Umlaufwassers zur Überwachung der Qualität von Parametern wie pH-Wert, Leitfähigkeit, Härte, Chlorid und Sulfat. Sie dienen der Vermeidung von Ablagerungen, Korrosion und Biofilmen nach VDI 2047 Blatt 2.
Chemische und physikalische Parameter müssen mindestens zweiwöchentlich überprüft werden. Für stabile Werte im Kühlkreislauf kann das Intervall auf bis zu zwei Monate erweitert werden – mit dokumentierter Begründung.
Eindickung bezeichnet die Aufkonzentration von Salzen im Kreislaufwasser / Nutzwasser durch Verdunstung. Eine wirtschaftliche Eindickungszahl liegt bei mindestens 3-fach. Die Grenzwerte regelt die VDI 3803.
Bei Abweichungen sind sofortige Ursachenermittlung und GegenmMaßnahmen durchzuführen und dies im Betriebstagebuch zu dokumentieren. Die 42. BImSchV und VDI 2047-2 fordern zusätzlich lückenlose Aufzeichnungen aller Untersuchungsergebnisse.
Biofilme sind Schleimschichten aus lebenden und abgestorbenen Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Algen), die wasserberührte Oberflächen besiedeln. Sie bieten einen hervorragenden Lebensraum für Krankheitserreger wie Legionellen. Biofilme schützen Keime vor äußeren Einflüssen wie Bioziden, Wärme und UV-Licht, weshalb deren Bekämpfung besonders schwierig ist.
Korrosionsinhibitoren sind chemische Zusätze, die eine Schutzschicht auf Metalloberflächen bilden und so Korrosion (Rost) verhindern. Sie hemmen entweder anodische oder kathodische Korrosionsreaktionen. Die Wirksamkeit hängt von pH-Wert, Temperatur und den eingesetzten Werkstoffen ab. Auf Grund des Minimierungsgebots nach GefStoffV wird vom Einsatz von Korrosionsinhibitoren abgeraten.
Dispergatoren halten Feststoffe (Kalk, Schmutz, Korrosionsprodukte) fein verteilt im Wasser und verhindern deren Verklumpen und Ablagerung. Sie lagern sich an Partikeloberflächen an und sorgen für gegenseitige Abstoßung. Biodispergatoren können zusätzlich Biofilme ablösen.
Der m-Wert ( Die Säurekapazität KS 4,3 ist ein Maß für die Hydrogencarbonatkonzentration im Nutzwasser Karbonathärte des Wassers. Er gibt an, wie viel Säure bei Titration bis pH 4,3 verbraucht wird und ist damit ein Maß für die Ablagerungsneigung. neutralisiert werden kann und zeigt die Pufferkapazität an. Erhöhte m-Werte begünstigen Ausscheidungen / Ablagerungen bei erhöhter Eindickung und können durch Antiscalants verhindert werdenKalkausfällungen bei Erwärmung und pH-Anstieg durch Verdunstung.
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