Die Wasserbehandlung im Kühlturm ist das Herzstück eines jeden leistungsfähigen Kühlsystems. Ohne fachgerechte Kühlturmwasser Aufbereitung drohen Kalkablagerungen, die bereits bei einem Millimeter Dicke die Kühlleistung um 20 Prozent reduzieren können. Hinzu kommen Korrosionsschäden und mikrobiologische Risiken durch Legionellen, die sich zwischen 25 °C und 45 °C explosionsartig vermehren.
Die Lösung liegt in einem durchdachten Behandlungskonzept: Von der Vorbehandlung des Zusatzwassers über den gezielten Einsatz von Kühlturm Dispergatoren und Härtestabilisierung bis zur kontinuierlichen Überwachung nach VDI 2047 Blatt 2 und 42. BImSchV.
Inhalt dieses Beitrags
Wenn Wasser in Kühltürmen zu Problemzonen wird & was man bei der Wasseraufbereitung beachten muss:
Offene Kühlsysteme arbeiten im permanenten Kontakt mit der Umgebungsluft. Dabei fungieren sie als „Luftwäscher“ und sammeln unweigerlich Schmutz, Staub und organisches Material ein. Gleichzeitig verdunstet reines Wasser, während gelöste Salze und Inhaltsstoffe im System zurückbleiben und sich aufkonzentrieren – ein Prozess, der als Eindickung bezeichnet wird.
Diese natürlichen Vorgänge führen ohne angemessene Wasseraufbereitung zu 3 Problemen:
1. Kalk- und Steinablagerungen (Scaling)
- Verblockungen in Rohrleitungen und Wärmetauschern
- Verschlechterter Wärmeübergang
- Bis zu 20 Prozent Leistungsverlust bereits bei einem Millimeter Kalkausfällung
2. Korrosion
- Lokal oder flächig auftretende Materialschädigung
- Verkürzte Lebensdauer der Anlage
- Erhöhte Instandhaltungskosten
3. Mikrobiologisches Wachstum
- Algen, Schleimbakterien und Legionellen
- Biofilme auf allen wasserbenetzten Oberflächen (bestehen zu 95 % aus Wasser)
- Schutzraum für Legionellen und Amöben, der sie gegen Biozide abschirmt
Wasserbehandlung in zwei Stufen: Zusatz- und Nutzwasser
Aufbereitung des Zusatzwassers (Rohwasser)
Die Kühlwasseraufbereitung beginnt bereits beim Rohwasser. Je nach Beschaffenheit kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:
- Feststoffentfernung/Filtration (z. B. Kiesfilter)
- Enthärtung (Teil- oder Vollenthärtung) zur Vermeidung von Kalkablagerungen
- Entcarbonisierung bei großen Wassermengenströmen
- Umkehrosmose (RO) für Vollentsalzung – ermöglicht Konzentrationsfaktoren von 5,0 bis 8,0, sollte aber aufgrund des hohen Energie- und Ressourcenaufwands nur bei technischer Notwendigkeit erfolgen
- Desinfektion
Behandlung des Nutzwassers (Kreislaufwasser)
Im Kreislaufbetrieb konzentrieren sich die Inhaltsstoffe kontinuierlich auf. Die Wasserbehandlung im laufenden Betrieb umfasst folgende Maßnahmen:
- Absalzung/Abflutung: Um der Aufkonzentration entgegenzuwirken, wird frisches Zusatzwasser zugeführt und ein Teil des aufkonzentrierten Nutzwassers abgeflutet. Die Absalzung erfolgt automatisch – entweder leitwertabhängig oder TDS-abhängig gesteuert.
- Eindickung (Konzentrationsfaktor C): Der Konzentrationsfaktor ist ein Maß für die Aufkonzentration der Salze. Er wird über die Leitfähigkeit oder Chloridkonzentration im Nutz- und Zusatzwasser ermittelt. Eine höhere Eindickung bedeutet geringeren Wasserverbrauch – allerdings nur bei entsprechender chemischer Stabilisierung.
Härtestabilisierung und Dispergatoren: Die Schlüsseltechnologien
Härtestabilisierung durch Scaling-Inhibitoren
Härtestabilisierung ist der Schlüssel zu wirtschaftlichem Kühlturmbetrieb. Scaling-Inhibitoren (Antiscalants) ermöglichen es, eine möglichst hohe Eindickung zu fahren, ohne dass Salze wie Calciumcarbonat ausfallen. Je höher die Eindickung, desto weniger Frischwasser wird benötigt und desto geringer fallen die Absalzmengen aus.
Diese Härtestabilisatoren verhindern gezielt:
- Kalkablagerungen auf Wärmeübertragerflächen
- Verblockungen in Rohrleitungen
- Leistungsverluste durch isolierende Beläge
Kühlturm Dispergatoren: Schwebende Sauberkeit
Ein Kühlturm Dispergator erfüllt eine andere, ebenso wichtige Funktion: Er hält Feststoffe in Schwebe. Schmutzpartikel, Korrosionsprodukte sowie Eisen- und Manganoxide werden dadurch daran gehindert, sich im System abzulagern.
Dispergatoren sind Tenside, die in zwei Bereichen wirken:
- Mechanische Reinigung: Feststoffe bleiben suspendiert und können über die Absalzung ausgetragen werden
- Biodispergation: Als Biodispergatoren lösen sie Schleimschichten und unterstützen damit die Biozidbehandlung
Korrosionsschutz und mikrobielle Kontrolle
Korrosionsinhibitor
Ein Kühlturm Korrosionsinhibitor schützt die Installationsmaterialien und verlängert die Lebensdauer der Anlage erheblich. Die Auswahl korrosionsstabiler Werkstoffe und die Anpassung der Wasserbeschaffenheit (pH-Wert, Leitfähigkeit) ergänzen den chemischen Schutz.
Mikrobielle Kontrolle: Der Kampf gegen Legionellen
Zur Beherrschung der Mikrobiologie – insbesondere von Legionellen – werden Biozide eingesetzt:
Oxidierende Biozide:
- Natriumhypochlorit/Chlorbleichlauge
- Chlordioxid
- Wasserstoffperoxid
- Ozon
Nicht oxidierende Biozide:
- Quaternäre Ammoniumsalze
- Isothiazolinone
Physikalische Methoden:
UV-Bestrahlung minimiert die mikrobielle Belastung, funktioniert jedoch nur bei klaren Wässern (< 20 FNU/NTU).
Partikelfiltration
Durch Lufteintrag verschmutztes Kühlwasser erfordert Partikelfiltration. Empfohlen wird die Filtration eines Teilstroms (ca. 10 % bei Eindickungen > 3) oder gegebenenfalls des Vollstroms.
Überwachung und Regulierung nach VDI 2047: Kontinuierliche Parameterüberwachung
Eine automatische Überwachung und Konditionierung ist für den sicheren Betrieb unerlässlich. Folgende Parameter sollten kontinuierlich erfasst werden:
Kritische Überwachungsparameter:
- Leitwert: Zentral für wirtschaftliche Prozessführung
- pH-Wert: Indikator für chemisches Verhalten (zu niedrig: Korrosion; zu hoch: Ausfällungen)
- Redox-Spannung: Zeigt optimale Biozidversorgung an
Rechtliche Anforderungen
| Wert | Konzentration | Maßnahme |
| Prüfwert 1 | 500 KBE/100 mL | Zusätzliche Laboruntersuchungen |
| Prüfwert 2 | 5.000 KBE/100 mL | Stoßdosierung von Bioziden, Ursachenaufklärung |
| Maßnahmenwert | 50.000 KBE/100 mL | Gefahrenabwehrmaßnahmen |
Das Gesamtsystem im Blick behalten
Die Behandlung von Wasser im Kühlturm muss als ein komplexes System verschiedener Prozesse betrachtet werden. Man muss nicht nur sauberes Wasser nachfüllen (Zusatzwasserbehandlung), um Verdunstungsverluste auszugleichen, sondern auch regelmäßig Schmutz und Salz entfernen (Absalzung und Filtration), chemische Gleichgewichte einstellen (pH, Korrosionsschutz) und aggressive Organismen bekämpfen (Biozide), damit das gesamte System gesund und effizient bleibt und nicht durch Ablagerungen oder Krankheitserreger geschädigt wird.
Ein integratives Behandlungssystem ist der Schlüssel zu leistungsfähigen, sicheren und wirtschaftlichen Kühltürmen. Die Kombination aus:
- Vorbehandlung des Zusatzwassers (Enthärtung, Filtration)
- Konditionierung des Umlaufwassers (Absalzung, Härtestabilisierung, Dispergator)
- Korrosionsinhibitor zum Materialschutz
- Kontrolle durch Biozide bei mikrobiellen Belastungen
Automatisierte Mess- und Regelungstechnik gewährleistet einen störungsfreien Betrieb unter Einhaltung der strengen hygienischen Vorschriften nach VDI 2047 und 42. BImSchV.
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Die Aufbereitung von Wasser in Verdunstungskühlanlagen ist essenziell für einen hygienisch einwandfreien, störungsfreien und wirtschaftlichen Betrieb. Sie hält das zirkulierende Wasser innerhalb optimaler Betriebsgrenzen und erzielt damit den besten Kompromiss zwischen Leistung, Sicherheit und Betriebskosten. Ohne angemessene Aufbereitung entstehen Kalkablagerungen, Korrosionsschäden und mikrobiologisches Wachstum, die die Kühlleistung drastisch reduzieren und gesundheitliche Risiken durch Legionellen bergen.
Offene Kühlsysteme stehen in ständiger Wechselwirkung mit der Umgebungsluft, wodurch sie als „Luftwäscher“ fungieren. Dadurch werden Schmutz, Staub und organisches Material in das Kühlwasser eingetragen. Zusätzlich konzentrieren sich durch die Verdunstung des reinen Wassers die gelösten Salze und Inhaltsstoffe immer weiter auf (Eindickung). Weitere Verunreinigungen entstehen durch Korrosionsprodukte, Eisen- und Manganoxide sowie mikrobiologisches Wachstum.
Ohne angemessene Behandlung oder mit nur teilenthärtetem Wasser entstehen drei Hauptprobleme:
1. Kalk- und Steinablagerungen (Scaling): Führen zu Verblockungen, schlechterem Wärmeübergang und verringerter Kühlleistung. Bereits ein Millimeter Kalkausfällung kann die Leistung um bis zu 20 Prozent reduzieren.
2. Korrosion: Tritt lokal oder allgemein auf und verkürzt die Lebensdauer der Anlage erheblich.
3. Mikrobiologisches Wachstum: Insbesondere Algen, Schleimbakterien und Legionellen vermehren sich stark bei Temperaturen zwischen 25 °C und 45 °C. Biofilme bilden sich auf allen wasserbenetzten Oberflächen und bieten Legionellen und Amöben einen geschützten Lebensraum.
Die wichtigsten kontinuierlich zu überwachenden Parameter sind:
- Leitwert: Zentral für eine wirtschaftliche Prozessführung und Kontrolle der Eindickung
- pH-Wert: Indikator für chemisches Verhalten – zu niedrige Werte führen zu Korrosion, zu hohe zu Ausfällungen
- Redox-Spannung: Zeigt die optimale Biozidversorgung an
Zusätzlich werden der Konzentrationsfaktor (Eindickung), die Legionellenkonzentration und die Trübung regelmäßig geprüft.
Die Enthärtung des Zusatzwassers bestimmt direkt den erreichbaren Konzentrationsfaktor. Teilenthärtetes Wasser enthält Resthärte, die das Scaling-Risiko erhöht und niedrigere Eindickungen erfordert. Vollenthärtung ermöglicht höhere Konzentrationsfaktoren, während Vollentsalzung durch Umkehrosmose theoretisch Faktoren von 5,0 bis 8,0 erlaubt. Eine höhere Eindickung reduziert den Frischwasserverbrauch und die Absalzmenge erheblich, senkt aber auch den Bedarf an Härtestabilisatoren. Die Umkehrosmose sollte jedoch nur bei technischer Notwendigkeit eingesetzt werden, da sie einen erheblichen Energie- und Ressourcenaufwand bedeutet.
Der dreimonatige Wirkstoffwechsel verhindert die Resistenzbildung von Mikroorganismen. Bei kontinuierlichem Einsatz desselben nicht oxidierenden Biozids (wie quaternäre Ammoniumsalze oder Isothiazolinone) können sich Bakterien, Algen und andere Mikroorganismen adaptieren und Abwehrmechanismen entwickeln.
Der Wechsel zwischen verschiedenen Wirkstoffen unterbricht diesen Anpassungsprozess und erhält die Wirksamkeit der mikrobiellen Kontrolle. Ergänzend sollten Biodispergatoren eingesetzt werden, da sie die Schleimschichten lösen und damit die Biozide überhaupt erst zu den geschützten Mikroorganismen in den Biofilmen vordringen lassen.
Die Partikelfiltration entfernt durch Lufteintrag eingetragenen Schmutz aus dem Kühlwasser. Bei höheren Eindickungen (> 3) wird empfohlen, etwa 10 Prozent des Teilstroms zu filtrieren, gegebenenfalls auch den Vollstrom.
Die Filtration ist besonders wichtig, da Dispergatoren zwar Feststoffe wie Schmutzpartikel, Korrosionsprodukte sowie Eisen- und Manganoxide in Schwebe halten, diese jedoch nicht entfernen. Ohne Filtration würden sich die suspendierten Partikel trotz Dispergator-Einsatz im System anreichern. Die Filtration ergänzt damit die Dispergator-Funktion und ermöglicht den kontrollierten Austrag der Feststoffe.
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