Die Qualität des Kühlwassers beeinflusst die Betriebssicherheit und Effizienz von Verdunstungskühlanlagen maßgeblich. Kalkablagerungen beeinträchtigen Wärmeübergänge, Korrosion beschädigt Anlagenkomponenten, und mikrobiologisches Wachstum kann hygienische Risiken verursachen.
Was Sie über eine ordnungsgemäße Wasseraufbereitung wissen sollten:
Wasserkühlung: Vorteile und betriebliche Herausforderungen
Typische Betriebsprobleme im Kühlkreislauf von Verdunstungskühlanlagen
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- Scaling und Verkalkung: Bei der Verdunstung verbleibt reines Wasser, während Salze im Kreislauf zurückbleiben. Diese Eindickung führt zur Aufkonzentration von Inhaltsstoffen. Schwer lösliche Salze wie Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat fallen aus und bilden Ablagerungen, die Wärmeübergänge blockieren und die Kühlleistung reduzieren.
- Korrosion: Wasserinhaltsstoffe wie Chloride, Sulfate und Sauerstoff sowie ungünstige pH-Werte greifen metallische Werkstoffe an. Dies führt zu Materialschäden in den Anlagen an Rohrleitungen, Wärmetauschern und anderen Bauteilen.
- Verschlammung: Partikel und organische Rückstände setzen sich im System ab, beeinträchtigen die Durchströmung und verstopfen Filter sowie Düsen.
- Mikrobiologisches Wachstum: Biofilme entstehen an Oberflächen und fördern Materialermüdung. Besonders relevant sind Legionellen, die bei Verbreitung über Aerosole gesundheitliche Risiken darstellen.
- Eindickung: Die kontinuierliche Aufkonzentration der Salze erfordert eine geregelte Absalzung zur Aufrechterhaltung der Zielwerte für die Leitfähigkeit.
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Unterscheidung: Wasseraufbereitung und Wasserbehandlung
Für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Kühlanlage sind zwei verschiedene Ansätze erforderlich:
Wasseraufbereitung:
Wasseraufbereitung bezeichnet die Konditionierung des Rohwassers oder Zusatzwassers vor Eintritt in den Kühlkreislauf. Ziel ist die Entfernung oder Reduzierung problematischer Inhaltsstoffe.
Gründe für die erforderliche Aufbereitung des Zusatzwassers
- Hohe Wasserhärte im Rohwasser
- Erhöhter Salzgehalt
- Hohe Carbonathärte
- Spezifische Anforderungen an die Wasserqualität
Wasserbehandlung:
Wasserbehandlung umfasst die Dosierung von Chemikalien im Kreislaufwasser zur Verhinderung von Ablagerungen, Korrosion und mikrobiologischem Wachstum.
Gründe für eine Wasserbehandlung im Kreislauf
- Kontrolle der Eindickung durch Absalzung
- Verhinderung von Ablagerungen
- Korrosionsschutz
- Mikrobiologische Kontrolle
Verfahren der Aufbereitung von Zusatz-Wasser
Die Aufbereitung des Zusatzwassers reduziert das Risiko betrieblicher Probleme von Anlagen. Folgende Verfahren werden eingesetzt:
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- Filtration: Mechanische Entfernung von Partikeln, Schwebstoffen und Trübungen zur Vermeidung von Verschlammung.
- Enthärtung (Ionenaustausch): Austausch von Calcium- und Magnesiumionen gegen Natriumionen. Das Verfahren reduziert die Wasserhärte und verringert die Neigung zur Kalkbildung.
- Entsalzung (z. B. Umkehrosmose): Entfernung nahezu aller gelösten Salze. Das Verfahren liefert hochreines Wasser mit minimaler Leitfähigkeit.
- Entcarbonisierung: Entfernung der Carbonathärte, die hauptsächlich für Kalkablagerungen verantwortlich ist.
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Anforderungen an Zusatzwasser nach 42. BImSchV
Die 42. BImSchV definiert Prüfwerte für Zusatzwasser in Anlage 1. Bei Kühlwasserverweilzeiten von maximal einer Stunde gelten diese Prüfwerte nicht. Die Einhaltung der Anforderungen an das Zusatzwasser ist Teil der rechtlichen Vorgaben.
Wasserbehandlung im Kreislaufwasser der Anlagen
Die chemische Behandlung im Kreislauf ist auch bei aufbereitetem Zusatzwasser erforderlich. Durch Verdunstung kommt es zur Eindickung, und Restkonzentrationen können sich aufkonzentrieren.
Härtestabilisatoren, Antiscalants und Dispergatoren
Diese Produkte verhindern die Ablagerung von Calcium- und Magnesiumsalzen. Sie halten Härtebildner in Lösung oder dispergieren gebildete Mikrokristalle für den Austrag mit dem Absalzwasser.
Korrosionsschutzmittel (Inhibitoren)
Inhibitoren schützen metallische Werkstoffe durch Bildung von Schutzschichten oder Passivierung reaktiver Stellen. Dies ist insbesondere für C-Stahl und Buntmetalle relevant.
Biozide
Biozide kontrollieren Bakterien, Algen und Pilze. Es wird unterschieden zwischen:
- Oxidierende Biozide (z. B. Chlordioxid, Ozon): Diese Wirkstoffe verhindern Resistenzbildung und ermöglichen eine kontinuierliche Überwachung der Wirkstoffkonzentration.
- Nicht-oxidierende Biozide (organische Wirkstoffe): Diese ergänzen oder ersetzen oxidierende Biozide je nach Anforderung.
Die Dosierung erfolgt bei Kühltürmen direkt ins Kreislaufwasser. Während der Einwirkzeit muss die Absalzung geschlossen bleiben.
Relevante Wasserparameter
Die Überwachung folgender Parameter ist für den ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich:
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- pH-Wert: Richtwert für C-Stahl/Buntmetalle: 7,5–9,0 (VDI 3803, VDI 2047-2)
- Leitfähigkeit: Richtwert: < 2.200 µS/cm
- Säurekapazität (KS4,3): Pufferkapazität des Wassers
- Gesamthärte: Calcium- und Magnesiumionengehalt
- Chlorid-/Sulfatgehalt: Korrosionsfördernde Anionen
- Metallionenkonzentration: Kontrolle von Korrosionsprodukten
- Biologische Belastung: Allgemeine Koloniezahl und Legionellen-Konzentration (< 10 KBE/ml für Kühltürme nach VDI 2047-2)
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Die Salzkonzentration wird über die Leitfähigkeit erfasst. Bei Überschreitung eines Sollwerts erfolgt die Ableitung eines Teilstroms des konzentrierten Kreislaufwassers und die Zugabe von frischem Zusatzwasser.
Materialwahl und Schutz vor Korrosion beim Bau von Kühltürmen
Die Materialauswahl beeinflusst die Korrosionsanfälligkeit. Stark saures (pH < 2) oder stark alkalisches Wasser (pH > 12) wirkt ätzend und metallkorrosiv.
Maßnahmen für Korrosionsschutz:
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- Auswahl geeigneter Werkstoffe für die Betriebsbedingungen
- Einsatz von Beschichtungen
- Kontinuierliche Überwachung der Kühlwasserparameter
- Dosierung von Korrosionsinhibitoren
Systematische Aufbereitung für den sicheren und effizienten Kühlturm-Betrieb
Eine systematische Wasseraufbereitung ist erforderlich für den sicheren, effizienten und rechtskonformen Betrieb von Kühlsystemen. Die Aufbereitung des Zusatzwassers, die Behandlung des Kreislaufwassers und die Einhaltung der Überwachungsintervalle sind notwendig zur Vermeidung von Betriebsstörungen und hygienischen Risiken.
Die VDI 2047-2 und die 42. BImSchV definieren die technischen und rechtlichen Anforderungen. Die Umsetzung erfordert Fachkenntnisse, systematische Planung und kontinuierliche Kontrolle der relevanten Parameter.
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Fragen & Antworten rund um die Wasseraufbereitung in Verdunstungskühlanlagen
Die Aufbereitung des Zusatzwassers reduziert problematische Inhaltsstoffe bereits vor Eintritt in den Kühlkreislauf. Hohe Wasserhärte führt zu Kalkablagerungen, erhöhte Salzgehalte fördern Korrosion, und unbehandelte Rohwasserqualität kann mikrobiologisches Wachstum begünstigen. Durch die Aufbereitung werden Betriebsstörungen vermieden und die Einhaltung der Prüfwerte nach 42. BImSchV unterstützt.
Zu den Verfahren der Wasseraufbereitung gehören Filtration zur Entfernung von Partikeln, Enthärtung durch Ionenaustausch zur Reduzierung der Wasserhärte, Entsalzung mittels Umkehrosmose und Entcarbonisierung zur Entfernung der Carbonathärte. Im Kreislaufwasser werden zusätzlich Härtestabilisatoren, Korrosionsinhibitoren und Biozide dosiert. Die leitwertgesteuerte Absalzung reguliert die Salzkonzentration im Umlaufwasser.
Die Untersuchungshäufigkeit ist abhängig vom Anlagentyp. Bei Kühltürmen sind Legionellen-Untersuchungen durch akkreditierte Prüflaboratorien mindestens monatlich durchzuführen. Bei Verdunstungskühlanlagen und Nassabscheidern erfolgen die Legionellen-Untersuchungen mindestens alle drei Monate.
Die Prüfwerte für Zusatzwasser gelten nicht bei Kühlwasserverweilzeiten von maximal einer Stunde, da bei sehr kurzen Verweilzeiten die mikrobiologische Vermehrung im System stark eingeschränkt ist. Dies kann für die Auslegung der Wasseraufbereitungsanlage bedeuten, dass bei sehr kurzen Verweilzeiten geringere Anforderungen an die Zusatzwasserqualität gestellt werden und möglicherweise auf aufwendige Aufbereitungsverfahren verzichtet werden kann. Allerdings sind die anderen Anforderungen der Verordnung wie Betriebsüberwachung, Laboruntersuchungen und Gefährdungsbeurteilung weiterhin vollumfänglich einzuhalten.
Während der Biozid-Einwirkzeit muss die Absalzung geschlossen bleiben, damit die Biozide ihre volle Wirkung im System entfalten können und nicht vorzeitig ausgetragen werden. Dies führt temporär zu einer weiteren Eindickung des Kreislaufwassers, da die Verdunstung weiterläuft, aber kein konzentriertes Wasser abgelassen wird. Nach Abschluss der Biozid-Einwirkzeit muss die leitwertgesteuerte Absalzung die erhöhte Salzkonzentration durch verstärktes Absalzen wieder auf den Sollwert regulieren.