Was ist der Reinigungsprozess eines Reinstwassersystems?
Als Lieferant von Reinstwassersystemen werde ich oft nach dem Reinigungsprozess gefragt, den diese Systeme verwenden. Hochreines Wasser, d. h. Wasser, das auf ein extrem hohes Niveau gereinigt wurde, ist in einer Vielzahl von Industriezweigen unverzichtbar, darunter in der Pharmaindustrie, in der Elektronikfertigung und in der wissenschaftlichen Forschung. In diesem Blogbeitrag werde ich Sie Schritt für Schritt durch den Reinigungsprozess eines Ultrapure-Wassersystems führen.
Vorbehandlung
Der Weg zur Reinigung von Reinstwasser beginnt mit der Vorbehandlung. Das Ziel der Vorbehandlung besteht darin, große Partikel, Schwebstoffe und einen Teil der gelösten Stoffe aus der Rohwasserquelle zu entfernen. Dieser Schritt ist von entscheidender Bedeutung, da er die empfindlicheren und teureren Reinigungskomponenten im weiteren Verlauf schützt.
Eine der gängigen Vorbehandlungsmethoden ist die Sedimentfiltration. Ein Sedimentfilter, der normalerweise aus Materialien wie Polypropylen besteht, wird verwendet, um große Partikel wie Sand, Schlick und Rost aufzufangen. Diese Filter können unterschiedliche Porengrößen haben, typischerweise im Bereich von 1 bis 50 Mikrometer. Je größer die Porengröße, desto schneller kann Wasser durchdringen, aber es werden auch weniger kleine Partikel eingefangen.
Ein weiterer wichtiger Vorbehandlungsschritt ist die Aktivkohlefiltration. Aktivkohle hat eine große Oberfläche mit vielen winzigen Poren, die organische Verbindungen, Chlor und einige Schwermetalle adsorbieren können. Chlor wird der kommunalen Wasserversorgung häufig als Desinfektionsmittel zugesetzt, kann jedoch die Umkehrosmosemembranen beschädigen, die in späteren Reinigungsstufen verwendet werden. Durch die Entfernung von Chlor durch Aktivkohlefiltration können wir die Lebensdauer dieser Membranen verlängern.
In manchen Fällen kann das Wasser auch einer enthärtenden Vorbehandlung unterzogen werden. Hartes Wasser enthält einen hohen Anteil an Kalzium- und Magnesiumionen, die zur Bildung von Ablagerungen in Rohren und Geräten führen können. Wasserenthärter verwenden Ionenaustauscherharze, um Kalzium- und Magnesiumionen durch Natriumionen zu ersetzen und so die Härte des Wassers zu verringern.
Umkehrosmose (RO)
Nach der Vorbehandlung gelangt das Wasser in die Umkehrosmosestufe. Umkehrosmose ist ein Schlüsselprozess bei der Reinstwasserreinigung. Dabei wird Druck auf das Wasser auf einer Seite einer semipermeablen Membran ausgeübt, wodurch Wassermoleküle gezwungen werden, durch die Membran zu strömen, während die meisten gelösten Salze, organischen Verbindungen und Mikroorganismen zurückbleiben.
Die in RO-Systemen verwendete halbdurchlässige Membran hat sehr kleine Poren, die nur Wassermoleküle und einige sehr kleine Partikel durchlassen. Durch diesen Prozess können bis zu 95 – 99 % der gelösten Feststoffe aus dem Wasser entfernt werden. Für verschiedene Anwendungen stehen verschiedene Arten von RO-Systemen zur Verfügung. Zum Beispiel,Containerisierte Umkehrosmoseanlagensind vormontiert und modular aufgebaut, sodass sie leicht zu transportieren und zu installieren sind.Kommerzielle Umkehrosmoseanlagensind für mittlere bis große kommerzielle Anwendungen konzipiertKommunale Umkehrosmoseanlagewerden zur Aufbereitung großer Wassermengen für die kommunale Wasserversorgung eingesetzt.
RO-Systeme sind jedoch nicht perfekt. Sie sind möglicherweise nicht in der Lage, alle Verunreinigungen zu entfernen, insbesondere einige sehr kleine organische Moleküle und Ionen. Daher sind in der Regel weitere Reinigungsschritte erforderlich.
Entionisierung (DI)
Durch Deionisierung, auch Ionenaustausch genannt, werden nach der Umkehrosmose die verbleibenden Ionen aus dem Wasser entfernt. In einem Entionisierungssystem fließt Wasser durch mit Ionenaustauscherharzen gefüllte Säulen. Diese Harze bestehen aus winzigen Kügelchen mit einer bestimmten Ladung.
Es gibt zwei Arten von Ionenaustauscherharzen: Kationenaustauscherharze und Anionenaustauscherharze. Kationenaustauscherharze tauschen positiv geladene Ionen (wie Natrium, Calcium und Magnesium) gegen Wasserstoffionen aus, während Anionenaustauscherharze negativ geladene Ionen (wie Chlorid, Sulfat und Carbonat) gegen Hydroxidionen austauschen. Wenn Wasser durch diese Harze fließt, werden die Ionen im Wasser durch Wasserstoff- und Hydroxidionen ersetzt, die sich dann zu Wassermolekülen verbinden.
Durch Entionisierung kann Wasser mit extrem geringen Ionenmengen entstehen, die Harze müssen jedoch regelmäßig regeneriert werden. Dies geschieht normalerweise durch Spülen der Harze mit einer konzentrierten Säure- oder Basenlösung, um die angesammelten Ionen zu entfernen und die Ionenaustauschkapazität des Harzes wiederherzustellen.
Ultrafiltration (UF) und Nanofiltration (NF)
Ultrafiltration und Nanofiltration sind zusätzliche Reinigungsschritte, mit denen kleine Partikel, Makromoleküle und einige Viren weiter entfernt werden können. Ultrafiltrationsmembranen haben größere Poren als Nanofiltrationsmembranen, typischerweise im Bereich von 0,01 bis 0,1 Mikrometer. Sie können Partikel wie Bakterien, Kolloide und einige organische Verbindungen mit hohem Molekulargewicht entfernen.
Nanofiltrationsmembranen haben kleinere Poren, normalerweise im Bereich von 0,001 – 0,01 Mikrometer. Sie können die meisten zweiwertigen Ionen (wie Kalzium und Magnesium) und einige einwertige Ionen sowie organische Verbindungen mit kleinem Molekulargewicht entfernen. Diese Prozesse werden häufig als Polierschritt nach der Umkehrosmose und Entionisierung eingesetzt, um sicherzustellen, dass das Wasser die strengen Reinheitsanforderungen erfüllt.
UV-Sterilisation
Durch UV-Sterilisation werden Bakterien, Viren und andere Mikroorganismen im Wasser abgetötet. Ultraviolettes Licht einer bestimmten Wellenlänge (normalerweise etwa 254 nm) kann die DNA und RNA von Mikroorganismen schädigen, sie an der Fortpflanzung hindern und sie unschädlich machen.
Die UV-Sterilisation ist eine chemiefreie Desinfektionsmethode, bei der dem Wasser keine zusätzlichen Stoffe hinzugefügt werden. Dies ist eine zuverlässige und effiziente Möglichkeit, die mikrobiologische Reinheit von Reinstwasser sicherzustellen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen das Vorhandensein von Mikroorganismen erhebliche Auswirkungen haben kann, beispielsweise in der Pharma- und Lebensmittelindustrie.
Polieren und Endfiltration
Der letzte Schritt im Reinstwasserreinigungsprozess ist das Polieren und die Endfiltration. Dieser Schritt dient dazu, alle verbleibenden Spurenverunreinigungen wie Partikel und organische Verbindungen zu entfernen, um ein Höchstmaß an Wasserreinheit zu erreichen.
Poliereinheiten können eine Kombination von Technologien verwenden, beispielsweise Mischbett-Ionenaustauscherharze und Ultrafeinfilter. Mischbett-Ionenaustauscherharze enthalten sowohl Kationen- als auch Anionenaustauscherharze in einer einzigen Säule und sorgen so für eine gründlichere Entfernung von Ionen. Ultrafeine Filter mit Porengrößen von nur 0,001 Mikrometern können kleinste Partikel entfernen und sicherstellen, dass das Wasser frei von sichtbaren oder mikroskopischen Verunreinigungen ist.
Warum sollten Sie sich für unsere Reinstwassersysteme entscheiden?
Unsere Reinstwassersysteme sind mit den neuesten Reinigungstechnologien ausgestattet, um Ihnen Reinstwasser höchster Qualität zu liefern. Wir verstehen, dass verschiedene Branchen unterschiedliche Anforderungen an die Wasserreinheit haben, und unsere Systeme können an Ihre spezifischen Anforderungen angepasst werden. Ganz gleich, ob Sie in der Pharmaindustrie tätig sind, wo die Wasserreinheit für die Arzneimittelherstellung von entscheidender Bedeutung ist, oder in der Elektronikindustrie, wo selbst kleinste Verunreinigungen die Leistung elektronischer Komponenten beeinträchtigen können – unsere Systeme können Ihnen das Reinstwasser liefern, das Sie benötigen.
Wenn Sie sich für unsere Reinstwassersysteme interessieren oder Fragen zum Aufbereitungsprozess haben, laden wir Sie ein, mit uns für ein ausführliches Gespräch Kontakt aufzunehmen. Unser Expertenteam unterstützt Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Systems für Ihre Anwendung und bietet Ihnen die bestmögliche Lösung.
Referenzen
- AWWA (American Water Works Association). Wasserqualität und -aufbereitung: Ein Handbuch zur kommunalen Wasserversorgung. McGraw - Hill.
- Crittenden, JC, Trussell, RR, Hand, DW, Howe, KJ und Tchobanoglous, G. (2012). Wasseraufbereitung: Prinzipien und Design. John Wiley & Söhne.
- Rautenbach, R. & Albrecht, R. (1989). Membranprozesse: Prinzipien und Anwendungen. Wiley - VCH.