Entsäuerung von Trinkwasser: Energieeffizienz durch Anwendung moderner Analysemesstechnik

Zur physikalischen Entsäuerung des Trinkwassers werden im Wasserwerk Wegberg (Nordrheinwestfalen) drei getrennt arbeitende Kontaktkörperbelüfter eingesetzt. Die physikalische Entsäuerung mit Hilfe von Kontaktkörperbelüftern erfolgt meist durch Verrieselung des Rohwassers unter gleichzeitiger Zufuhr von Luft durch ein separates Gebläse. Hierbei wird durch das Einblasen der Luft die Kohlensäure aus dem Wasser entfernt. Über die Luftzufuhr wird der Grad der Entsäuerung – das Austreiben der Kohlensäur – geregelt. Aufgrund der wechselnden Rohwasserzusammensetzung und der unterschiedlichen Rohwassermenge muss die Entsäuerungsleistung des Kompaktkörperbelüfters den wechselnden Bedingungen ständig angepasst werden. Um eine energieeffiziente Regelung zu ermöglichen ist es notwendig, mit Hilfe eines sehr genau arbeitenden Analysensystems das Kalk-Kohlensäuregleichgewicht des Reinwassers am Ausgang des Kontaktkörperbelüfters zu erfassen.
Mess- und Regelsystem
Alle Voraussetzungen für die automatische Erfassung des Kalk-Kohlensäuregleichgewichts bietet das Mess- und Regelsystem BalanceCon der Firma Dr. Kuntze (Bild 2). Bei diesem Messsystem wird das Reinwasser durch eine pH-Differenzmessung analysiert, wobei ein Teil des Messwassers direkt zur 1. pH-Messung fließt. Der andere Teil wird mit einer Schlauchpumpe über einen Marmorkies-Filter der 2. pH-Messung zugeführt. Eine schrittmotorgesteuerte Schlauchpumpe sorgt für eine definierte Kontaktzeit des Wassers mit dem Marmorkies, so dass am Ausgang des Marmorkiesfilters Calcit – gesättigtes Wasser für die 2. pH-Messung – zur Verfügung steht.
Über die Differenz zwischen den beiden pH-Werten kann die Entsäuerungsleistung des Kontaktkörperbelüfters sehr genau geregelt werden. Eine etwaige Drift der pH-Elektroden wird durch eine automatische Nachkalibrierung ausgeglichen. Mit diesem Messsystem erreicht man eine Regelgenauigkeit von < 0,02 pH. Diese Messgenauigkeit ist notwendig, damit die Entsäuerungsleistung optimal geregelt werden kann (Bilder 5 und 6).
Wie aus dem Verfahrensschema (Bild 1) des im Wasserwerk Wegberg-Uevekoven vorhandenen Kontaktkörperbelüfters zu erkennen ist, wurde bisher die nötige Zuluft über einen Ventilator mit einer Leistung von 7,5 kW zugeführt. Die notwendige Luftmenge (Entsäuerungsleistung) konnte über eine Lufteinstellklappe voreingestellt werden.
Um die Energieeffizienz der Anlage zu steigern, wurde jetzt die Ansteuerung des Lüftermotors mit einer elektronischen Drehzahlregelung ausgerüstet (Bilder 3 und 4). Die Lufteinstellklappe kann nun maximal geöffnet bleiben. Die Regelung der Entsäuerungsleistung übernimmt das Messgerät BalanceCon der Firma Dr. Kuntze. Durch die Genauigkeit des Analysesystems ist es möglich, die Entsäuerungsanlage auch bei sich ändernden Rohwässern optimal zu fahren und durch die Drehzahlregelung des Lüftermotors eine Energieeinsparung von über 75% zu erzielen.
Die Leistung des Lüftermotors wurde hier durch die Analysemesstechnik und Drehzahlregelung von 7,5 kW vor dem Umbau auf 1,8 kW nach dem Umbau reduziert. Das bedeutet bei dieser Anlage eine Energieeinsparung von 49.932 kWh im Jahr. Bei einem Strompreis von 16 Cent/kWh eine Ersparnis von 7989,12 Euro. Die Umwelt wird hierdurch mit 27,013 t CO2 pro Jahr entlastet.