El-Ion die neue Dimension Reinstwassererzeugung durch Elektro-Entionisierung
Die Entionisierungszelle El-Ion Die Revolution in der Reinstwasserherstellung Die Forschung macht s möglich Elektroentionisierungsanlagen gibt es schon seit einigen Jahren auf dem Markt allerdings weisen sie wesentliche verfahrenstechnische Unterschiede auf. Die herkömmlichen Mischbett-Systeme erreichen bei Einspeisung von Umkehr-Osmose-Permeat eine Wasserqualität im Bereich < 0,06 µs/cm. Sie bewirken jedoch weder eine Keimzahlreduzierung noch den Abbau organischer Carbone (TOC). Durch intensive Forschung des Forschungszentrum Jülich hat sich jetzt einiges geändert. Das dort entwickelte Elektroentionisierungsverfahren macht es möglich, Reinstwasser aus dem Permeat einer Umkehr-Osmose- Anlage zu erzeugen, welches die ionogene Reinheit eines Wassers aus einem Mischbett-Ionenaustauscher, aber nicht die zuweilen sehr hohe Keimbelastung aufweist. Dieser Vorteil begründet sich in der Tatsache, dass sich Anoden und Kathoden innerhalb des Arbeitsraumes, also im direkten Kontakt mit den Ionenaustauscherkammern, befinden. Als Lizenznehmer haben wir dieses Verfahren zum marktfähigen Produkt weiterentwickelt und unter dem Namen El-Ion eingeführt. Ökologisch wertvoll Der Clou der Elektroentionisierung ist der kontinuierliche Betrieb. Ohne jeglichen Verbrauch an Säuren und Laugen werden die Harze nur durch den Einsatz von elektrischem Strom regeneriert. Dass der Stromverbrauch bei diesem Verfahren sehr gering ist, zählt als weiteres Plus für die Umwelt.
Rundum Spitzentechnik Die moderne Art der Elektroentionisierung Der kleine Unterschied Die wesentlichen Merkmale des Jülicher Verfahrens es wurde 1994 auf der ACHEMA und 1996 in Amsterdam auf der Ultrapure Water Conference vorgestellt bestehen darin: dass die Elektroden im direkten Kontakt mit den Harzbetten stehen. Damit werden zum ersten Mal die Elektronenreaktionen an der Phasengrenze Elektrode/Harz genutzt. dass die Harzbetten als Getrenntbetten ausgelegt wurden. Alle Elektroentionisierungsmethoden haben gemein, dass selbst bei sehr geringem Salzgehalt in der wässrigen Phase also sehr niedriger Leitfähigkeit die Ionen im elektrischen Feld innerhalb der Harzfraktion transportiert werden. Der spezifische Widerstand der Harze liegt, je nach Beladung, im Bereich von 100 bis 1000 Ω cm, während der spezifische Widerstand des Wassers von 0,1 MΩ cm am Eingang der Zelle bis auf 18,2 MΩ cm am Ausgang ansteigen kann. Vorteile El-Ion gegenüber chemisch zu regenerierenden Ionenaustauschern Kontinuierlicher Betrieb: Keine Ausfallzeiten aufgrund der elektrochemischen Regeneration des Harzes während des Betriebes. Keine Doppelanlagen zur Überbrückung der Regenerationszeiten erforderlich. Ebenso kein Umschalten von Reservefiltern. Wartungsfreier Betrieb über 22.000 Betriebsstunden möglich (im Forschungszentrum Jülich bereits in einem Langzeittest bewiesen). Keine Chemikalien: Keine Abwasserbehandlung erforderlich. Keine Lagerung von und kein Handling mit Chemikalien. Keine Tanks, Rohrleitungen und Kontrolle für Regenerationschemikalien erforderlich. Konstruktion: Erheblich geringerer Platzbedarf gegenüber herkömmlichen Anlagen. Einfache Konstruktion, weniger Teile das erhöht die Betriebssicherheit. Geringer Wartungsaufwand. Wasserqualität: Widerstand bis 18,2 Megohm (0,055 µs/cm) bei Eingang < 30 µs/cm. TOC-Wert ca. 3 5 ppb bei Speisewasser < 100 ppb. Keimzahlreduktion > 99 %.
Die saubere Lösung Ein Verfahren der Sonderklasse Der Aufbau der El-Ion-Zelle Der Aufbau einer einfachen Zelle besteht aus drei Kammern: Kationen-, Anionenund Konzentratkammer. Das Eingangswasser Permeat aus einer Umkehr-Osmose- Anlage fließt in die mit Kationenaustauscherharz gefüllte Kammer, die von einer Kationenaustauschermembran begrenzt wird. In dieser Kammer werden Kationen aus dem Wasserstrom gegen Protonen aus dem Ionenaustauscherharz ausgetauscht. Im direkten Kontakt mit dem Harzbett befindet sich eine Anode mit platinierter Oberfläche. An dieser werden auf elektrochemischem Weg Protonen erzeugt, die zur Regeneration des Harzes führen. Daher bleibt das Harz permanent in einem teilbeladenen Zustand. Die aufgenommenen Kationen und überschüssige Protonen wandern aufgrund des elektrischen Feldes durch das Harzbett, passieren die Kationenaustauschermembran und gelangen in den Konzentratraum. Das teilentsalzte Wasser fließt nun mit dem verbliebenen Anionenanteil durch eine mit Anionenaustauscherharz gefüllte Kammer. Diese ist von einer Die Leitfähigkeit im Langzeittest Leitfähigkeit (µs/cm) UO-Permeat 1. Stufe 2. Stufe Betriebszeit (h) Anionenaustauschermembran und einer Kathode aus Edelstahl begrenzt. An der Kathode werden die zur Regeneration des Harzes notwendigen Hydroxylionen erzeugt. Anionen und überschüssige Hydroxylionen wandern auch hier aufgrund des elektrischen Feldes durch das Harzbett und die Anionenaustauschermembran in den Konzentratraum. Die Salzfracht im Konzentratraum wird kontinuierlich mit einer kleinen Menge Permeat ausgespült. Je nach Ausführung wird die Sole entweder zur Umkehr-Osmose- Anlage zurück geleitet oder gemeinsam mit dem Konzentrat der Umkehr-Osmose- Anlage abgeführt. Die El-Ion-Zellen sind als Doppelzellen aufgebaut, so dass jeweils zwei der beschriebenen Stufen in Serie geschaltet sind. In der ersten Stufe werden bereits ca. 90% der Salze abgetrennt. Dieses Verfahren ist dem der Elektro-Dialyse sehr verwandt, mit einem Unterschied: Bei der Elektro-Dialyse tritt ein limitierender Faktor für den Entsalzungsgrad auf. Je niedriger der Salzgehalt der Lösung, desto höher wird der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden. Es werden weniger Ionen transportiert. Durch den Einsatz hochreiner Ionenaustauscherharze, ihrer elektrischen Leitfähigkeit und der damit verbundenen Herabsetzung des elektrischen Widerstandes wird dieses Problem elegant gelöst. Der Ionenwanderungsprozess wird aufrecht erhalten. Rohwasser / gelöste Salze 100% Konzentrat Halbdurchlässige Membran Reinwasser / Permeat gelöste Salze 1 2 %
Wenig Harz große Ausbeute Bei einer Eingangsleitfähigkeit des Umkehr-Osmose- Permeats von 5 30 µs/cm liefert die erste Zelle bereits eine Wasserqualität von 0,1 bis 1 µs/cm. Für die meisten Anwendungen ist dies bereits ausreichend. Zur Reinstwasser Herstellung werden zwei Zellen in Serie geschaltet. Auf diese Weise erhält man vollentsalztes, ultrareines Wasser bis zur theoretischen Grenzleitfähigkeit von 0,055 µs/cm = 18,2 MΩ cm. Bei mikrobiologischen Untersuchungen des Reinstwassers wurde eine auffallend starke Verminderung der Keimzahlen festgestellt, be- Das Prinzip der El-Ion Zelle Anionenaustauschermembran Kationenaustauschermembran SO 2-4 Ca 2+ Analytische Daten Betriebsdaten der El-Ion-Zelle Cl - Eingang Ausgang Ausgang Nachweisgrenze/ Stufe 1 Stufe 1 Stufe 2 Bemerkungen Cl µg/l 600 0,91 0,280 0,005 NO 3 µg/l 1190 0,38 0,194 0,005 SO 2 4 µg/l 150 0,34 0,186 0,010 Na + µg/l 1250 26,00 0,069 0,005 NH + 4 µg/l 120 < 3,00 0,036 0,010 K + µg/l 60 8,00 0,030 0,020 Mg 2+ µg/l 70 7,55 0,038 0,010 Ca 2+ µg/l 120 4,00 0,033 0,013 TOC ppb 40 100 3 5 Anatel A 1000/C 80 SiO 2 ppb 300 20 10 Spectoquant 14794E Keimzahl KbE/ml 10 20 0 0,5 Nährboden R2A sonders bei Verwendung von stärker keimbelasteten Eingangspermeaten. Dieser erfreuliche Effekt wird erzielt durch die im unmittelbaren Stufe 1 Stufe 2 Konzentrat Durchfluss l/h 110 220 110 220 5 10 Leitfähigkeit Eingang µs/cm 5 20 5 20 Leitfähigkeit Ausgang µs/cm 0,1 1 0,055 0,07 50 300* Gesamtstrom A 2 x 2 3 2 x 1 Zellspannung V 10 15 6 10 * Rückführung zur Umkehr-Osmose-Anlage möglich Kontakt mit dem Harz stehenden Elektroden. Zudem ergibt sich durch den Einsatz von Einzelharzbetten eine intermediäre ph-wert-verschiebung, die zur Keimzahlverminderung führt. Eine weitere positive Auswirkung hat die ph-wert-verschiebung auf die Abtrennung von SiO 2 und CO 2. Hier zeigt die Einzelbettzelle eindeutig ihre Vorteile gegenüber der Mischbettzelle. Mg 2+ HCO 3 - Kationenaustauscherkammer Na + CO 3 2- HSiO 3 - Anionenaustauscherkammer H + OH - Leitfähigkeit: 2 30 µs/cm Kanal Konzentratkammer Reinstwasser: 0,055 µs/cm
Allen Anforderungen gewachsen Für jeden Bedarf das passende Modell Klein bei großer Leistung Modernes Design, Sparsamkeit, Bedienerfreundlichkeit, günstiger Investitionspreis und geringe Betriebskosten das sind nur einige Kennzeichen der kleinen Umkehr- Osmose-Anlage euro...plus. Vor allem aber bedeutet das Plus eine wesentlich höhere Reinstwasserqualität. Die Kombination Umkehr-Osmose mit El-Ion wird für den Anwender vereinfacht, da der geringe Platzbedarf den Einbau im euro-gehäuse ermöglicht ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Anlagen. Die typische Reinstwasserqualität liegt unter 0,06 µs/cm bei einer Leistung von bis zu 80 l/h, je nach Ausführung. Die kompakte Lösung Für den größeren Bedarf an Reinstwasser wie er in Labors, Krankenhäusern, der Industrie und Instituten anfällt, kommen Schrankanlagen in Frage. Hier können wir verschiedene Varianten anbieten natürlich alle mit El-Ion ausgestattet. Reinstwassermengen von 70 750 l/h sind möglich, selbstverständlich mit einer hohen Wasserqualität von < 0,2 µs/cm.
Vorteile El-Ion gegenüber Mischbett- Elektroentionisierung (CEDI, Elix, EDI) Konstruktion: Auch im großen Maßstab ideal Wo riesige Mengen Reinstwasser gefordert sind, kommt die größte El-Ion-Zelle zum Einsatz. Mit einer Zelle können bis zu 3.000 l Reinstwasser pro Stunde produziert werden. In der Halbleiter- und Elektronikindustrie werden sogar bis zu 400 m 3 Reinstwasser pro Stunde benötigt. Kein Problem, denn durch die Kombination mehrerer Zellen lassen sich größere Leistungen realisieren und ganz individuell auf den Kundenwunsch abstimmen. Weniger, dafür stärkere Harzbetten. Geringere Membranflächen. Weniger Dichtungen erforderlich. Geringerer Aufwand bei Harzerneuerung und Membranwechsel. Harztausch ohne Demontage der Zelle möglich. Geringer Druckverlust durch dickere Harzbetten. Höhere Fließgeschwindigkeit verursacht besseren Ionentransport vom Wasser zum Harz. Einstellung und Kontrolle: Die Produktion von Protonen und Hydroxylionen wird durch den aufgewandten Strom reguliert und ist keine Funktion der Dissoziation von Wasser an der Membran- oder Harzoberfläche. Dadurch kann die Regeneration in Abhängigkeit der Eingangsleitfähigkeit des Speisewassers gesteuert werden. Unser System hat eine höhere Abscheideleistung von Silikaten und ist unempfindlicher gegen Kohlendioxid im Speisewasser. Wasserqualität: Widerstand bis 18,2 Megohm (0,055 µs/cm) bei Eingang < 30 µs/cm. TOC-Wert ca. 3 5 ppb bei Speisewasser < 100 ppb. Keimzahlreduktion > 99 %.
Technische Daten: Komplettsysteme: Umkehr-Osmose-Anlagen mit El-Ion Typ RO 70 plus 140 plus 220 plus 310 plus 500 plus 750 plus Leistung (15 C) l/h 70 140 220 310 500 750 Wasserqualität µs/cm < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 < 0,2 Ausbeute % 50 75 50 75 50 75 50 75 50 75 50 75 Rohwasserdruck bar 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 3 6 Stromverbrauch kw/h 0,5 0,55 0,65 0,65 1,4 1,5 E.-Anschluss V/Hz 230/50 230/50 230/50 230/50 3 x 400/50 3 x 400/50 Maße (H/B/T) mm 1600 / 600 / 550 Gewicht kg 260 270 280 290 Artikel-Nr. 3050 3055 3060 3065 3070 3075 Typ euro 5 plus 10 plus 20 plus 40 plus Reinstwasserleistung (15 C) l/h 5 10 20 40 Gewicht kg 39 40 41 45 Maße (H/B/T) mm 520 / 340 / 420 Artikel-Nr. 3401 3402 3403 3404 E.-Anschluss 115 V/60 Hz-Version Artikel-Nr. 3501 3502 3503 3504 Reine El-Ion-Zellen Typ* E-20 E-60 E-250 E-750 E-1500 E-3000 Leistung (15 C) l/h 10 20 30 60 100 250 400 750 1000 1500 2000 3000 Stromverbrauch W/m 3 /h ca. 300 500 Höhe mm 140 140 325 400 570 640 Breite mm 95 95 240 400 520 950 Tiefe mm 110 135 155 220 440 440 Artikel-Nr. 16200 16201 16250 16600 16650 16700 * Weitere Größen sind in Vorbereitung Technische Änderungen vorbehalten! Hauptsitz: SG Wasseraufbereitung und Regenerierstation GmbH Fahrenberg 8 22885 Barsbüttel Tel.: 040 / 6 70 868 6 Fax: 040 / 6 70 868 44 Internet: www.sgwater.de e-mail: sgwater@t-online.de Bayern: SG Wasseraufbereitung und Regenerierstation München GmbH Hauptstraße 24 85551 Heimstetten Tel.: 089 / 903 86 84 Fax: 089 / 903 71 70 Berlin: SG Wasseraufbereitung und Regenerierstation GmbH Niederlassung Berlin Innovationspark Wuhlheide Gebäude 202 Köpenicker Straße 325 12555 Berlin Tel. / Fax: 030 / 6 57 626 25