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    Innovation

    Reinstwasser für die Getränkeindustrie

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    Eine Elektrodeionisation innerhalb der Wasseraufbereitungsanlage senkt den TDS-Wert nochmals deutlich, nämlich auf weniger als 0,1 Milligramm pro Liter.
    • Wasseraufbereitungsanlage Hydronomic

    Bei Makkah Water in Saudi-Arabien nimmt Mitte 2021 eine neue Wasseraufbereitungsanlage von Krones ihren Betrieb auf. Dabei zeichnet sich diese Hydronomic durch ein Novum aus: Denn mit einem TDS-Wert (Total Dissolved Solids) von weniger als 0,1 Milligramm pro Liter ist das Wasser nach der Aufbereitung so rein wie kein anderes in der Getränkeindustrie. Möglich macht das die Kombination aus Krones Hydronomic und einem Modul zur Elektrodeionisation, kurz EDI.

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    Dirk Scheu ist einer der Krones Vertriebsspezialisten für Wasseraufbereitungsanlagen und hat dieses System für das Makkah-Water-Projekt wiederentdeckt und weiterentwickelt.

    Herr Scheu, wie funktioniert das Prinzip der Elektrodeionisation?
    Mittels EDI werden Ionen und ionisierbare Stoffe weitestgehend aus dem Wasser entfernt, was eine fast vollständige Entsalzung zur Folge hat. Im EDI-Modul sind dafür ein kontinuierlich regenerierter Mischbett-Ionenaustauscher und Ionen-selektive Membrane kombiniert. Im Prinzip wird dabei das Wasser zunächst gespalten, anschließend werden die zu entfernenden Ionen abgetrennt und die übrigen H+- und OH--Ionen reagieren wieder. So erhält man reinstes, ionenfreies Wasser.

    Wie hat Krones seine Wasseraufbereitungsanlage Hydronomic mit der EDI-Technologie kombiniert?
    Bevor das EDI-Modul zum Einsatz kommt, leisten zwei Hydronomic Anlagen wichtige Vorarbeit: Zunächst wird das Wasser mittels der UF-Unit ultrafiltriert. Dabei nutzen wir modernste Membrantechnologie mit Hohlfasern, die eine Porengröße von 0,02 Mikrometern aufweisen. Das anschließende RO-Modul zur Umkehrosmose entsalzt das Wasser auf einen TDS-Wert von 5 bis 10 Milligramm pro Liter.
    Nächster Schritt ist die EDI, welche den TDS-Wert  nochmals deutlich senkt, nämlich auf weniger als 0,1 Milligramm pro Liter. Dieses ultrareine Wasser erreicht oft sogar noch geringere Leitfähigkeiten als die hier angestrebten 0,1 Mikrosiemens pro Zentimeter. Das vollständig entsalzte Wasser ist damit bestens vorbereitet, um anschließend mittels einer Hydronomic MDS entsprechend des Kundenrezepts remineralisiert zu werden. 
     

    Mittels Elektrodeionisation wird Wasser also komplett entsalzt? 
    Ja, aber nicht nur das. Denn neben den Salzen wird auch CO2 entfernt. Der pH-Wert des aufbereiteten Wassers liegt bei 7  – und ist somit neutral. Es kann dadurch auf die Zugabe von Natriumhydrogenkarbonat, kurz NaHCO3, verzichtet werden, wodurch sich auch Wasser mit einem nur geringen Natriumgehalt beziehungsweise ganz ohne Natrium produzieren lässt.

    Die EDI kann das gleiche Spektrum wie die Hydronomic abdecken. Pro Stunde lassen sich hier bis zu 120 Kubikmeter Wasser aufbereiten, optional auch mit variabler Produktmenge.

    Die Elektrodeionisation im Detail

    Bei der Elektrodeionisation findet ein kontinuierlicher Ionenaustausch mittels Harzkügelchen statt: Nach der Umkehrosmose (Reverse Osmosis, RO) wird das Wasser zunächst in H+- und OH--Ionen gespalten. Diese werden dann jeweils im Harz gebunden und wandern in die Elektroden (Anoden beziehungsweise Kathoden). Während die zu entfernenden Ionen in den sogenannten C-Kammern eingeschlossen und aus dem System ausgetragen werden, können die übrigen H+ und OH--Ionen wieder reagieren. Somit steht zum Remineralisieren reinstes, ionenfreies Wasser zur Verfügung. 

    Welche Vorteile bietet der Einsatz eines EDI-Moduls für den laufenden Betrieb?
    Das sind eine ganze Menge: Zum einen ist ein 24/7-Betrieb möglich. Denn regeneriert wird – im Gegensatz zum klassischen Mischbett-Austauscher – nicht durch Säuren und Laugen, sondern mittels elektrischer Energie – und zwar kontinuierlich während des laufenden Betriebs. Möchte man hingegen mit einem konventionellen Mischbett-Austauscher rund um die Uhr produzieren, sind dazu mindestens zwei Anlagen notwendig, um die Zeit der Regeneration zu überbrücken. 
    Außerdem kann das EDI-Modul, wenn die maximal zulässigen Zulaufwerte* nicht überschritten werden, direkt nach der ersten Umkehrosmose betrieben werden. Man benötigt somit keine weitere Hochdruckpumpe, wie es sonst bei der Verschaltung von zwei Umkehrosmose-Anlagen üblich ist. Der große Pluspunkt: Es wird Energie eingespart. In unserem Projekt liegt der Energiebedarf der EDI-Stufe für die zusammen mit der Firma MEGA entwickelte MPure36 – SB bei 0,088 Kilowattstunden pro Kubikmeter.  

    * FCE < 20 µS/cm, wobei sich FCE (Feed water Conductivity Equivalent) wie folgt berechnet: Conductivity (Leitfähigkeit) + mg/l CO2*2,66 + mg/l SiO2*1,94

    Für welche Getränkehersteller ist die Integration einer EDI interessant? 
    Ein zusätzliches EDI-Modul macht immer dann Sinn, wenn die Qualität des Rohwassers schwankt. Dies ist besonders bei der Produktion von stillen Tafelwässern wichtig. Denn hier darf die Mineralienzusammensetzung, die auf dem Etikett ausgewiesen wird, um maximal 20 Prozent abweichen. Wenn nun bereits das Ausgangswasser vor der Remineralisierung um +/- 15 Prozent schwankt, bleibt fast kein Spielraum mehr für die Mineralisierung. Genau diese Schwankung entfällt beim Einsatz einer EDI: Hier ist das Wasser immer gleich gut entsalzt und die Qualität des aufbereiteten Wassers ist somit unabhängig von dem Ausgangsprodukt nach der RO. Bei der anschließenden Mineraliendosierung ist es möglich, die Menge näher am Mindestwert auszurichten, wodurch sich die Kosten für die recht teuren Mineralien reduzieren lassen. Dies spart Betriebsmittel – oder anders ausgedrückt: Es lässt sich mit gleicher Menge an Mineralien mehr Produkt herstellen. So können durch den Einsatz eines EDI-Moduls  zwischen fünf und zehn Prozent an den teuren, hochreinen Salzen zur Tafelwasserherstellung eingespart werden.
    Aber auch für Produzenten von basischem Wasser ist der Einsatz der EDI-Technologie interessant: Denn auch hier bietet die schwankungsfreie Qualität sowie der erzielte pH-Wert von 7 ideale Voraussetzungen, um dann pH-9-Wasser herzustellen, das am Markt momentan mehr und mehr gefragt ist. 

    Welche Leistungen können mit der Kombination aus Hydronomic und EDI realisiert werden?  
    Die EDI kann das gleiche Spektrum wie die Hydronomic abdecken. Pro Stunde lassen sich hier bis zu 120 Kubikmeter Wasser aufbereiten, optional auch mit variabler Produktmenge. Das Aufbereitungsverfahren wird dabei immer exakt auf die Qualität des Rohwassers sowie die Anforderungen an das Endprodukt abgestimmt.
    Die Wasseraufbereitungsanlage für Makkah Water gehört dabei übrigens zu den größten, die Krones je gebaut hat: Sie arbeitet mit einer Leistung von bis zu 3 mal 110 Kubikmeter Wasser pro Stunde und ist damit rund dreimal größer als unsere konventionellen Hydronomic Anlagen.

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