Ventile in der Trinkwasseraufbereitung Dehydriert? Nicht mit den passenden Ventilen

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Sauberes und günstiges Trinkwasser für eine Region: Belgien liegt zwar am Meer, trotzdem ist Wasser dort wertvoll. Entsprechend große Hoffnungen setzt das Land in die Aufbereitung von Brackwasser. In der größten Umkehrosmose-Wasser­aufbereitung Belgiens halten moderne Gleitschieberventile den Prozess im Fluss.

Im belgischen Ostende hat Veolia Water Technologies eine moderne Anlage zur Trinkwassergewinnung errichtet: In einem mehrstufigen Filtrationsprozess produziert der dortige Wasserversorger Trinkwasser in hervorragender Qualität – weit über den gesetzlichen Anforderungen. An entscheidenden Stellen des Prozesses – bei der Umkehrosmose, der Filtrierung mit Aktivkohle und der Remineralisierung des Wassers – übernehmen Gleitschieberventile von Schubert & Salzer Control Systems die Regelung von Druck und Durchfluss.

Der Wasserversorger Farys gewinnt das Trinkwasser für die Stadt Ostende und ihre Umgebung aus dem Brackwasser des Brügge-Ostende-Kanals. In der aktuellen Ausbaustufe des von Veolia Water Technologies gebauten Wasserwerks können pro Stunde bis zu 1.200 Kubikmeter Trinkwasser in das Leitungsnetz eingespeist werden. Die Anlage ist die größte belgische Trinkwasserproduktionsanlage mit Umkehrosmose-Technologie. Ihre Produktionsgeschwindigkeit zählt zu den schnellsten der Welt. Einzigartig ist auch, dass das Verfahren flexibel bei unterschiedlichen Kanalwasserqualitäten eingesetzt werden kann und der gesamte Prozess mit deutlich reduzierten Energiekosten abläuft.

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In acht Stufen zum kühlen Nass

Frederik Debaillie, Projektmanager bei Veolia Water Technologies Belgium, beschreibt den Prozess wie folgt: „Das Kanalwasser wird in acht Stufen behandelt: Bei der Grob-, Fein- und Mikrofiltration werden zunächst alle Schwebeteilchen, mikrobiologischen Stoffe und pathogene Mikroorganismen entfernt. Bei der anschließenden Umkehrosmose filtern feinporige, halbdurchlässige Membranen Mikroverunreinigungen bis zu Teilchengrößen von 0,1 Nanometer sowie Mineralien und Salze.“ Was übrig bleibt, sind Wassermoleküle. Diese werden durch Aktivkohlefilter geleitet und nach der Einleitung von Kohlenstoffdioxid mit Kalkstein remineralisiert. Schließlich wird mit UV-Licht desinfiziert und chloriert.

Das Ergebnis – Trinkwasser in höchster Qualität – wird über Pufferspeicher ins Leitungsnetz eingespeist. „Der Betreiber des Wasserwerks wollte eine wirtschaftlich arbeitende Anlage. Überall war also maximale Energieeffizienz gefragt, auch bei den Regelventilen“, erläutert Tristan Lejeune, Sales Manager International bei Schubert & Salzer Control Systems. „Zugleich handelt es sich bei der Umkehrosmose und den anschließenden Prozessstufen um anspruchsvolle Anwendungen. Hier bestehen besondere Herausforderungen an Regelpräzision und Reaktionsgeschwindigkeit der eingesetzten Ventile.“

„Bei der Umkehrosmose ist die genaue und schnelle Druckregelung wichtig“, betont Veolia-Ingenieur Debaillie. „Die empfindlichen Filterschichten sind in Druckrohren aufgerollt. Druckstöße und zu große Durchflussmengen müssen sicher verhindert werden. Selbst kleinste Überschwingungen bei der Regelung könnten die teuren Membranen beschädigen. Deshalb setzen wir in jeder der zwölf Umkehrosmose-Einheiten je ein DN 125- und ein DN 50-Gleitschieberventil von Schubert & Salzer Control Systems zur Druckregelung ein.“ Sie gewährleisten die exakte Regelung der hohen Prozessdrücke, die erforderlich sind, um den osmotischen Druck des Brackwassers auszugleichen und die Umkehrosmose in Gang zu halten.

Ventile schützen wirkungsvoll vor Schäden

Ausschlaggebend für die Präzision und kurzen Ansprechzeiten der Ventile ist ihr spezielles Konstruktionsprinzip: Die Technologie regelt den Durchfluss in Millisekunden, indem zwei senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnete, geschlitzte Dichtscheiben übereinander verschoben werden. Der pneumatische Antrieb muss ausschließlich die Gleitreibung zwischen den beiden Scheiben überwinden. Die Stellkraft ist dadurch bis zu 90 Prozent geringer als bei anderen Bauarten. Die Antriebe können entsprechend kleiner dimensioniert und der Bedarf an Steuerluft reduziert werden. Gleichzeitig schonen die kurzen Hübe von nur wenigen Millimetern und die geringen bewegten Massen des Drosselorgans Antrieb und Spindelabdichtung.

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Wertvolle Ressource – Wasser klüger nutzen

„Das spezielle Konstruktionsprinzip der Gleitschieberventile wirkt sich doppelt positiv auf Gewicht und Abmessungen aus. Einerseits sind die Ventile durch die Zwischenflanschbauweise und die kleineren Antriebe kompakter und leichter. Andererseits erlauben die deutlich besseren Durchflusseigenschaften aufgrund der besonders hohen KVS-Werte aber auch den Einsatz geringerer Nennweiten, wodurch die eingesetzten Ventile nochmals kompakter und leichter ausfallen als gängige Alternativlösungen“, erklärt Lejeune.

So wiegen die 45 Gleitschieberventile in der Anlage zusammen gerade einmal 1. 100 Kilogramm. Sitzventile hätten im Vergleich ein Gewicht von rund fünf Tonnen auf die Waage gebracht. Dieser Unterschied ist erheblich und hat durch Ressourcen- und CO₂-Einsparung positive Auswirkungen über den gesamten Lebenszyklus des Ventils – von der Herstellung über den Transport bis zum Betrieb in der Anlage. Auch der Wartungsaufwand und damit die Betriebskosten verringern sich durch die kompakteren Abmaße und das geringe Gewicht.

Lange Standzeiten für sauberes Wasser

„Ein ausschlaggebender Punkt waren auch die langen Standzeiten der Ventile. Diese ergeben sich zum Beispiel aus der Tatsache, dass sie die schädigenden Folgen der Kavitation neutralisieren“, schildert Lejeune. In alternativen Sitzkegelventilen verursachen implodierende Kavitationsbläschen oft kostenintensiven Verschleiß durch Erosion. „Durch die spezielle Konstruktion der Gleitschieberventile ohne Strömungsumlenkung, implodieren die Kavitationsbläschen ein bis zwei Meter hinter dem Ventil in der Rohrleitung. Diese kann pro­blemlos so gestaltet werden, dass keine schädigende Wirkung von der Kavitation ausgeht. Dazu reicht es, das Rohr nach dem Ventil ein kurzes Stück gerade auszuführen“, ergänzt Lejeune.

Regelventile als Basis der Automatisierung

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„Die Regelventile bleiben auch bei Wasserschlägen eher unbeeindruckt“, beschreibt Debaillie einen weiteren Vorteil. Die Kraft eines eventuell auftretenden Wasserschlags im Rohrleitungsnetz überträgt sich nicht auf den Antrieb der Gleitschieberventile, sodass dieser durch Druckspitzen nicht beschädigt werden kann.

Sichere, regionale Wasserversorgung

„Bevor das behandelte Wasser ins Leitungsnetz der Region eingespeist wird, setzen wir DN 150-Gleitschieberventile bei der Aktivkohlefilterung und der Remineralisierung mit Kalkstein und CO₂ ein“, fügt Debaillie hinzu. Auch hier gewährleisten hochpräzise Stellungsregler von Schubert & Salzer in Kombination mit den Gleitschieberventilen eine äußerst genaue Durchflussregelung, sodass die acht Aktivkohlefilter und 13 Remineralisierungstanks gleichmäßig ausgelastet werden. In dieser Anwendung erweist sich eine lineare Durchflusskennlinie als besonders geeignet für die Regelung der Durchflussmengen, um den Prozess stabil zu halten.

Mit einem Output von durchschnittlich 24.000 Kubikmeter pro Tag leistet die Anlage einen wichtigen Beitrag zur sicheren und wirtschaftlichen Trinkwasserversorgung der Menschen in der Region Ostende. Phasen von Wasserknappheit – wie Belgien sie in den vergangenen Sommern erlebt hat und die durch den Klimawandel noch häufiger auftreten werden – sollen zukünftig vermieden werden. Farys plant aus diesem Grund bereits eine zweite, ähnliche Anlage in Nieuwpoort.

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