gesponsertKomponenten und Ventile für Water Reuse Top-Trend Wasser Wiederverwendung: So kommt der H2O-Kreislauf in Fluss

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Water Reuse als Chance für die Zukunft: Wer kommunale und industrielle Abwässer nicht einfach entsorgt, kann erhebliche Effizienz- und Nachhaltigkeitspotenziale heben. Doch dafür braucht es neben den passenden Verfahren die richtigen Technologien – Tatsächlich ist die Prozesssicherheit auch eine Frage der Komponentenauswahl.

Alles fließt, manchmal auch im Kreis: Spätestens mit der Verordnung (EU) 2020/741 zur Wasserwiederverwendung wird die Wiederverwendung von kommunalem und industriellem Abwasser ein entscheidender Schritt zur nachhaltigen Wassernutzung. Angesichts zunehmender Wasserknappheit und steigender Nachfrage nach sauberem Wasser ist es unerlässlich, wirtschaftlich tragfähige und effektive Methoden in der Wasseraufbereitung zu entwickeln. Bereits seit langem werden aufbereitete Abwässer zur landwirtschaftlichen Bewässerung oder im industriellen Bereich genutzt. Jedoch erst mit der Entwicklung fortschrittlicher Reinigungstechnologien wie Aktivkohlefiltration, Umkehrosmose oder Advanced Oxidation erlebt die Wasserwiederverwendung seit einigen Jahrzehnten einen Aufschwung.

Nicht unterschätzen sollte man bei allem Potenzial für Umwelt und Wasserhaushalt aber auch die mit der Wiederverwendung einhergehenden Risiken für Mensch, Boden und Grundwasser. So könnten Krankheitserreger, insbesondere Viren und Schadstoffe – vor allem Spurenstoffe – nicht vollständig abgebaut werden. In Braunschweig und Wolfsburg etwa wurden bereits Rückstände von Arzneimitteln und Röntgenkontrastmitteln im Grundwasser nachgewiesen. Daher sind die Prozesse und Technologien in der Wasserwiederverwendung von äußerster Wichtigkeit.

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Die Komponenten entscheiden

Ein oft unterschätzter Faktor in der Anlagenplanung ist die Ventil-, Mess- und Regeltechnik. Sie beeinflusst nicht nur die Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit, sondern auch die langfristige Wirtschaftlichkeit einer Wasseraufbereitungsanlage. Dabei sehen sich Anlagenbetreiber einer Reihe typischer Herausforderungen gegenüber:

• 1. Verschmutzungsgrad und Variabilität: Kommunales und industrielles Abwasser enthält eine Vielzahl von Schadstoffen mit variierenden Konzentrationen. Insbesondere die Entfernung von Spurenstoffen wie Pharmazeutika, PFAS und Mikroplastik stellt große Herausforderungen an Aufbereitungstechnologien.

• 2. Technologische Anforderungen: Geeignete Aufbereitungstechnologien wie Membranfiltration, biologische Behandlung, chemische Oxidation und Adsorption müssen kombiniert werden, um eine ausreichende Reinigungsleistung zu erzielen.

• 3. Kosten und Wirtschaftlichkeit: Die Kosten für Installation und Betrieb von Wasseraufbereitungsanlagen können erheblich sein. Deshalb ist es wichtig, wirtschaftlich tragfähige Lösungen zu finden, ohne die Effizienz der Aufbereitung zu beeinträchtigen. Für die Auswahl der Aufbereitungsstufen gilt, dass nur die für die jeweilige Anwendung nötige Wasserqualität erzeugt wird.

• 4. Regulatorische Anforderungen: Die gesetzlichen Vorschriften und Standards für die Wasserqualität können je nach Region variieren. So hat z.B. die europäische Union mit der Verordnung (EU) 2020/741 die Mindestanforderungen für landwirtschaftliche Anwendungen definiert. In den meisten US-Bundesstaaten gibt es ebenfalls Richtlinien zur Wasserwiederverwendung in Industrie, Landwirtschaft oder als Trinkwasser.

• 5. Ökologische und gesundheitliche Aspekte: Die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser erfordert eine gründliche Bewertung der potenziellen Risiken, damit keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit entstehen.

Treiber und Hindernisse beim Water Reuse

In erster Linie wird die Wasserwiederverwendung durch den Mangel an Frischwasser und die damit verbundenen Vorschriften getrieben: Nach einer Prognose der Vereinten Nationen wird der Wasserbedarf im Jahr 2030 das Angebot um 40 Prozent übersteigen (zu diesem Schluss kommt zumindest der Bericht der UN World Water Conference 2023). Die Wiederverwendung bzw. der Water Reuse erhöht die Verfügbarkeit von Wasserressourcen und hilft damit, die landwirtschaftliche Nahrungsmittelproduktion zu steigern. Für die Industrie ist von Interesse, dass die Wiederverwendung von Abwasser die Umweltbelastung reduziert. Der direkte Nutzen besteht in Kosteneinsparungen, verbesserten Nachhaltigkeitsprofilen und der Einhaltung zukünftiger strengerer Umweltvorschriften.

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Auf der anderen Seite ist die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser häufig mit großen Hürden verbunden. Oft sind die Kosten für Wasser aus natürlichen Quellen niedriger. Fehlende Vorschriften und Richtlinien für die Anforderungen an das aufbereitete Wasser und dessen Verwendung erschweren den Einsatz. Damit verbunden ist die technologische Unsicherheit zur Entfernung unerwünschter Spurenstoffe z.B. für PFAS.

Trends in der Wasserwiederverwendung

Ausgehend von den Standardverfahren in der Abwasserreinigung müssen daher in aller Regel zusätzliche Reinigungsschritte folgen, um den Kläranlagenablauf nutzbar zu machen. Häufig wird hier dabei ein Multibarrierenansatz verfolgt, in dem je nach Abwassertyp und Qualitätsanforderung unterschiedliche Technologien kombiniert werden.

Die Herausforderungen liegen in der Auswahl der passenden Verfahren und Komponenten. Insbesondere in der industriellen Abwasserbehandlung kann die Materialselektion entscheidend sein, vor allem bei hochsalinen oder korrosiven Abwässern. Dabei unterstützen neue Entwicklungen in der allgemeinen Wasseraufbereitung die spezielle Anwendung im Water Reuse:

• Durch die zunehmende Digitalisierung und Trends wie Wasser 4.0 können Prozesse optimiert und effizienter gestaltet werden. Die Integration von Sensoren, künstlicher Intelligenz (KI) und digitalen Zwillingen ermöglicht zukünftig eine präzise Überwachung und Steuerung der Wasserqualität in Echtzeit.

• Fortschritte in der Membrantechnologie, wie die Entwicklung von Nanomembranen und Hybridmembranen, verbessern die Effizienz der Filtration zur Entfernung von Mikroverunreinigungen und pathogenen Keimen.

• Technologien zur Rückgewinnung von Nährstoffen, Metallen und anderen wertvollen Stoffen aus Abwasser werden immer wichtiger. Diese Verfahren tragen zur Ressourcenschonung und zur Wirtschaftlichkeit der Wasserwiederverwendung bei.

• Fortschritte in thermischen Trennverfahren, wie die Verdampfung und Destillation, ermöglichen eine effektive Aufkonzentration und sind besonders nützlich für die Behandlung von industriellem Abwasser mit dem Ziel ZLD (Zero Liquid Discharge).

In der Wasseraufbereitung werden verschiedene Arten von Ventilen eingesetzt, um den Durchfluss, die Richtung und den Druck des Wassers zu steuern. Besonders in der Wasserwiederverwendung können sich je nach Abwasser höhere Anforderungen an Materialbeständigkeit und Konnektivität ergeben. Kugelhähne oder Absperrklappen finden sich in allen Bereichen der Wasseraufbereitung aufgrund ihrer einfachen Konstruktion und ihrer hohen Zuverlässigkeit. Sie bieten eine schnelle Ein/Aus-Steuerung in Anwendungen, bei denen ein vollständiger Durchfluss oder eine vollständige Absperrung erforderlich ist.

Zuverlässig den Durchfluss im Griff

Membranventile sind in Anwendungen, bei denen eine zuverlässige Steuerung des Durchflusses erforderlich ist, besonders nützlich. Sie sind auch gut geeignet für den Umgang mit korrosiven oder abrasiven Flüssigkeiten, z.B. in der Behandlung hochaggressiver Abwässer. Sitzventile finden sich in Bereichen, die eine präzise Durchflussregelung und hohe Schaltwechsel benötigen. Sie werden in partikelfreiem Wasser oder für Mischfunktionen mit Chemikalien eingesetzt. Magnetventile kommen zum Einsatz, wenn kleine Durchflüsse mittels einer einfachen Ein-/Aus-Steuerung geregelt werden sollen, wie z.B. bei der Chemikalienzugabe.

Allen diesen Armaturentypen gemein sind einige technische Herausforderungen, die bei der Wiederverwendung von kommunalem und industriellem Abwasser typischerweise auftreten:

• Ventile müssen aus Materialien bestehen, die korrosionsbeständig und langlebig sind, um den aggressiven Chemikalien und variierenden pH-Werten im Abwasser standzuhalten. Kunststoffe wie PP, PVC bzw. fluorierte Materialien (PTFE, PVDF) als Ventilkörper- oder Dichtung oder hochwertiger Edelstahl bzw. beschichtete Metallkomponenten werden häufig eingesetzt.

• Abwasser enthält oft Feststoffe und Partikel, die Ventile verstopfen können. Membran- oder Tiefsitzmembranventile sind für diese Anwendung gut geeignet.

• Moderne Wasseraufbereitungssysteme erfordern oft eine automatisierte Steuerung der Ventile, um den Betrieb zu optimieren und die Effizienz zu maximieren. Ein flexibles Schnittstellenkonzept mit unterschiedlichen Optionen, wie Analogsignalen, TCP/IP oder IO-Link hilft bei der Einbindung.

• Ventile müssen den gesetzlichen und regulatorischen Anforderungen entsprechen, die je nach Region und Anwendung variieren können. Dies umfasst Standards für Materialien, Konstruktion und Anwendung, insbesondere für Trinkwasser.

Hersteller wie Gemü verfügen über umfassende Erfahrung in der Auslegung von Ventiltechnik für Wasseraufbereitungsanlagen. Dieses Know-how stellt sicher, dass die Ventile den anspruchsvollen technischen und regulatorischen Anforderungen gerecht werden.

Ventile und Armaturen, langlebig und flexibel

Passende Materialkombinationen in Kunststoff- oder Metallausführung für nahezu alle Ventilarten gewährleisten eine lange Lebensdauer. Dazu erlaubt das flexible Antriebskonzept je nach Bedarf den manuellen, pneumatischen oder elektrischen Betrieb. Die einfache Integration in Prozessleitsysteme ist mit analogen oder digitalen Schnittstellen möglich. On Top hilft ein eigenes Asset Management System, Anlagenkomponenten aller Hersteller zu erfassen und eine kosteneffiziente Anlagenwartung zu ermöglichen.

Die Wasseraufbereitung für die Wiederverwendung von kommunalem und industriellem Abwasser ist eine komplexe Aufgabe, die eine sorgfältige Planung und Umsetzung erfordert. Die Bewältigung der genannten Herausforderungen ist entscheidend, um nachhaltige und sichere Lösungen für die Zukunft zu gewährleisten. Die Ventilexperten von Gemü bieten dafür eine Vielzahl unterschiedlicher Ventile an, die in den jeweiligen Varianten die Voraussetzungen für die unterschiedlichsten Anwendungen und Anforderungen erfüllen. (dst)

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