Einsparpotenzial durch Einsatz von ROTOCELL als Filtermaterial in der (Trink-) Wasseraufbereitung

Einleitung
Steigende Energiepreise und der Nachhaltigkeitsgedanke führen dazu, dass in der Wasseraufbereitung eine
energieeffiziente Betriebsführung angestrebt wird. Die Wichtigkeit dieser Aufgabe spiegelt das F&E-Vorhaben
„Energieeffizienz/Energieeinsparung in der Wasserversorgung“ wider, das von der DVGW-Forschungsstelle TUHH im Zeitraum 2007 bis 2010 bearbeitet wurde [1]. Die Ergebnisse sind in der DVGW-Information Wasser Nr. 77 zusammengefasst. Dieses Projekt verdeutlicht, dass etwa ⅓ des Stromverbrauchs der Wasserwerke der
Wasseraufbereitung zugeordnet werden können [2]. Neben dem Einsatz von energieeffizienten Aggregaten und
optimierten Betriebsabläufen kann in der filtrativen Aufbereitung durch die Wahl des Filtermaterials auch der Invest- und Energiebedarf positiv beeinflusst werden.
Diese Möglichkeit bietet sich bei filtrativen Prozessen in der Ein- und Mehrschichtfiltration an.

(firmenpresse) - Mehrschichtfiltration
Traditionell haben in der Mehrschichtfiltration die kohlestämmigen Filtermaterialien eine größere Verbreitung als
Filtermaterialien auf Alumosilikatbasis (z. B. Bims, Blähton, Blähschiefer etc.). Erst in den letzten zehn Jahren werden Alumosilikate als Filtermaterialien verstärkt verwendet.

Die Firma Rheinkalk Eifel Sauerland GmbH & Co. KG, Niederlassung Akdolit setzt hier auf die Rohstoffvorkommen und die spezielle Rohstoffaufbereitung der Firma Rotec GmbH & Co. KG.
Rotec nutzt reine Naturprodukte und bereitet ein speziell abgesiebtes Alumosilikat für den Einsatz in der Filtration auf.
Der Rohstoff des höchst ökologischen und leichten Filtermaterials, ist einem gewaltigen Vulkanausbruch vor über
12.500 Jahren zu verdanken. Dabei entstand ein luftporenreiches, kiesförmiges Mineral.
Das Zentrum des Ausbruchs lag im heutigen Laacher See, dem Krater des Vulkans, der sich mit Wasser gefüllt hat. Rund um den Laacher See, vorrangig im Neuwieder Becken fördert Rotec im Tagebau das natürlich expandierte Alumosilikat, das unter dem Namen Naturbims bekannt ist.

Die chemische Zusammensetzung zeigt, dass es sich um ein aluminiumreiches Silikatgestein handelt, das einen hohen Anteil an fest eingebundenen Alkalien enthält:

Kieselsäure SiO2 ≈ 56,0%
Aluminiumoxid AI2O3 ≈ 22,0%
Alkalien K2O + Na2O ≈ 12,0%
Eisenoxid Fe2O3≈ 3,0%
Calciumoxid CaO ≈ 2,0%
Magnesiumoxid MgO ≈ 1,0%
Titanoxid TiO2 ≈ 0,5%
Glühverlust ≈ 3,5%

Gewinnung und Aufbereitung
Das Alumosilikat kann in seiner vorliegenden Struktur als Filtermaterial eingesetzt werden, ohne dass ein zusätzlicher, energieaufwändiger thermischer Blähprozess nötig ist.
Zur Aufarbeitung als Filtermaterial ist nur ein sehr geringer Energieaufwand erforderlich. In Deutschland sind die Rohstoffvorkommen für Naturbims auf das Neuwieder Becken, den Standort der ROTEC GmbH & Co. KG, begrenzt.

Der Abbau von Naturbims erfolgt oberflächennah. Nach dem Abbau im Tagebau wird das Rohmaterial im nahegelegenen Werk gewaschen und gesiebt, gebrochen, sortiert und klassiert. Das Waschwasser durchläuft einen geschlossenen Kreislauf in dem es immer wieder gereinigt wird.

Geringer Energieaufwand
Der Vergleich des Energieaufwandes macht deutlich, wie gering der Energiebedarf zur Nutzung des Naturbimses, gegenüber anderen bekannten Filtermaterialien ist:

Rotec (deutscher Naturbims) 0,9 MJ/kg
Blähton 5,0 MJ/kg
Blähschiefer2,0 MJ/kg
Vermiculit5,7 MJ/kg
Perlite 9,3 MJ/kg

In der Wasseraufbereitung bieten Alumosilikat-Produkte, z. B. Akdolit Hydro-Filt PS gegenüber den anderen Mehrschichtfiltermaterialien viele Vorteile, die sich günstig auf den Investitionsbedarf und
Energiebedarf auswirken:
• geringe Dichte (Schüttdichte: 280-310g/l)
• geringer Abrieb
• hohe Stabilität im Filter
• sehr gute Reinigung bei der Rückspülung
• geringere Spülgeschwindigkeit im Vergleich zu kohlestämmigen Produkten
• hohe wirtschaftliche Effizienz bei langer Lebensdauer − sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis
• hohe Sicherheit bei der Anwendung.

Einschichtfiltration
Für die Einschichtfiltration kann anstelle von Sand auch das Alumosilikat der Rotec (u. a. Akdolit Hydro-Filt PS) eingesetzt werden, da die zur Mehrschichtfiltration genannten Vorteile übertragbar sind.

Auswirkungen der Wahl von Filtermaterialien auf Investitionskosten und Energiekosten
Die Firma Rheinkalk Eifel Sauerland GmbH & Co. KG, Niederlassung Akdolit hat anhand von 4 nach-folgenden Beispielen den Einsatz der Filtermateria-lien Akdolit Hydro-Anthrasit N Körnung II und Akdolit Hydro-Filt PS Körnung II bei zu Grunde gelegten „gängigen“ anlagenspezifischen Ausgangsbedin-gungen“ verglichen. Dabei werden offene Betonfilter mit einer Filterfläche von 20 m² (Beispiele 1 und 2) sowie geschlossene Druckfilter mit einer Filterfläche von 9 m² (Beispiele 3 und 4) berücksichtigt. Der Einsatz der beiden Filtermaterialien zur Enteisenung/Entmanganung wird in wasserchemischer und insbesondere aufbereitungstechnischer Sicht als „gleichwertig“ eingestuft. Weiterhin werden folgende sonstigen Randbedingungen angenommen:

- Spülgeschwindigkeiten entspr. den technischen Arbeitsblättern von Akdolit
- 1 Spülung pro Tag
- Spülzeit jeweils 6 Minuten
- Kosten für Spülwasser: 0,15 EUR/m³
- Entsorgung Schlammwasser bzw. „Klar“-Wasser nach Sedimentation: keine Kosten (Versickerung oder kostenfreier Abschlag in Vorfluter)
- Förderhöhe Spülwasserpumpen: 15 mWS
- Pumpengesamtwirkungsgrad 55%
- Kosten je Kilowattstunde: 0,20 EUR/kWh

Der Kostenansatz von 0,15 EUR/m³ für Spülwasser berücksichtigt lediglich die (angenommenen) Kosten der Rohwasserförderung und der Wasseraufbereitung. Hier könnte man auch sehr viel höhere Kosten ansetzen, da das für die Spülung verwendete Was-ser letztlich nicht als Trinkwasser verkauft werden kann!
Die Kostensenkungen bei Einsatz der unterschiedli-chen Filtermaterialien betragen bei der Rückspülung zwischen 739 EUR/a (Beispiele 3 und 4 − geschlossene Druckfilter) und 1.643 EUR/a (Beispiele 1 und 2 − offene Betonfilter). Die Einsparungen an Ener-gie sind dagegen relativ gering. Darüber hinaus sind bei den genannten Filtermaterialien auch Unter-schiede bei den Investitionskosten festzustellen. Bei Einsatz des Filtermaterials Akdolit Hydro-Filt PS können Kostenreduzierungen insbesondere bei den nachfolgenden Punkten erzielt werden:

- kleinere Spülwasserpumpen mit geringerem Leistungsbedarf; Einsparung um rd. 20 kW
- Einsparungen bei Elektrobaukosten (Frequenzumrichter, Verkabelung etc.)
- kleiner dimensionierte Rohrleitungen und Armaturen bei der Spülwasserdruckleitung (800 m³/h anstelle von 1.100 m³/h; bei v = 1,5 – 2,0 m/s Strömungsgeschwindigkeit Wahl DN 400 anstelle DN 500)
- kleiner dimensionierte Schlammleitung – wie vor (i. d. R. Freigefälleleitung)
- Einsparungen Bauteil durch geringeres Volumen bei der Spülwasserbevorratung (nur bei separatem Spülwasserbehälter wenn kein Trinkwasserbehälter verfügbar ist)
- Einsparungen Bauteil durch geringeres Volumen des erforderlichen Absetzbeckens (netto 80 m³ an-stelle von 110 m³ für eine Spülung)

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Datum: 05.09.2012 - 10:25 Uhr
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Freigabedatum: 05.09.2012
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