E. Wasserversorgung / MVI

Edelstahl:

Vorteile:

• Hohe Korrosionsbeständigkeit
• mechanische Festigkeit
• lange Lebensdauer
• gute hygienische Eigenschaften
• widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen und Drücken

Nachteile:

• Höhere Kosten im Vergleich zu Kunststoff
• schwerer und steifer als Kunststoff
• erfordert spezialisierte Werkzeuge und Fachkenntnisse für die Installation und Wartung

Kunststoff (PFA/PTFE):

Vorteile:

• Ausgezeichnete chemische Beständigkeit
• geringes Gewicht
• einfache Installation
• glatte Innenoberfläche
• gute Isolationseigenschaften
• widerstandsfähig gegenüber Ablagerungen

Nachteile:

• Begrenzte mechanische Festigkeit im Vergleich zu Edelstahl
• begrenzte Temperatur- und Druckbeständigkeit (abhängig von der Kunststoffart)
• mögliche Ausgasung von Spurenstoffen in bestimmten Anwendungen

PVDF (Polyvenylidenfluorid)

Vorteile:

• keine Korrosionsgefahr
• bessere Rautiefe
• Hohe chemische Beständigkeit
• Gute thermische Stabilität
• Gute mechanische Festigkeit
• Gute elektrische Isoliereigenschaften

Nachteile:

• Höhere Kosten
• Begrenzte Verarbeitbarkeit
• Empfindlich gegenüber UV-Strahlung
• Geringe Schlagfestigkeit

Das Wulst- und Nut-Frei Schweißverfahren (Kunststoffschweißverfahren) das zum Verschweißen von PVDF (Polyvenylidenfluorid) von der Firma Georg Fischer entwickelt wurde. Verschweißen der Rohrenden unter gleichzeitiger Einführung einer Druckluftblase

• Absperrventile:
  • Schließen der Leitung durch einen Ventilkegel
• Absperrschieber:
  • Schließen der Leitung durch keilförmige Scheibe (Metall) oder durch Kolben (Elastomer)
• Absperrhähne:
  • Schließen der Leitung durch ein durchbohrtes Drehteil

Ein Rückflussverhinderer (Rückschlagventil) oder Rohrtrenner verhindert das Leerlaufen der Leitung bzw. des Stranges. Rückflussverhinderer und Rohrtrenner erlauben die Flussrichtung des Mediums nur in einer Richtung

Rohrtrenner ist eine Sicherungsarmatur mit höherem Sicherheitsgrad als der Rückflussverhinderer und kann druckabhängig eingestellt werden.

Faltenbalgventile:  

Ventile mit linearer Hubbewegung mit Abschirmung der Ventilspindel vom Produktraum durch einen Faltenbalg

Membranventile:          

Ventile mit linearer Hubbewegung, bei denen die Produktkontamination von außen durch eine Membran verhindert wird

Klappenventile:              

Öffnen und Schließen sich durch eine 90°- Drehbewegung. Trotz Gefahr von Verunreinigungen bei Abnutzung der Dichtungen (Hinterwanderungen, Toträume und sogar Undichtigkeiten) wegen kostengünstiger Bauform gelegentlich in Reinstwassersystemen anzutreffen. Eher problematisch.

• Wenn möglich immer Membranventile --> geringster Totraum

Kugelhähne eignen sich nicht für Reinstwassersysteme da sich zwischen der Dichtung der Kugel und der Kugel ein Wasserfilm bilden kann, der bei einer Sanitisierung nicht erreicht und durchspült wird.

• Wasserkeime können sich anreichern und eventuell irgendwann ins Reinstwasser gelangen.

Bohrung der Kugel steht im geschlossenen Zustand des Ventils im Medium

• Aseptik-Verschraubung
• Clamp-Verbindung
• Flanschverbindung

Es können Toträume entstehen. Diese entstehen durch die Dichtung. In diesen Toträumen kann das Wasser nicht zirkulieren und steht somit. Dadurch können sich Keime dort ablagern und vermehren.

Plattenwärmetauscher:              

Dieses Verfahren nutzt Platten mit speziellen Strömungskanälen, um eine effiziente Wärmeübertragung zwischen zwei Medien zu ermöglichen. Die Platten bieten eine große Oberfläche für den Wärmeaustausch und sorgen für eine hohe Effizienz.

Rohrbündelwärmetauscher:     

Bei diesem Verfahren fließt das Reinstwasser durch Rohre, die von einem anderen Medium umgeben sind. Der Wärmeaustausch erfolgt zwischen dem Reinstwasser im Inneren der Rohre und dem umgebenden Medium. Rohrbündelwärmetauscher sind robust und eignen sich für Anwendungen mit hohem Drücken und Temperaturen.

Diese beiden Wärmetauscherverfahren sind in Reinstwassersystemen weit verbreitet, da sie eine effiziente Wärmeübertragung ermöglichen und gleichzeitig eine hohe Reinheit des Reinstwassers gewährleisten. Die Auswahl des geeigneten Verfahrens hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie dem erforderlichen Wärmeaustauschvolumen, den Temperatur- und Druckbedingungen sowie den Platz- und Kostenfaktoren.

Ozongeneratoren erzeugen durch die Spaltung von Sauerstoffmolekülen Ozon (O3) mithilfe einer Energiequelle wie elektrischer Entladung oder UV-Licht. Das erzeugte Ozon wird dann für verschiedene Anwendungen wie Wasseraufbereitung, Luftdesinfektion oder Geruchsbekämpfung verwendet. Es ist wichtig, Ozongeneratoren sicher zu betreiben, da Ozon ein starkes Oxidationsmittel ist und bei unsachgemäßer Handhabung gesundheitsschädlich sein kann.

• Personalhygiene                           (Duschen, Händewaschen)
• Reinigung von Gebäudeflächen     (Böden, Wände usw.)
• Reinigung von Geräten und Produktionsanlagen

Einzelversorgung:          

jeder Entnahmestelle ist ein eigener Trinkwassererwärmer zugeordnet

Gruppenversorgung:

verschiedene, möglichst nahe beieinander liegende Entnahmestellen werden über einen gemeinsamen Trinkwassererwärmer versorgt

Zentralversorgung:

alle Entnahmestellen eines Gebäudes oder Gebäudeteiles werden über ein Leitungsnetz von einem Trinkwassererwärmer versorgt.

Durchflusswassererwärmern:

Vorteile:

• Sofortige Warmwasserbereitstellung
• Platzersparnis
• unbegrenzte Warmwasserversorgung

Nachteile:

• Begrenzte Durchflussrate
• höherer Energieverbrauch
• Installationserfordernisse

Speicherwassererwärmern:

Vorteile:

• Hohe Durchflussrate
• niedrigerer Energieverbrauch
• einfache Installation

Nachteile:

• Begrenzte Warmwasserkapazität
• Platzbedarf
• Wärmeverlust über die Zeit

Doppelmantelspeicher:

preiswerte Ausführung für kleinere Speicher. Höhere Wärmeverluste nach außen.

Einwandiger Speicher:

in den Speicher eingebaute, vom Heizmedium durchströmte Heizschlangen geben die Wärme an das Warmwassersystem mit nur geringen Wärmeverlusten ab. Häufig auch zwei Wärmetauscher (oben und unten im Speicher angeordnet)

Speicher mit Durchlauferhitzer:

genau genommen eine Mischung aus Durchlauferhitzer und Speicher: das zu erwärmende Wasser durchfließt Röhrenbündel im oberen Teil des Wasserspeichers und wird dadurch erwärmt.

• Legionellen sind Bakterien, die eine Infektion im Menschen verursachen können durch z.B. einatmen von belastetem Wasser beim Duschen. Die optimale Lebenstemperatur der Legionellen liegt bei 25-50°C.
• Es werden grundsätzlich unterschieden:
  • Stichleitungssysteme
  • Zirkulationsleitungssysteme

Das DVGW-Arbeitsblatt W 551 enthält Maßnahmen zur Reduzierung des Legionellenwachstums in Trinkwassererwärmungsanlagen. Wesentliche Maßnahmen sind:

1. Risikoanalyse: Identifizierung potenzieller Gefahrenquellen für Legionellenwachstum.
2. Festlegung geeigneter Betriebsparameter: z.B. Temperaturen und Durchflussraten, um das Legionellenwachstum zu begrenzen.
3. Maßnahmen zur Temperaturerhöhung: Erhöhung der Warmwassertemperaturen auf mindestens 60 °C oder Begrenzung der Speichertemperaturen auf maximal 45 °C.
4. Wasseraustausch: Regelmäßiger Wasseraustausch durch Durchfluss oder Spülungen.
5. Wartung und Hygiene: Regelmäßige Reinigung, Desinfektion und Überprüfung der Anlagenkomponenten.
6. Dokumentation: Dokumentation aller Maßnahmen und Ergebnisse.

Die Einhaltung dieser Maßnahmen minimiert das Risiko von Legionellenkontaminationen und schützt die Gesundheit der Nutzer von Trinkwassererwärmungsanlagen.

Bei Zirkulationssystemen können Vor- und Rücklauf zusammengeöegt werden.

• Einsparungen bis zu 30% gegenüber separater Verlegung mit gleicher Dämmstärke

möglich.

(Ausstreichend für Klausur)

1. Zusammenstellung Projektteam
2. Festlegung der benötigten Wasserqualität
3. Auslegung der Wasseraufbereitung
4. Bedarfsermittlung (Tages- und Spitzenverbrauch)
5. Festlegung der Entnahmestellen
6. Festlegung der Lagerungsarten
7. Festlegung der Aufstellbereiche (Aufbereitung und Lagerung)
8. Grobdesign für den Verlauf der Rohrleitungen
9. Überprüfung der Einbringungsmöglichkeiten von großen Analageteilen
10. Überprüfung der Implementation der Rohrleitungen in die Gebäudestruktur
11. Hydraulische Berechnung und Dimensionierung der Nennweiten
12. Definition der qualitätsrelevanten Anlageparameter
13. Festlegung der qualitätsrelevanten Messstellen
14. Erarbeitung eines Steuerungskonzeptes
15. Erstellung eines Fliessbildes
16. Erstellung einer Anlagenstückliste
17. Festlegung des geforderten Dokumentenumfanges
18. Durchführung einer Risikoanalyse
19. Definition des Qualifizierungsumfanges
20. Erstellung eines Terminplans
21. Erstellung eines Lastenheftes
22. Erstellung Ausschreibungsunterlagen
23. Erstellung eine Projektbudgets

Summendurchfluss  [l/s]:

Summe aller Berechnungsdurchflüsse für die jeweiligen Leitungsabschnitte. Berechnungsdurchfluss VR = angenommener Durchfluss einer Entnahmearmatur [l/s]

Spitzendurchfluss:

für die hydraulische Berechnung maßgebender Durchfluss unter Berücksichtigung der wahrscheinlichen Gleichzeitigkeit der Wasserentnahmen

• Festlegung des Mindest-Versorgungsdruckes pminV (minimaler statischer Druck an der Anschlussstelle der Anschlussleitung)
• Berechnung der Druckverluste (delta)p mit folgenden Parametern:
  • Höhenunterschied h zwischen der Versorgungsleitung und der Höhe der Entnahmestelle (MV-HU)
  • Den Einzelwiderständen von Anlagenteilen (Filtern, Fittings, Wasserzählern etc.)
  • Den Druckverlusten von Schiebern und Ventilen
  • Der Rohrreibung R in den Leitungen
• Berechnung der verfügbaren Druckdifferenz (delta)pverf (errechnet sich aus dem Mindest-Versorgungsdruck abzüglich der Druckverluste aus dem geodätischen Höhenunterschied sowie dem Mindestfließdruck der Entnahmestelle
• Berechnung des Rohrreibungsdruckgefälles Rverf (längenbezogener Druckverlust aus der Rohrreibung)
• Festlegung des Rohrdurchmessers auf der Basis des Spitzendurchflusses bzw. der rechnerischen Fließgeschwindigkeit des Rohmaterials (materialabhängige Rauigkeit der Rohrleitung) und des ermittelten Rohrreibungsdruckgefälles

Grundwasser ist besser geeignet, da

• keine Temperaturschwankungen
• keine zusätzliche Klärung erforderlich
• konstante Wasserinhaltsstoffe
• Kolloidindex < 2
• niedriges Fouling-Potential

• gelöste anorganische Verbindungen
• gelöste organische Verbindungen
• Kolloidal vorhandene Bestandteile
• Partikel
• Mikroorganismen
• Gase, insbesondere Kohlensäure

Trinkwasser besitzt im Gegensatz zu hochreinem Wasser eine Vielzahl an Ionen (Kationen, Anionen), welche die Leitfähigkeit erhöhen.

• Leitfähigkeit Trinkwasser: 200-300 µS/ cm
• Leitfähigkeit hochreines Wasser: 0,1µS/cm

Die Wasserhärte wird bestimmt durch den Gehalt aller im Wasser gelösten Erdalkalien, insbesondere Kalzium- und Magnesiumsalze und wird gemessen in mmol/l.

Die Unterscheidung in Wasserhärtetypen ist wichtig für die Auswahl des Konditionierungsverfahrens.

• Carbonathärte (an Hydrogencarbonat gebunden) wirtschaftliche Entfernung durch Entcarbonisierung
• Nicht Carbonathärte (gebunden an Chlorid, Sulfat, Nitart) Entfernung durch Ionenaustauscher

Kohlensäure steht im engen Zusammenhang mit der Wasserhärte, aggressiv ist die überschüssige Kohlensäure, die sogar Metalle angreifen kann.

TOC= Total Organic Carbon

• Gibt die Gesamtmenge an sämtlichen verschiedenen organischen Wasserinhaltsstoffen im Trinkwasser an.

Fouling:        Deckschichtbildung durch organische Wasserinhaltsstoffe allgemein

Biofouling:    Ausbildung eines speziellen Biofilms hauptsächlich durch Mikroorganismen.

Kolloide: Teilchen im Bereich von 10-8m bis 10-5m

• organische Kolloide:
  • z.B. bei Brunnenwässern aus moorigen Gegenden. Gefahr der Bildung eines Biofilms und Biofouling auf Wasseraufbereitungsanlagen etc.
• anorganische Kolloide:
  • kommen häufiger vor als organische Kolloide. Meist als kolloidale Metallhydroxide der Elemente Eisen und Mangan. Sie bereiten ebenfalls bei der Wasseraufbereitung Probleme (z.B. führen sie zu erhöhter Leitfähigkeit und reduzierter Permeatleistung).

Kolloidindex:

Maß für die im Wasser vorhandenen „Trübstoffe“. Insbesondere bei Oberflächenwasser ist die Kenntnis dieses Parameters wichtig.

Die mikrobiologische Qualität des Trinkwassers in Deutschland ist aufgrund der gesetzlichen Vorgaben völlig einwandfrei.

• Nur bei Eigenwasser (z. B. Brunnenwasser) muss die mikrobiologische und analytische Reinheit dokumentiert werden. Notwendig ist der immer leicht schwankende Keimgehalt (Grenzwert: 100 KBE/ ml).
• Zur Validierung von Pharmawasser
• Qualität muss dokumentiert werden

Trinkwasser wird aus Oberflächen- oder Grundwasser gewonnen. Entsprechend der Trinkwasserverordnung dürfen in 100 ml Trinkwasser nicht enthalten sein:

• Escherischia coli
• Coliforme Keime
• Fäkalstreptokokken.

Die Gesamtkeimzahl ist begrenzt auf 100/ml, bei desinfiziertem Trinkwasser auf 20/ml.

Malz:                                

Gerstenweichwasser mit niedriger Carbonathärte, arm an                                              Kochsalz, kein Eisen, Mangan und Ammonium

Bier:                                 

entscheidend ist die Gesamthärte des Brauwassers aber auch die Relation Carbonathärte zu Sulfathärte (diese Relation bestimmt den pH-Wert des chemischen Systems, wodurch beim Maischen der enzymatische Stärke-, Eiweiß- und Phosphatabbau beeinflusst wird). Wasserbedarf in der Brauerei: 4,5 bis 8,0 hl/hlBier.

Fruchtsaftgetränke:      

Entfernung von Bicarbonaten des Wassers (neutralisieren Citronensäure). Möglichst geringe Mengen von freiem Chlor, kein erhöhter Ozonüberschuss und keine größeren Sauerstoffmengen (ansonsten Minderung des Vitamin C-Gehaltes sowie Beeinflussung von Aroma und Geschmack)

Obst- und Gemüsekonserven:

Produktwasser muss frei von Eisen und Mangan sein (ansonsten Verfärbungen). Kein hoher Gehalt an Natrium-und Hydrogencarbonat (ansonsten negative Vitaminbeeinflussung).

Milchprodukte:  

Prozesswasser mit hohen mikrobiologischen Anforderungen (ansonsten Veränderungen der Milcheigenschaften). Butterwasser mit geringem Calziumgehalt (ansonsten Aromaverlust), kein Magnesium (ansonsten bitterer Geschmack) und wenig gelöstem Sauerstoff (ansonsten Fettoxidation).

Backwaren:              

geringe Eisen- und Mangananteile (sonst Verfärbungen der Produkte). Weiches Wasser für verschiedene Brot- und Kekssorten.

• gereinigtes Wasser (Aqua purifikata (AP); Synonyme: Purified Water und vollentsalztes Wasser (VE-Wasser)): für die Herstellung von Zubereitungen, die weder steril noch pyrogenfrei sein müssen.
• Wasser für Injektionszwecke (WFI): unterschieden in WFI als Bulkware und WFI sterilisiert im Endbehältnis. Zur Herstellung von Arzneimitteln zur parenteralen Anwendung, deren Lösungsmittel Wasser ist.
• Highly Purified Water (HPW)

• Purified Water (PW): entspricht in etwa Gereinigtem Wasser nach EP
• Sterile Purified Water
• Water for Injections: entspricht etwa dem Wasser für Injektionszwecke nach EP
• Sterile Water for Injections
• Bacteriostatic Water for Injections
• Sterile Water for Inhalation

Antwort von Chat GPT:

• Purified Water: Hochgereinigtes Wasser für pharmazeutische Anwendungen.
• Water for Injection (WFI): Hochreines, pyrogenfreies Wasser für Injektionszwecke.
• Sterile Water for Injection: Steriles, pyrogenfreies Wasser ausschließlich für Injektionen.
• Potable Water: Trinkwasser, das mikrobiologische und chemische Anforderungen erfüllt.
• Purified Water for Hemodialysis: Gereinigtes Wasser speziell für Hämodialyse.
• Bacteriostatic Water for Injection: Steriles Wasser für Injektionen mit einem Zusatzstoff zur Hemmung von Bakterienwachstum.

Diese Wasserqualitäten haben jeweils spezifische Verwendungszwecke und Standards gemäß der USP.

Membranverfahren, bei der auf der Oberfläche der Membran alle Inhaltstoffe, die kleiner als die Membranporen sind, zurückgehalten werden (Siebeffekt).

Einsatzgebiet: Entfernung von mikrobiologischen Verunreinigungen wie Keime und Pyrogene.

• Dead- End- Betrieb: Wasser wird vollständig durch die Membran filtriert.
• Cross- Flow- Filtration: Überströmung der Membran während der Filtration mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten: Scherkräfte verhindern die Ausbildung von Ablagerungen auf der Membranoberfläche.

• Stark saurer kationenaustauscher in Natriumform:        Austausch aller im Wasser vorhandenen Härtebildner (Calcium- Ca²⁺, Magnesiumionen Mg²⁺) gegen Natriumionen (Na+)
• Regeneration durch Natriumchlorid
• Ableitung der Ca²⁺ - & Mg²⁺ -Inone in das Abwasser

Bei der vollständigen Entsalzung wird ein stark saurer Kationenaustauscher und ein stark basischer Anionenaustauscher eingesetzt. Alle im Wasser vorhandenen Kationen (z. B. Na+) und Anionen (z. B. CL-) werden mit H+ bzw. OH-- Ionen beladenen Harzen ausgetauscht. Die Regeneration erfolgt mittels HCl und NaOH. Eingesetzt werden dabei Mischbettanlagen (beide Austauscher in einem Behälter) und Getrenntbettanlagen (Austauscher in getrennten Behältern).

• Reduktion der Leitfähigkeit
• Problem können sich durch Verkeimungsmöglichkeiten ergeben

• Teilentsalzung bei bestimmten Wasserzusammensetzungen (z.B. Carbonathärte) Einsatz von schwach sauren Kationenaustauscher (+) mit ausreichender Teilentsalzungswirkung

Osmose:

In einem System mit zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Konzentrationen, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind, findet ein Konzentrationsausgleich auf beiden Seiten der Membran statt. Die semipermeable Membran erlaubt nur dem Lösungsmittel (Wasser), nicht jedoch den darin gelösten Stoffen, den Durchtritt. Dadurch erfolgt eine Verdünnung der konzentrierteren Lösung.

Umkehrosmose:

Wenn auf die konzentrierte Lösung ein Druck größer als der osmotische Druck ausgeübt wird, kehrt sich die Fließrichtung um. Das Lösungsmittel wird dann von der konzentrierten Lösung weggeführt.

Aufzubereitendes Wasser wird mittels Hochdruckpumpe kontinuierlich durch die Membran gepumpt. Aufteilung des Mediums in Teilströme:

• Produktstrom (Permeat)
• Konzentratstrom, der fast die gesamten Salze des Zulaufwassers enthält. Der Konzentratstrom wird wieder dem Rohwasser zugeführt, um eine große Überströmung auf der Membran zu erhalten.

Die elektrochemische Deionisation (EDI) ist ein elektronisches Membranverfahren, das eine Kombination aus Elektrodialyse und Ionenaustausch nutzt. Bei diesem Verfahren werden ionogene Verbindungen (Salze) im Wasser durch ein Gleichspannungsfeld zwischen einer Anode (+) und einer Kathode (-) entsprechend ihrer Ladung zu den beiden Elektroden bewegt.

Chat GPT Antwort:

Die elektrochemische Deionisation (EDI) entfernt Salze und Ionen aus Wasser durch folgende Schritte: Ionenaustausch, Elektrodialyse, Ionendesorption und Ionenausschwemmung. Das gereinigte Wasser kann für verschiedene industrielle Anwendungen genutzt werden.