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Technik

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Die Enthärterwahl

Störungs­freie Um­kehr­os­mose durch Kunst­harz­kü­gel­chen und Natrium-Ionen

Der Enthärter ist eine der wichtigsten Komponenten in der Wasservorbehandlung auf einer Dialysestation. Damit die zentrale Umkehrosmose möglichst lange und störungsfrei arbeitet, ist es dringend erforderlich, sie mit Weichwasser (<0,1°dH) zu betreiben. Nur so kann die gewünschte Permeatleistung über lange Zeit garantiert werden.

Abb. 1 Doppelenthärtungsanlage mit Qualitätssteuerung.

Um die Funktionalität der Enthärtungsanlage zu überwachen, werden häufig Kontrollsysteme nachgeschaltet. Diese können die Resthärte im aufbereiteten Wasser erkennen. Die Testsysteme arbeiten zuverlässig, sind jedoch mit einem gewissen Aufwand für Wartung und Service sowie Kosten für die dafür benötigten Chemikalien verbunden.

Art und Aufbau der Enthärter

Enthärter, die in Systemen zur Dialysewasseraufbereitung eingesetzt werden, bestehen in der Regel aus zwei zylindrischen Behältern (Säulen), die mit Ionenaustauscherharz gefüllt sind. Die Säulen werden abwechselnd betrieben. Die nicht aktive Säule wird entweder regeneriert oder wartet im Standby auf ihren Einsatz. Diese Betriebsart wird Duplex-Betrieb genannt (Abbildung 1). Alternativ können auch eine einzelne Säule (Mono) oder mehr als zwei Säulen (z.B. drei: Triplex) betrieben werden.

Beim Duplex-Enthärter sorgt eine Steuerung dafür, dass die aktive Säule abgeschaltet und die zweite Säule zugeschaltet wird, bevor die aktive Säule vollständig erschöpft ist und es zum Härtedurchbruch kommt. Durch das regelmäßige Umschalten zwischen den Säulen ist ein kontinuierlicher Fluss für die Osmoseanlage gewährleistet.

Treffen auf die Harzkügelchen Oxidationsmittel wie z.B. Chlor oder Ozon, entstehen irreparable Schäden. Diese führen dazu, dass der Enthärter seine Kapazität zur Wasserenthärtung teilweise oder vollkommen verliert und die nachgeschaltete Umkehrosmose möglicherweise nicht mehr mit Weichwasser betrieben werden kann.

Enthärtung durch Ionenaustausch

Das Ionenaustauscherharz besteht aus negativ geladenen Kunstharzkügelchen (Ø 0,3 bis 0,4 mm), die mit positiv geladenen Natrium-Ionen angereichert sind. Das Harz befindet sich in einem Druckrohr. Die Kügelchen dienen als Transmitter (Austauscher).

Das Wasser fließt durch eine der beiden Säulen, wobei Kationen der Härtebildner (Ca2+-; Mg2+-Ionen) aus dem Hartwasser gegen Na+-Ionen ausgetauscht werden. Die Ca2+– und Mg2+-Ionen verbleiben im Harz des Enthärters. Wenn keine Na+-Ionen mehr verfügbar sind, gilt die Säule als erschöpft und es können keine Härtebildner mehr ersetzt werden (Abbildung 2).

Abb. 2 Enthärtung durch Ionenaustausch. Bilder: © DWA GmbH & Co. KG

Regeneration

Bei der Regeneration strömt konzentrierte Salzlösung (Sole) über die Harzkügelchen, wobei sich so viele Na+-Ionen auf den Harzkugeln anlagern, bis deren elektrische Ladung ausgeglichen ist. Die Sole wird mit speziellen Salztabletten (NaCl) und Wasser erzeugt.

Bei der Regeneration werden die Calcium- und Magnesium-Ionen durch Na+-Ionen verdrängt und anschließend ausgespült. Die Enthärter müssen gemäß DVGW-Richtlinien regelmäßig (spätestens nach vier Tagen) regeneriert werden – auch unter mikrobiologischen Gesichtspunkten.

Kapazität

Die Kapazität des Enthärters beschreibt die Menge an Wasser, die eine Säule bei einem bestimmten Härtegrad vollständig enthärten kann. Die Kapazität wird in Deutschland in m³ x °dH angegeben. Sie hängt von der Anzahl der Harzkugeln ab. Ein Enthärter mit einer Kapazität von 100m³ x °dH kann 100 m³ Wasser mit einer Härte von 1°dH oder 10 m³ mit einer Härte von 10°dH enthärten, bevor er erschöpft ist und regeneriert werden muss.

Auslegung der Enthärtungsanlage

Sehr bewährt hat sich die Faustregel, dass ein Enthärter so groß wie nötig, aber auch so klein wie möglich ausgelegt werden sollte.

Bei der Auslegung einer Enthärtungsanlage sind folgende Faktoren zu beachten:

  • Wasserbedarf der Dialysestation bei Volllastbetrieb. Dabei sind eventuell erhöhte Flussraten zum Spülen der Dialysegeräte zu berücksichtigen.
  • Eventueller Dialysewasserbedarf bei der Eigenherstellung von Dialysekonzentraten.
  • Je nach Größe der Anlage muss die Zeit zur Erzeugung der Sole (mind. 2h) vor der nächsten Regeneration berücksichtigt werden.
  • Reaktion auf Kapazitätseinschränkungen.

Kapazitätseinschränkungen

  • Schwankungen der Wasserhärte durch Mischung im Wasserwerk (häufig unbekannt).
  • Erhöhte Permeatleistung der RO durch saisonale Temperaturschwankungen (pro °C plus 3%).
  • Kapazitätsverlust durch Alterung des Enthärterharzes (3 bis 5% pro Jahr).
  • Schädigung durch Oxidationsmittel (läuft meist unerkannt ab).

Enthärtertypen

Grundsätzlich stehen zwei verschiedene Enthärtertypen zur Auswahl, welche sich in ihrer Steuerung grundlegend unterscheiden:

Volumen- oder mengengesteuerte Enthärter regenerieren, sobald sie von einer bestimmten Wassermenge durchflossen wurden. Beim mengengesteuerten Enthärter ist der Erschöpfungsgrad einer Säule nicht überwacht. Die Regeneration erfolgt davon unabhängig. Bei der Einstellung des Regenerationsintervalls müssen Kapazitätseinschränkungen wie Alterung, Schwankungen der Wasserhärte und saisonale Unterschiede berücksichtigt werden, um einen Härtedurchbruch bei ungünstigen Verhältnissen auszuschließen. In der Regel wird der Enthärter deshalb nur zu 60 bis 70% ausgelastet.

Beim qualitätsgesteuerten Enthärter misst ein Härtesensor den Erschöpfungszustand des Harzes. Der Sensor ist direkt mit dem Harz verbunden. Die Regeneration wird eingeleitet, sobald eine Säule vollständig erschöpft ist, unabhängig vom dafür erforderlichen Wasservolumen. Mit dieser Technologie sind eine maximale Auslastung auch bei schwankenden Wasserverhältnissen sowie ein sicheres Umschalten gewährleistet. Damit kann ein qualitätsgesteuerter Enthärter die Zahl der Regenerationen gegenüber einem branchenüblich eingestellten, volumengesteuerten Enthärter deutlich senken. So kann auch der Verbrauch an Enthärtersalz und Wasser für die Regeneration um 30% oder mehr reduziert werden.

Fazit

Der Wasser- und Salzverbrauch ist bei einer mengengesteuerten Enthärtungsanlage signifikant höher. Salz- und Wassereinsparungen durch qualitätsgesteuerte Enthärter im Bereich von 30% sind realistisch und der geringere Salzverbrauch entlastet das Personal.

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