Klares Wasser durch coole Technik

Neue Kühlgeräte für Ozon-Wasseraufbereitung

Klares Wasser durch coole Technik

Sowohl in der Trinkwasseraufbereitung als auch in der Abwasserreinigung sorgt Ozon für sauberes Wasser. Die Herstellung geschieht direkt vor Ort mit speziellen Anlagen, in denen das Ozon mit Hilfe einer stillen elektrischen Entladung erzeugt wird. Dafür wird elektrische Energie benötigt. Xylem, einer der Marktführer für Ozonanlagen, legt besonderen Wert auf eine hohe Energieeffizienz. Für die Kühlung der Schaltanlage setzt Xylem auf Kühlgeräte der Serie Blue e+ von Rittal.

Die komplette Elektrotechnik ist in TS 8 Schaltschränken von Rittal untergebracht, die neben dem eigentlichen Ozonerzeuger installiert werden (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Die komplette Elektrotechnik ist in TS 8 Schaltschränken von Rittal untergebracht, die neben dem eigentlichen Ozonerzeuger installiert werden (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)


Die Energieeffizienz ist seit einigen Jahren ein Dauerthema. In der Industrie, im Haushalt und beim Verkehr werden immer größere Anstrengungen unternommen, um die Menge der eingesetzten Energie zu reduzieren. Ein Bereich, der in der Diskussion seltener betrachtet wird, ist die Wasserwirtschaft. Die Bereitstellung von Frischwasser und die Behandlung von Abwasser haben aber ebenfalls einen sehr hohen Energiebedarf. Das Klären von Haushaltsabwässern benötigt etwa 3 bis 5 Prozent der elektrischen Energie, die in einem privaten Haushalt verbraucht wird. Auch die Aufbereitung und der Transport von Frischwasser für Haushalte, Landwirtschaft und Industrie sowie das Klären von Abwässern in der Industrie sind mit einem hohen Energieeinsatz verbunden. Pumpen zum Fördern von Wasser verbrauchen einen großen Teil dieser Energie. Elektrische Energie wird ebenfalls für die Erzeugung von Ozon benötigt, mit dem Wasser umweltfreundlich aufbereitet wird. Bereits Ende des 19. Jahrhunderts entwickelte Werner von Siemens eine technische Methode, mit der sich Ozon herstellen lässt: In einer stillen elektrischen Entladung werden die stabilen O2-Moleküle gespalten und bilden dann Ozon. Dieses Verfahren wurde damals dann auch schon eingesetzt, um Ozon zur Desinfektion von Trinkwasser zu produzieren. Da Ozon nicht auf längere Dauer stabil ist, müssen die Anlagen zur Ozonproduktion immer vor Ort – also beispielsweise im Wasserwerk oder in der Kläranlage – installiert werden. Auch heute noch arbeiten die Anlagen zur Ozonerzeugung nach dem gleichen Prinzip. Einer der weltweit führenden Hersteller für die Ozon-Wasseraufbereitungsanlagen ist die Xylem Unternehmensgruppe mit weltweit 12.500 Mitarbeitern. Die in Herford ansässige Tochtergesellschaft Xylem Services gehört zum Geschäftsbereich Treatment, in dem Produkte und Systeme zur Wasser- und Abwasseraufbereitung gebündelt sind. Dort entwickelt, produziert und vertreibt das Unternehmen neben Ozonanlagen auch UV-Systeme zur Desinfektion von Wasser. Die Anlagen aus Herford werden unter dem Markennamen Wedeco weltweit vertrieben, andere Tochtergesellschaften aus der Gruppe liefern dazu passende weitere Komponenten und Systeme. Die größten Anlagen können bis zu einer Tonne Ozon pro Stunde produzieren. Die Menge des benötigten Ozons ist abhängig von der Wassermenge. Zusätzlich muss die Art der Verschmutzung berücksichtigt werden. Um lediglich Bakterien abzutöten genügt eine Ozonkonzentration im Wasser von etwa 1g/m³, zum Entfärben werden Konzentrationen von 5 bis 50g/m³ benötigt, und um chemische Bestandteile zu oxidieren, können bis zu 200g/m³ notwendig sein. Das Ozon wird üblicherweise über einen Venturi-Injektor im Wasser gelöst und reagiert dann im anschließenden Reaktionsbehälter mit den Verunreinigungen. Die typische Kontaktzeit, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist, beträgt wenige Minuten. Im Anschluss wird das verbleibende Ozon im Restgas vernichtet. Im Vergleich zu der alternativen Methode, bei der Chlor eingesetzt wird, bleiben hier keine Rückstände im Wasser. Auch Resistenzen gegenüber Ozon treten – anders als beim Chlor – hier nicht auf.
Um eine Temperatur von maximal 35 °C in den Schaltschränken zu erreichen, kommen zwei Kühlgeräte aus der neuen Serie Blue e+ von Rittal mit jeweils 6 kW Kühlleistung zum Einsatz (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Um eine Temperatur von maximal 35 °C in den Schaltschränken zu erreichen, kommen zwei Kühlgeräte aus der neuen Serie Blue e+ von Rittal mit jeweils 6 kW Kühlleistung zum Einsatz (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Basis der Ozonproduktion: elektrische Energie

Die Ozonerzeuger von Xylem basieren auf einem patentierten Elektrodendesign, das für eine besonders hohe Energieeffizienz des Verfahrens sorgt. „Der Ozonerzeuger muss immer genau so viel Ozon produzieren, wie aktuell im Prozess benötigt wird – denn speichern kann man das reaktionsfreudige Gas nicht“, erklärt Franz-Josef Richardt, der als Global Product Manager bei Xylem Services für Ozonanlagen verantwortlich ist. Die Regulierung der Produktion geschieht über die Frequenz (Pulse) der Hochspannung. Wollte man die Produktion drosseln, indem man die Spannung reduziert, würde die Entladung verlöschen, und die Ozonproduktion würde komplett stoppen. Um die Hochspannung optimal zu steuern, ist eine aufwendige Elektrotechnik notwendig. Aus der Netzspannung wird über einen Eingangstransformator, einen Gleichrichter und einen speziellen Frequenzumrichter die Hochspannung für die Elektroden erzeugt. Die Elektronik – speziell der Frequenzumrichter – gehören ebenfalls zu den Kernkompetenzen von Xylem. Die komplette Elektrotechnik ist in TS 8 Schaltschränken von Rittal untergebracht, die neben dem eigentlichen Ozonerzeuger installiert werden. „Die Schaltschränke mit der Versorgung sind immer integraler Bestandteil jeder von uns produzierten Anlage“, erklärt F.-J. Richardt. Bei einer aktuellen Anlage, die für eine Kläranlage in einer chemischen Fabrik in Taiwan gefertigt wird, nimmt die Versorgung mit TS 8 Schaltschränken eine Gesamtbreite von 4,8m in Anspruch. Dass sich Xylem bei den Schaltschränken auf Rittal als Lieferant verlässt, hat gleich mehrere Gründe, wie Ludwig Dinkloh, Manager of Global Wedeco Product Management, weiß: „Rittal kann die Schaltschränke und die dazu passende Kühltechnik mit großer Liefertreue zur Verfügung stellen. Da wir aufgrund der großen Nachfrage aktuell Durchlaufzeiten von nur vier Wochen in der Produktion haben, ist ein Systemlieferant wie Rittal für uns sehr wichtig.“ Xylem setzt modifizierte TS 8 Schaltschränke ein. Die Schränke haben Standardmaße, werden aber ohne Montageplatte ausgeliefert. Außerdem sind die Türdichtungen in einer EMV-Variante ausgeführt.

Das grafische Touchdisplay bietet alle 
relevanten Informationen auf einen Blick. (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Das grafische Touchdisplay bietet alle
relevanten Informationen auf einen Blick. (Bild: Rittal GmbH & Co. KG)

Leistungselektronik benötigt Kühlung

Die Produktion von Ozon benötigt elektrische Energie: Eine Anlage, die 1kg Ozon pro Stunde produziert, hat eine elektrische Leistungsaufnahme von ungefähr 5 bis 6kW. Die aktuelle Anlage für die chemische Fabrik in Taiwan kann bis zu 20kg Ozon pro Stunde produzieren und hat dementsprechend eine Gesamtanschlussleistung von über 100kW. Die Verlustleistung einer solchen Anlage, die in den Schaltschränken in Wärme umgewandelt wird, beträgt etwa 8 Prozent. Die größten Wärmemengen entstehen dabei an den Transformatoren und der Leistungselektronik für die Frequenzumrichter. „Ein Teil der entstehenden Wärme führen wir durch eine Wasserkühlung ab“, sagt Richardt: „Speziell die empfindliche Leistungselektronik im Frequenzumrichter wird so auf einer konstanten Temperatur gehalten.“ Um auch die anderen Komponenten im Schaltschrank vor zu hohen Temperaturen zu schützen, sind in den Schaltschränken zusätzlich Kühlgeräte von Rittal eingebaut. Die Temperatur im Inneren der Schaltschränke soll bei 35°C bleiben. Sind die Temperaturen höher, steigt die Ausfallquote etwa einer SPS oder anderer Elektronikkomponenten deutlich an. Auch die Lebensdauer einiger Bauteile – z.B. der Kondensatoren im Frequenzumrichter – verkürzt sich bei höheren Temperaturen. Ausfälle müssen bei den Ozonanlagen in der Wasserwirtschaft, wo man auf eine hohe Verfügbarkeit angewiesen ist, aber unbedingt vermieden werden. „Früher hat man hier oft redundante Anlagen gebaut, so dass die Kläranlage oder die Wasseraufbereitung in jedem Fall weiterlaufen konnte“, erinnert sich Richardt: „Heute haben unsere Anlagen eine Verfügbarkeit von annähernd 100 Prozent.“ Um eine Temperatur von maximal 35°C in den Schaltschränken zu erreichen, kommen zwei Kühlgeräte aus der Serie Blue e+ von Rittal mit jeweils 6kW Kühlleistung zum Einsatz. Geräte mit einer so hohen Kühlleistung sind erst seit der Einführung der neuen Kühlgerätegeneration erhältlich. Vor zwei Jahren hat Xylem für den gleichen Kunden bereits eine Ozonanlage mit identischer Leistung geliefert. „Damals mussten wir noch fünf Kühlgeräte mit unterschiedlichen Kühlleistungen in die Schaltschränke einbauen, um die notwendige Kühlleistung zu erreichen“, erinnert sich Richardt. Da der Kostendruck von Seiten der Kunden generell hoch ist, freut sich Dinkloh natürlich über diese Einsparungen: „Die neue Kühltechnik ist eine große Einzeleinsparung bei den Ozonanlagen – nicht nur durch die Reduktion der Anzahl, sondern auch durch geringeren Installationsaufwand.“

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Rittal GmbH & Co. KG
www.rittal.de

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