Houdt de economie draaiende: Water voor de industrie

Waarvoor heeft de industrie behandeld water nodig?

Net zoals mensen water nodig hebben om te overleven, heeft de industrie water nodig voor zijn eigen, heel andere, processen. Dit begint met alledaagse dingen zoals de schoonmaak: Veel installaties moeten regelmatig worden schoongemaakt of gespoeld met water. Bovendien dient water vaak als koelmiddel om te voorkomen dat machines oververhit raken, net als in een auto. Water kan echter ook worden gebruikt als warmtedrager, vooral wanneer processen op een bepaald temperatuurniveau moeten worden gehouden. Voor temperaturen tussen de 0 en 100 graden Celsius is water, dankzij zijn eigenschappen en omdat het probleemloos te hanteren is, in principe de beste warmtedrager. Bij hogere temperaturen kan water ook worden gebruikt als voedingswater in ketelinstallaties om stoom te genereren, eveneens voor warmte te ten behoeve van processen of voor het opwekken van energie in krachtcentrales.

Ten slotte wordt water ook direct gebruikt voor de industriële productie van producten, hetzij als proceswater, hetzij als productwater, bijvoorbeeld in de levensmiddelen- en drankenindustrie. Voor de productie van één ton staal is bijvoorbeeld zo’n 200.000 liter water nodig, voor een ton papier ongeveer 400.000 liter. Volgens de Duitse federale milieudienst had alleen al de chemische industrie in Duitsland in 2016 bijna 2,6 miljard kubieke meter water nodig voor het maken van zijn producten. Dat was bijna 58 % van het totale watergebruik van de maakindustrie.

Van drinkbaar tot ultrazuiver: waterkwaliteiten voor de industrie

Als we een blik werpen op de verschillende toepassingsgebieden van water, dan wordt al snel duidelijk dat niet alle water hetzelfde is. Voor het reinigen van een machine is niet dezelfde waterkwaliteit nodig als voor een infuusoplossing in het ziekenhuis. Maar waar zijn welke waterkwaliteiten zijn eigenlijk voor nodig? En wat zijn de waarden aan de hand waarvan de kwaliteit van water wordt gemeten?

De zuiverheid van water kan worden bepaald met verschillende methoden, bijvoorbeeld door het gewicht van de opgeloste stoffen in het water of de mate waarin het kook- of vriespunt verschoven is vast te stellen. Ook de brekingsindex kan gebruikt worden om de zuiverheid van het water te bepalen. De meest voorkomende methode is echter het bepalen van de zuiverheid met behulp van het elektrisch geleidingsvermogen van het water. Want hoe minder zouten in het water zijn opgelost, dus hoe chemisch zuiverder het is , des te minder geleidend is het water. Dit geleidingsvermogen wordt gemeten in Siemens per meter. Hierbij worden verschillende zuiverheidsgraden onderscheiden:

• Als drinkwater wordt water aangeduid waarvan de kwaliteit voldoet aan de betreffende strenge wet- en regelgeving. Dit water wordt door de waterleidingbedrijven of de overheid rechtstreeks gedistribueerd via de normale drinkwaterleidingen.
  Specifiek geleidingsvermogen bij 25 °C: 50 - 5000 μS/cm
  Zuiver drinkwater wordt vaak gebruikt in de levensmiddelenindustrie, bijvoorbeeld voor het reinigen van voedingsmiddelen of voor het produceren van dranken
• Zuiver water oftewel Purified Water is behandeld drinkwater. Het bevat nog steeds een bepaald restgehalte aan bepaalde ionen. Ook volgens de Duitse farmacopee bereid gezuiverd water ("Aqua Purificata") voor het maken van farmaceutische producten valt in deze categorie. Specifiek geleidingsvermogen bij 25 °C: 1 - 50 μS/cm.
  Zuiver water is geschikt voor vele toepassingen, ook bijvoorbeeld voor het grondig reinigen van installaties, omdat het bij verdamping geen restanten achterlaat.
• Bij gedemineraliseerd water en gedestilleerd water zijn alle ionogene bestanddelen, dus anionen en kationen, verwijderd. Gedemineraliseerd water en gedestilleerd water zijn echter niet hetzelfde, want de eisen waaraan deze moeten voldoen en de behandelingsprocedé’s verschillen. Het belangrijkste verschil tussen gedestilleerd en gedemineraliseerd water is de zuiverheidsgraad.
  Specifiek geleidingsvermogen bij 25 °C: 0,1 - 1 μS/cm.
• Ultrazuiver water oftewel Ultrapure Water is het hoogste zuiverheidsniveau van water. Dit water bevat nog slechts de kleinst mogelijke sporen van organische verbindingen, micro-organismen of elektrolyten.
  Specifiek geleidingsvermogen bij 25 °C: < 0,1 μS/cm.
  Ultrazuiver water wordt bijvoorbeeld gebruikt als spoel- of proceswater in de medische industrie, de halfgeleiderindustrie en in de krachtcentraletechniek.

Schoon en zuiver: welke methoden worden gebruikt voor het behandelen van water?

In principe kan water op drie verschillende manieren worden gereinigd:

• Mechanische behandeling bijvoorbeeld oor middel van harken, zeven en filters (inclusief verschillende soorten membraanfiltratie: micro-, ultra- en nanofiltratie)
• Fysische behandeling bijvoorbeeld oor middel van beluchting, evaporatie, sedimentatie, flotatie, vacuümprocedé’s en thermische inwerking
• Chemische behandeling bijvoorbeeld door middel van oxidatie, desinfectie, flocculatie, ionenwisseling, actieve kool (adsorptie), osmose, omgekeerde osmose

Deze processen worden ook in verschillende combinaties gebruikt, afhankelijk van de aard van het ongezuiverde water en het beoogde gebruik. Laten we de diverse soorten filtratie eens nader bekijken …

Van micro-, ultra- en nanofiltratie tot omgekeerde osmose

Bij microfiltratie wordt het water door membranen met een poriegrootte van tussen de 0,1 en 10 µm geleid. Afhankelijk van de toepassing kan het filteroppervlak gemaakt zijn van roestvast staal, kunststof, keramiek of textiel. Microfiltratie heeft de voorkeur voor het filteren van dranken en olie en voor de voorfiltratie. Gewoonlijk wordt een lage druk gebruikt van tussen de 0,1 bar (toevoerzijde) en 2 bar (uitstroomzijde) gebruikt. Microfiltratie wordt gebruikt om relatief grove stoffen uit het water te filteren, dus bijvoorbeeld organische stoffen zoals plankton, algen, bacteriën en olie- en vetemulsies. Grotere colloïdale stoffen, dus deeltjes of druppels die fijn in het water zijn verdeeld, worden eveneens verwijderd door microfiltratie.

Het volgende niveau wordt ultrafiltratie genoemd. Hierbij ligt de grootte van de poriën tussen de 0,01 en 0,1 µm. Hiermee kunnen zelfs zeer kleine deeltjes uit het water worden gefilterd, zoals virussen, kiemen, proteïnen, colloïdale metalen of macromoleculaire stoffen, dus verbindingen met meerdere ketens. De vereiste transmembraandruk ligt tussen de 1 en 10 bar.

Bij nanofiltratie ligt de poriegrootte nog slechts tussen de 0,01 en 0,001 µm. Daarmee worden in het water opgeloste stoffen, dubbelwaardige ionen (de meeste zware metalen zoals zink, magnesium en calcium), grotere éénwaardige ionen (zoals alkalimetalen zoals lithium, natrium, kalium) en halogenen (zoals chloor) eruit gefilterd.

50 tot 90% van alle chloriden en van al het natrium kan op deze manier worden verwijderd. Nanofiltratie is daarom ideaal als alternatief voor een onthardingsinstallatie. De vereiste druk ligt tussen de 5 en 10 bar.

De omgekeerde osmose is, tot slot, het laatste en hoogste niveau binnen de membraanfiltratietechnieken. Bij de omgekeerde-osmose-techniek wordt het natuurlijke-osmoseprincipe (gelijk maken van de concentratie van twee vloeistoffen via een semipermeabel membraan) omgekeerd: Het te reinigen water met zijn hoge concentratie ionen wordt met grote druk tegen de natuurlijke osmotische druk in door een semipermeabel membraan geperst (in het geval van afvalwater van vuilstortplaatsen met een druk van boven de 80 bar). De ongewenste opgeloste stoffen kunnen vanwege hun moleculaire grootte niet door het ultrafijne membraan heen. De poriegrootte van het membraan ligt tussen de 0,001 en 0,0001 µm. Zelfs éénwaardige ionen worden zo tegengehouden en uiteindelijk blijft er bijzonder sterk gereinigd water over, dat vrij is van bijna alle deeltjes, zoals mineralen en vreemde stoffen, virussen, bacteriën, kiemen en andere verontreinigingen.

Klaarhelder: KSB-oplossingen voor industriële waterbehandeling

Of het nu gaat om zacht, ontzilt koelwater, onthard, gedecarboniseerd en ontzilt voedingswater voor waterdampinstallaties, speciaal behandeld proceswater of absoluut schoon productwater: KSB biedt u de juiste pompen en afsluiters voor elk proces binnen de industriële waterbehandeling. Uitgesproken resistente materialen en veilige afdichtingen zorgen ervoor dat onze producten bestand zijn tegen beschadiging door extreme temperaturen of agressieve vloeistoffen. Dankzij het grote productportfolio met zijn modulaire opbouw vindt u bij KSB altijd de juiste, bij uw specifieke behoeften passende oplossing. Met name de Etanorm-, Etabloc- en Etachrom-serie en de meertraps hogedrukpompen Movitec en Multitec kunnen individueel worden geconfigureerd.
KSB heeft jarenlange ervaring en expertise op het gebied van industriële waterbehandeling en biedt naast technisch hoogontwikkelde producten ook uitgebreide service-oplossingen en deskundig advies. Heeft u vragen? Dan verheugt het ons als u contact met ons opneemt!