Was man an einem Trinkwassererzeuger (Umkehrosmose) prüft.
Der Begriff "Trinkwassererzeuger" bedeutet auf einem Schiff fast immer ein Gerät der Umkehrosmose (RO) im Gegensatz zu einem Entspannungsverdampfer oder einer Vakuumdestillationsanlage, die Abwärme aus dem Mantelkühlwasser des Hauptmotors nutzt. Ein RO-Trinkwassererzeuger drückt Seewasser mit 55-70 bar durch eine halbdurchlässige Membran; die Membran weist gelöste Salze ab und lässt Süßwasser hindurch, ohne Phasenwechsel und ohne Abhängigkeit von der Wärme des Hauptmotors. Das macht ihn zur einzigen brauchbaren Süßwasserquelle, wenn der Hauptmotor steht, wenn Niedertemperatur-Kühlwasseranlagen keine nutzbare Abwärme lassen oder auf Fahrzeugen wie Yachten und Offshore-Versorgern, die lange Zeit vor Anker…
Was einen Trinkwassererzeuger unterscheidet
Der Begriff "Trinkwassererzeuger" bedeutet auf einem Schiff fast immer ein Gerät der Umkehrosmose (RO) im Gegensatz zu einem Entspannungsverdampfer oder einer Vakuumdestillationsanlage, die Abwärme aus dem Mantelkühlwasser des Hauptmotors nutzt. Ein RO-Trinkwassererzeuger drückt Seewasser mit 55-70 bar durch eine halbdurchlässige Membran; die Membran weist gelöste Salze ab und lässt Süßwasser hindurch, ohne Phasenwechsel und ohne Abhängigkeit von der Wärme des Hauptmotors. Das macht ihn zur einzigen brauchbaren Süßwasserquelle, wenn der Hauptmotor steht, wenn Niedertemperatur-Kühlwasseranlagen keine nutzbare Abwärme lassen oder auf Fahrzeugen wie Yachten und Offshore-Versorgern, die lange Zeit vor Anker oder in dynamischer Positionierung liegen.
Verglichen mit einem Entspannungsverdampfer zieht ein RO-Trinkwassererzeuger je erzeugtem Kubikmeter weit mehr elektrische Leistung, braucht aber keinen Dampf- oder Mantelwasseranschluss, verträgt niedrigere Speisewassertemperaturen und läuft in Minuten an und aus statt in der halben Stunde oder mehr, die eine Vakuumanlage zum Einschwingen braucht.
Hauptkomponenten
Seewassereinlauf und Vorfilterung
Ein eigener Seekasten oder die allgemeine Seewasseransaugung speist eine Niederdruck-Boosterpumpe über Kerzenfilter mit 20-Mikrometer- und danach 5-Mikrometer-Feinheit. Die Vorfilterung schützt Membranen und Hochdruckpumpe vor Schlick, Algen und Bewuchsteilchen; ein zugesetzter Vorfilter ist die häufigste Ursache für einen plötzlichen Druckabfall auf der Bedientafel.
Hochdruckpumpe
Eine Verdrängerpumpe oder eine mehrstufige Kreiselpumpe hebt den Speisedruck in den Bereich von 55-70 bar, der nötig ist, um den osmotischen Druck des Seewassers (rund 25-28 bar) zu überwinden und Permeat durch die Membran zu treiben. Pumpendichtungen und Hochdruck-Kolbensitze sind die hauptsächlichen Verschleißteile.
Membranelemente der Umkehrosmose
Spiralgewickelte Dünnfilm-Verbundmembranen sitzen in Druckbehältern, üblich mit zwei bis sechs Elementen je Behälter. Die Ausbeute -- der Anteil des Speisewassers, der zu Permeat wird -- wird üblich zwischen 20% und 40% eingestellt; eine höhere Ausbeute reichert Salze und Belagbildner an der Membranoberfläche an und verkürzt die Lebensdauer der Elemente.
Energierückgewinnung
Größere Geräte bauen einen Druckwandler oder eine Peltonturbine ein, die Energie aus dem Hochdruck-Soleabfluss zurückgewinnt und in die Speiseleitung zurückgibt, was den spezifischen Energiebedarf von rund 8-10 kWh/m3 bei älteren Bauarten auf 3-4 kWh/m3 bei neuzeitlichen Geräten mit Rückgewinnung senkt.
Nachbehandlung
Das die Membranen verlassende Permeat ist nahezu mineralfrei und leicht sauer. Ein Aufhärtungs- oder Kalzitfilter und eine UV-Entkeimung oder eine Chlordosierstelle bereiten das Wasser auf, bevor es den Trinkwassertank erreicht, sowohl des Geschmacks wegen als auch zur Einhaltung der bakteriologischen Grenzwerte für Trinkwasser.
Auswahl und Auslegung
Die Leistung setzen Besatzungs- oder Fahrgastzahl zuzüglich eines Zuschlags für Hotellast, Kombüse und Wäscherei, üblich 100-150 Liter je Person und Tag auf einem Frachtschiff und erheblich mehr auf einem Fahrgastschiff oder einer Yacht. Speisewassertemperatur und Salzgehalt beeinflussen beide die Ausbeute: Eine für einen Bezugswert von 25 degC / 35 ppt eingestufte Membran erzeugt bei 10 degC merklich weniger und in warmem tropischem Wasser merklich mehr, weshalb die Hersteller Korrekturkurven statt eines einzelnen Mengenwerts veröffentlichen.
| Kennwert | Üblicher Bereich |
|---|---|
| Speisedruck | 55-70 bar |
| Ausbeute | 20-40% |
| Spezifische Energie (mit Rückgewinnung) | 3-4 kWh/m3 |
| Spezifische Energie (ohne Rückgewinnung) | 8-10 kWh/m3 |
| Zielsalzgehalt des Erzeugniswassers | unter 500 ppm TDS |
Vorschriften und Klasse
Die Trinkwassergüte wird gegen die Anforderungen von Flaggenstaat und Hafengesundheitsbehörde geprüft und nicht gegen ein einzelnes IMO-Regelwerk; die Klassifikationsgesellschaften verlangen, dass die Anlage in die wiederkehrende Besichtigung der wesentlichen Hilfsmaschinen einbezogen wird, und viele Reeder folgen den WHO-Leitwerten für Trinkwasser bei Restchlor und Keimzahlen. Fahrzeuge, die nach dem Seearbeitsübereinkommen bescheinigt sind, müssen zeigen, dass Trinkwassermenge und -güte die MLC-Anforderungen an die Unterkünfte erfüllen.
Typische Fehler
| Fehler | Ursache | Folge |
|---|---|---|
| Fallender Permeatstrom | Membranverschmutzung oder Belagbildung durch unzureichende Vorbehandlung | Geringere Ausbeute, höherer Energieeinsatz je Liter |
| Steigender Salzgehalt des Erzeugniswassers | Membranschaden, Versagen eines O-Rings oder ein gerissenes Permeatrohr | Das Erzeugnis geht in den Abfluss und ist, unbemerkt, womöglich nicht sicher |
| Plötzlicher Druckverlust | Verstopfte Kerzen des Vorfilters | Die Pumpe arbeitet gegen einen Widerstand und schaltet bei zu hohem Differenzdruck ab |
| Biologisches Wachstum in der stillstehenden Anlage | Das Gerät blieb länger als ein paar Tage nass und ungenutzt ohne Konservierung | Nicht umkehrbarer Biobewuchs der Membranen, früher Ersatz |
Worauf es beim Lieferanten ankommt
- Die Verfügbarkeit von Ersatzmembranelementen und Dichtungssätzen der Hochdruckpumpe in den Häfen, die das Fahrzeug wirklich anläuft, nicht bloß im Werk.
- Eine belegte Wirksamkeit der Energierückgewinnung und nicht nur die Nennleistung, denn die Betriebskosten über die Schiffslebensdauer stellen den Kaufpreis in den Schatten.
- Die Verträglichkeit der Steuerung mit der vorhandenen Automation und Fernüberwachung des Fahrzeugs, wo eingebaut.
- Erfahrung mit den Speisewasserverhältnissen des Fahrtgebiets -- warmes, bewuchsanfälliges Küstenwasser ist eine andere Aufgabe als kaltes Wasser der offenen See.
Einen Trinkwassererzeuger im Hafen niemals länger als ein paar Tage voll Seewasser stehen lassen -- vor jedem Auflegen mit Süßwasser spülen und ein Konservierungsmittel dosieren, sonst müssen die Membranen ersetzt werden, wenn der Ingenieur, der die Anlage abgestellt hat, längst weg ist.