Leistungsfähige Membranelemente und Betriebsstoffe von Toray Membrane Europe tragen zum energieeffizienten und zuverlässigen Betrieb des Dinslakener Wasserwerks bei.

Zur Sicherstellung der Wasserversorgung der Stadt Dinslaken betreibt die Wasserwerke Dinslaken GmbH seit 1961 in einer Entfernung von ca. 1.5 bis 4 km zum Rhein, das Wasserwerk Löhnen. Im Jahr 1989 wurde die Wassergewinnung Löhnen 1, bestehend aus 6 Vertikalbrunnen mit starr betriebenen Pumpen (je 150 m3/h), durch die Gewinnungsanlagen Löhnen II (3 drehzahlgeregelte Pumpen mit je 50 bis 150 m³/h) ergänzt. Seit der Erweiterung der Aufbereitungsanlagen im Jahr 2003 durch zwei Schnellentkarbonisierungs-Reaktoren mit 6 nachgeschalteten Trübstofffiltern hat die Anlage eine Mindestaufbereitungsmenge von 400 m³/h und eine maximale Aufbereitungskapazität von 1.100 m³/h. Gemäß der bestehenden wasserrechtlichen Erlaubnis dürfen aus beiden Gewinnungsanlagen insgesamt 5,6 Mio m3/a gefördert werden. Der höchste tägliche Trinkwasserbedarf liegt bei 19.000 m³/d.
Die neue Filtrationstechnik wurde nötig, weil der Kohleabbau in der Mommbachniederung zukünftig zu Beeinträchtigungen bei der Wassergewinnung in Löhnen führen kann. Durch Bergsenkungen kann Rheinuferfiltrat (und mit ihm unerwünschte Begleitstoffe) in die Förderbrunnen des Wasserwerks gelangen. Nachdem das Wasser auf dem Weg zu den Brunnen durch die Kiese und Sande des Rheinurstromtals vorgereinigt wurde und damit als Speisewasser für die neue Anlage einsetzbar wird, entfernt die Nanofiltrationsanlage aus dem geförderten Wasser alle Stoffe, die im Trinkwasser unerwünscht sind.

Energieversorgung des Wasserwerks.
Das Wasserwerk Löhnen wird über zwei 10 kV-Einspeisungen mit elektrischer Energie versorgt, jedoch können nur über eine Einspeisung die im Volllastbetrieb benötigten 2.000 kVA bezogen werden. Über die zweite Zuleitung werden lediglich 700 kVA gesichert zur Verfügung gestellt. Vor diesem Hintergrund und auf Grund der Tatsache, dass die Membrananlage über eine Vielzahl von Frequenzumformern betrieben wird, wurden 2 luftgekühlte Notstromaggregate mit einer Leistung von je 1.450 kVA installiert. Dadurch ist gewährleistet, dass bei Stromausfall neben der Nanofiltrationsanlange auch beide Wassergewinnungsanlagen sowie das Netzpumpwerk weiterbetrieben werden können.

Hohes Rückhaltevermögen
Das Rückhaltevermögen der Wasserinhaltsstoffe wird durch den eingesetzten Membrantyp bestimmt. Im Wasserwerk Löhnen wurden Polyamid-Membranelemente des Typs TMH20-430 der Firma Toray installiert. Dieser Modultyp zeigte in einer durch das Rheinisch-Westfälische Institut für Wasser (IWW) durchgeführten Pilotstudie das für das künftig zu erwartende Rohwasser beste Rückhaltevermögen, welches durchaus Werte von Umkehrosmosemembranen erreicht. Da hierzu jedoch lediglich ein Zulaufdruck von weniger als 8 bar nötig ist, spricht man auch von Niederdruck-Umkehrosmosemembranen.
Die Salzrückhaltung der ausgewählten Membran liegt bei 99.3 %. Für die nötige Aufbereitungsleistung von 1.100 m³/h wurden 11 parallele Aufbereitungsstraßen mit je 110 m³/h errichtet, wobei eine Straße als Reserve vorgehalten wird. Eine Straße setzt sich jeweils aus der drehzahlgeregelten Feedpumpe (Q=110 m³/h; Pel=je 46,8 kW), zwei in Reihe geschalteten Vorfiltern mit einer Feinheit von 5 um und 1 m sowie dem 2-stufigen Nanofiltrationsblock zusammen. An jedem Block werden 15 Druckrohre miteinander verschaltet, 10 parallel als erste Stufe und 5 parallel als zweite Stufe, wobei das Konzentrat der ersten Stufe als Feed auf die zweite Stufe geführt wird.
Zur Zeit wird das Werk im Teillastbetrieb gefahren, d.h. 49,5 % werden über die Membrananlage aufbereitet und 50,5 % werden im Zustrom zur mechanischen Entsäuerungsanlage (Riesler) vermischt.
Da durch diese geringere Aufbereitungsleistung ein nicht unerhebliches Wechselspiel in den NF-Blöcken erfolgt, und um nicht die maximalen Stillstandzeiten zu überschreiten, wird während dieser Teillast ein Teil der NF-Blöcke in den Konservierungszustand versetzt. Hierbei wird eine wässrige Natriumbisulfitlösung mit dem Anlagenpermeat angesetzt und in die betreffenden NF-Blöcke gepumpt.

Einsatz des RPI-Härtestabilisators (Antiscalant).
Die operativen Ergebnisse sind spezifisch für den Standort zu sehen. In diesem Fall wurde bei Betrieb der RO-Membranen mit einem Flux von 20 l m2/h und einem Transmembrandruck von ca 5,5 bar bei einer maximalen Ausbeute von 87 % ein stabiler Betrieb erreicht. Dabei wurde als Antiscalant (Chemikalie zur Vermeidung von kristallinen Ablagerungen, z.B. CaCO₃ oder CaSO₄) Natriumpolyphosphonsalz mit einer Dosierung von nur 2 mg/l eingesetzt.
Natriumpolyphosphonsalz ist eine umweltfreundliche Substanz, die in der Liste der „Aufbereitungsstoffe und Desinfektionsverfahren gemäß § 11 TrinkwV, Stand 2006“ aufgeführt ist. Warum sollte hier ein Antiscalant eingesetzt werden?
Das Rohwasser wird zwar aus 17 m Tiefe heraufgepumpt. Dennoch wird das wertvolle Nass aufbereitet, bevor es in die Leitungen fließt. Denn das Naturprodukt, das aus den Brunnen in Löhnen stammt, ist sehr hart, enthält also viele Mineralien wie Calcium oder Magnesium.
Bei der Entsalzung mittels Umkehrosmose­membranen passiert das Wasser die Membrane, während die Ionen (An- und Kationen), Metalloxide und Silikatpartikel an der Membran aufkonzentriert und mit dem Konzentrat abgeführt werden.
In dieser Situation kann es dazu kommen, dass die natürliche Löslichkeit eines Salzes überschritten wird, was innerhalb kurzer Zeit zu Abscheidungen und Kristallwachstum auf der Membranoberfläche führt.
Dies geht mit einer Erhöhung des Filtrationswiderstands und einer entsprechenden Erhöhung des Energieverbrauches einher (höherer Zulaufdruck für gleichen Filtratfluss erforderlich). Im nächsten Schritt kann durch „Verkratzen“ eine nicht umkehrbare Membranschädigung zu einer schlechten Permeatqualität führen. In diesem Fall ist die einzig technische Lösung der Austausch der beschädigten Membranelemente, was eine Erhöhung der geplanten Membranersatzkosten zur Folge hat.
Um solche kostspieligen Schäden zu vermeiden, entwickelt und produziert die Firma Toray Membrane Europe insgesamt 9 verschiedene Antiscalants. Jedes dieser Produkte wurde zur Verringerung eines spezifischen Scalingrisikos entwickelt und entspricht strengsten nationalen und internationalen Standards, wie NSF60, KIWA, ISO9001 und ISO14001.

100fach gesteigerte Effizienz
Das aktuell eingesetzte Polyphosphonsalz entstammt der neuesten Generation der Polyphosphonsalze. Es weist eine 100fach höhere Effizienz gegenüber Vergleichsprodukten wie ATMP auf. Es verhindert bzw. verzögert die Formation von CaCO₃, CaSO₄, Barium- und Strontiumsulfat in kristalliner Form. Hierdurch wird die Membranoberfläche von anorganischen und auch organischen Bestandteilen freigehalten und somit der Filtrationsfluss durch die Membranschicht auf dem gewählten Wert stabilisiert. Die dadurch mögliche konstant hohe Durchflussrate bei moderatem und stabilem Druck resultiert in einem günstigen Energieverbrauch und entsprechender Kostenersparnis.