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Wasseraufbereitungssysteme Wertvolle Ressourcen – Umweltauswirkungen moderner Wasseraufbereitungssysteme

| Autor / Redakteur: Stéphane Mabic* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Langfristige Umweltverträglichkeit und eine Reduzierung des Verbrauchs von nicht erneuerbaren Rohstoffen wird auch für Labore zunehmend wichtiger. Ein Vergleich der Umweltauswirkungen eines modernen Wasseraufbereitungssystems mit einer Destille liefert interessante Erkenntnisse.

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Abb. 1: Das Elix-Elektroentionisierungsmodul (EDI-Modul)
Abb. 1: Das Elix-Elektroentionisierungsmodul (EDI-Modul)
(Bild: Merck Millipore)

Während auf der einen Seite nachhaltige Prozesse und Verfahren für Labore weltweit an Bedeutung gewinnen, benötigen diese Labore auf der anderen Seite oftmals Reinwasser (Typ 2) zunehmend höherer Qualität. Um den gewünschten Reinheitsgrad zu erzielen, verlassen sich Labore auf Wasseraufbereitungssysteme, um im Wasser vorhandene Verunreinigungen wie Ionen, organische Partikel, suspendierte Partikel, Mikroorganismen und Gase zu entfernen. Je nach Verwendungszweck, Volumen oder Unterschied zwischen dem Speisewasser und der nach der Behandlung gewünschten Wasserqualität, werden dazu verschiedene Aufbereitungsmethoden eingesetzt.

Wasser vom Typ 2 kann anhand verschiedener Technologien erzeugt werden; die Kombination von Umkehrosmose (RO) und Elektroentionisierung (EDI) scheint jedoch sowohl in Bezug auf den Widerstand als auch auf den Gehalt an Gesamtkohlenstoff (TOC) die effektivste Methode zur Erzeugung von Reinwasser konstant hoher Qualität zu sein. Merck Millipore war eines der ersten Unternehmen, das die EDI-Technologie zur Erzeugung von Reinwasser für das Labor eingesetzt hat. Im Merck-Millipore-Elix-Modul werden Ionenaustauscherharze durch einen elektrischen Strom ständig regeneriert. Diese Methode verbraucht nur wenig Energie und erfordert keine spezielle Wartung oder chemische Regenerierung, die eine Abnutzung der Harzbetten verursachen würde. Dieser von Merck Millipore patentierte Prozess stellt heute den Stand der Technik bei der Erzeugung von Typ-2-Wasser dar und ersetzt sowohl konventionelle Destillen als auch Entionisierungsgeräte im Labor.

Vergleich der beiden Wasseraufbereitungssysteme

Eines der wichtigen Ziele, die Merck Millipore anstrebt, ist langfristige Umweltverträglichkeit und eine drastische Reduzierung des Verbrauchs nicht erneuerbarer Rohstoffe. Zur Bestimmung der Unterschiede zwischen einem Elix-3-System und einer traditionellen Destille wurden daher der Energie- und Wasserverbrauch sowie das Treibhauspotenzial der beiden Systeme analysiert. Diese Studie konzentriert sich auf das Elix-Reference-System; die Elix-EDI-Technologie ist jedoch das Kernstück der gesamten Elix-Systemreihe.

Studienumfang zum Vergleich der Wasseraufbereitungssysteme

Für beide Aufbereitungssysteme wurde eine Erzeugung von 20 L Reinwasser pro Tag über einen täglichen Produktionszeitraum von 6,7 h angesetzt. Diese Werte entsprechen der Standardproduktion und dem normalen Verbrauch für ein durchschnittliches Labor. Der Einsatz der Systeme wurde auf 20 Tage pro Monat und zwölf Monate pro Jahr angesetzt.

Elix-Systeme nutzen eine Kombination von Aufbereitungstechnologien, einschließlich Vorbehandlung, die patentierte Elix-Elektroentionisierungstechnologie und UV-Bestrahlung und erzeugen Reinwasser konstanter Qualität, das zur Verwendung in Analysen im ppm- oder ppb-Bereich geeignet ist. Das für die Studie verwendete Elix-3-Wasseraufbereitungssystem verarbeitet 15 L Wasser zur Erzeugung von 3 L Reinwasser pro Stunde und verbraucht 0,160 kWh Energie zur Erzeugung von einem Liter Wasser (0,045 kWh im Bereitschaftsmodus).

Das traditionelle Destillationssystem, auf der anderen Seite, benötigt 26,6 L Wasser zur Erzeugung der gleichen Reinwassermenge und verbraucht 1,65 kWh Energie. Der Betrieb des Elix-3-Systems für die Dauer von einem Jahr erfordert zwei Progard S2 Aufbereitungspacks. Die Herstellung/der Vertrieb jeder dieser Verbrauchsteile erfordert 39,6 kWh und 107,8 L Wasser. Für jeden Pack wird ein CO2-Äquivalent von 5,9 kg erzeugt.

Schlussfolgerungen

Wenn man alle oben aufgeführten Daten berücksichtigt, erfordert der Betrieb der beiden Systeme eine jährliche Gesamtmenge von 24 270 L Wasser für das Elix-System, verglichen mit 44 880 L für das Destillationssystem (s. Abb. 2). Mit dem Merck-Millipore-System sind somit Einsparungen von nahezu 50% realisierbar.

In Bezug auf den jährlichen Energieverbrauch sind die Einsparungen sogar noch größer: für das Elix-3-Wasseraufbereitungssystem wurden 617 kWh und für die Destille 2614 kWh berechnet. In Bezug auf das Treibhauspotenzial erzeugt das Elix-3-System (inkl. Verbrauchsteile) ein CO2-Äquivalent von 199 kg im Vergleich zu 944 kg für die Destille. Das Treibhauspotenzial wurde anhand der folgenden Umrechnungsfaktoren berechnet: 0,356 kg CO2e pro kWh in den USA erzeugte Energie (Ecoinvent 2, Daten vom März 2010) und 0,317 kg CO2e pro m3 Wasser)

In der für die Studie angesetzten Betriebsdauer von einem Jahr erwies sich das Elix-3-Aufbereitungssystem demnach als wesentlich nachhaltiger als eine Destille. Alle drei bei der Studie berücksichtigten Parameter waren für das Elix-System bedeutend niedriger. Aufgrund der geringen Betriebskosten, des Dauerbetriebs und des minimalen Wartungsaufwandes ist die RO-EDI-Technologie für den Laborgebrauch daher der Destillation überlegen.

* Dr. S. Mabic: Merck Millipore, 65824 Schwalbach am Taunus

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