Kühlwasserkreisläufe – sichere und effiziente Wasseraufbereitung

Legionellen sind stäbchenförmige Bakterien, die sich in warmem Wasser (25–45 °C) stark vermehren können. In Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern entstehen Aerosole, über die Legionellen in die Umgebungsluft gelangen und schwere Lungenerkrankungen (Legionellose) auslösen können. Deshalb gehören sie zu den kritischsten hygienischen Risiken im Betrieb von Kühlwasserkreisläufen.

In Deutschland und Europa gelten strenge Anforderungen:

• 42. BImSchV: Betreiber sind verpflichtet, Kühlanlagen regelmäßig zu überwachen, mikrobiologische Untersuchungen durchzuführen und alle Ergebnisse zu dokumentieren.

• VDI 2047 Blatt 2: fordert den hygienisch einwandfreien Betrieb von Verdunstungskühlanlagen, inklusive klarer Vorgaben zu Probenahme, Messintervallen, Maßnahmenplänen und Dokumentationspflichten.

Unsere OEM-Prozessadditive und Konzepte sichern die Legionellenkontrolle auf mehreren Ebenen:

• Biozide und Biozidkombinationen zur gezielten Reduktion von Legionellenpopulationen und anderen Mikroorganismen.

• Individuell abgestimmte Dosier- und Überwachungseinstellungen, damit die Wirkung konstant und regelkonform bleibt.

• Regelmäßige Probenahmen und Nachweisführung entsprechend den gesetzlichen Vorgaben, sodass Betreiber rechtlich abgesichert sind.

• Berichterstattung für Behörden und Prüfinstanzen als lückenloser Nachweis eines hygienisch sicheren Betriebs.

Fazit: Mit unseren Produkten und Überwachungskonzepten wird das Risiko von Legionellenausbrüchen wirksam minimiert, die Behördenanforderungen zuverlässig erfüllt und der Betrieb hygienisch einwandfrei gesichert.

Der rechtssichere Betrieb von Kühlwasserkreisläufen setzt die Einhaltung mehrerer technischer Normen und gesetzlicher Vorgaben voraus. Besonders relevant sind:

• VDI 2047 Blatt 2: Hygienischer Betrieb von Verdunstungskühlanlagen zur Vermeidung von Legionellenrisiken.

• 42. BImSchV: Verpflichtung zur regelmäßigen Überwachung, Dokumentation und Meldung bei Grenzwertüberschreitungen.

• DIN EN 16798 / VDI 3803: Anforderungen an raumlufttechnische Anlagen mit wasserführenden Kreisläufen.

• AGFW-Arbeitsblätter: Vorgaben für Fernkälte- und Sonderanwendungen.

Um diese Normen einzuhalten, müssen die Betriebsparameter chemisch und biologisch stabil gehalten werden. Hier kommen Prozessadditive ins Spiel:

• Korrosionsinhibitoren bilden Schutzschichten auf Metalloberflächen und verhindern Materialverluste.

• Härtestabilisatoren und Antiscalants binden Härtebildner und verhindern Ablagerungen.

• Biozide reduzieren Keime und Biofilme und stellen die hygienische Unbedenklichkeit sicher.

• pH-Regulierung und Entschäumer sorgen für stabile Prozessbedingungen und störungsfreien Betrieb.

Zusätzlich ist die Kombination aus Dosierkonzepten, Überwachungsstrategien und regelmäßiger Probenahme entscheidend. Nur so kann nachgewiesen werden, dass der Kühlwasserkreislauf gesetzeskonform betrieben wird und gleichzeitig energie- und ressourceneffizient arbeitet.

Ergebnis: Unsere Prozessadditive ermöglichen es Betreibern, technische und rechtliche Anforderungen nahtlos zu erfüllen, die Anlagensicherheit zu erhöhen und die Energieeffizienz im Kühlbetrieb nachhaltig zu verbessern.

Die Leitfähigkeit des Kühlwassers ist einer der wichtigsten Parameter zur Steuerung der Wasserchemie. Sie zeigt die Gesamtkonzentration gelöster Salze an und steigt kontinuierlich mit der Verdunstung im Kühlturm. Eine zu hohe Leitfähigkeit führt zu einer kritischen Übersättigung, wodurch Härtebildner (z. B. Calcium- oder Magnesiumsalze) ausfallen und Ablagerungen auf Wärmetauscherflächen bilden. Diese Ablagerungen verschlechtern die Wärmeübertragung, erhöhen den Energieverbrauch und können die Anlage durch Scaling nachhaltig schädigen.

Die Steuerung der Leitfähigkeit erfolgt durch kontrollierte Absalzung (Blowdown) und geregelte Nachspeisung. In der Praxis wird der Sollwert an den Konzentrationsfaktor des Rohwassers angepasst. Typische Werte liegen in offenen Kreisläufen zwischen 1.500 und 3.000 µS/cm, abhängig von Wasserhärte, Werkstoffen und Betriebsweise.

Der pH-Wert hat direkten Einfluss auf die Korrosions- und Ablagerungsneigung.

• Bei zu niedrigen Werten (< 6,5) wird die Metallkorrosion durch Säureeinwirkung stark beschleunigt.

• Bei zu hohen Werten (> 9,0) steigt die Gefahr von Calciumcarbonat-Ausfällungen.

Ziel ist ein stabiler pH-Bereich zwischen 7,0 und 8,5 (abhängig von System, Materialien und eingesetzten Additiven). Dies wird durch pH-Stabilisatoren, Pufferlösungen und gezielte Additivdosierung erreicht.

Fazit: Nur durch die kontinuierliche Überwachung und Einstellung von Leitfähigkeit und pH-Wert lassen sich die Anforderungen an VDI 2047 Blatt 2 und 42. BImSchV einhalten und ein energieeffizienter, korrosionsarmer Betrieb sicherstellen.

Biofilme sind komplexe Ansammlungen von Mikroorganismen, die sich in einer schleimartigen Matrix auf Oberflächen im Kreislauf anlagern. Sie entstehen häufig an schlecht durchströmten Stellen oder in Wärmetauschern mit leicht erhöhter Temperatur. Biofilme sind problematisch, weil sie gleich mehrere negative Effekte verursachen:

1. Wärmetechnisch: Bereits wenige Zehntelmillimeter Biofilm können den Wärmeübergangskoeffizienten um bis zu 20 % verschlechtern.

2. Hydraulisch: Biofilme verengen Rohrquerschnitte, erhöhen die Strömungswiderstände und damit den Pumpenenergiebedarf.

3. Korrosionstechnisch: Unter Biofilmen können sich anaerobe Zonen bilden, die zur Lochkorrosion führen.

4. Hygienisch: Biofilme dienen als Reservoir für pathogene Keime, insbesondere Legionellen, die sich dort vor Bioziden schützen können.

Die Kontrolle von Biofilmen erfordert ein mehrstufiges Vorgehen:

• Einsatz von oxidativen Bioziden (z. B. Natriumhypochlorit, Chlordioxid, Bromverbindungen), die eine breite keimtötende Wirkung haben.

• Kombination mit nicht-oxidativen Bioziden (z. B. quartäre Ammoniumverbindungen), die Biofilme gezielt destabilisieren.

• Dispergatoren und Biodispergatoren, die die extrazelluläre Matrix auflösen und Biozide in den Film eindringen lassen.

• Regelmäßige Dosierstrategien im Wechselbetrieb, um Resistenzen zu vermeiden.

• Monitoring durch Probenahme (z. B. Heterotrophe Keimzahl, ATP-Messungen) und Sichtkontrollen an Wärmetauscherflächen.

Damit wird sichergestellt, dass Biofilme gar nicht erst entstehen oder in einem Bereich gehalten werden, der den hygienischen Anforderungen der VDI 2047 Blatt 2 entspricht.

In Verdunstungskühlanlagen wird ein Teil des Kühlwassers verdunstet, wobei ausschließlich reines Wasser in die Atmosphäre abgegeben wird. Alle gelösten Inhaltsstoffe (Salze, Härtebildner, Silikate, organische Substanzen) bleiben im Kreislauf zurück. Das führt zu einer Konzentrationserhöhung. Dieser Effekt wird durch den Konzentrationsfaktor beschrieben, also das Verhältnis von Salzgehalt im Kreislaufwasser zum Salzgehalt im Rohwasser.

Beispiel: Verdoppelt sich der Konzentrationsfaktor von 2 auf 4, steigt die Ausfällungsneigung von Calciumcarbonat exponentiell an. Dadurch erhöht sich das Risiko von Ablagerungen, die nicht nur die Wärmeübertragung behindern, sondern auch lokale Überhitzungen und Materialschäden verursachen können.

Zur Beherrschung dieser Effekte sind notwendig:

• Härtestabilisatoren und Antiscalants zur Bindung von Calcium- und Magnesiumsalzen, damit diese nicht ausfallen.

• Korrosionsinhibitoren, um trotz steigender Salzkonzentration eine Schutzschicht auf Metalloberflächen zu gewährleisten.

• Biozide, da die höhere Konzentration an Nährstoffen gleichzeitig das Wachstum von Mikroorganismen fördert.

• Regelmäßige Absalzung zur Kontrolle der Leitfähigkeit und Verhinderung von kritischen Übersättigungen.

Nur durch die Balance zwischen Verdunstungsrate, Absalzung, Dosierung und Überwachung lässt sich ein stabiler Betrieb im Einklang mit den gesetzlichen Vorgaben (42. BImSchV, VDI 2047) gewährleisten.

Die Energieeffizienz von Kühlwasserkreisläufen ist direkt abhängig von der Sauberkeit und Stabilität der wasserführenden Komponenten. Schon kleinste Störungen verursachen signifikante Mehrkosten:

• 1 mm Kalkablagerung auf Wärmetauscherflächen kann den Energieverbrauch um bis zu 10 % erhöhen.

• Biofilme von 0,5 mm Dicke können den Wärmeübergang um 20 % verschlechtern.

• Korrosionsschäden führen zu Druckverlusten und steigern den Energieaufwand für Pumpen.

Optimierte Wasseraufbereitung trägt entscheidend zur Reduzierung dieser Effekte bei:

• Härtestabilisatoren verhindern die Bildung von Kalkbelägen.

• Korrosionsinhibitoren sorgen für einen stabilen Oberflächenschutz und verhindern Druckverluste.

• Biozide und Dispergatoren halten Oberflächen frei von Biofilmen und sichern hygienisch unbedenkliche Bedingungen.

• pH-Stabilisatoren und Pufferlösungen sichern den optimalen Betriebsbereich für maximale Effizienz.

Zusätzlich können kontinuierliche Überwachungssysteme (Online-Messungen von pH, Leitfähigkeit, Redoxpotenzial) in Kombination mit intelligenten Dosierstrategien den Betrieb automatisieren und den Chemikalienverbrauch optimieren.

Fazit: Mit einer zielgerichteten Wasseraufbereitung lassen sich Kühlwasserkreisläufe nicht nur rechtssicher und hygienisch betreiben, sondern auch die Betriebskosten und CO₂-Emissionen signifikant senken – ein zunehmend wichtiger Faktor für Unternehmen mit Nachhaltigkeitsstrategien.

Die Einstellung eines Kühlturms erfordert eine systematische Vorgehensweise, bei der alle wasserchemischen, betrieblichen und hygienischen Aspekte berücksichtigt werden. ALMA AQUA begleitet Betreiber Schritt für Schritt:

1. Systemaufnahme: Zunächst werden die Anlagentechnik, Betriebsweise und die eingesetzte Rohwasserqualität erfasst. Wichtige Parameter sind u. a. Leitfähigkeit, Härte, pH-Wert und Sauerstoffgehalt.

2. Zieldefinition: Gemeinsam mit dem Betreiber werden Schwerpunkte wie Energieeffizienz, Korrosionsschutz oder Legionellenkontrolle festgelegt.

3. Produktempfehlung: Auf Basis der Analyse wählen wir die passenden Prozessadditive (z. B. Härtestabilisatoren, Biozide, Korrosionsinhibitoren).

4. Dosier- und Überwachungskonzept: Wir definieren Dosierstellen, Mengen, Zyklen und Grenzwerte für die Online-Überwachung. Dabei achten wir auf die Einhaltung von VDI 2047, 42. BImSchV und betriebsspezifischen Vorgaben.

5. Probenahme & Validierung: Im laufenden Betrieb werden Wasserproben entnommen und auf mikrobiologische, korrosive und scalingrelevante Parameter untersucht.

6. Einstellung & Optimierung: Die Ergebnisse werden in die Betriebsführung integriert, sodass der Kühlturm dauerhaft energieeffizient, regelkonform und hygienisch sicher läuft.

Damit sichern wir nicht nur die technische Stabilität, sondern auch die rechtliche Nachweisführung gegenüber Behörden und die wirtschaftliche Effizienz des Kühlturms.

Unsere Arbeit endet nicht mit der einmaligen Einstellung des Systems, sondern wir begleiten Betreiber über den gesamten Lebenszyklus ihrer Kühlwasserkreisläufe hinweg. Typische Leistungen sind:

• Regelmäßige Probenahme und Laboranalysen, um die Einhaltung aller Grenzwerte (chemisch und mikrobiologisch) sicherzustellen.

• Überwachungskonzepte mit kontinuierlicher Kontrolle von pH, Leitfähigkeit, Redoxpotenzial und Bioindikatoren.

• Berichterstattung und Dokumentation zur Vorlage bei Aufsichtsbehörden im Rahmen der 42. BImSchV.

• Anpassung der Dosierstrategien an saisonale Schwankungen, Laständerungen und Rohwasserqualität.

• Technische Beratung bei Störungen oder Auffälligkeiten im Betrieb.

• Schulungen für Betriebspersonal, damit die Anlagen vor Ort korrekt geführt und überwacht werden können.

Auf diese Weise wird der Kühlturm nicht nur einmalig eingestellt, sondern bleibt dauerhaft stabil, energieeffizient und hygienisch einwandfrei im Betrieb.