Entsalzung

Allgemein

Unter Entsalzung versteht man den Prozess der Entfernung von Mineralien aus Salzwasser. Das Ergebnis dieses Prozesses sind zwei Wasserströme. Das entsalzte Wasser hat eine sehr niedrige Salzkonzentration und kann als Trinkwasser, Brauchwasser oder für Bewässerung verwendet werden. Das Nebenprodukt eines jeden Entsalzungsprozesses ist ein stark salzhaltiger Wasserstrom, der als Konzentrat bezeichnet wird. Das Konzentrat wird üblicherweise abgeleitet oder weiter behandelt. Je nach Verfügbarkeit ist das Speisewasser für den Entsalzungsprozess in der Regel Meerwasser oder Brackwasser.

Anwendung

Die hohen Investitions- und Betriebskosten von Entsalzungsanlagen im Vergleich zu alternativen Wasserquellen machen Entsalzung in der Regel nur in Gebieten mit Wassermangel wirtschaftlich praktikabel. Bei den meisten großen Entsalzungsanlagen handelt es sich um Meerwasserentsalzungsanlagen, da das Meer eine unerschöpfliche Wasserquelle und eine einfache Methode zur Entsorgung des Konzentrats darstellt. Im Landesinneren ist die Entsalzung von Brackwasser oft die einzige praktikable Option. Brackwasser, das in der Regel einen Salzgehalt von bis zu 10.000 ppm hat, ist weniger salzhaltig als Meerwasser, das meist einen Salzgehalt von 38.000 bis 44.000 ppm aufweist. Die Entsalzung von Brackwasser erfordert daher weniger Energie und ist kostengünstiger. Hingegen enthält Brackwasser oft größere Mengen an Karbonaten, die zu Ablagerungsproblemen auf den Membranen und Wärmeaustauschflächen führen können.

Technologien

Die beiden gängigsten Entsalzungsverfahren sind die thermische Destillation und die Membrantrennung. In der Vergangenheit haben thermische Destillationstechnologien wie mehrstufige Flash-Destillation (MSF) und Mehreffekt-Destillation (MED) den Markt dominiert, aber Umkehrosmose-Membrantechnologien werden immer beliebter. Im Jahr 2018 verwendeten 69% aller industriellen Entsalzungsanlagen Umkehrosmose, während nur 25% auf MSF oder MED basierten. Ein neueres, bisher weniger implementiertes Verfahren ist die Elektrodialyse. Es handelt sich um ein elektrochemischen Prozess, bei dem die Trennung der Ionen aus dem Wasser mittels eines elektrischen Feldes und dem Einsatz von ionenselektiven Membranen erfolgt. Elektrodialyse wird bisher zur Entsalzung salzarmer Wässer zum Einsatz.

Bei der thermischen Entsalzung wird Wasser unter Zufuhr von Wärmeenergie verdampft. Die notwendige Wärmeenergie wird in der Regel von Dampferzeugern erzeugt oder nutzt Abwärme aus nahe gelegenen Kraftwerken. Sowohl MSF-, also auch MED-Technologien sind äußerst energieintensiv.

Bei der Membranentsalzung wird Salzwasser unter Druck durch mehrere kleine, halbdurchlässige Membranen gepresst. Das Wasser kann passieren, während die Salze von der Membranoberfläche zurückgehalten werden. Membrantrennverfahren wie die Umkehrosmose werden aufgrund ihrer Energieeffizienz und Zuverlässigkeit in fast allen großtechnischen Entsalzungsanlagen eingesetzt. In trockenen, sonnenintensiven Regionen stellt die Solarenergie oft eine rentable und kostengünstige Energiequelle dar.

Im Gegensatz zu thermischen Entsalzungsverfahren wird bei der Umkehrosmose nur mechanische Energie zum Betrieb benötigt, die in großem Umfang in Form von elektrischer Energie durch Pumpen bereitgestellt wird. Um den Energiebedarf zu reduzieren, kann die verbleibende mechanische Energie durch Energierückgewinnungssysteme im Konzentrat zurückgewonnen werden.

Zwei weitere Verfahren im Zusammenhang mit der Entsalzung sind die Vorbehandlung und die Nachbehandlung. Die Vorbehandlung besteht aus mehreren Schritten, die sicherstellen, dass das Zulaufwasser so konditiert ist, dass eine stabile und kostengünstige Entsalzung möglich ist. Die Nachbehandlung gewährleistet, dass das entsalzte Wasser die Kriterien des Einsatzzweckes erfüllt.