Ventile für Umkehrosmoseanlagen

Abbildung 1: Ventile für Umkehrosmose

Umkehrosmose (RO) ist ein Wasserreinigungsverfahren, bei dem Wasser unter Druck durch eine halbdurchlässige Membran geleitet wird, um Verunreinigungen, Ionen, große Partikel und andere Unreinheiten zu entfernen. Damit eine Umkehrosmoseanlage ordnungsgemäß funktioniert, wird eine Vielzahl von Ventilen eingesetzt. Dieser Artikel untersucht die Funktionsweise eines Umkehrosmose-Systems und hebt die Bedeutung von Ventilen für den erfolgreichen Betrieb dieser Systeme hervor.

Osmose

Osmose tritt natürlich auf, wenn zwei Lösungen mit unterschiedlicher Konzentration durch eine halbdurchlässige Membran getrennt werden. Diese Membran ist ein Material, das Moleküle einer bestimmten Größe durchlässt. Ein einfaches Beispiel dafür ist eine halbdurchlässige Membran, die Wassermoleküle durchlässt, aber keine Salzmoleküle.

Das U-förmige Rohr in Abbildung 2 (links) enthält zwei Lösungen, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind. Auf der einen Seite der Membran befindet sich Süßwasser mit einer niedrigen Salzkonzentration (Lösungsmittel) und auf der anderen Seite Salzwasser mit einer hohen Salzkonzentration (gelöster Stoff). Das Wasser mit der niedrigeren Salzkonzentration wird beginnen, sich zur Seite mit der höheren Salzkonzentration hin zu bewegen, da die Natur ein Gleichgewicht der freien Lösungsmittelmoleküle anstrebt. Dadurch steigt der Wasserstand auf der Seite mit der höheren Salzkonzentration an. Es wird durch das reinere Wasser nach oben "gedrückt", bis der osmotische Druck hoch genug ist. Der osmotische Druck ist der Druck, der erforderlich ist, um die Osmose von Lösungsmittelmolekülen durch die Membran zu verhindern.

Abbildung 2: Osmose (1) und Umkehrosmose (2): Wasser (A), semipermeable Membran (B), osmotischer Druck (C), konzentrierte Lösung (D), äußerer Druck (E), Meerwasser (F), Süßwasser (G).

Umkehrosmose

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der Umkehrosmose um eine "umgekehrte Osmose"; sie ist kein natürlicher Prozess. Damit eine Umkehrosmose stattfinden kann, muss also Druck auf die Lösung mit der höheren Konzentration an gelösten Stoffen ausgeübt werden. Dies führt dazu, dass Wassermoleküle durch eine halbdurchlässige Membran in Richtung des Bereichs mit der geringeren Konzentration gelöster Stoffe gelangen. Dieser Druck sollte höher sein als der natürliche osmotische Druck, damit reines Wasser hindurchfließen kann und eine Lösung zurückbleibt, die hauptsächlich Verunreinigungen oder Salze enthält.

Abbildung 2 (rechts) zeigt ein U-förmiges Rohr mit Umkehrosmose in Aktion. Der Druck, der auf das Wasser mit der höheren Salzkonzentration ausgeübt wird, führt dazu, dass sich die Wassermoleküle durch die Membran bewegen, wodurch das Wasser gereinigt wird.

Umkehrosmoseanlagen

Ein einfaches Umkehrosmosesystem besteht aus einer Hochdruckpumpe (Abbildung 3 mit der Bezeichnung B), die den Druck des mit Salzen, Ionen oder Verunreinigungen versetzten Speisewassers (Abbildung 3 mit der Bezeichnung A) erhöht. Dadurch wird das Wasser durch eine halbdurchlässige RO-Membran (Umkehrosmose) gepresst (Abbildung 3 mit der Bezeichnung C), wobei alle gelösten Salze zurückbleiben. Der erforderliche Druck ist direkt proportional zur Salzkonzentration des Speisewassers.

Die Umkehrosmose-Membran lässt das sauberere Wasser, das so genannte Permeatwasser, durch (Abbildung 3, Kennzeichnung E). Die Salze und andere Verunreinigungen, die von der Membran zurückgehalten werden, treten als Reject-Strom aus (Abbildung 3 Markierung D). Dieses kann abgelassen oder, wenn möglich, durch das RO-System recycelt werden, um Wasser zu sparen. RO-Systeme entfernen bis zu 99 % der gelösten Salze (Ionen), Partikel, Krankheitserreger und Bakterien aus dem Speisewasser.

Abbildung 3: Ein einfaches Umkehrosmosesystem: Speisewasser (A), Hochdruckpumpe (B), Umkehrosmose-Membran (C), Rejektstrom (D) und sauberes Wasser (E).

Typen von Umkehrosmoseventilen

Magnetventil für RO-Wasseraufbereiter

Normalerweise sind Magnetventile für RO-Wasserreiniger 2/2-Wege-Ventile (1 Einlass, 1 Auslass des Typs offen/geschlossen), ideal für die EIN/AUS-Steuerung von Wasser. Es gibt drei Arten von Magnetventilen:

Direktgesteuerte Flüssigkeitsmagnetventile

Direktwirkende Magnetventile haben eine kompakte Bauweise. Wie in Abbildung 4 zu sehen ist, ruht der Magnetventilkolben direkt über dem Durchflussweg oder der Öffnung und steuert die Ein/Aus-Funktion des Magnetventils. Da keine Membran verwendet wird, ist der Durchfluss je nach Größe der Öffnung begrenzt.

Abbildung 4: Schematische Darstellung eines direktgesteuerten Magnetventils (2/2-Wege, stromlos geschlossen) und der Komponenten: Spule (A), Anker (B), Verdunkelungsring (C), Feder (D), Stößel (E), Dichtung (F), Ventilgehäuse (G)

Normalerweise liegt dieser Wert zwischen 1 mm und 5 mm. Da dieser Ventiltyp direkt wirkt, ist seine Funktion nicht von Druckunterschieden im System abhängig. Damit ist es ideal für kleine, mittlere und Hochdrucksysteme mit niedrigem Durchfluss und bis zu 150 bar. Die Anschlussgrößen reichen von 1/8" bis 3/8".

Halbdirektgesteuerte Magnetventile

Bei der halbdirekten Bauweise wird eine hängende Membran verwendet und wie in Abbildung 5 dargestellt mit einer Pilotanlage betrieben. Die interne Magnetventilmembran ist an der Stößelbaugruppe befestigt oder aufgehängt. Der erregte Stößel hebt dabei die Membran an und hält sie mechanisch offen. Gleichzeitig öffnet der Stößel eine Pilotöffnung. Infolgedessen unterstützt der Druck des Mediums die Öffnung der Membran. Diese Art von Magnetventil arbeitet daher ohne Druckunterschied zwischen Ein- und Ausgang. Es ist ideal für Niederdruck-, geschlossene Kreislauf-, Schwerkraft- und Wassersaugsysteme.

Abbildung 5: Schematische Darstellung eines halbdirektgesteuerten Magnetventils (2/2-Wege, stromlos geschlossen)

Indirekt betätigte Magnetventile

Indirekte Magnetventile (Abbildung 6) verwenden eine Membran, die nicht mit dem Magnetkolben verbunden ist. Die Membran bleibt also in der Schwebe und arbeitet mit einem Druckunterschied zwischen Einlass und Auslass. Diese Druckdifferenz wird durch einen magnetisch betätigten Steuerkreis gesteuert. Die Magnetspule bzw. der Magnetkolben wird über der Auslasskanalöffnung montiert, die den Auslass mit dem Bereich über der Membran verbindet. Bei Erregung wird der Druck oberhalb der Membran über diesen Pilotkanal in die Auslassöffnung geleitet. Dadurch entsteht ein Druckunterschied, der die Membran anhebt und das Medium durch das Ventil fließen lässt. Wenn der Pilotkreislauf geschlossen ist, baut sich der Eingangsdruck über der Membran auf und zwingt sie, sich zu schließen und den Durchfluss des Mediums zu stoppen.

Es ist ideal für Systeme mit mittlerem bis hohem Druck, offen zur Atmosphäre und mit Pumpen gespeist.

Abbildung 6: Schematische Darstellung eines indirekt betätigten Magnetventils (2/2-Wege, stromlos geschlossen)

Rückschlagventile

Rückschlagventile für die Umkehrosmose werden an die Wasserrohre der Umkehrosmose-Membran oder an die Permeatauslassöffnung des Membrangehäuses angeschlossen. Diese Ventile verhindern den Rückfluss zur Membran. Bei Gegendruck im System, z. B. wenn der Tank voll ist, wird das federbetätigte Ventil aktiviert und stoppt den Wasserdurchfluss. Der Durchfluss wird erst wieder aufgenommen, wenn der Gegendruck unter den Speisedruck fällt. Diese Ventile sind für Systeme erforderlich, die mit Drucktanks und/oder automatischen Absperrventilen arbeiten.

Einspeiseventile

Einspeiseventile werden zur Steuerung der Speisewasserzufuhr zu RO-Systemen verwendet. Sie haben eine ON/OFF-Funktion. Häufig handelt es sich um Magnetventile. Sie werden in verschiedenen Ausführungen angeboten und eignen sich für viele Sanitärszenarien.

Kugelhähne

Zwei-Wege-Kugelhähne sperren den Wasserfluss zu und von den Geräten mit einer Vierteldrehung des Griffs ab. Diese Ventile können manuell, pneumatisch oder elektrisch betätigt werden. Sie können in Zwischenpositionen verwendet werden, um den Wasserfluss zu einem System, einem Tank oder Komponenten zu stoppen, um die Wartung zu erleichtern und längere Zeiträume ohne Verwendung zu ermöglichen. Je nach Material sind sie in der Regel robuster als Magnetventile.

Automatische Absperrventile

Automatische Absperrventile schalten sich je nach Füllstand des Tanks ein oder aus. Es handelt sich dabei um membrangesteuerte Ventile, die in Verbindung mit vorgedruckten Tanks arbeiten. Sie arbeiten auch mit Schwimmerventilen, um die Zufuhr zur Umkehrosmoseanlage automatisch abzuschalten, wenn der Tank voll ist, und wieder einzuschalten, wenn der Tankfüllstand unter einen bestimmten voreingestellten Wert fällt. Sie helfen, Wasser zu sparen und zu bewahren. Sie funktionieren mechanisch und benötigen keinen Strom.

Schwimmerventile

Schwimmerventile verfügen über einen Schwimmer, der den Wasserstand in einem Tank oder Reservoir misst und den Wasserfluss in den Tank oder das Reservoir automatisch stoppt, wenn der Wasserstand über einen bestimmten Punkt steigt. Wenn der Wasserstand die Schwimmerposition erreicht, wird der Arm des Ventils durch den Auftrieb des Schwimmers angehoben, wodurch das Ventil geschlossen wird. In Verbindung mit einem automatischen Membran-Absperrventil löst der durch das Schließen des Tankventils entstehende Gegendruck das Absperrventil aus, um das in die Umkehrosmoseanlage fließende Speisewasser abzuschalten. Wenn Wasser verbraucht wird und der Pegel sinkt, öffnet sich das Ventil, wodurch das Absperrventil deaktiviert wird und das Speisewasser wieder in das RO-System fließen kann.

Erforderliche Eigenschaften von Magnetventilen

Auswahl der Materialien:

Da die Ventile der Umkehrosmoseanlage Wasser mit einem hohen Salzgehalt verarbeiten, besteht die Gefahr, dass die Materialien der Ventile durch Korrosion beschädigt werden. Dies ist auf chloridreiches Wasser und die verwendeten Chemikalien zurückzuführen. Daher werden in der Regel korrosionsbeständige Legierungen verwendet. Kunststoffe wie Polyamid und rostfreie Stähle werden häufiger für Umkehrosmoseanlagen verwendet, um Lochfraß und Spaltkorrosion zu verhindern. Messing ist ebenfalls eine traditionelle Wahl, aber normales Messing kann aufgrund des Entzinkungsprozesses nicht mit Chloridlösungen oder mit gereinigtem Wasser verwendet werden.

Ventil-Typ:

• Direktgesteuerte 2-Wege-Ventile werden für Niederdruck-, Klein-, Mittel- und Hochdrucksysteme bis zu 150 bar eingesetzt. Anschlussgrößen von 1/8" bis 3/8". Sie sind nicht auf Druckunterschiede zwischen Einlass und Auslass angewiesen, um zu funktionieren.
• Direktgesteuerte 3-Wege-Ventile werden eingesetzt, wenn drei Anschlüsse benötigt werden, um zwei Schaltzustände zu erreichen. Sie sind ideal für die Steuerung von Aktuatoren und Zylindern oder die Umleitung von Strömungen.
• Indirekt betätigte 2-Wege-Magnetventile sind ideal für atmosphärische und Mitteldruckanwendungen sowie für Anwendungen mit hohem Durchfluss. Die Druckdifferenz muss größer als 0,5 bar sein.
• Halbdirektgesteuerte 2-Wege-Ventile sind ideal für Niederdruck- und geschlossene Rohrsysteme mit hohem Durchfluss.

Änderungen

Normal geschlossen

2-Wege-Ventile sind im stromlosen Zustand geschlossen und im bestromten Zustand geöffnet. Wenn die 3-Wege-Ventile stromlos sind, ist der Druckanschluss geschlossen und der Zylinderanschluss mit dem Auslassanschluss verbunden. Bei Erregung ist der Druckanschluss mit dem Zylinderanschluss verbunden und der Entlüftungsanschluss ist geschlossen.

Normal offen

2-Wege-Ventile sind im stromlosen Zustand geöffnet und im stromführenden Zustand geschlossen. Wenn 3-Wege-Ventile stromlos sind, ist der Druckanschluss mit dem Zylinderanschluss verbunden. Bei Erregung ist der Druckanschluss geschlossen und der Zylinderanschluss mit dem Auslassanschluss verbunden.

universal

Durch diese Modifikation kann das Ventil entweder in der Position "stromlos geschlossen" oder "stromlos geöffnet" angeschlossen werden, um eines von zwei Fluiden auszuwählen oder den Durchfluss von einem Anschluss zu einem anderen umzuleiten.

Netzspannung

Es ist wichtig, die richtige Spannung anzugeben, um sicherzustellen, dass sie am Installationsort verfügbar ist. Übliche Spannungen sind:

• 12 V DC
• 24 V DC/AC
• 120 V AC
• 220 V AC
• 230 V AC

Anschlussgröße und Gewindetyp

Wenn Sie sicherstellen, dass der Gewindetyp und die Anschlussgröße genau übereinstimmen, ist gewährleistet, dass sie richtig zusammengeschraubt werden und eine gute Dichtung bilden, um jegliche Leckage zu verhindern. Häufige Probleme entstehen durch unterschiedliche Gewindenormen. Beispielsweise funktioniert ein 1/4 Zoll BSPP-Wassermagnetventil nicht richtig, wenn der Eingangsanschluss ein 1/4 Zoll NSP-Gewinde hat.

Wasserschlag

Wasserschläge können auftreten, weil Magnetventile schnell wirken. Daher ist es für bestimmte Anwendungen wichtig, ein Ventil mit einer einstellbaren Schließzeit zu wählen, wie z. B. langsam schließende Wassermagnetventile.

FAQs

Was ist ein RO-Ventil?

Ein Umkehrosmoseventil (RO-Ventil) misst den Druck in einem Tank und stoppt die Wasserzufuhr, die durch die RO-Membran fließt, wenn der Druck im Tank etwa zwei Drittel des Drucks des einströmenden Wassers beträgt.

Haben alle RO-Systeme ein Rückschlagventil?

Die Permeatleitung jeder Umkehrosmoseanlage ist mit einem Umkehrosmose-Rückschlagventil ausgestattet. Das Rückschlagventil ermöglicht ein ordnungsgemäßes Abschalten, wenn der Tank voll ist.