Die Bedeutung der Silikatmessung in der industriellen Wasseraufbereitung

Eine Silikatmessung wird eingesetzt, um den Gehalt an gelöstem Siliziumdioxid (SiO₂) bzw. Silikat (häufig als SiO₄⁴⁻-Ionen) im Wasser zu bestimmen.

Die Silikatmessung in der industriellen Wasseraufbereitung ist aus folgenden Gründen essenziell wichtig:

1. Schutz von Kesselsystemen und Turbinen

   Silikate können sich bei hohen Temperaturen und Drücken als feste Ablagerungen (z. B. als Kieselsäure) auf wärmeübertragenden Oberflächen oder in Dampfturbinen ablagern. Diese Ablagerungen:

   • Verringern die Wärmeübertragung und führen zu Energieverlusten
   • Erhöhen das Risiko für Korrosion
   • Können mechanische Schäden verursachen, insbesondere in Turbinen mit engen Toleranzen
   
   
2. Vermeidung von Glasbildung

   Bei sehr hohen Temperaturen (z. B. in Dampferzeugern) können Silikate glasartige Schichten bilden, die nur schwer zu entfernen sind und eine aufwendige chemische Reinigung oder den Abtrag durch mechanische Oberflächenbehandlung erfordern.

   
   
3. Qualitätsanforderungen in sensiblen Prozessen

   In der Halbleiter-, Pharma- oder Lebensmittelindustrie sind extrem reine Wasserqualitäten erforderlich. Selbst geringe Silikatkonzentrationen können Produkte verunreinigen oder Produktionsprozesse stören. Weiterhin können bei der Aufbereitung von Medizinprodukten Ablagerungen auf der Instrumentenoberfläche entstehen, welche im Zusammenhang mit der weiteren Nutzung als kritisch zu bewerten sind.

   
   
4. Frühindikator für Undichtigkeiten

   Ein unerwarteter Anstieg der Silikatkonzentration kann ein Hinweis auf Leckagen oder Verunreinigungen im Wasseraufbereitungssystem sein (z. B. bei Ionenaustauschern oder Umkehrosmoseanlagen). Silikat-Ionen sind niederwertige Ionen, welche in Anwesenheit von höherwertigen von der Harzoberfläche verdrängt werden.

   
   
5. Optimierung der Aufbereitungsprozesse

   Die Silikatmessung unterstützt wirkungsvoll die Überwachung von Ionenaustauschern, insbesondere Mischbettharzsystemen und kann somit als Frühindikator für die Erschöpfung der Mischbettpatronen herangezogen werden. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Überwachung der Silikatkonzentration vor der EDI zur Sicherstellung der maximal zulässigen Konzentration für das eingesetzte Modul.

Wie funktioniert die Silikatmessung?

Die gängigste Methode basiert auf photometrischer Analyse, genauer gesagt auf der Molybdatreaktion:

1. Reaktion mit Molybdat: Im sauren Milieu reagiert Silikat mit Ammoniummolybdat zu einer gelben Silikomolybdänsäure.
   
   
2. Reduktion (optional): Diese gelbe Verbindung kann weiter mit Reduktionsmitteln (z. B. Ascorbinsäure oder Stann(II)-chlorid) zu einem blauen Farbstoff reduziert werden (heteropolyblaue Verbindung).
   
   
3. Photometrische Auswertung: Die Intensität der Farbe (gelb oder blau, je nach Verfahren) wird bei einer bestimmten Wellenlänge (z. B. 410 nm oder 815 nm) mit einem Photometer gemessen. Die Intensität ist direkt proportional zur Silikatkonzentration.

Wofür wird eine Silikatmessung in der industriellen Wasseraufbereitung eingesetzt?

Die Silikatmessung wird in der industriellen Wasseraufbereitung zum Beispiel zur Überwachung in den folgenden Anwendungsbeispielen eingesetzt:

• Kesselspeisewasser & Dampferzeuger:
  • Silikat kann sich als hartnäckiger, glasartiger Belag auf Wärmetauschern und Turbinenschaufeln ablagern. Hierdurch kommt es zu einem eingeschränkten Wärmetransport und die Effizienz der Wärmetauscher sinkt.
  • Selbst geringe Konzentrationen (< 20 µg/L) können bei hohen Temperaturen problematisch sein und zu einer Beschädigung der Dampfturbine führen.
  
  
• Umkehrosmoseanlage:
  • Silikat kann Membranen verblocken.
  • Überwachung hilft, Fouling zu vermeiden und die Lebensdauer der Membranen zu verlängern.
  
  
• Kühlwasseranlagen:
  • Zur Vermeidung von Silikatablagerungen in Wärmetauschern.
  
  
• Halbleiter- und Elektronikindustrie:
  • Hier ist extrem reines Wasser notwendig (Ultrapure Water). Silikat ist ein kritischer Parameter, der auf Restverunreinigung hindeutet.

Im Folgenden sind typische Anwendungen der Silikatmessung nach Industriezweig aufgeführt:

• Kraftwerke / Energieerzeugung
  • Silikatmessung am Kondensatauslass oder im Speisewasser.
  • Ziel: Ablagerungen auf Turbinenblättern oder im Kessel vermeiden.
  • Alarmgrenzen liegen oft bei 10–20 ppb (µg/L).
  
  
• Wasserwerke & Entsalzungsanlagen
  • Überwachung des Rohwassers und Auslaufes von Umkehrosmoseanlagen (RO).
  • Schutz der RO-Membranen vor Fouling.
  • Typische Grenzwerte: < 5 ppm, abhängig vom Membrantyp.
  
  
• Halbleiter- und Elektronikindustrie
• Einsatz in der Reinstwasserproduktion (UPW).
• Extrem niedrige Grenzwerte – oft < 5 ppb.
• Silikat wird als indirekter Marker für Anlagendefekte oder unzureichende Filtration verwendet.

Im Folgenden wird die Einsatzmöglichkeit der Silikatmessung in einem Kraftwerk beispielhaft dargestellt:

Typische Messstellen

• Kondensatausgang (nach Kondensator)

• Früherkennung von Leckagen im Wärmetauscher oder Kontamination mit Rohwasser.
• Verhindert Beläge auf Turbinenschaufeln.

• Speisewasser nach Entsalzung/Polisher

• Überprüfung der Reinigungsleistung der Ionenaustauscher oder Membrananlagen.
• Schutz des Dampferzeugers vor Ablagerungen.

• Demin-Anlage (nach Mischbettfilter)

• Kontrolle der Restverunreinigung nach der Wasseraufbereitung.
• Vermeidung von Membranschäden in nachgelagerten Systemen.

Vorteile für den Kraftwerksbetrieb

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