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12. März 2024

Die Produktion von Süßwasser ist ein kritischer Aspekt, um an Bord von Kreuzfahrtschiffen eine komfortable und sichere Erfahrung zu gewährleisten. Mit dem weiten Meer um sie herum haben Kreuzfahrtschiffe clevere Methoden entwickelt, um Meerwasser in trinkbares Wasser für verschiedene Zwecke an Bord umzuwandeln.

Zwei hauptsächlich verwendete Techniken dafür sind die Umkehrosmose und Verdampfer. Diese Technologien spielen eine entscheidende Rolle bei der Befriedigung des enormen Bedarfs an Süßwasser, das für Trinken, Kochen, Reinigen und andere wesentliche Funktionen während der Reise benötigt wird. In dieser Einführung werden wir die Komplexitäten sowohl der Umkehrosmose als auch der Verdampfer vertiefen und ihre Prozesse, Kapazitäten und ihre Bedeutung für das Unterstützen des Lebens an Bord dieser schwimmenden Städte im Meer erkunden.

Im Umkehrosmoseprozess wird das Meerwasser unter Druck gesetzt und durch eine halbdurchlässige Membran gedrückt, wodurch reines Wasser durchtritt, während die meisten Verunreinigungen zurückbleiben. Alternativ wird bei der Verdampfung das Meerwasser erhitzt, und der resultierende Kondensat wird entsprechend behandelt.

Nach der Entsalzung durchläuft das Wasser weitere Prozesse wie Mineralisierung, Desinfektion und Lagerung, bevor es im gesamten Schiff verteilt wird. Verschiedene Methoden wie Chlorierung, Ozonisierung und UV-Strahlung werden zur Desinfektion verwendet.

Neben diesen beiden Hauptmethoden wurden auch andere, wie das Bunkern, für die Wasserversorgung auf Kreuzfahrtschiffen in Betracht gezogen, aber die Umkehrosmose bleibt aufgrund ihrer Effizienz vorherrschend.

 

Verdampfer

Flash-Verdampfer (oder partielle Verdampfer) sind unverzichtbare Komponenten an Bord von Kreuzfahrtschiffen, wobei ihre Größe und Position sorgfältig für einen optimalen Betrieb berücksichtigt werden. Traditionell nehmen sie einen signifikanten Raum ein und erstrecken sich längs über die gesamte Länge des Raums, den sie einnehmen.

Hauptsächlich maximiert die Platzierung von Flash-Verdampfern in den Motoreinrichtungen die Nutzung der durch das Hochtemperaturkühlwasser der Motoren erzeugten Wärme. Diese Anordnung stellt sicher, dass die sonst ungenutzte Wärme effizient im Wasserdistillationsprozess genutzt wird. Darüber hinaus reduziert die Nähe zur Motoreinrichtung die Arbeitsbelastung für die Hochtemperaturpumpen und minimiert die Druckverluste im System, was die Gesamteffizienz der Zirkulation verbessert. Diese optimierte Zirkulation ist entscheidend, um den kontinuierlichen Betrieb der Flash-Verdampfer aufrechtzuerhalten, die entscheidend sind, um den Süßwasserbedarf des Schiffes zu decken.

Der Flash-Verdampfungsprozess selbst ist komplex und basiert auf einer Reihe sorgfältig orchestrierter Schritte. Er beginnt mit der Vorwärmung des Meerwassers unter Verwendung von Hochtemperatur-Kühlwasser aus den Motoren des Schiffes. Das vorgewärmte Meerwasser gelangt dann in den ersten Flash-Tank, der in Vakuumbedingungen gehalten wird. In dieser Umgebung verdampft das Meerwasser schnell, wodurch effektiv Salze und Verunreinigungen entfernt werden. Der resultierende Dampf wird dann durch einen Vernebler geleitet und erneut in destilliertes Wasser kondensiert, unterstützt durch den kühlenden Effekt des Meerwassers, das überschüssige Wärme aufnimmt. Gleichzeitig geht das nicht verdampfte Wasser, nun mit Salzen angereichert, zum zweiten Flash-Tank, wo der Prozess wiederholt wird, um das Wasser weiter zu reinigen. Dieser mehrstufige Ansatz garantiert eine gründliche Destillation und Reinigung des Meerwassers und produziert qualitativ hochwertiges destilliertes Wasser, das zum Verzehr geeignet ist. Das destillierte Wasser wird gesammelt und gelagert, wobei seine Qualität regelmäßig mit spezialisierten Instrumenten wie Salinometern überwacht wird, um die Einhaltung von Sicherheits- und Qualitätsstandards zu gewährleisten.

Obwohl der hier beschriebene Prozess einen vereinfachten Überblick bietet, integrieren moderne Systeme an Bord oft zusätzliche Stufen und fortschrittliche Technologien, um Effizienz und Ausstoß zu optimieren. Diese Verbesserungen ermöglichen es Flash-Verdampfern, Süßwasser mit einer Geschwindigkeit von 20-25 m³/Stunde zu produzieren, abhängig von der Temperatur des Meerwassers und den Belastungen der Motoren.

Im Wesentlichen sind Flash-Verdampfer unverzichtbare Ressourcen in der maritimen Industrie und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung einer konstanten und zuverlässigen Versorgung mit Süßwasser für die verschiedenen Bedürfnisse von Passagieren und Besatzung an Bord von Kreuzfahrtschiffen. Ihre Integration in die Schiffinfrastruktur unterstreicht ihre Bedeutung für den Komfort und die Nachhaltigkeit maritimer Operationen.

 

Umkehrosmose

Die Umkehrosmose (RO) ist eine weit verbreitete Methode zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser auf Kreuzfahrtschiffen. Typischerweise ist eine RO-Anlage an Bord kompakt, mit einem kleineren Platzbedarf im Vergleich zu einem Flash-Verdampfer, und hat eine Kapazität von 12-15 m³/Stunde, abhängig von der Qualität des Meerwassers und den Bedingungen der Filter. Kreuzfahrtschiffe können ein oder zwei RO-Anlagen je nach Bedarf haben.

Der Prozess der RO-Anlage beginnt mit Meerwasser, das von einer Niederdruckförderpumpe durch einen groben Filter gepumpt wird, um mittelgroße Verunreinigungen zu entfernen. Das Wasser durchläuft dann Sandfilter für eine weitere Reinigung, um feste Partikel und Mikroorganismen zu entfernen. Ein Gegenstromspülvorgang der Sandfilter ist täglich erforderlich, um die Effizienz der Anlage aufrechtzuerhalten. Anschließend wird das Wasser mit einem chemischen Produkt behandelt, um die Bildung von Ablagerungen auf den Oberflächen der RO-Membranen zu hemmen. Die Feinfiltration erfolgt dann im Kartuschenfilter, der feinere Verunreinigungen entfernt, bevor das Wasser die Membranen erreicht. Hochdruckpumpen liefern dann Wasser an die Membranen, die bei Drücken von 50-70 bar arbeiten, um gelöste Salze zu trennen. Die Membranen, in 3-4 Gruppen angeordnet, produzieren sauberes Süßwasser als Permeat und weisen eine separate Salzlösung ab. Das Permeat wird mit dem Ausgang des gereinigten Wassers kombiniert, während das Abfallprodukt vor der Einleitung ins Meer weiter behandelt wird.

Vergleich der Methoden

Jede Methode hat ihre Vorzüge, Einschränkungen und spezifischen Anwendungen, die sie zu komplementären Technologien machen, um die unterschiedlichen Wasserbedürfnisse der Passagiere und der Besatzung zu erfüllen. Im Folgenden vergleichen wir diese beiden Systeme in verschiedenen Schlüsselaspekten:

1. Effizienz:

– Umkehrosmose: RO-Systeme sind äußerst effizient bei der Entfernung von Salzen und Verunreinigungen aus Meerwasser, was die Produktion von qualitativ hochwertigem Trinkwasser und Wasser für verschiedene Zwecke an Bord ermöglicht. Sie können Rückgewinnungsraten von Süßwasser von bis zu 50-60% erreichen.

– Verdampfer: Verdampfer nutzen Wärme, um Meerwasser zu verdampfen und Salze sowie Verunreinigungen zurückzulassen. Obwohl effektiv, sind sie weniger effizient im Vergleich zu RO-Systemen und erreichen typischerweise Rückgewinnungsraten von Süßwasser von etwa 25-30%.

2. Energieverbrauch:

– Umkehrosmose: RO-Systeme erfordern einen erheblichen Energieeinsatz, um die Hochdruckpumpen zu betreiben, die erforderlich sind, um das Meerwasser durch die Membranen zu drücken. Fortschritte in der Pumpentechnologie haben jedoch die Energieeffizienz in den letzten Jahren verbessert. Die Hochdruckpumpen in RO-Systemen verbrauchen einen erheblichen Teil dieser Energie, die normalerweise zwischen 3 und 6 kWh pro Kubikmeter produziertem Süßwasser liegt. Darüber hinaus tragen Hilfseinrichtungen wie Sandfilter, Kartuschenfilter und Mineralisatoren ebenfalls zum Gesamtenergieverbrauch von RO-Anlagen bei.

– Verdampfer: Verdampfer verbrauchen weniger Energie im Vergleich zu RO-Systemen, da sie hauptsächlich auf Wärme zur Verdampfung des Meerwassers angewiesen sind. Sie benötigen jedoch immer noch Energie, um das Meerwasser zu erhitzen und die Hilfsausrüstung zu betreiben. Der Energieverbrauch von Verdampfern wird hauptsächlich durch die Energie bestimmt, die für die Erzeugung und Aufrechterhaltung der Wärmequelle erforderlich ist. Während der spezifische Energieverbrauch je nach Typ und Größe des Verdampfers sowie Umweltfaktoren wie der Temperatur des Meerwassers variiert, liegt der typische Energieverbrauch zwischen 8 und 12 kWh pro Kubikmeter produziertem Süßwasser. Darüber hinaus können Verdampfer auch Energie für Hilfseinrichtungen wie Pumpen und Kondensatoren benötigen.

3. Wartung:

– Umkehrosmose: RO-Systeme beinhalten komplexe Membranfiltrationsprozesse, die regelmäßige Wartung erfordern, um optimale Leistungen zu gewährleisten. Die Reinigung der Membranen, der Austausch und die Überwachung der Systemparameter sind wesentliche Aufgaben.

– Verdampfer: Verdampfer sind im Vergleich zu RO-Systemen in Design und Wartung relativ einfacher. Regelmäßiges Reinigen der Wärmetauscher und Überwachen der Systemleistung sind in der Regel ausreichend, um die Anlage in Betrieb zu halten.

4. Platz und Installation:

– Umkehrosmose: RO-Systeme haben einen kompakten Platzbedarf, der sie für die Installation an Bord von Kreuzfahrtschiffen mit begrenztem Raum geeignet macht. Sie können mit minimalen Modifikationen in die bestehende Infrastruktur integriert werden.

– Verdampfer: Verdampfer benötigen mehr Platz im Vergleich zu RO-Systemen aufgrund der Notwendigkeit von Wärmetauschern und Verdampfungskammern. Die Installation kann eine erhebliche Umstrukturierung oder die Zuweisung dedizierter Räume erfordern.

5. Wasserqualität:

– Umkehrosmose: RO-Systeme produzieren hochwertiges Süßwasser mit geringer Salinität und minimalen Verunreinigungen, wobei strenge Trinkwasserstandards eingehalten werden. Das Wasser eignet sich zum Trinken, Kochen und anderen Anwendungen an Bord.

– Verdampfer: Obwohl Verdampfer effektiv Salze und Verunreinigungen aus Meerwasser entfernen, kann die Qualität des produzierten Süßwassers je nach Design und Wartung des Systems variieren. Möglicherweise ist eine zusätzliche Behandlung erforderlich, um Trinkwasserstandards zu erfüllen.

Wasserverwaltung und -nutzung

Die Verwaltung von Süßwasser ist ein kritischer Aspekt, um den Passagieren an Bord von Kreuzfahrtschiffen eine komfortable und sichere Erfahrung zu gewährleisten. Vom Trinken über das Waschen bis zur Hygiene ist der Zugang zu sauberem und trinkbarem Wasser unerlässlich. Ein Schlüsselkomponente dieses Prozesses ist die Verteilung von Süßwasser aus Trinkwassertanks zu den einzelnen Kabinen, ein Weg, der mehrere Phasen durchläuft, um Qualität und Effizienz aufrechtzuerhalten.

Im Herzen des Süßwasserverteilungssystems auf Kreuzfahrtschiffen stehen die Trinkwassertanks. Diese Tanks, die typischerweise aus korrosionsbeständigen Materialien wie Edelstahl gefertigt sind, werden sorgfältig überwacht und gewartet, um strenge Gesundheits- und Sicherheitsstandards zu erfüllen. Bevor eine Reise angetreten wird, werden die Tanks mit behandeltem Wasser aus Landeinrichtungen oder an Bord hergestelltem Wasser durch fortschrittliche Entsalzungs- oder Reinigungssysteme gefüllt. Bevor es in die Trinkwassertanks gelangt und unabhängig vom verwendeten System, erfordert das produzierte Wasser eine zusätzliche Behandlung für den Verbrauch.

Mineralisatoren, die mit Mineralien wie Calcit gefüllt sind, regulieren den Geschmack, den pH-Wert und die Härte und machen das Wasser für den Verzehr sicher. Kohlendioxid wird oft hinzugefügt, um den pH-Wert während der Remineralisierung zu kontrollieren. Chlor wird dosiert, um das Wasser zu desinfizieren, wobei seine Konzentration regelmäßig überwacht wird, um den USPHS-Standards (das US-amerikanische Organ für öffentliche Gesundheit) zu entsprechen. Einige Schiffe können saure Dosierungen zur pH-Steuerung verwenden. Nach der Mineralisierung, Chlorierung und pH-Behandlung wird das Wasser in den Trinkwassertanks gelagert, um die Stabilität des Schiffes zu gewährleisten. Der Verbrauch aus den Tanks folgt einer spezifischen Reihenfolge, um dem Chlor Zeit zum Absetzen zu geben, wobei der Restchlorgehalt vor der Verwendung überprüft wird. Das Wasser für den Verbrauch muss auch die Chlorierungsstandards erfüllen und übertrifft in der Regel die USPHS-Anforderungen, um die Einhaltung sicherzustellen.

Sobald das Schiff in See sticht, wird das Wasser in diesen Tanks zur Hauptquelle für Süßwasser für Passagiere und Besatzung. Um sicherzustellen, dass dieses Wasser sicher für den Verbrauch bleibt, unterliegt es regelmäßigen Test- und Behandlungsverfahren. Dies umfasst die Filtration zur Entfernung von Verunreinigungen, die Desinfektion zur Abtötung schädlicher Bakterien und Viren sowie die pH-Anpassung, um die optimale Qualität zu erhalten. Wenn ein Passagier den Wasserhahn in seiner Kabine öffnet, beginnt die Reise des Süßwassers aus den Tanks. Das Wasser wird durch ein Netzwerk von Rohren gepumpt, das das gesamte Schiff durchquert, und wird zu verschiedenen Punkten wie Waschbecken, Duschen und Toiletten geliefert. Entlang des Weges helfen Druckregler und Ventile, den Fluss und die Verteilung des Wassers zu den verschiedenen Teilen des Schiffes zu kontrollieren.

Um die Wasserwirtschaft und -erhaltung weiter zu verbessern, sind moderne Kreuzfahrtschiffe mit fortschrittlichen Technologien wie Niedrigflussarmaturen und -duschen sowie sensorgesteuerten Systemen ausgestattet, die die Wasserzufuhr automatisch unterbrechen, wenn sie nicht in Gebrauch ist. Diese Maßnahmen tragen nicht nur zur Reduzierung des Wasserverbrauchs bei, sondern tragen auch zu den Nachhaltigkeitszielen der Kreuzfahrtunternehmen bei. Zusammenfassend spielen sowohl die Umkehrosmose als auch die Verdampfer eine entscheidende Rolle in der Süßwasserproduktion an Bord von Kreuzfahrtschiffen und bieten jeweils einzigartige Vorteile und Herausforderungen. Während RO-Systeme in Effizienz und Wasserqualität herausragen, bieten Verdampfer eine zuverlässige Alternative mit geringerem Energieverbrauch. Die Wahl zwischen diesen Technologien hängt von Faktoren wie dem verfügbaren Platz, den Zielen der Energieeffizienz und den Anforderungen an die Wasserqualität ab. Die Trinkwasseraufbereitungsanlage hingegen ist eines der kompliziertesten und empfindlichsten Systeme, da sie Wasser für über tausend Kabinen bereitstellen muss, möglicherweise gleichzeitig sowohl heiß als auch kalt. Eine korrekte Gestaltung, aber vor allem eine korrekte Verwaltung des Systems ist daher entscheidend, um sicherzustellen, dass es immer effizient und funktionsfähig ist. 

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Luca Paglia

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