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Verfahren zur Enthärtung des Wassers.
Bekanntlich stehen der Praxis für die Bereitung von enthärtetem Wasser zwei prinzipiell verschiedene Arbeitsmethoden zur Verfügung, u. zw. :
1. die Fällung der Härtebildner durch Alkalien, wie Soda und Erdalkalien, insbesondere Kalk in Form von Kalkwasser oder Kalkmilch, wobei die Soda die bleibende, der Kalk die vorübergehende Härte zu beseitigen hat ;
2. das Basenaustauschverfahren unter Verwendung natürlicher oder künstlicher Zeolithe u. dgl., welche die Kalk-und Magnesiasalze des Wassers aufnehmen und dafür an die gleichen Säureradikale gebundene Natronsalze an das Wasser abgeben.
Als Vorteil des Fällungsverfahrens, wie es in 1. charakterisiert ist, ist die Billigkeit der Chemikalien anzusehen, um so mehr dort, wo man bei einem Überwiegen der vorübergehenden Härte meist mit Kalk allein arbeitet. Weitere Vorteile sind u. a. die weitgehende Entsalzung und Entalkalisierung des Wassers, Befreiung des Wassers von störenden Suspensionen, auch von Eisen und Mangan, und der Entzug freier, das Rohmaterial und die Armaturen schädigender Kohlensäure.
Anderseits bedarf die Durchführung des Fällungsverfahrens schon wegen der häufig wechselnden Zusammensetzung des Wassers und wegen der schwierigen Dosierung der Zusätze einer ständigen chemischen Kontrolle.
Eine völlige Enthärtung ist nach diesen Verfahren aber nicht zu erzielen, auch dann nicht, wenn man mit geringen, in der Wassertechnik üblichen Überschüssen von Kalk zur Erzielung eines besser absitzenden und leichter filtrierbaren Niedersehlages arbeitet. Stets, besonders aber im letzteren Fall, finden sich aber dann im Wasser gewisse, seine Verwendung störende Mengen von nicht ausreagiertem Ätzkalk.
Als Vorteil des Basenaustauschverfahrens gemäss 2. ist vor allem zu bezeichnen, dass die Reaktion selbsttätig bis zu einer praktisch nullgrädigen Enthärtung geht und sogar auch bei Schwankungen in der Wasserhärte keiner besonderen Kontrolle bedarf ; auch die Regeneration der erschöpften Basenaustausch-Filtermasse ist verhältnismässig einfach.
Diesen Vorteilen stehen jedoch als Nachteile neben den hohen Anschaffungs- und Betriebskosten besonders für das viele zur Regeneration nötige Kochsalz einerseits der unverändert grosse Gehalt des gereinigten Wassers al1 Salzen gegenüber, wenn diese auch als Natriumsalze vorliegen, anderseits die hohe Alkalität des Wassers, da sich aus den im Rohwasser vorhandenen Calcium- und Magnesiumbicarbonaten durch die Umsetzung das dazu noch stärker alkalische Natriumbicarbonat bildet, und endlich ist der Umstand erschwerend, dass die Basenaustausehanlage nur klaglos arbeitet, wenn das zugeleitete Wasser frei von Sedimenten, von Eisen-und Magnesiasalzen und von freier Kohlensäure ist.
Es wurde schon öfters versucht, die beiden Verfahren miteinander zu verbinden, wobei sich aber Schwierigkeiten ergaben. Als Beweis für diese Tatsache sei u. a. auf die Stelle von W. und H. A. Kind "Das Waschen mit Maschinen"1935, S. 19/20, hingewiesen, in welcher betont wird, dass die Kombination der beiden in Rede stehenden Verfahren bisher nicht befriedigend verlaufen ist. Es wird insbesondere auf die Nachreaktion hingewiesen, durch welche die Austauschfähigkeit des Filters sehr leidet.
Gelänge die störungsfreie Kombination beider Verfahren, so hätte dies den grossen Wert, dass man das Wasser zuerst durch die Fällungsreinigung weitgehend enthärten, dabei Mangar, Eisen und Kohlensäure sowie Sedimente u. dgl. entfernen und dann das so vorbehandelte Wasser durch ein verhältnismässig kleines Basenaustauschfilter bis auf 0 enthärten könnte, wodurch sich die Anschaffungund Betriebskosten der Basenaustauschanlagen erheblich verbilligen würden.
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Dieser naheliegende Gedanke scheiterte in der Praxis besonders daran, dass, wie oben ausgeführt, bei dem Kalk-oder Kalk-Sodaverfahren immer noch freies Ca (OH) a in das gereinigte Wasser kommt, selbst dann, wenn man bewusst und mit dem Nachteil einer weit trägeren Reaktion mit zu geringen Kalkmengen arbeitet, und dass diese Reste von Ca (OH) 2 die Leistungsfähigkeit des basen- austauschenden Materials durch Ablagerung von CaCOg überaus schädigen.
Eine Absättigung dieser Kalküberschüsse durch Säure vor der Leitung des Wassers auf die Basenaustauschfilter ist, abgesehen von den sehr grossen technischen Schwierigkeiten der Durchführung nicht zweckmässig, weil bei dem stets wechselnden Härtegrad des Rohwassers und den kleinen in Frage kommenden Überschüssen an Kalk leicht eine Übersäuerung des Wassers stattfindet, die in jeder Beziehung vermieden werden muss.
Das Problem wird jedoch im Sinne der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass man nach der bekannten Gleichung
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das nach der Enthärtungsoperation im Wasser noch verbliebene Caleiumhydrat in unlösliches Calciumcarbonat und Soda umwandelt, wodurch er verschwindet und im Wasser lediglich eine gewisse, sehr geringe Sodamenge übrigbleibt, die unterstützend zur Fällung der bleibenden Härte dient. Das nunmehr sowohl von den früher erwähnten Verunreinigungen des Wassers, wie Sedimenten, Eisen, Mangan, ferner freier Kohlensäure usw., als auch von überschüssigem, die Basenaustauschmasse nachteilig beeinflussenden Kalk befreite Wasser kann sodann störungslos über das Basenaustauschfilter geleitet werden.
Die Befreiung des Wassers von unausreagiertem Calciumhydrat ist auch in jenen Fällen, in denen der Kalk bzw. Kalk-Sodabehandlung ein Basenaustausch nicht angeschlossen wird, von Vorteil.
Nun ist wohl prinzipiell in der Wasserreinigungsteehnik der Zusatz von Bicarbonat zu mit Kalk vorbehandelten Wässern bekannt. So ist laut einer Stelle in Dinglers polytechnischem Journal 1388, S. 210/211, bekanntgeworden, Trinkwasser zum Zwecke der Desinfizierung und Trinkbarmachung und zur Erhöhung des Wohlgeschmackes zunächst mit Kalk und Kaliumpermanganat und hierauf mit doppelkohlensaurem Natron zu versetzen und dann durch einen Säurezusatz Kohlensäure frei zu machen. Diese Massnahme hat aber offensichtlich einen ganz andern Zweck und wird auch mit andern Mitteln durchgeführt, sie hat somit mit dem Anmeldungsgegenstand nichts zu tun.
Ferner ist in der deutschen Patentschrift Nr. 278367 (Berntrop) ein Verfahren beschrieben worden, welches dem Zwecke der Entkeimung und Trinkbarmachung von Wasser dienen soll.
Hiezu werden zuerst grosse Überschüsse von Kalk über das zur Enthärtung des Wassers notwendige Ausmass zugesetzt, darauf die Überschüsse durch entsprechend hohe Bicarbonatmengen umgesetzt und endlich wird die entstandene grosse Alkalität mit Säure abgestumpft.
Dieses Verfahren hat mit dem Verfahren der Anmeldung aus dem Grund nichts zu tun, weil es gerade hier darauf ankommt, mit nicht mehr als unumgänglich notwendigen, aus der Wassertechnik bekannten Kalkmengen zu arbeiten, um das Wasser nicht mit zu viel Salzen und Alkalien zu belasten, weil dies der Verwendung als Industrie-und Kesselspeisewasser abträglich wäre. Abgesehen von der technischen Unmöglichkeit wären auch die Kosten dieses Verfahrens für Industriezwecke vollständig untragbar.
Unter unumgänglich notwendigen, aus der Wassertechnik bekannten Kalkmengen versteht man, wie aus zahlreichen Literaturstellen hervorgeht, die stöchiometrisch errechneten Mengen bzw. auch kleine Überschüsse von etwa 20 bis 30 my Ätzkalk pro Liter des zu enthärtenden Wassers (s. J. Leick "Das Wasser in der Industrie und im Haushalt", 1935, S. 83, vorletzter Abschnitt), wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Fällung verbessert wird.
Zur Sicherung des raschen Absitzens des gefällten Carbonatschlammes kann man an sich bekannte Mittel, wie Aluminiumsulfat u. dgl. oder Teile des ausgefällten Niederschlages, zusetzen, wie letzteres z. B. aus den sogenannten Sehlammrückführungsverfahren bekannt ist.