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Verfahren zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur
Aufbereitung als Brauwasser
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur Aufbereitung als
Brauwasser, bei dem in an sich bekannter Weise der Rohwasserstrom in einen ersten und zweiten Teil- strom unterteilt, der gesamte Rohwasserstrom oder nur der zweite Teilstrom mit Ätzkalküberschuss be- handelt und die beiden Teilströme wieder vereinigt werden. Dieses Verfahren ist unter anderem zum
Zwecke einer Carbonathärteverminderung und einer Magnesiahärteentfernung oder-Verminderung bei
Erzielung neutralen Wassers vorgeschlagen worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einstellbare Carbonathärteerhöhung, insbesondere bei Brauwasser, herbeizuführen und dabei gleichzeitig die Magnesiahärte zu vermindern oder zu entfer- nen und ein neutrales Wasser, insbesondere ein solches ohne freie Alkalität und ohne überschüssige freie
Kohlensäure, zu erzielen.
Dies wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass zum Zwecke einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung dem ersten Teilstrom mindestens so viel Kohlensäure zugeführt wird, dass nach der Wiedervereinigung der Teilströme die Carbonathärte des Mischwassers grösser ist als im Rohwasser und/oder in dem mit Ätzkalküberschuss behandelten zweiten Teilstrom und diejenige Menge freier Kohlensäure vorhanden ist, die erforderlich ist, um die im Mischwasser vorhandene Carbonathärte in Lösung zu halten, und dass die gegebenenfalls, nämlich zweckmässigerweise, darüber hinaus zugesetzte Kohlensäure in einer der Mischvorrichtung für die wiedervereinigten Teilströme nachgeschalteten Rieseleinrichtung entfernt wird. Die Kohlensäure kann in Gasform oder in wässeriger Lösung zugesetzt werden.
In der Zeichnung sind verschiedene Durchführungsformen des Verfahrens gemäss der Erfindung, bei denen gegebenenfalls noch andere Zwecke erreicht werden sollen, schematisch dargestellt. Auf die einzelnen Figuren ist nachstehend bei der Behandlung der verschiedenen Verfahrensformen hingewiesen.
Die einfachste Form des Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Der Rohwasserstrom wird in einen ersten Teilstrom I und in einen zweiten Teilstrom II unterteilt.
Im zweiten Teilstrom II findet eine Behandlung mit Ätzkalküberschuss statt, während die Kohlensäure dem ersten Teilstrom I zugeführt wird. Hinter der Kohlensäurezuführung wird der erste Teilstrom I durch eine Mischvorrichtung geführt, damit die Kohlensäure gleichmässig auf den ersten Teilstrom I verteilt wird und sich vollständig im Wasser löst, falls sie in Gasform zugesetzt wird. Die beiden Teilströme I und II werden anschliessend in einer Mischvorrichtung wieder vereinigt. Etwa vorhandene überschüssige freie Kohlensäure und sonstige flüchtige Stoffe werden anschliessend in einer Rieselvorrichtung entfernt.
Die Behandlung mit Ätzkalküberschuss kann, wie Fig. 2 zeigt, anstatt im zweiten Teilstrom in dem noch nicht unterteilten Rohwasserstrom stattfinden.
Die Behandlung des zweiten Teilstromes oder des gesamten Rohwassers mit Ätzkalküberschuss erfolgt vorzugsweise in dem Masse, dass die gesamte Magnesiahärte in unlösliches Magnesiumhydroxyd, die Calciumcarbonathärte in im wesentlichen unlösliches Calciumcarbonat und die im Rohwasser gegebenenfalls vorhandene freie Kohlensäure ebenfalls in im wesentlichen unlösliches Calciumcarbonat verwandelt wird.
Zur Erleichterung der Steuerung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist es unter Umständen zweckmässig, bei der Ätzkalküberschussbehandlung bis zur Ätzkalksättigung zu gehen. Es ist unwe-
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sentlich, ob das Rohwasser vorher bereits einmal aus andern Gründen mit Ätzkalk behandelt und dadurch die Carbonathärte verringert worden ist.
Bei der Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1" also bei Behandlung des zweiten Teilstromes II mit Ätzkalküberschuss, wird die im ersten Teilstrom enthaltene Magnesiahärte erhalten.
Eine Carbonathärte, die höher ist als die im gesamten Rohwasserstrom enthaltene, wird dadurch erhalten, dass die zugeführte Kohlensäure mit dem gelösten Ätzkalk lösliches Calciumbicarbonat bildet, ganz gleich, ob. der Rohwasserstrom bereits Carbonathärte enthält oder nicht. Diejenige Carbonathärte, die gegebenenfalls bereits im Rohwasser enthalten ist, wird bei Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1 im ersten Teilstrom ohnehin beibehalten.
Im Falle der Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2, nach der der noch nicht unterteilte Rohwasserstrom mit Ätzkalküberschuss behandelt wird, kann die Magnesiahärte vollkommen beseitigt werden.
Etwa im Rohwasser enthaltene Kieselsäure wird zum Teil durch die Ätzkalküberschussbehandlung entfernt.
Bei der Durchführung des Verfahrens in dieser Form liegt derselbe Fall vor, als wenn das Rohwasser praktisch keine Carbonathärte hätte, weil im Rohwasser gegebenenfalls vorhandene Carbonathärte durch die Ätzkalküberschussbehandlung in unlösliche Verbindungen übergeführt wird. Das Mischwasser wird in diesem Fall praktisch neutral, wenn die nicht benötigte Kohlensäure, wie vorgesehen, ausgerieselt wird, d. h. es entsteht ein sogenanntes Gleichgewichtswasser.
Wenn die im Mischwasser einzustellende Carbonathärte zwar höher als die des Rohwassers, aber niedriger als diejenige sein soll, die sich bei der Reaktion der zugeftihrten Kohlensäure mit dem zur Entfernung der Magnesiahärte im zweiten Teilstrom II erforderlichen Ätzkalküberschuss ergibt, wird im ersten Teilstrom 1 zusätzlich ein Wasserstoff-Ionenaustausch zur Entfernung der Gesamtalkalität und/oder zur Vollentbasung durchgeführt. Die-Carbonathärte des Mischwassers kann auf diesem Wege in praktisch beliebigem Grad erhöht werden. Bei Durchführung einer Vollentbasung im ersten Teilstrom I wird gleichzeitig noch eine Reduzierung der Basen der im Rohwasser gegebenenfalls enthaltenen Alkalisalze erreicht, was beispielsweise bei glaubersalzhaltigen Wässern von Bedeutung ist.
Der Kohlensäurezusatz kann vor oder nach dem Wasserstoff-Ionenaustausch erfolgen, erfolgt aber zweckmässig nach diesem. Die Ätzkalktiberschussbehandlung kann entweder gemäss Fig. 3 im zweiten Teilstrom II oder gemäss Fig. 4 im noch nicht unterteilten Rohwasserstrom durchgeführt werden. Die Ätzkalküberschussbehandlung'im zweiten Teilstrom II nach Fig. 3 ist dann zweckmässig, wenn eine Ätz- ka1kbehandlungsanlage vorhanden ist, die für den Durchfluss des gesamten Rohwasserstromes nicht ausreicht, oder wenn eine vollständige Magnesiahärteentfernung erfolgen soll, wobei aber im letzteren Falle der Wasserstoff-Ionenaustausch in Form einer Vollentbasung durchgeführt werden muss.
Hingegen ist die Ätzkalküberschussbehandlung im noch nicht unterteilten Rohwasserstrom nach Fig. 4 dann zweckmässig, wenn das gesamte Rohwasser einer chemischen Vorreinigung unterworfen werden soll, die in einer Ätzkalkbehandlungsanlage zusätzlich durchführbar ist. In diesem Falle wird die Magnesiahärte ohnehin beseitigt.
Soll ausser einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung und einer vollständigen Magnesiahärteentfer- nung auch eine vollständige Entfernung der Basen der Alkalisalze durchgeführt werden, dann wird, wie Fig. 5 darstellt, der gesamte Rohwasserstrom vor seiner Unterteilung einem Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung unterworfen, während die Behandlung mit Ätzkalkliberschuss nur im zweiten Teilstrom Il erfolgt. Diese Arbeitsweise kommt beispielsweise bei alkalibicarbonathaltigem Rohwasser in Frage.
Wenn ausser einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung und einer vollständigen Magnesiahärteentfernung noch eine Reduzierung aller mineralsauren Salze und, im Falle der Benutzung eines stark basischen Hydroxylionen-Austauschmaterials, eine Reduzierung der Kieselsäure und gegebenenfalls auch noch eine Entfernung aller Basen der Alkalisalze durchgeführt werden soll, dann wird nach dem im ersten Teilstrom oder, im Falle der Entfernung aller Basen der Alkalisalze, im gesamten Rohwasserstrom vor dessen Unterteilung erfolgenden Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung, vor dem Kohlensäurezusatz, zusätzlich ein Hydroxyl-Ionenaustausch durchgeführt, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt. Dies kann erwünscht sein bei Wässern mit sehr hohem Gehalt an mineralsauren Salzen, insbesondere Nitraten und Sulfaten.
Wenn bei einer Reduzierung aller mineralsauren Salze, bei Benutzung eines stark basischen Hydro- -xylionen-Austauschmaterials und dementsprechend einer Reduzierung der Kieselsäure sowie gegebenenfalls auch noch einer Entfernung aller Basen der Alkalisalze nur eine geringe Erhöhung der Carbonathärte erwünscht ist, würde bei Durchführung des Verfahrens in der oben beschriebenen Form gemäss Fig. 6 und 7 der Mineralsalzgehalt in unerwünschter Weise herabgesetzt.
Um dies in solchen Fällen zu verhindern und die Verminderung des Gehaltes an mineralsauren Salzen sowie gegebenenfalls der Kieselsäure in vorbe-
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stimmtem Umfang zu erreichen, wird der Hydroxyl-Ionenaustausch nur in einem Zweigstrom 1 des voll- entbasten ersten Teilstromes durchgeführt und in dieser Zweigstrom 1 mit dem andem unbehandelten
Zweigstrom 2 vor der KohlensäurezufUhrung wieder vereinigt, wie dies in den Fig. 8 und 9 schematisch dargestellt ist. Diese unterscheiden sich lediglich dadurch, wo die Vollentbasung durchgeführt wird.
Wird, wie nach Fig. 8, die Vollentbasung im ersten Teilstrom durchgeführt, dann findet eine Redu- zierung aller Salze und im Falle der Benutzung eines stark basischen Hydroxylionen-Austauschmaterials auch eine Reduzierung der Kohlensäure und gegebenenfalls vorhandener Kieselsäure statt. Findet hinge- gen die Vollentbasung vor der Unterteilung des Rohwasserstromes statt, wie in Fig. 9 dargestellt, dann findet auch noch eine Entfernung aller Basen der Alkalisalze statt. In beiden Fällen (Fig. 8 und Fig. 9) wird aber für den Fall, dass nur eine geringe Erhöhung der Carbonathärte erwünscht ist, eine unerwünscht weitgehende Herabsetzung des Mineralsalzgehaltes vermieden.
In allen Fällen, in denen ein Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung stattfindet (Fig. 3 - 9), kann die zur einstellbaren Carbonathärteerhöhung erforderliche Kohlensäure innerhalb einer der Durch- führung des Verfahrens gemäss der Erfindung dienenden Anlage erzeugt werden, soweit der Gehalt des
Rohwassers an mineralsauren Salzen ausreicht, wobei aus den bei der Vollentbasung entstehenden freien
Mineralsäuren Kohlensäure gebildet wird. Diese Kohlensäurebildung erfolgt dadurch, dass der erste Teil- strom I nach der Vollentbasung über ein Filter mit carbonathaltigem Material, insbesondere Marmorkies, geführt wird, wie in den Fig. 10 und 11 schematisch dargestellt ist.
Ob die Vollentbasung im ersten
Teilstrom, wie in Fig. 10 dargestellt, oder im Rohwasserstrom vor dessen Unterteilung, wie in Fig. 11 dargestellt, stattfindet, richtet sich nach den Anforderungen, die an das Mischwasser gestellt werden.
Diese Kohlensäureerzeugung aus den bei der Vollentbasung entstandenen freien Mineralsäuren kann auf alle Durchfuhrungsformen des Verfahrens gemäss Fig. 3 - 9 angewendet werden.
Die Grösse des Filters mit carbonhaltigem Material, beispielsweise des Marmorfilters, richtet sich danach, ob nur die Mineralsäuren des vollentbasten Wassers durch das carbonathaltige Material unter
Kohlensäurebildung neutralisiert werden sollen oder ob die bei der Mineralsäureneutralisation gebildete
Kohlensäure mit dem carbonathaltigen Material zu löslichem Bicarbonat weiterreagieren soll. Im letz- teren Fall kann der Marmorfilterung ein Wasserstoff-Ionenaustausch zur Wasserstoff-Entcarbonisierung und/oder zur Vollentbasung nachgeschaltet werden, damit aus dem bei der vorhergehenden Marmorf11te-' rung gebildeten Bicarbonat wieder Kohlensäure abgespalten wird.
Da aber bereits eine Vollentbasung vorgesehen ist, wird zweckmässigerweise kein zweiter Wasser- stoff-Ionenaustausch vorgenommen, sondern es wird eine teilweise Rückzirkulation des vollentbasten
Wassers über ein grossdimensioniertes Marmorfilter durchgeführt, wie dies in Fig. 12 schematisch darge- stellt ist.
Eine zusätzliche Zuführung von Kohlensäure in Gasform oder in wässeriger Lösung und die Anordnung einer Mischvorrichtung im ersten Teilstrom I nach der Kohlensäurebildung ist dann nur noch notwendig, wenn die bei der Vollentbasung entstandenen freien Mineralsäuren bei der Reaktion mit dem carbonat- haltigen Material im Filter nicht zur Bildung der erforderlichen Kohlensäuremenge ausreichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Wasser, insbesondere zur Aufbereitung als Brauwasser, durch Tei- lung des Rohwasserstromes in einen ersten und zweiten Teilstrom, Behandlung des gesamten Rohwasser- stromes oder des zweiten Teilstromes mit Ätzkalküberschuss und Wiedervereinigung beider Teilströme, dadurch gekennzeichnet, dass zum Zwecke einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung dem ersten Teil- strom mindestens so viel Kohlensäure zugeführt wird, dass nach der Wiedervereinigung der Teilströme die
Carbonathärte des Mischwassers grösser ist als im Rohwasser und/oder in dem mit Ätzkalküberschuss be- handelten zweiten Teilstrom und diejenige Menge freier Kohlensäure vorhanden ist, die erforderlich ist, um die im Mischwasser vorhandene Carbonathärte in Lösung zu halten,
und dass die gegebenenfalls dar- über hinaus zugesetzte Kohlensäure in einer der Mischvorrichtung für die wiedervereinigten Teilströme nachgeschalteten Rieseleinrichtung entfernt wird.