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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 Ätzkalkuberschuss behan- delt und die beiden Teilströme wieder vereinigt werden. Dieses Verfahren ist unter anderem zum Zweck einer Carbonathärteverminderung und einer Magnesiahärteentfernung oder-Verminderung bei Erzielung neutralen Wassers vorgeschlagen worden.
Nach dem Stammpatent wird bei einem solchen Verfahren zur Herbeifuhrung einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung und zur gleichzeitigen Verminderung oder Entfernung der Magnesiahärte sowie zur Erzielung eines neutralen Wassers, insbesondere eines solchen ohne freie Alkalität und ohne überschüssige freie Kohlensäure, dem ersten Teilstrom mindestens so viel Kohlensäure zugeführt, 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 dass diejenige Menge freier Kohlensäure vorhanden ist, die dazu erforderlich ist, um die im Mischwasser vorhandene Carbonathärte in Lösung zu erhalten.
Die gegebenenfalls, nämlich zweckmässigerweise, darüber hinaus zugesetzte Kohlensäure wird in einer der Mischvorrichtung für die wiedervereinigten Teilströme nachgeschalteten Rieseleinrichtung entfernt.
Die Kohlensäure kann nach dem Stammpatent in Gasform oder in wässeriger Lösung zugesetzt werden.
Ausserdem ist es nach dem Stammpatent möglich, dass im ersten Teilstrom ein Wasserstoff-Ionenaustausch zur Entfernung der Gesamtalkalität und/oder zur Vollentbasung durchgeführt wird, oder dass der gesamte Rohwasserstrom, falls auch eine vollständige Entfernung der Basen der Alkalisalze erreicht werden soll, vor seiner Unterteilung einem Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung unterworfen wird.
Ferner kann gemäss dem Stammpatent nach dem im ersten Teilstrom oder im gesamten Rohwasserstrom erfolgenden Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung, vor dem Kohlensäurezusatz, ein Hy- droxyl-Ionenaustausch durchgeführt werden, u. zw. entweder im gesamten ersten Teilstrom oder nur in einem Zweigstrom des vollentbasten ersten Teilstromes, der mit dem andern, unbehandelten Zweigstrom vor de : Kohlensäurezuführung wieder vereinigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kohlensäure weder in Gasform noch in wässeriger Lösung zuzusetzen, weil beim Zusetzen der Kohlensäure in diesen Formen die Dosierung verhältnismässig schwierig ist. Deshalb wird gemäss der Erfindung dem Wasser gelöstes kohlensaures Salz, vorzugsweise doppelkohlensaures Salz, z. B. Natriumbicarbonat, in einem Stadium des Verfahrens zugeführt, in dem keine Behandlung mit Ätzkalkuberschuss nachfolgt und in dem im Wasser keine Salze enthalten sind, die mit dem zugefUhrten, gelösten kohlensauren Salz, unter Abscheidung von Feststoffen, reagieren können.
Ferner wird, sofern die Zuführung des gelösten kohlensauren Salzes nach der Durchführung des Wasserstoff-Ionenaustausches zur Vollentbasung erfolgt, nach dieser Zuführung ein weiterer WasserstoffIonenaustausch durchgeführt.
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In der Zeichnung sind verschiedene Durchftihrungsformen des Verfahrens gemäss der Erfindung, bei denen gegebenenfalls noch andere Zwecke erreicht werden sollen, schematisch dargestellt. Auf die ein- zelnen 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 ÄtzkalküberschuB statt, u. zw. vorzugsweise in dem Masse, dass die gesamte Magnesiahärte in unlös- liches Magnesiumhydroxyd, die Calciumcarbonathärte in im wesentlichen unlösliches Calciumcarbonat und die im Rohwasser gegebenenfalls vorhandene freie Kohlensäure ebenfalls in im wesentlichen unlösli- ches Calciumcarbonat verwandelt wird.
Zur Erleichterung der Steuerung einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist es unter Umstän- den zweckmässig, bei der Ätzkalkuberschussbehandlung bis zur Ätzkalksättigung zu gehen. Es ist unwe- sentlich, ob das Rohwasser vorher bereits einmal aus andern Gründen mit Ätzkalk behandelt und dadurch die Carbonathärte verringert worden ist.
Dem ersten Teilstrom I wird die Lösung eines kohlensauren Salzes zugeftihrt, bevor in diesem Teil- strom I ein Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung stattfindet. Die beiden behandelten Teilströ- me I und 11, deren Mengen in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, dass sich die gewünschte Car- bonathärte ergibt, werden anschliessend in einer Mischvorrichtung wieder vereinigt. Etwa vorhandene, überschüssige freie Kohlensäure oder sonstige flüchtige Stoffe werden anschliessend in einer Rieselvor- richtung entfernt.
Eine Carbonathärte, die höher ist als die im gesamten Rohwasserstrom enthaltene, wird dadurch er- halten, dass die aus der zugeführten Lösung eines kohlensaures Salzes bei dem Wasserstoff-Ionenaustausch gebildete Kohlensäure mit dem gelösten Ätzkalk lösliches Calciumbicarbonat bildet, ganz gleich, ob der
Rohwasserstrom bereits Carbonathärte enthält oder nicht.
Diejenige Kohlensäure, die bei der Behandlung des ersten Teilstromes I durch Wasserstoff-Ionenaus- tausch aus der im Rohwasser bereits vorhandenen Carbonathärte entsteht oder vorher bereits imRohwasser- strom als gelöste Kohlensäure enthalten ist, wird bei Durchführung des Verfahrens nach Fig. 1 im ersten
Teilstrom I ohnehin beibehalten.
Der Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung im ersten Teilstrom I bietet die Möglichkeit, die
Carbonathärte des Mischwassers in praktisch beliebigem Grade zu erhöhen. Gleichzeitig wird durch die
Vollentbasung im ersten Teilstrom I noch eine Reduzierung der Basen der im Rohwasser enthaltenen Al- kalisalze erreicht, was beispielsweise bei glaubersalzhaltigen Wässern von Bedeutung ist.
Das Verfahren wird gemäss Fig. 1 durchgeführt, wenn in dem Rohwasser keine Salze enthalten sind, die mit dem zugefuhrten, gelösten kohlensauren Salz, unter Abscheidung von Feststoffen, reagieren könnten.
Ist das jedoch der Fall, dann wird das Verfahren gemäss Fig. 2 durchgeführt. Hiebei wird die Lösung des kohlensauren Salzes dem ersten Teilstrom I nach Durchführung des Wasserstoff-Ionenaustausches zur Vollentbasung zugeführt. Jedoch muss in diesem Falle im Teilstrom I nach Zuführung des gelösten koh- lensauren Salzes ein weiterer Wasserstoff-Ionenaustausch durchgeführt werden. Dieser wird zur Vollent- basung durchgeführt, sofern das Wasser des ersten Teilstromes nach der Vollentbasung noch freie Mine- ralsäuren enthält.
Es genügt jedoch, diesen weiteren Wasserstoff-Ionenaustausch als Wasserstoffentcarbo- nisierung durchzuführen, sofern das Wasser nach der ersten Vollentbasung keine freien Mineralsäuren ent- hält.
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ten Teilstrom II in dem noch nicht unterteilten Rohwasserstrom stattfinden, wobei die Magnesiahärte schon vollkommen beseitigt werden kann. Etwa im Rohwasserstrom enthaltene Kieselsäure wird zum Teil durch die Ätzkalkuberschussbehandlung entfernt. Bei der Durchführung des Verfahrens gemäss Fig. 3 und 4 liegt derselbe Fall vor, als wenn das Rohwasser praktisch keine Carbonathärte hätte, weil nämlich im Rohwasser gegebenenfalls vorhandene Carbonathärte durch die Ätzkalküberschussbehandlung in unlösliche Verbindungen übergeführt wird.
Das Mischwasser wird in diesem Falle praktisch neutral, wenn die nicht benötigte Kohlensäure, wie vorgesehen, ausgerieselt wird, d. h. es entsteht ein sogenanntes Gleichgewichtswasser. Im übrigen gilt für die Durchführung des Verfahrens nach Fig. 3 und 4 dasselbe, was über die Durchführung des Verfahrens gemäss Fig. 1 bzw. 2 gesagt worden ist.
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ÄtzkalkÜberschussbehandlung im noch nicht unterteilten Rohwasserstrom gemäss Fig. 3 und 4 dann zweckmässig, wenn das gesamte Rohwasser einer chemischen Vorreinigung unterworfen werden soll, die in einer
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Ätzkalkbehandlungsanlage zusätzlich durchführbar ist. In diesem Fall wird die Magnesiahärte ohnehin beseitigt.
Soll ausser einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung und einer vollständigen Magnesiahärteentfernung auch eine vollständige Entfernung der Basen der Alkalisalze durchgeführt werden, dann wird, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt, der gesamte Rohwasserstrom vor seiner Unterteilung einem WasserstoffIonenaustausch zur Vollentbasung unterworfen, während die Behandlung mit Atzkalküberschuss nur im
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dem Rohwasserstrom vor der Vollentbasung zugeführt oder, wie in Fig. 6 dargestellt, dem Teilstrom I zugeführt, wonach aber ein Wasserstoff-Ionenaustausch erfolgen muss.
Wenn ausser einer einstellbaren Carbonathärteerhöhung und einer vollständigen Magnesiahärteentfer- nung noch eine Reduzierung aller mineralsauren Salze und gegebenenfalls eine Reduzierung der Kiesel- säure und/oder eine Entfernung aller Basen der Alkalisalze durchgeführt werden soll, dann wird, nach dem im ersten Teilstrom I oder, im Falle der Entfernung aller Basen der Alkalisalze, im gesamten Roh- wasserstrom vor dessen Unterteilung erfolgenden Wasserstoff-Ionenaustausch zur Vollentbasung, vor dem
Zusatz des gelösten kohlensauren Salzes zusätzlich ein Hydroxyl-Ionenaustausch durchgeführt, wie in den
Fig. 7 - 12 dargestellt ist. Dies kann erwünscht sein bei Wässern mit sehr hohem Gehalt an mineralsau- ren Salzen, insbesondere Nitraten und Sulfaten.
Nach Fig. 7 werden die Vollentbasung und der Hydroxyl-Ionenaustausch im Teilstrom I durchgeführt.
Nach Fig. 8 findet die Vollentbasung im Rohwasserstrom und der Hydroxyl-Ionenaustausch im Teilstrom I statt, während nach Fig. 9 sowohl die Vollentbasung als auch der Hydroxyl-Ionenaustausch im Rohwas- serstrom stattfinden. Da in diesen Fällen das gelöste kohlensaure Salz nach der Vollentbasung zugefUhrt wird, muss nach der Zuführung des gelösten kohlensauren Salzes noch ein Wasserstoff-Ionenaustausch stattfinden, u. zw., je nach den oben geschilderten Verhältnissen, zur Vollentbasung oder als Wasserstoff- entcarbonisierung.
Wenn bei der Reduzierung aller mineralsauren Salze, bei Benutzung eines stark basischen Hydroxyl- austauschmaterials und dementsprechend einer zusätzlichen Reduzierung der Kieselsäure und Kohlensäure sowie gegebenenfalls auch noch einer Entfernung aller Basen der Alkalisalze, nur eine geringe Erhöhung der Carbonathärte erwünscht ist, würde bei Durchführung des Verfahrens gemäss den Fig. 7 - 9 der Mine- ralsalzgehalt in unerwünschter Weise herabgesetzt.
Um dies in solchen Fällen zu vermeiden und die Ver- minderung des Gehaltes an mineralsauren Salzen sowie gegebenenfalls der Kieselsäure in vorbestimmtem
Umfange zu erreichen, wird gemäss Fig. 10 - 12 der Hydroxyl-Ionenaustausch entweder nur in einem
Zweigstrom l'des vollentbasten ersten Teilstromes I (Fig. 10 und 11) oder in einem Zweigstrom 1 des vollentbasten Rohwasserstromes (Fig. 12) durchgeführt, und dieser Zweigstrom l'bzw. l wird mit dem andern, unbehandelten Zweigstrom 2'bzw. 2 wieder vereinigt, bevor weitere Massnahmen getroffen wer- den.
Das gelöste, kohlensaure Salz wird in allen drei Fällen (Fig. 10 - 12) dem ersten Teilstrom I, auf jeden Fall nach dem Hydroxyl-Ionenaustausch, zugefUhrt, und dieser ZufUhrung folgt ein WasserstoffIonenaustausch, je nach Fall zur Vollentbasung oder zur Wasserstoffentcarbonisierung.
Findet die Vollentbasung im ersten Teilstrom I statt (Fig. 10), dann findet eine Reduzierung aller
Salze und, im Falle der Benutzung eines stark basischen Hydroxyl-Ionenaustausch-Materials, auch eine Reduzierung der Kohlensäure und gegebenenfalls vorhandener Kieselsäure statt. Findet hingegen die Vollentbasung vor der Unterteilung des Rohwasserstromes statt (Fig. 11 und 12), dann findet auch noch eine Entfernung aller Basen der Alkalisalze statt. In beiden Fällen (Fig. 10 - 12) wird aber für den Fall, dass nur eine geringe Erhöhung der Carbonathärte erwunscht ist, eine unerwünscht weitgehende Herabsetzung des Mineralsalzgehaltes vermieden.
Nach jeder Ätzkalkbehandlung wird eine Filterung durchgeführt.
In den Fällen der Anordnung eines zweiten Wasserstoff-Ionenaustauschers (Fig. 2,4, 6-12) wird zweckmässig die Regenerierung in unmittelbarer Hintereinanderschaltung der beiden Wasserstoff-Ionenaustauscher durchgeführt.
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