Verfahren zur Entfernung von Kationen aus Wasser
Die Erfindung beziehz sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Kationen aus Wasser, insbesondere zur Enthärtung von Wasser, mit einem Alkali-Ionen abg# benden Ionenaustauscher.
Zur Entfernung von Erdalkalimetallkationen aus Wasser mit Hilfe von Ionenaustauschern wird im allgemeinen das Wasser durch einen Behälter hindurchgeführt, in dem das lonenaustauschmaterial angeordnet ist. An diesem Ionenaustauschmaterial sind z. B. Na Natriumionen gebunden.
Die im Wasser befindlichen Ionen der Erdalkalimetalle und insbesondere die Kalzium- und Magnesiumionen werden von dem lonenaustauschmaterial aufge norrirnen, das die äquivalente Menge Natriumionen abgibt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Arbeitsphase des Ionen-Austauschers die Konzentration der Alkaliionen gemessen wird, die der Ionenaustauscher abgibt. Während bei den bekannten Verfahren die Konzentration der Magnesium- und Kalziumionen unmittelbar gemessen wurde, teilweise durch Titration und Messung des Farbumschlages oder dergleichen, wird beim erfindungsgemässen Verfahren nicht die Konzentration z. B. der die Härte bildenden Ionen, sondern die Konzentration der abgegebenen Natriumionen gemessen.
Da der Gehalt des Rohwassers an Kationen der Erd'alkalimetalle im allgemeinen ziemlich konstant ist, kann mittels der Messung der Konzentration der abgegebenen Alkaliionen der Zustand des Ionenaustauschmaterials kontrolliert werden, und es kann auch der Regenerationsprozess überwacht und mit Hilfe dieser Messung ge- steuert werden. Darüber hinaus ist es auch noch möglich, anhand der gemessenen Konzentration der Alkaliionen die Härte des Rohwassers zu bestimmen, weil diese Konzentration ein direktes Mass für die Konzen- tration der härtebildenden Ionen des Rohwassers sein kann.
Wenn das Ionen aust auschmaterial alle Natriumionen abgegeben hat und die äquivalente Menge Erdalkalikationen aufgenommen hat, so sinkt die Konzentration der Natriumionen auf den Natriumgehalt des Rohwassers. Dieser Messpunkt wird dazu benutzt, um die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials einzuleiten. Diese Regenerierung wird im allgemeinen folgendermassen vorgenommen: Das Ionenaustauscbmaterial wird, gewebe nenfalls nach einer Rückspülung, mit einer Kochsalzlösung behandelt, wobei z. B. die Kalzium- und Magnesiumionen von dem Ionenaustauschmaterial wieder abgegeben und durch Natriumlonen ersetzt werden.
Dann wird das Ionenaustauschmaterial gespült, so dass die überschüssigen, nicht an dem Ionenaustauschmaterial festhaftenden Natriumionen wieder entfernt werden.
Sind alle überschüssigen Natriumionen entfernt, so wird das Ionenaustauschmaterial wieder in die Frischwasser- leitung eingeschaltet, und es dient von neuem zur Enthärtung des Wassers. Durch die Messung der Konzentration der Alkaliionen kann das Ende der einzelnen Phasen des Regenerationsprozesses festgestellt und die jeweils nächste Phase eingeleitet werden.
Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens an Hand der Zeichnungen erläutert.
In Fig. 1 ist schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Gerätes dargestellt.
Fig. 2 zeigt eine Einzelheit einer anderen Ausfüh rungsform des Gerätes.
Fig. 3 zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Gerätes.
Fig. 4 zeigt dle Schaltung des Gerätes nach Fig. 3 in grösserem Massstab, und
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, bei dem die Differenzspannungen der beiden Messelektrodenanordnungen des Gerätes nach Fig. 4 bei den verschiedenen Arheitsgän gen über der Durchflussmenge der verschiedenen Flüssigkeiten aufgetragen ist.
Der das Ionenaustauschmaterial enthaltende Behälter 1 ist über ein Ventil 2 mit der Roh- oder Frischwasserleitung 3 verbunden. Der Ausgang des Behälters 1 ist über eine Leitung 4 und über ein Ventil 5 mit dem Leitungsnetz verbunden, dem nur weiches Wasser zugeführt werden soll. An die Rohwasserleitung 3 ist zwischen dem Ventil 2 und dem Eingang des Behälters 1 eine Leitung 6 angeschlossen, die über ein Ventil 7 zu einem Behälter 8 für die Regenerierlösung, z. B.
10 5S Ige Kochsalzlösung, führt. Dieser Behälter 8 ist über eine Leitung 9 und ein Ventil 10 mit der Rohwasserleitung 3 verbunden. An die Leitung 4 ist noch ein zu einem Ablauf führendes Leitungsstück 11 angeschlossen, in das ein Ventil 12 eingeschaltet ist.
In dem Behälter 1 sind zur Potentialmessung zwei Elektroden 15 angeordnet, vorzugsweise in dem dem Auslauf benachbarten Drittel des Basenaustauschers.
Eine der Elektroden ist eine an sich bekannte Glaselektrode, die einen verhältnismässig grossen Alkalifehler aufweist und für Natriumionen empfindlich ist, die andere Elektrode ist eine Kalomelelektrode. Die Elektroden 15 sind mit einem Messinstrument 16 verbunden, das einstellbare Schaltpunkte aufweist. Die Schaltpunkte sind in eine Steuerschaltung 17 eingeschaltet, die die Ventile 2, 5, 7, 10 und 12 schaltet.
Bei Normalbetrieb sind die Ventile 7, 10 und 12 geschlossen und die Ventile 2 und 5 geöffnet. Das Rohwasser durchströmt das lonenaustauschmaterial in dem Behälter 1 und tritt über die Leitung 4 in das dem Weichwasser vorbehaitene Leitungssystem ein. Ist das Ionenaustauscnmaterial in dem Behälter 1 nahezu erschöpft, so zeigt das Messinstrument 16 nur noch wenig Natriumionen an. Hierdurch wird ein Steuerbefehl an die Schaltung 17 abgegeben, die die Ventile 2 und 5 schliesst und die Ventile 10, 7 und 12 öffnet. Dadurch wird die Regenerierlösung aus dem Behälter 8 in den Behälter 1 mit dem Ionenaustauschmaterial gedrückt und über die Leitung 11 in den Auslauf geführt.
Wenn die Elektroden 15 anzeigen, dass die Natriumionen-Konzentration am Ausgang des Basenaustauschers der Konzentration der Regenerierlösung entspricht, so gibt das Instrument 16 einen weiteren Steuerbefehl an die Schaltung 17 ab, die die Ventile 10 und 7 schliesst, das Ventil 2 jedoch öffnet. Dadurch tritt Rohwasser durch den Behälter 1 hindurch und spült das Ionenaustauschmaterial, das Spülwasser geht über die Leitung 11 und das Ventil 12 in den Ablauf. Wird mit den Elektroden 15 nunmehr eine Natriumionen-Konzentration gemessen, die der Härte des Rohwassers etwa entspricht oder die nur noch wenig grösser als die Härte des Rohwassers ist, so gibt das Instrument 16 einen weiteren Steuerbefehl an die Schaltung 17, die das Ventil 12 schliesst und das Ventil 5 öffnet.
Damit ist die Regenerierung und Spülung des Ionenaustauschmaterials beendet und dieses Material wieder zwischen die Rohwasserleitung und die Weichwasserleitung für den normalen Betrieb eingeschaltet.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform weist der Behälter 1, der mit lonenaustauschmaterial 13 gefüllt ist,.in der Nähe seines unteren Endes eine Abzweigleitung 18 auf, die über ein Gefäss 19 mit einer Ansaugdüse 20 verbunden ist, die in die Rohwasserleitung 3 zu dem Behälter 1 eingeschlossen ist. Zu beiden Seiten des Gefässes 19 sind Absperrventile 21 und 22 eingeschaltet. In dem Gefäss 19 sind die Elektroden 15 angeordnet.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform nur dadurch, dass die Elektroden 15 nicht unmittelbar in der Säule des Ionenaustauschmaterials angeordnet sind, sondern an einer bestimmten Stelle Wasser zwischen dem lonenaustauschmaterial heraus- gesaugt wird und dieses herausgesaugte Wasser dann untersucht wird.
Der Zeitpunkt, in dem die Regenerierlösung abgeschaltet und der Spülvorgang eingeschaltet wird, kann auch gegenüber dem Zeitpunkt, in dem das Messinstru- ment 16 den entsprechenden Messwert anzeigt, etwas verzögert sein, um zu gewährleisten, dass auch das unterhalb der Elektroden 15 im Behälter angeordnete Ionenaustauschmaterial vollständig regeneriert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird im Gegensatz zu dem eben beschriebenen Verfahren mit der Regenerierung des Ionenaustauschmaterials nicht so lange gewartet, bis die Natriumionen-Konzentration hinter dem Ionenaus tauschmaterial auf praktisch Null absinkt, sondern die Steuerung ist so eingerichtet, dass das lonenaustausch- material bereits dann aus der Frischwasserleitung herausgeschaltet und die Regenerierung eingeleitet wird, wenn die Natriumionen-Konzentration unter einen eingestellten Bereich absinkt, innerhalb dem die Härte des Wassers erfahrungsgemäss schwanken kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht an ein bestimmtes Gerät gebunden. Die Natriumlonen-Konzen tration kann auf jede mögliche Art und Weise bestimmt werden, z. B. flammenphotometrisch bzw. durch Spektralanalyse, durch bekannte Fällungsreaktionen oder aber, bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, durch Potentialmessung. Diese Potentialmessung kann jedoch besonders vorteilhaft durch erwähnte sogenannte Glaselektroden gegenüber einer Kalomelelektrode vorgenommen werden, wobei Glaselek troden mit hohem Alkallfehler verwendet werden.
Die Bestimmung der Wasserhärte durch Messung der Natriumionen-Konzentration kann völlig unabhängig davon durchgeführt werden, wie die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials erfolgt. Die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials kann beispielsweise auch, wie bereits bekannt, durch eine Schaltuhr gesteuert sein, die auf diejenige Zeit eingestellt ist, in der die Regenerierung normalerweise beendet ist. Auch der Spülvorgang kann durch eine derartige Schaltuhr gesteuert sein, die auf den Erfahrungswert eingestellt wird. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der, wie oben angegeben, die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials durch die Natrium-Ionen-Konzentration gesteuert wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei anderen Ionenaustauschverfahren mit Vorteil ange- wandt werden, wobei stets diejenigen Ionen gemessen werden, die das Ionenaustauschmaterial abgeben. Denn in allen diesen Fällen ergibt sich der Vorteil, dass die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials durch die gleiche Messanordnung gesteuert werden kann.
Die Potentialmessung kann auch hinter dem Behälter durchgeführt werden, in dem das Ionenaustauschmate rial angeordnet ist. In diesem Falle tritt, wenn das Ionenaustauschmaterial erschöpft ist, hartes Wasser durch den Behälter so lange hindurch und in das Röhrensystem ein, das dem weichen Wasser vorbehalten ist, bis die Steueranordnung die Leitung abgestellt und den Behälter mit dem lonenaustauschmaterial aus der Leitung ausgeschaltet und den Regeneriervorgang eingelei- tet hat.
Es können natürlich an einer Messstelle auch mehr als zwei Elektroden vorgesehen sein.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass m einem in einer Richtung durchströmten Behälter nicht die gesamte Oberfläche des Ionenaustauschmaterials gleichzeitig und gleichmässig mit ausgetauschten Ionen belegt wird, sondern dass die Grenze, die das erschöpfte Ionenaustauschmaterial von dem noch nicht erschöpften Ionenaustauschmaterial trennt, in der Richtung des Wasserstromes fortschreitet. Wenn also das Messelektrodenpaar irgendwo im letzten Drittel in Strömungsrichtung des das Ionenaustauschmaterial enthaltenden Behälters angeordnet wird, so wird dort bereits ein erschöpftes lonenaustauschmaterial gemessen, wenn noch Schichten mit nicht erschöpftem lonenaustauschmaterial am hinteren Ende des Behälters vorhanden sind.
In diesem Falle tritt nach wie vor enthärtetes Wasser aus dem Behälter aus, der Regeneriervorgang kann jedoch bereits eingeleitet werden, um zu verhindern, dass die erwähnte Grenze bis zum Ende des Behälters vordringt undi damit nichtenthärtetes Wasser in das Leitungssystem eintritt, in das nur enthärtetes Wasser einfliessen soll.
Wenn die obenerwähnte Grenze zwischen dem erschöpften und nichterschöpften lonenaustauschmaterial in den Bereich des Elektrodenpaares eintritt, ändert sich der Messwert, und durch diese Änderung des Messwertes werden die Arbeitsgänge eingeleitet und gesteuert, die die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials bewirken. Der von dem Elektrodenpaar gemessene Messwert ändert sich jedoch nicht nur dann, wenn sich die Konzentration-der zu messenden Ionen ändert, also die Grenze zwischen dem erschöpften und nichterschöpften lonenaustauschmaterial in den Bereich des Elektrodenpaares vordringt, sondern auch beispielsweise dann, wenn sich eine Konzentration von Ionen ändert, die durch das Ionenaustauschmaterial nicht beeinflusst werden.
Diese Einflüsse auf den Messwert sind mehr oder weniger stark, je nachdem es gelingt, die Elektrodenanordnung so auszuwählen, dass sie selektiv nur auf diejenige Ionenart anspricht, deren Konzentration sich durch die Verwendung des Ionenaustauschers ändert. In den Messwert eingehende Ionenkonzentrationen können beispielsweise von dem Ionenaustauscher vorgeschalteten Geräten zur Entsäuerung und Enteisenung mit halbgebrannten Dolomiten, Kalk-Entkarbonisierungsanlagen, Wasserstoff-Austauscher oder dergleichen herrühren. Auch sind Anderungen in der Natrium Ionenkonzentration möglich, z. B. durch Vorbehandlung mit Natriumphosphaten, Silikaten oder dergleichen. Es ist daher möglich, dass bei einer derartigen Vorbehandlung gleichzeitig Schwankungen im pH-Wert, in der Härte und im Natriumgehalt auftreten.
Diese Einflüsse können bei Bedarf dadurch elimi- niert werden, dass in Abhängigkeit von der Konzentration an Ionen, die den Messwert verfälschen, auf den Messwert ein Einfluss ausgeübt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird zu diesem Zweck die Legt¯ fähigkeit des Rohwassers gemessen. Härteschwankungen des Wassers ergeben Schwankungen der Leitfähigkeit.
Diese Schwankungen der Leitfähigkeit des Rohwassers dienen zur Kompensation der Schwankungen der Anzeige, die durch die durch die schwankende Wasserhärte erzeugte schwankende Natriumionen-Konzentration erzeugt wird. Die Messung der Natriumionen-Konzentration dient in diesem Falle lediglich zur Feststellung, wann das lonenaustauschmaterial erschöpft ist oder zur Erschöpfung neigt, und zum Abgeben eines Steuerbe- fehles, der die Regenenerung des lonenaustauschmate- rials einleitet.
Selbstverständlich können in diesem Falle, in dem die Messung nur dazu dient, um die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials rechtzeitig einzuleiten, auch andere Verfahren angewandt werden, um Schwankungen der Härte des Rohwassers zu eliminieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein zweites Messelektrodenpaar hinter dem Ionenaustauscher in. das weiche Wasser eingeschaltet und die Differenz zwischen den Messwerten der beiden Elektrodenpaare zur Steuerung der Rück-Spül undioder Regeneriervorgänge benutzt. Diejenigen der im Wasser enthaltenen Komponenten, die durch den lonenaustan- scher nicht eliminiert werden, wirken daher in der gleichen Weise auf das erste sowie auf das zweite Elektrodenpaar ein, so dass sich diese Einflüsse gegeneinander aufheben, wenn nur die Differenz zwischen den Messwerten der beiden Elektrodenpaare zur Auswirkung eines Steuerbefehls verwendet wird.
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform liegt also darin, dass Schwankungen in der Ionenkonzentration des Rohwassers sich nicht mehr auf das Messergebnis auswirken können und insbesondere gewährleistet ist, dass der Steuerbefehl zum Einleiten der Spülund Regenener-Arbeitsgänge des Ionenaustauschers stets dann ausgelöst wird, wenn das Ionenaustauschmaterial bis zu einem bestimmten Grad und Umfang erschöpft ist.
Schliesslich hat dieses Verfahren noch den weiteren Vorteil, dass es für die Güte und Genauigkeit des Verfahrens nicht mehr entscheidend darauf ankommt, dass die Elektrodenanordnung für die zu messende Ionenart sehr stark selektiv empfindlich ist, also zum Beispiel ein aus einer sogenannten Alkali-Glaselektrode und einer Kalomelelektrode bestehendes Elektrodenpaar verwendet wird, das für Natriumionen selektiv empfindlich ist. Vielmehr können bei diesem Verfahren auch weniger selektive Elektrodenpaare und Elektrodenanordnungen verwendet werden.
Die Differenz der durch die Elektrodenanordnungen ermittelten Messwerte kann durch die verschiedensten Schaltungen zu einem Steuerbefehl für das Auslösen von Spül- undloder Regenerierarbeitsgängen für den Ionenaustauscher weiterverarbeitet werden.
Bei der in Fig. 3 bis 5 dargestellten Ausführungsform ist an eine hartes Rohwasser 32 führende Rohwasserleitung 3 ein Behälter 1 mit Ionenaustauschmaterial 13 angeschlossen. Das Ionenaustauschmaterial 13 nimmt aus dem Rohwasser32 die Wasserhärte bildenden Kationen auf und gibt dafür Natrium-Ionen ab. Das enthärtete Wasser 35 verlässt den Behälter mit dem Ionenaustauschmaterial über dit Weichwasserleitung 4.
Die Konzentration der Natrium-Ionen im Weichwasser 35, die von dem Ionenaustauschmaterial im Austausch gegen die die Wasserhärte bildenden Ionen abgegeben wurde, entspricht der Härte des Rohwassers 32.
Etwa in der Mitte der Säule aus Ionenaustauschmaterial 13 im Behälter 1 befindet sich ein Messelektrodenpaar 15, das aus einer alkalimetallionen-empfindlichen Glaselektrode und einer Bezugselekerode, z. B.
Kalomel oder Platin, besteht. Ein zweites gleichartiges Messelektrodenpaar 38 befindet sich im oder am Auslauf des Weichwassers 35 aus dem Behälter 1. Diese beiden Elektrodenpaare bilden hochohmige Messketten und sind über Leitungen 39 und 40 an eine Brückenschaltung 41 angeschlossen.
Die Praxis hat gezeigt, dass sich nicht die ganze
Säule des Ionenaustauschmaterials 13 gleichmässig mit den die Wasserhärte bildenden Ionen belädt, sondern dass zuerst die oberste Schicht der Säule mit Ionen austauschmaterial 13 sich vollständig mit den die Was serhärte bildenden Ionen belädt und alle seine austauschbaren Natrium-Ionen abgibt. Hierauf erschöpft sich die darunter liegende Schicht, so dass die Grenze zwischen erschöpftem Ionenaustauschmaterial und noch mcht erschöpftem Ionenaustauschmaterial in Strömungsrichtung fortschreitet.
Solange diese Grenze oberhalb des Messelektrodenpaares 15 verläuft, befindet sich das Messelektrodenpaar 15 und das Messelektrodenpaar 38 im Bereich von enthärtetem Weichwasser 35, die beiden Messelektrodenpaare 15 und 38 werden daher keine unterschiedlichen Messwerte anzeigen, die Differenzspannung zwischen diesen beiden Messelektrodenpaaren ist daher etwa gleich Null. Wenn dagegen die Grenze zwischen erschöpftem Ionenaustauschmaterial und nicht erschöpftem Ionenaustauschmaterial in Fig. 3 unterhalb des Messelektrodenpaares 15 verläuft, so wird das Rohwasser 32 oberhalb dieser Grenze nicht mehr enthärtet, und das Messelektrodenpaar 15 misst einen dem Rohwasser entsprechenden Messwert, wogegen das Messelektrodenpaar 38 einen dem Weichwasser entsprechenden Messwert aufnimmt. In diesem Falle sind die Messwerte der beiden Messelektrodenpaare 15 und 38 sehr stark verschieden.
- In der Praxis ist die Grenze zwischen nichterschöpftem Ionenaustauschmaterial und erschöpftem Ionenaustauschmaterial nicht scharf ausgebildet. Dies ändert jedoch am Prinzip der Erfindung und an den daran geknöpften Überlegungen nichts. Jedenfalls kann davon ausgegangen werden, dass dann, wenn die Differenz der von den Messelektrodenpaaren 15 und 38 gemessenen Messwerte eine bestimmte Grösse erreicht hat, das Ionenaustauschmaterial so weit erschöpft ist, dass jeden Augenblick nicht ausreichend enthärtetes Wasser in die Weichwasserleitung 4 eintreten kann und das Ionenaustauschmaterial daher regeneriert werden muss.
Erreicht diese Differenzspannung einen bestimmten Wert, bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführu¹asbei spiel beispielsweise 35 mV, so wird über einen Verstärker 42 und eine Relaisstufe 43 ein Steuerbefehl ausgelöst, der verschiedene, nicht dargestellte Ventile öffnet und schliesst, so dass der Behälter 1 mit dem Ionenaustauschmaterial mit Rohwasser rückgespült wird, also der in Fig. 1 dargestellte Behälter von unten nach oben mit Rohwasser gespült wird. Während dieses Rückspülvorganges sinkt die Differenzspannung etwas.
Die Dauer des Rückspülvorganges kann entweder von einem Zeitlaufwerk gesteuert werden oder aber von der Differenzspannung selbst, derart, dass bei einer bestimmten, erfahrungsgemäss sich ergebenden Verringerung der Differenzspannung ein weiterer Steuerbefehl ausgelöst wird, der den Rückspülvorgang beendet und die Re gene- rierung des Ionenaustauschmaterials mit einer Kochsalzlösung einleitet. Bei diesem Regenerierungsvorgang kann die Sole entgegen der Strömungsrichtung des Betriebswassers durch das Ionenaustauschmaterial hm- durchgeführt sein, es ist jedoch auch möglich, die Sole in der gleichen Richtung wie den Betriebswasserstrom durch das lonenaustauschmaterial hindurchzuleiten.
Auch die Dauer des Regeneriervorganges kann entweder durch ein Zeitlaufwerk oder aber durch die Differenzspannung zwischen den beiden Messelektrodenpaaren gesteuert sein. Nach Ablauf einer durch die Erfahrung bestimmten Zeit oder aber dann, wenn die Differenzspannung zwischen den beiden Messelektrodenpaaren einen sehr kleinen Wert erreicht hat (siehe Fig. 5), wird ein Steuerbefehl erzeugt, der den Regen riervorgang beendet und das Ionenaustauschmaterial durchspült. Man erhält bei diesem Ausspülen des Ionen austauschmaterials einen kurzen Anstieg der Differenzspannung, die dann wieder auf nahezu Null oder auf einen sehr kleinen Wert absinkt und damit die Betriebs- bereitschaft der Anlage anzeigt.
Die einzelnen Vorgänge beim Spülen und Regenerieren können durch Kontrolllampen 45, 46, 47 und 48 angezeigt sein, beispielsweise kann die Kontrollampe 45 den normalen Betriebszu- stand anzeigen, die Kontrollampe 46 das Rückspülen die Kontrollampe 47 das Durchspülen des Ionenaustauschmaterials mit Sole und die Kontrollampe 48 das Ausspülen.
Die einzelnen Vorgänge können durch Magnetventile oder dergleichen durchgeführt werden.
Das Gerät kann in der Relaisstufe 43 verschiedene Relais aufweisen, die auf verschiedene Schwellenwerte eingestellt sind, und die einzelnen Relais können über eine Programmschaltscheibe in den Stromkreis eingeschaltet sein. Die einzelnen Relais schliessen dann bei ihrer Erregung die zur Durchführung der verschiedenen Schaltungen erforderlichen Kontakte, und die dadurch erregten Maguetventile schliessen die entsprechenden Zuund Ableitungen.
Das Gerät kann ein Anzeigeinstrument 50 für die Differenzspannung und/oder auch ein schreibendes Instrument 73 zur Aufzeichnung des Verlaufes der Diffe renzspannung enthalten.
Die Brückenschaltung, mit der eine Differenzspannung verstärkt wird, ist in Fig. 4 im einzelnen erläutert.
An den Eingängen 51 und 52 sind die aktiven Elektroden der Messelektrodenpaare angeschlossen, an dem Eingang 53 sind die Bezugselektroden angeschlossen.
Die Elektrodenpaare bilden hochohmige Messketten. Der Eingang 51 ist über Widerstände 66 und 65 mit dem Eingang 68 der Brückenschaltung verbunden, der Eingang 52 über einen Widerstand 67 mit dem Eingang 69 der Brückenschaltung. Ein Hochfrequenzgenerator 44 liefert Hochfrequenzspannung an die beiden Brückeneingänge 70 und 71. Der Brückenzweig zwischen den Anschlüssen 69 und 70 enthält einen einstellbaren Kondensator 57 und einen parallel dazu geschalteten Widerstand 69. In dem zwischen den Brückenanschlüssen 69 und 71 gelegenen Brückenzweig liegt ebenfalls ein emstellbarer Kondensator 56 mit parallel geschaltetem Widerstand 58.
In dem zwischen den Brückenanschlüssen 71 und 68 gelegenen Bfückenzweig und in dem zwischen den Brückenanschlüssen 70 und 68 gelegenen Brückenzweig ist jeweils eine Kapazitätediode 60 bzw. 61 eingeschaltet, beispielsweise die Diode BAY 34 der Firma Intermetall. Die Brücke ist so abgeglichen, dass dann, wenn- zwischen den Eingängen 51 und 52 keine Spannungsdifferenz besteht, die Brückenanschlüsse 68 und 69 auch bezüglich der von dem Generator 44 erzeugten Hochspannung auf dem gleichen Potential liegen. Besteht jedoch eine Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen 51 und 52, so verschiebt sich der Arbeitspunkt der Kapazitätsdioden 60 und 61.
Da die Steilheit der Kapazltätskurve dieser Kapazitätsdioden bei Spannungen unter 2 mV sehr gross ist, ist es möglich, schon mit sehr geringen Differenzspannungen die Brücke erheblich zu verstimmen, also den kapazitiven Widerstand der die Kapazitätsdioden 60 und 61 enthaltenden Brückenzweige erheblich zu verändern. Beim einen Vorzeichen der Differenzspannung wird also beispielsweise der Widerstand des zwischen den Anschlüssen 71 und 68 lie- genden Brückenzweiges erheblich verringert und der Widerstand des zwischen den Anschlüssen 70 und 68 liegenden Brückenzweiges erheblich vergrössert.
Dadurch weist die Hochfrequenzspannung an den Anschlüssen 68 und 69 ein verschiedenes Potential auf, und diese Potentialdifferenz wird an einem Widerstand 63 abgegriffen und über einen Koppelungskondensator 65 an den Verstärker 42 gegeben, der die Spannung verstärkt und an eine Relaisstufe 43 abgibt. Die an den Verstärker 42 gegebene Spannung ist daher proportional zu der Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen 51 und 52.
Zwischen den Eingängen 51 und 52 ist noch ein Kondensator 54 parallel geschaltet. Die Bezugselek trode 53, gegebenenfalls der Masseanschluss, ist über einen Kondensator 64 mit dem Brückenanschluss 69 verbunden, und der Widerstand 63, an dem die der Spannungsdifferenz zwischen den Eingängen 51 und 52 entsprechende Hocltfrequenzspannung abgegriffen wird, ist durch einen Kondensator 62 gegen Gleichstrom ab gesichert.
Ausser der beschriebenen elektrischen Differenzmessung, die sich vorwiegend für vollautomatische Basenaustauscheranlagen eignet, kann eine derartige Diffe renzinessung auch mit einfacheren Mitteln ohne Automatik durchgeführt werden. In diesem Falle ist nur ein einziges Elektrodenpaar erforderlich. Dieses Elektrodenpaar kann beispielsweise in einem Messgefäss angeordnet sein, das mindestens zwei Zuführungen aufweist, die mit den Stellen der Anlage verbunden sind, an denen sonst die Messelektrodenpaare sich befinden.
Zur raschen Bestimmung der Rohwasserhärte kann auch eine dritte Zuführung an dem Gefäss angeordnet sein, die es gestattet, Rohwasser an das Messelektrodenpaar heranzubringen. Dieses Gerät kann mit einem einfachen Verstärker und einem Messinstrument ausgerüstet sein, wie es z. B. bei der pH-Messung allgemein üblich ist.
Der besondere Vorteil der Verwendung der obigen Kapazitätsdioden liegt darin, dass der Widerstand dieser Kapazitätsdioden so hoch ist, dass mit ihrer Hilfe die Spannung von Messelektrodenpaaren gemessen werden kann, die Glaselektroden enthalten.
PATENTANSPRÜCHE
I. Verfahren zur Entfernung von Kationen aus Wasser, insbesondere zur Enthärtung von Wasser, mit einem Alkali-Ionen abgebenden Ionenaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Arbeitsphase des Ionenaustauschers die Konzentration der Alkali-Ionen gemessen wird, die der Ionenaustauscher abgibt.
II. Anwendung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zur Bestimmung der Wasserhärte, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Konzentration der vom Ionenaustauscher abgegebenen Alkali-Ionen die Härte des Rohwassers bestimmt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass auch zur Steuerung der Regenerationsphase des Ionenaustauschers die Konzentration der vom Ionenaustauscher abgegebenen Alkali-Ionen gemessen wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der vom Ionenaustauscher abgegebenen Alkali-Ionen durch Potentialmessung gemessen wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert der Konzentration der vom Ionenaustauscher abgegebenen Alkali-Ionen zur Einleitung und gegebenenfalls Steuerung der Regeneratlonsphase dient.
4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Schwankungen der Wasserhärte bedingte Schwankungen der Konzentration der vom Ionenaustauscher abgegebenen Alkali-Ionen und dadurch bedingte Schwankungen des Messwertes durch auf das Messwerk einwirkende Einflüsse kompensiert werden, die ebenfalls vom Wert der Wasserhärte abhängen.
5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation des Messwertes die Werte einer selbsttätigen Leitfähigkeitsmessung des zu behandelnden Wassers verwendet werden.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung innerhalb des Ionen aus tauschmaterials, in Richtung des Wasserstromes gesehen, etwa beim letzten Drittel der Materialsäule erfolgt.
7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass etwa im letzten Drittel der Materialsäule des Ionenaustauschmaterials aus dem Behälter durch eine Abzweigung (18) Wasser heraus- und in ein Gefäss hineingeführt und in dem Gefäss die Messung vorgenommen wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch I, bei dem ein Natrium-Ionen abgebender Ionenaustauscher verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Natrium-Ionen durch Potentialmessung mit einer Glaselektrode mit starkem Alkalifehler und einer Kalomelelektrode gemessen werden.
9. Verfahren nach Patentanspruch I, bei dem ein erstes Messelektrodenpaar die Alkali-Ionen-Konzentration innerhalb des Ionenaustauschmaterials misst, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Messelektrodenpaar (38) in Strömungsrichtung des Rohwassers hinter dem Ionenaustauscher in den Wasserstrom eingeschaltet ist und dass die Differenz zwischen den Messwerten der beiden Messelektrodenpaare (15, 38) zur Steuerung des Regeneriervorganges benutzt wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Messelektrodenpaare (15, 38) an eine Brückenschaltung (41) angeschlossen sind und der Differenzstrom zur Anode rung des Widerstandes mindestens eines Brückenzweiges (71, 68; 70, 68) dient.
11. Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromquelle für die Brückenschaltung (41) ein Hochfrequenzgenerator (44) dient und dass in den beiden
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