CH621753A5 - Process for the slow decarbonation of water - Google Patents

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, dass bei starker Verkürzung der gesamten Behandlungsdauer eine möglichst vollständige Ausreaktion und Entfernung des Kalziumkarbonats erreicht wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zeitweise dem Wasser vor Durchlaufen der Reaktionsstrecke ein feinverteiltes kristallines Material zufügt.

Das zugegebene feinverteilte kristalline Material wirkt als Impfmaterial und ist in der Lage, die Gleichgewichtseinstel-lung in der nachfolgenden Reaktionsstrecke zu beschleunigen, so dass eine ausreichend schnelle und vollständige Reaktion schon vor der Zugabe der Salze von dreiwertigen Metallionen erfolgt. Das feinverteilte kristalline Material, insbesondere Kalziumkarbonat, kann dem System von aussen, z.B. in Form von feingepulvertem Marmor oder ähnlichen Mineralien zugefügt werden. Besonders vorteilhaft und kostensparend ist es jedoch, wenn man das feinverteilte kristalline Kalziumkarbonat aus dem Entkarbonisierungsprozess selbst gewinnt. Man lässt hierzu in oder hinter der Reaktionsstrecke, aber vor der Zugabe der Salze von dreiwertigen Metallionen, einen Teil des gebildeten Kalziumkarbonats sich absetzen und führt dieses im Rücklauf an den Beginn der Reaktionsstrecke bzw. zur Mischvorrichtung zurück. Fremdmaterial in Form von gepulvertem Marmor o. dgl. braucht dann nur noch zu Beginn des Verfahrens zum Anfahren zugesetzt zu werden.

Das feinverteilte kristalline Material und/oder die alkalisch reagierende Verbindung werden vorzugsweise einem Teilstrom des zufliessenden Rohwassers eingemischt und dieser dann mit dem Hauptstrom vereinigt. Auf diese Weise ist die Zugabe von stöchiometrisch genau dosierten und relativ geringen Konzentrationen entsprechenden Mengen in besonders vorteilhafter Weise möglich. Als alkalisch reagierende Verbindung kann insbesondere Ca(OH)2 in Form von Kalkwasser (Lösung) oder Kalkmilch (Suspension) zugefügt werden. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, durch unmittelbare Zugabe von CaO (ungelöschtem Kalk) in das zufliessende Rohwasser bzw. einen Teilstrom davon Ca(OH)2 zu erzeugen. Man spart dadurch das vorherige Löschen des gebrannten Kalks, das Volumen des zuzusetzenden Materials ist geringer und die durch die Reaktionswärme auftretende Temperaturerhöhung ist durchaus erwünscht.

Da das erfindungsgemässe Verfahren einen sehr vollständigen Reaktionsablauf in der Reaktionsstrecke sicherstellt und somit Kalziumkarbonatabscheidungen in nachgeschalteten Anlageteilen vermieden werden, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass die Sedimentation der durch s

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Zugabe des dreiwertige Metallionen enthaltenden Flockungsmittels nach Durchlaufen einer Flockungszone in einer Hoch-leistungs-Sedimentationsvorrichtung, insbesondere einem Schrägplatten- oder -Röhrenabscheider erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fliesschema einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt das Fliesschema einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens.

Gemäss Fig. 1 gelangt das bei 1 zufliessende Rohwasser in einen Mischzyklon 2, in dem es mit Kalkmilch aus einem Behälter 3 sowie mit feinverteiltem kristallinem Kalziumkarbonat, z.B. Marmorstaub, aus einem Behälter 4, gemischt wird. Das Wasser gelangt danp in eine Reaktionsstrecke 5 mit mehreren, z.B. vier, hintereinandergeschalteten Reaktionsstufen, in denen es jedesmal gut durchmischt wird. Anschliessend gelangt das Wasser in eine Flockungszone 6, wo ihm ein Flok-kungsmittel in Form eines oder mehrerer Salze von dreiwertigen Metallionen, insbesondere FeCb, aus einem Behälter 10 zugesetzt wird. Gegebenenfalls kann die Zugabe des Flok-kungsmittels auch bereits in die letzte Stufe der Reaktionszone 5 erfolgen. Nach einer für die Ausflockung ausreichenden Verweilzeit in der Flockungszone 6 gelangt das Wasser in eine Sedimentationszone 7, wo sich die Flocken als Schlamm absetzen, der insbesondere aus CaCC>3, Fe(OH)3 sowie gegebenenfalls Al(OH)3 und anderen Verbindungen bestehen kann. Der Schlamm wird bei 8 abgezogen, bei 9 läuft das enthärtete Wasser ab und kann gegebenenfalls weiteren Reinigungs- und Aufbereitungsstufen, z.B. einem Sand- oder Kiesfilter, zuflies-sen. Flockungszone 6 und Sedimentationszone 7 können aus Becken mit speziellen Einbauten zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse, die Sedimentationszone 7 auch aus einer Hochleistungs-Sedimentationseinheit, z.B. Platten- oder Röhrenabscheider, die im Gleich- oder Gegenstrom betrieben wird, bestehen.

Es hat sich gezeigt, dass die Zudosierung von feinverteiltem kristallinem CaCCb bereits in Mengen von nur 5 g/m3, vorzugsweise jedoch mehr, in Verbindung mit dem zugegebenen Kalziumhydroxyd in Konzentrationen von etwa 0,5 bis 2 g/1 zu einer sehr starken Verkürzung der Reaktions- und Flockungs-zeiten führt, so dass eine vollständige Ausreaktion und Ausflockung in der Anlage bereits bei Verweilzeiten des Wassers in der Anlage von weit weniger als einer Stunde erreicht werden kann. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, bei denen insbesondere bei niedrigen Temperaturen mit Verweilzeiten von vielen Stunden und sogar Tagen gerechnet werden muss.

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Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gelangt nur ein Teilstrom 1 des Rohwassers in den Mischzyklon 2, wo es mit Kalkwasser oder Kalkmilch aus dem Behälter 3 gemischt wird. Der Hauptstrom 11 des Wassers wird im Bypass an dem Mischzyklon vorbeigeführt und mit dem Teilstrom im Mischzyklon 12 wieder vereinigt, bevor es die mehrstufige Reaktionszone 5, die Flockungszone 6 mit Zugabe des Flockungsmittels aus dem Behälter 10, sowie die Sedimentationszone 7 durchströmt. Bereits vor Zugabe des Flockungsmittels von 10 wird in der letzten Stufe der Reaktionszone 5 (gegebenenfalls auch bereits in früheren Stufen) gebildetes Kalziumkarbonat sedimentiert abgezogen und über die Leitung 13 ebenfalls zum Mischzyklon 2 geführt. Dem Teilstrom des Rohabwassers wird somit ständig kristallines Kalziumkarbonat, das aus dem Prozess selbst stammt, zugeführt. Lediglich zum Anfang kann die Zugabe von fremdem Kalziumkarbonat, z.B. Marmorstaub, erforderlich sein.

Selbstverständlich kann das Zudosieren in einen abgezweigten Teilstrom des Rohabwassers auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durchgeführt werden.

Bei einer weiteren, bei beiden Ausführungsformen möglichen Variante wird dem Rohabwasser statt fertigem Kalkwasser oder Kalkmilch festes Ca(OH)2 oder festes CaO (ungelöschter Kalk) in feingemahlener oder auch grobkörniger Form in dem Mischzyklon 2 zugesetzt. Bei der Verwendung von festem CaO bildet sich das für die Reaktionsstrecke erforderliche alkalisch reagierende Kalziumhydroxyd erst in dem Wasser. Es ergeben sich dadurch die oben erwähnten Vorteile.

Bei beiden Ausführungsformen kann vorteilhafterweise anstelle der Sedimentationszone 7 eine Filtrierzone, beispielsweise ein Kiesbettfilter, vorgesehen sein.

Die in üblicher Weise aus hintereinandergeschalteten zwangsgemischten Becken oder Behältern bestehende Reaktionsstrecke kann mit besonderen Einrichtungen zum Abziehen des vorweg ausgefällten und im Rücklauf zurückzuführenden Kalziumkarbonates versehen sein. Die Reaktionszone 5 kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 als Hochlei-stungs-Sedimentationseinheit ausgebildet sein. Die Rückführung des im Prozess gewonnenen Kalziumkarbonats über die Leitung 13 ermöglicht es, das feinkristalline Kalziumkarbonat in Konzentrationen von z.B. 200 bis 500 g/m3 dem Rohwasser zuzusetzen, wodurch man eine besonders gute und schnelle Gleichgewichtseinstellung und vollständige Ausreaktion in der Reaktionszone 5 mit Verweilzeiten von weit unter einer Stunde auch bei niedrigen Temperaturen erhält. Während Kalziumkarbonat die erfindungsgemäss bevorzugt zugesetzte feinkristalline Verbindung ist, ist gegebenenfalls auch die Verwendung anderer feinkristalliner Materialien, wie z.B. Silbersand, Kalziummagnesiumkarbonat o. dgl., denkbar.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zur Langsamentkarbonisierung von Wasser, bei dem die im Wasser enthaltenen Kalziumverbindungen durch Zugabe einer oder mehrerer alkalisch reagierender Verbindungen als Fällungsmittel und anschliessendes Durchlaufen einer Reaktionsstrecke in CaC03 umgewandelt werden und dieses anschliessend nach Zugabe eines dreiwertige Me-tallionen enthaltenden Flockungsmittels sedimentiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zeitweise dem Wasser vor Durchlaufen der Reaktionsstrecke ein feinverteiltes kristallines Material zufügt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feinverteilte kristalline Material CaC03 ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feinverteilte kristalline Material dem Wasser gleichzeitig mit der alkalisch reagierenden Verbindung zugefügt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das CaCCb in pulveriger Form, z. B. gepulvertem Marmor, zugefügt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem Entkarbonisierungsprozess selbst durch Sedimentation vor Zugabe des Flockungsmittels gewonnenes CaCCb kontinuierlich abzieht und im Rücklauf dem zulaufenden Wasser zumischt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man nicht aus dem Entkarbonisierungsprozess stammendes CaC03 nur am Anfang zum Anfahren zusetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die feinverteilte kristalline Verbindung und/oder die alkalisch reagierende Verbindung in einen Teilstrom des zufliessenden Rohwassers einmischt und diesen dann mit dem Hauptstrom vereinigt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als alkalisch reagierende Verbindung Ca(OH)2 in Form von Kalkwasser oder Kalkmilch oder in fester Form zugefügt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ca(OH)2 in Konzentrationen von 0,5 bis 2 g/1 zugemischt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als alkalisch reagierende Verbindung Ca(OH)2 dient, das durch Zugabe von CaO (ungelöschter Kalk) in das zufliessende Rohwasser bzw. einem Teilstrom davon erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sedimentation nach Zugabe des Flockungsmittels und Durchlaufen einer Flockungszone in einer Hochleistungs-Sedimentationsvorrichtung, insbesondere Schrägplatten- oder -Röhrenabscheider oder in einem Filter, insbesondere Kiesfilter, erfolgt.

Als Langsamentkarbonisierung (im Gegensatz zu der in einem Reaktor unter Druck durchgeführten Schnellentkarbo-nisierung) bezeichnet man ein Enthärtungsverfahren, bei dem dem Wasser zur Entfernung seiner Karbonathärte eine alkalisch reagierende Verbindung, in der Regel Ca(OH)2, gegebenenfalls NaOH bzw. Na2C03, zugemischt wird, das Wasser dann eine Reaktionsstrecke durchläuft, in der die vorhandenen Kalziumverbindungen, insbesondere das lösliche Ca(HCOs)2, in unlösliches CaC03 umgesetzt werden und dieses dann durch Zugabe eines dreiwertige Metallionen enthaltenden Flok-kungsmittels, z.B. FeCb, ausgeflockt und in einer Sedimentationsstufe als Schlamm sedimentiert wird oder beispielsweise in einem Kiesfilter abgetrennt werden kann.

Ein wesentliches Problem besteht dabei darin, die Reaktion innerhalb der Reaktionsstrecke so vollständig ablaufen zu lassen, dass alles Kalzium in Kalziumkarbonat umgewandelt ist und von der anschliessenden Flockung und Ausfällung erfasst wird. Andernfalls kann es in nachgeschalteten Anlageteilen, Rohrleitungen, Filtern, Erhitzern usw., zu Abscheidungen von Kalziumkarbonat kommen. Bei bisher bekannten Anlagen zur Langsamentkarbonisierung ist eine ausreichende Ausreaktion nur erreicht worden, indem man entweder die Temperatur des zu entkarbonisierenden Rohwassers wesentlich erhöht hat oder aber zur Ausfällung des Kalziumkarbonats aus übersättigter Lösung die erwähnte Zugabe von Salzen dreiwertiger Metallionen in Kombination mit einer mehrstündigen Verweilzeit im Flockungs- und Sedimentationssystem benutzt hat. Aber auch hierbei kann es vor allem bei niedrigen Temperaturen um oder unter 5°C vorkommen, dass auch bei Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter und gut durchmischter Reaktionsstufen die Reaktion unvollständig bleibt und von der Ausfällung nicht erfasstes Kalziumkarbonat sich in nachgeschalteten Anlageteilen oder Rohrleitungen abscheidet.