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

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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. The object of the invention is to improve a method of the type mentioned with simple means in such a way that the most complete possible reaction and removal of the calcium carbonate is achieved with a sharp reduction in the total treatment time.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens zeitweise dem Wasser vor Durchlaufen der Reaktionsstrecke ein feinverteiltes kristallines Material zufügt. The process according to the invention is characterized in that a finely divided crystalline material is added to the water at least temporarily before passing through the reaction zone.

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. The finely divided crystalline material added acts as a seed material and is able to accelerate the equilibrium in the subsequent reaction zone, so that a sufficiently rapid and complete reaction takes place before the addition of the salts of trivalent metal ions. The finely divided crystalline material, especially calcium carbonate, can be external to the system, e.g. in the form of finely powdered marble or similar minerals. However, it is particularly advantageous and cost-saving if the finely divided crystalline calcium carbonate is obtained from the decarbonization process itself. For this purpose, a portion of the calcium carbonate formed is allowed to settle in or behind the reaction zone, but before the addition of trivalent metal ions, and is returned in the reflux to the beginning of the reaction zone or to the mixing device. Foreign material in the form of powdered marble or the like then only needs to be added at the beginning of the start-up process.

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. The finely divided crystalline material and / or the alkaline compound are preferably mixed into a partial stream of the raw water flowing in and this is then combined with the main stream. In this way, the addition of stoichiometrically precisely dosed and relatively low concentrations corresponding amounts is possible in a particularly advantageous manner. Ca (OH) 2 in the form of lime water (solution) or lime milk (suspension) can in particular be added as an alkaline compound. Another advantageous possibility is to produce Ca (OH) 2 by directly adding CaO (undeleted lime) to the incoming raw water or a partial stream thereof. This saves the previous extinguishing of the burnt lime, the volume of the material to be added is less and the increase in temperature caused by the heat of reaction is quite desirable.

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 Since the method according to the invention ensures a very complete reaction sequence in the reaction zone and thus calcium carbonate deposits in downstream system parts are avoided, it is possible in a further embodiment of the invention that the sedimentation of the 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. The flocculant containing trivalent metal ions is added after passing through a flocculation zone in a high-performance sedimentation device, in particular an inclined plate or tube separator.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of a few exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt ein Fliesschema einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens. 1 shows a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Fig. 2 zeigt das Fliesschema einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens. Fig. 2 shows the flow diagram of a modified embodiment of the method.

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. According to FIG. 1, the raw water flowing in at 1 reaches a mixing cyclone 2, in which it is mixed with lime milk from a container 3 and with finely divided crystalline calcium carbonate, e.g. Marble dust, from a container 4, is mixed. The water then reaches a reaction zone 5 with several, e.g. four reaction stages connected in series, in which it is thoroughly mixed each time. The water then passes into a flocculation zone 6, where a flocculant in the form of one or more salts of trivalent metal ions, in particular FeCb, is added to it from a container 10. If necessary, the flocculant can also be added to the last stage of reaction zone 5. After a sufficient time for flocculation in the flocculation zone 6, the water reaches a sedimentation zone 7, where the flakes settle as sludge, which consists in particular of CaCC> 3, Fe (OH) 3 and optionally Al (OH) 3 and other compounds can. The sludge is drawn off at 8, the softened water runs off at 9 and can optionally be subjected to further purification and treatment stages, e.g. a sand or gravel filter. Flocculation zone 6 and sedimentation zone 7 can be made from pools with special fittings to improve the flow conditions, sedimentation zone 7 also from a high-performance sedimentation unit, e.g. Plate or tube separators, which are operated in cocurrent or countercurrent.

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. It has been shown that the addition of finely divided crystalline CaCCb in amounts of only 5 g / m3, but preferably more, in conjunction with the calcium hydroxide added in concentrations of about 0.5 to 2 g / 1 to a very sharp reduction in Reaction and flocculation times result, so that a complete reaction and flocculation in the system can be achieved even with water in the system for far less than an hour. This is in marked contrast to the previous processes, in which dwell times of many hours and even days can be expected, especially at low temperatures.

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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. In the embodiment according to FIG. 2, only a partial stream 1 of the raw water reaches the mixing cyclone 2, where it is mixed with lime water or milk of lime from the container 3. The main stream 11 of the water is bypassed the mixed cyclone and reunited with the partial stream in the mixed cyclone 12 before it flows through the multi-stage reaction zone 5, the flocculation zone 6 with the addition of the flocculant from the container 10, and the sedimentation zone 7. Even before the addition of the flocculant of 10, calcium carbonate formed in the last stage of the reaction zone 5 (if appropriate also in earlier stages) is drawn off in a sedimented manner and likewise led via line 13 to the mixing cyclone 2. Crystalline calcium carbonate, which originates from the process itself, is thus continuously fed to the partial flow of raw sewage. Only at the beginning can the addition of foreign calcium carbonate, e.g. Marble dust, may be required.

Selbstverständlich kann das Zudosieren in einen abgezweigten Teilstrom des Rohabwassers auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durchgeführt werden. Of course, the metering into a branched partial stream of the raw sewage can also be carried out in the embodiment according to FIG. 1.

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. In a further variant which is possible in both embodiments, solid Ca (OH) 2 or solid CaO (undeleted lime) in finely ground or coarse-grained form is added to the raw cyclone 2 in the mixed cyclone 2 instead of finished lime water or milk of lime. When using solid CaO, the alkaline calcium hydroxide required for the reaction zone only forms in the water. This results in the advantages mentioned above.

Bei beiden Ausführungsformen kann vorteilhafterweise anstelle der Sedimentationszone 7 eine Filtrierzone, beispielsweise ein Kiesbettfilter, vorgesehen sein. In both embodiments, a filtration zone, for example a gravel bed filter, can advantageously be provided instead of the sedimentation zone 7.

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. The reaction line, which in the usual way consists of successively mixed tanks or containers connected in series, can be provided with special devices for removing the calcium carbonate which has precipitated beforehand and is to be returned in the return flow. The reaction zone 5 can also be designed as a high-performance sedimentation unit in the embodiment according to FIG. 2. The return of the calcium carbonate obtained in the process via line 13 enables the fine crystalline calcium carbonate in concentrations of e.g. Add 200 to 500 g / m3 to the raw water, which gives a particularly good and quick equilibrium and complete reaction in reaction zone 5 with residence times of well under an hour, even at low temperatures. While calcium carbonate is the fine crystalline compound preferably added according to the invention, the use of other fine crystalline materials, such as e.g. Silver sand, calcium magnesium carbonate or the like, conceivable.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (11)

621753621753 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. 1. A process for the long-term carbonation of water, in which the calcium compounds contained in the water are converted into CaC03 by adding one or more alkaline compounds as precipitants and then passing through a reaction zone, and this is then sedimented after addition of a flocculant containing trivalent metal ions characterized in that a finely divided crystalline material is added to the water at least temporarily before passing through the reaction zone. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feinverteilte kristalline Material CaC03 ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the finely divided crystalline material is CaC03. 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feinverteilte kristalline Material dem Wasser gleichzeitig mit der alkalisch reagierenden Verbindung zugefügt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the finely divided crystalline material is added to the water simultaneously with the alkaline compound. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das CaCCb in pulveriger Form, z. B. gepulvertem Marmor, zugefügt wird. 4. The method according to claim 2, characterized in that the CaCCb in powdery form, for. B. powdered marble is added. 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. 5. The method according to claim 2, characterized in that CaCCb obtained from the decarbonization process itself by sedimentation before addition of the flocculant is continuously drawn off and admixed to the incoming water in the reflux. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man nicht aus dem Entkarbonisierungsprozess stammendes CaC03 nur am Anfang zum Anfahren zusetzt. 6. The method according to claim 4, characterized in that CaC03 not originating from the decarbonization process is only added at the beginning to start up. 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. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the finely divided crystalline compound and / or the alkaline compound is mixed into a partial stream of the incoming raw water and then combined with the main stream. 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. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that Ca (OH) 2 in the form of lime water or milk of lime or in solid form is added as an alkaline compound. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ca(OH)2 in Konzentrationen von 0,5 bis 2 g/1 zugemischt wird. 9. The method according to claim 7, characterized in that the Ca (OH) 2 is mixed in concentrations of 0.5 to 2 g / 1. 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. 10. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that serves as an alkaline compound Ca (OH) 2, which is generated by adding CaO (undeleted lime) in the inflowing raw water or a partial stream thereof. 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. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the sedimentation takes place after adding the flocculant and passing through a flocculation zone in a high-performance sedimentation device, in particular inclined plate or tube separators or in a filter, in particular gravel filter. 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. Long-term carbonation (in contrast to the rapid decarbonization carried out in a reactor under pressure) is a softening process in which the water contains an alkaline compound to remove its carbonate hardness, usually Ca (OH) 2, optionally NaOH or Na2C03, is admixed, the water then passes through a reaction zone in which the calcium compounds present, in particular the soluble Ca (HCOs) 2, are converted into insoluble CaC03 and this is then added by adding a flocculant containing trivalent metal ions, for example FeCb, is flocculated and sedimented as sludge in a sedimentation stage or can be separated, for example, in a gravel filter. 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. A major problem here is to allow the reaction to proceed to completion within the reaction zone in such a way that all calcium has been converted into calcium carbonate and is then caught by the subsequent flocculation and precipitation. Otherwise, calcium carbonate can be deposited in downstream system parts, pipelines, filters, heaters, etc. In plants for long-term carbonation known to date, a sufficient reaction has only been achieved either by significantly increasing the temperature of the raw water to be decarbonized or by adding the salts of trivalent metal ions in combination with a residence time of several hours in the flocculation to precipitate the calcium carbonate from supersaturated solution - and used sedimentation system. But even here, especially at low temperatures around or below 5 ° C, it can happen that the reaction remains incomplete even when several reaction stages are connected in series and mixed well and calcium carbonate, which has not been recorded, separates out in downstream system parts or pipes.
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