BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Trinkwasserauibereitungsanlage, mit welcher sich ein unzulässig hoher Nitratgehalt auf einen wahlweise einstellbaren, als gesundheitlich unbedenklich geltenden Wert herabsetzen lässt.
Oekologisches Fehlverhalten hat dazu geführt, dass das Trinkwasser ganzer Regionen einen überhöhten Nitratgehalt aufweist, der als gesundheitsschädigend betrachtet werden muss und insbesondere bei Kleinkindern zur sog. Blausucht führen kann.
Es sind verschiedene Verfahren zur Nitratherabsetzung bereits bekannt, beispielsweise mittels Umkehr-Osmose oder auf biologischem Weg, die aber den Nachteil hoher Investitions- und Betriebskosten aufweisen und teilweise grosse Abwassermengen produzieren und hygienische Folgeprobleme mit sich bringen.
Die Trinkwasseraufbereitungsanlage der Erfindung gibt die Möglichkeit zu einem Nitratherabsetzungs-Verfahren, bei welchem die Problematik bekannter Verfahren wegfällt.
Die erfindungsgemässe Trinkwasseraufbereitungsanlage umfasst mindestens einen zur Aufnahme von Ionenaustauscherharz geeigneten, eingangs- und ausgangsseitig mit Anschlussstutzen und im Innern mit einem zum Tragen der Austauscherharz Füllung geeigneten Siebboden ausgerüsteten Wasserdurchlaufbehälter, einen mit Heizorganen und Thermostat ausgerüsteten Spülwasserbehälter, einen Chemikalien-Vorratsbehälter verbunden mit einer Dosiervorrichtung, die angeschlossen ist an einen mechanisch angetriebenen, in ein über eineFörderpumpe und den Spülwasserbehälter führendes Zirkulationssystem integrierten Wirbler sowie ein System von Rohrleitungen, welches so ausgestaltet ist,
dass es den Wasserzu- und -abfluss und die Zirkulation der Regenerierlösung gewährleistet und zugleich regelt mittels computergesteuerter Absperr- und Dosiervorrichtungen und an einen Computer angeschlossenen Durchfluss Messgeräten.
Damit wird die Möglichkeit gegeben, dass die Durchflussgeschwindigkeit des Rohwassers durch den bzw. die mit dem Austauscherharz beschickten Durchflussbehälter entsprechend dem Rohwasser-Nitratgehalt über computergesteuerte Dosiervorrichtungen so eingestellt wird, dass der Nitratgehalt des austretenden Wassers dem gewählten Soll-Wert entspricht und dass, vorerstunabhängig davon, im Spülwasserbehälter die zum Regenerieren des Austauscherharzes im Durchflussbehälter benötigte Menge Regenerierlösung angesetzt wird, indem aus dem Chemikalien-Vorratsbehälter mittels computergesteuerter Dosiervorrichtung die programmierte Chemikalienmenge in den Wirbler eingespeist und ein geschlossener Kreislauf von Rohwasser über Wirbler,
Pumpe und Spülwasserbehälter in Gang gesetzt und die entsprechende Lösung im Spülwasserbehälter mittels Heizorganen und Thermostat auf die programmierte Optimaltemperatur gebracht wird; dass dann nach Durchfluss der vom Computer aufgrund von Eintritts- und Austritts-Nitratgehalt des Wassers und Nitrataufnahme-Kapazität der Austauscherharz Füllung berechneten und mittels Durchfluss-Messgerät kontrollierten zulässigen Wassermenge der Rohwasserzufluss mittels computergesteuerter Ventilumstellung abgesperrt und der Wasserdurchflussbehälter nach Auslaufenlassen des noch darin befindlichen Wassers dem Regenerierlösungs.Zirkulationssy- stem zugeschaltet, während der vom Computer vorgegebenen Zeit von Regenerierlösung durchströmt,
anschliessend mit Rohwasser von überschüssiger Regenerierlösung und Reaktionsprodukten freigespült und nach Auslaufenlassen des Spülwassers wieder zur Trinkwasserbehandlung eingesetzt wird, währenddem im Spülwasserbehälter nach Entleerung seines verbrauchten Inhaltes eine neue Menge Regenerierlösung angesetzt wird.
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn die Anlage mindestens zwei Wasserdurchlaufbehälter aufweist, wobei Leitungssystem und Absperr- und Dosiervorrichtungen so angeordnet sind, dass sich das Rohwasser wechselweise dem einen oder dem andern Wasserdurchlaufbehälter zuleiten und ein jeweils vom Rohwasserzufluss abgesperrter Wasserdurchlaufbehälter in das Regenerierlösungs-Zirkulationssystem einbeziehen lässt.
Die Vorteile dieser Ausführungsform bestehen darin, dass nach Erschöpfung der Nitrataufnahme-Kapazität eines ersten Wasserdurchlaufbehälters der Rohwasserzufluss einem zweiten Wasserdurchlaufbehälter zugeleitet und das im ersten Wasserdurchlaufbehälter befindliche Austauscherharz während des Rohwasserzuflusses zum zweiten Durchflussbehälter regeneriert und für erneuten Einsatz verfügbar gemacht werden kann, damit mindestens zwei Wasserdurchlaufbehälter abwechslungsweise betrieben werden können.
Zusätzliche Vorteile ergeben sich, wenn am Wasserdurchlaufbehälter bzw. an den Wasserdurchlaufbehältern unten und oben zusätzliche Anschlussstutzen und computergesteuerte Einund Auslassventile für das Durchpressen von Wasser oder Druckluft von unten her vorgesehen sind und die Anlage im gegebenen Fall ein Druckluftgebläse umfasst. Dies erlaubt, zwischen Wasserbehandlungs- und Regenerationsphase eine Austauscherharz-Auflockerungsphase einzuschalten, in der Weise, dass Rohwasser oder Regenerierlösung oder Luft durch den das Austauscherharz tragenden Siebboden nach oben gepresst und oberhalb der Austauscherharz-Füllung weggeführt wird. Mit einer solchen Auflockerung kann einem allmählichen Zusammenbacken der Harzfüllung und einem dadurch beding ten Ansteigen des Durchflusswiderstandes entgegengewirkt werden.
Eine weitere Verbesserung lässt sich erzielen, wenn im Wasserdurchlaufbehälter-Innenraum oberhalb des für die Austauscherharz-Füllung bestimmten Raumabschnitts eine Mehrzahl von für die Einleitung von (je nach Ventilstellung) Rohwasser oder Regenerierlösung bestimmten Austrittsdüsen vorgesehen ist in solcher Anordnung, dass diese Flüssigkeiten gleichmässig über die gesamte Wasserdurchlaufbehälter-Querschnittsfläche verteilt werden können.
Schliesslich kann es, um die Effizienz der Regenerierungsphase zu erhöhen, vorteilhaft sein, im Regenerierlösungs-Zirkulationssystem einen Durchlauferhitzer vorzusehen.
Die Einrichtungen bestehen dementsprechend gemäss Fig. 1 bis 5 im wesentlichen aus einem bis mehreren Wasserdurchlaufbehältern WD, einer Regenerierungs-Anlage mit den zentralen Teilen des Spülwasserbehälters SWD, des Kochsalz- oder Natronlaugenbehälters KSB, sowie Dosier- und Pumpenanlagen. Die Verfahrensabläufe liegen im wesentlichen dann, dass mit Nitrat belastetes Rohwasser durch einen rostfreien Stahl Kunststoff- oder sonst aus geeignetem Material hergestellten Behälter WD durchfliesst. Dieser Behälter ist zu ca. 60-80% seines Gesamtvolumens mit später noch näher beschriebenem Ionenaustauscher-Harz gefüllt. Am Auslauf des Behälters ist jeweils ein kombiniertes Dosier- und Absperrventil, mit welchem die Wasserdurchlaufmenge in einer bestimmten Zeiteinheit eingestellt werden kann.
Das Ionenaustauscher-Harz, im folgenden kurz Ionen-Austauscher oder JA genannt, hat die Eigenschaft, während des Wasserdurchlaufes das Nitrat-Ion an sich zu binden. Je nach Durchlaufgeschwindigkeit und Durchlaufstrecke wird mehr oder weniger Nitrat aus dem Wasser an die JA.gebunden. Je nach der zu bindenden Nitratmenge wird die Grösse respektive die Höhe des WD und die Verweilzeit des Wassers im Bereiche der JA sein.
Die Ionen-Austauscher zur Reduzierung des Nitratgehaltes im Trinkwasser haben folgende Haupteigenschaften: - Gute mechanische Festigkeit; - Basische makroporöse Anionen-Austauscher; - Korngrösse innerhalb von 0,3 bis 1,8 mm; - Schüttgewicht von 650 bis 780 kg pro m3; - Regenerierbar; - Filtrations-Geschwindigkeiten linear bis mindestens 40 rrnh; -Filtrations-Temperaturen von 5 bis 30 0C bei mindestens 95% Leistungseffekt; - Aufladbarkeit mit einem Mittelwert von 30 g Nitrat pro 1 Ionen-Austauscher.
Die Ionen-Austauscher JA haben allgemein die Eigenschaft, dass sie regenerierbar sind, d. h. durch geeignete Massnahmen wieder aktiviert werden können. Im vorliegenden Falle sind es JA, die bei Durchspülen mit 10% Kochsalzlösung oder Natronlaugelösung bei 3040 C, vorzugsweise bei 35 C, das gebundene Nitrat wieder abgeben. Im Anschluss an die Regenerierung der JA wird der WD mit seinen JA noch kurz mit Rohwasser durchgespült und steht dann wieder für den ordentlichen Nitratentzug zur Verfügung.
Durch die Aneinanderreihung mehrerer WD (in Fig. 1 und 5 sind jeweils 3 WD dargestellt), kann so eine praktisch beliebig grosse Rohwassermenge zur Nitrat-Herabsetzung eingesetzt werden. Durch den prinzipiell bescheidenen technischen Aufwand der Anlage und durch die wenigen mechanischen Elemente sind die Anlagen in der Investition sehr günstig und durch ihren mit anderen Verfahren vergleichsweise bescheidenen Energieverbrauch sehr kostengünstig und umweltfreundlich. Dazu trägt bei, dass die Verfahrensschritte inklusive das Regenerieren der JA mit Computersteuerung und Überwachung und somit auch personalmässig sehr kostengünstig arbeiten kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels anlagen- und verfahrensmässig beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Anlagenbeispiel mit drei Wasserdurchlaufbehältern WD und einer einzelnen Regenerierungsanlage mit jeweils mehreren Anschlussstutzen;
Fig. 2 zeigt einen WD mit unten und oben nur je einem Anschlussstutzen am WD.
Der erfindungsmässige Verfahrensablauf gemäss Fig. 1 gestaltet sich demnach wie folgt:
Das Rohwasser gelangt über den Total-Rohwassermengen Messer R5 in die Anlage. Jeder Wasserdurchlaufbehälter WD 1, WD2, WD3 hat einen entsprechenden Rohwassermengen-Messer R1, R2, R3. Das Abschlussventil A4, A5,A6 gibt den Wassereintritt in den entsprechenden WD frei oder schliesst z. B.
bei der Regenerierung der Ionenaustauscher JA, den Rohwassereintritt ab. Unter den Wasserdurchlaufbehältern WD-1, WD2, WD-3 ist der Reinwasserablauf mit dem entsprechenden kombiniertenDosier- und Absperrventil MA-7, MA-8, MA-9.
Das gesamte abfliessende Reinwaser wird mittels Wassermengen-Messer R-7 gemessen. Aus der Mengenanalyse des Nitratgehaltes im Rohwasser und dem gewünschten Rest-Nitratgehalt im Reinwasser wird mittels der Dosier- und Abschlussschieber MA7, MA-8, MA-9, die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers durch die JA festgesetzt.
Im weiteren wird durch den jeweiligen Wassermengen-Messer R1, R2, R3 festgestellt, wenn die im betreffenden WD eingefüllten Ionenaustauscher den Nitratsättigungswert von 30 g Nitrat pro 1 Ionenaustauscher-Menge erreicht haben.
Sobald der zulässige Sättigungswert der JA mit Nitrat erreicht ist, schliesst das jeweilige Einlaufventil ASA5-A6 den Rohwasserzulauf ab und die Dosier- resp. Auslaufventile MA-7, MA-8, MA-9 schliessen verzögert, d. h. bis die errechnete Entleerungsdurchlaufzeit abgeschlossen ist, ebenfalls zu. Anschliessend beginnt für den betreffenden WD die Regenerierungsphase.
Der jeweilige Wasserbehälter WD-1, WD-2, WD-3 hat noch folgende hauptsächliche Merkmale: Die WD sind in einer selbsttragenden Konstruktion aus einem den konstruktiven wie hygienischen Anforderungen voll entsprechenden Material gebaut. Es kann dies als Beispiel rostfreier Stahl oder Kunststoff sein.
Im untersten Teil, je nach Konstruktionsgrösse 50-200 mm über dem WD-Innenboden, ist ein wasser- und luftdurchlässiges Stützgitter SG eingebaut. Dieses Stützgitter SG trägt die Ionenaustauscher-Füllung im WD und erlaubt dem austretenden Wasser einen freien Abfluss, ebenfalls hat es die Aufgabe, die ganzflächige Verteilung der Auflockerungsluft, resp. des Auflockerungswassers zu gewährleisten. Das Stützgitter SG verhindertferner, dass Ionenaustauscher JA mit Reinwasser oder der Regenerierflüssigkeit mitfliessen können.
Jeder WD hat die gemäss Fig. 1 bis 5 dargestellten Armaturen-Anschlüsse und Armaturen für das Rohwasser, das Reinwasser, die Auflockerungs-Druckluft, resp. das Auflockerungswasser und die Regenerierflüssigkeit. Im Bereich des Stützgitters SG ist eine Revisions- resp. Inspektions-Öffnung JAW in Form eines wegnelimbaren oder wegklappbaren Mannlochdeckels angebracht.
Zur Einfüllung der JA in die WD dient die am oberen Ende der Behälter va rschliessbare Einfüllöffnung ES. Aus herstellungs- und verfahrenstechnischen Gründen sind sowohl die WD als auch die SWD und KSB zweckmässigerweise als runde Baukörper hergestellt.
Die Grösse der WD- und zwangsläufig des oder der SWD kann einen Durchmesservon 0,2m bis mehrere Meter und eine Höhe von einem bis mehreren Metern aufweisen. Bei den WD mit grösserem Durchmesser erhalten sowohl die für das Rohwasser als auch für die Regenerierflüssigkeit eintretenden Leitungen das für den entsprechenden Durchmesser erforderliche Verteilsystem wie in Fig. 3 und 4 angedeutet, um alle Punkte des WD gleichmässig zu erreichen. Dabei bedeuten die Fig. 3 und 4 mit AD bezeichnet die Austritts- und Verteildüsen für Rohwasser und Regenerierflüssigkeit.
Die Vorbereitung zur Regenerierung der Ionen-Austauscher JA in den einzelnen WD erfolgt gemäss Fig. 1 nach folgendem Ablauf.
Das Wasser-Einlass-Ventil A7 öffnet sich und die in den Spülwasserbehälter SWD einfliessende Rohwassermenge wird durch den Wassermengen-Messer R4 gemessen. Sobald der Computer festgestellt hat, dass die erforderliche Wassermenge eingeflossen ist, schliesst sich das Einlassventil A7 wieder.
Das Vierweg-Ventil VW1 gibt den Weg Richtung Dreiweg Ventil DV4 frei und sperrt damit den Zulauf von A-9 ab. Der Weg zum Wirbler WR ist dadurch frei. Das Absperrventil A-8 öffnet sich und das Dreiweg-Ventil DV-5 stellt den Weg Richtung Wassermengen-Messer R-6 frei. Das kombinierte Zweiweg- Abschluss- und Rückschlag-Ventil AR öffnet sich. Das Dreiweg Ventil DV-1 nimmt die Position für den Rundlauf Richtung geöffneten Absperrschieber MA-10 und geschlossenen Absperrschieber MA-11 ein. Das Auslaufventil A-9 ist geschlossen. Im SWD werden die Heizstäbe HST zur Erwärmung des Wassers eingeschaltet. Die Wärmemessgeräte WMG lassen die HST so lange in Betrieb bis das Wasser eine Temperatur von 35 0C erreicht hat.
Kühlt sich das Wasser durch die nachfolgende Mischzirkulation ab, schalten die HST jeweils automatisch wieder ein, bis die gewünschte Temperatur von 35 0C wieder erreicht ist. Die WMG sind so geschaltet, dass jeweils einzelne Geräte als Sicherheits-Thermostaten geschaltet sind, die ein Unterschreiten, aber auch ein Überschreiten der Soll-Temperatur um mehr als 3 C anzeigen, resp. alarmmässig den Wasserwerk-Aufseher auf die Störung aufmerksam machen.
Sobald die vorbeschriebenen Wege eingestellt sind und das Wasser die Temperatur von 35 0C erreicht hat, beginnt die Pumpe P zu laufen, der Absperrschieber A-9 wird geöffnet und das Wasser im Spülwasserbehälter SWB beginnt im vorerwähnten Kreislauf zu zirkulieren.
Sobald das Wasser in Zirkulation ist, beginnt der Durchlaufwirbler WR zu laufen und aus dem Behälter KSB wird mittels des Dosiergeräts DAV die im Computerprogramm eingegebene Menge Kochsalz oder Natronlauge volumetrisch gemessen und ausgetragen. Das Kochsalz oder die Natronlauge fällt in den Wirbler WR, wo die Vermischung mit dem Wasser stattfindet.
Die so hergestellte Regenerierflüssigkeit fliesst in den Behälter SWD zurück und daraus heraus in den weiteren Rundlauf, bis vom Computer festgestellt wird, dass die vorprogrammierte Menge Kochsalz resp. Natronlauge fertig zudosiert ist und eine entsprechende Spüllaufzeit den Wirbler WR leergespült hat. Der Absperrschieber A-9 schliesst sich, die Pumpe P stellt ab. Das Dreiweg-Ventil DV-4 stellt den Weg Richtung Dreiweg-Ventil DV-5 und dieses den Weg zum Wassermesser R-6 frei. Sobald dieser interne Mischweg frei ist, öffnet der Abschlussschieber A-9 erneut und die Pumpe P geht wieder in Betrieb.
Die Regenerierflössigkeit zirkuliert in sich selbst so lange s bis sicher ges, ell S ist . dass die Verteilung des Wassers mit dem Kochsalz resp . der Natronlauge vollkommen ist. Diese Zeitdauer wird im Computer vorprogrammiert. Nach Ablauf dieser Zeit schliessen die Absperrschieber A-9 und AR und die Pumpe P stellt ab. Die Regenerierflüssigkeit für die Regeneration einer Füllung Ionen Austauscher eines Wasserdurchlaufbehälters WD ist bereit. Die Temperatur von 35 0C wird dauernd aufrechterhalten. Sobald eine solche Regeneration durchgeführt ist, wird sofort nach > ,;bDchluss derselben wieder eine neue Füllung, wie hier beschrieben ist, neu hervitgesfellt.
Zur Überwachung eines dauernd genügend grossen Vorrates an Kochsalz oder Natronlauge werden im Vorratsbehälter KSB zwei Niveaumelder NM-1 und NM-2 eingebaut. Sobald der Niveaumelder NM-1 leer meldet, wird Dauer- Alarm-1 ausgelöst; es ist dann noch ein genügend grosser Vorratvorhanden, um den Behälter SWD wieder aufzufüllen, ohne dass der Betriebsab- lauf gefährdet ist. Die Einfüllung erfolgt über die Einlauföffnung ES. Ist der Vorrat ergänzt, stellt der Daueralarm wieder ab. Wird nicht nachgefüllt und sobald der zweite Niveaumelder NM-2 leer meldet, wird durch den Computer Dauer-Alarm-2 ausgelöst, damit die Betrriebsleitung schnellstens die Ergänzung des Kochsalz- resp. Natronlaugen-Vorrates durchführen kann. Ist der Vorrat wieder ergänzt, stellt der Alarm automatisch ab.
Dieser letzte Vorrat garantiert immer noch die Durchführung der laufenden und mindest einer weiteren Regenerierungslösung.
Erfolgt in dieser Zeit trotz Daueralarm keine Nachfüllung, stellt sich die Gesamtanlage nach Verbrauch der letzten Regenerierungslösung-Füllung und nachdem WD-1, WD-2, WD-3 nach einer erneuten Regenerierung der Ionenaustauscher verlangt haben, nach und nach, d. h. Wasserdurchlaufbehälter um Was serdurchlaufbehälter, und schliesslich die Gesamtanlage ab.
Aus hygienischen Gründen sind sämtliche Behälter, Armatu ren, Leitungen, Pumpen, Dosiergeräte, Wirbler, Messgeräte usw., d. h. sämtliche Anlageteile, in rostfreier Stahlausführung oder in hygienischer und ablauftechnischer Hinsicht einwandfreier Messing- oder Aluminium-Legierung oder Kunststoffen hergestellt. Alle Schieber und Ventile sind elektrisch oder hydraulisch oder pneumatisch fernsteuerbar mit Steuer- und Rückmeldungs-Kontakten zum Computer ausgerüstet. Der Regenerierungsvorgang der Ionenaustauscher JA selbst, erfolgt gemäss Fig. 1 nach folgendem Ablauf:
Das Absperrventil MA-10 wird geschlossen, MA-1 1 wird geöffnet. Das Vierweg-Ventil VW-1 gibt den Weg zum Dreiweg Ventil DV-4 frei. Der Abschlussschieber A-8 schliesst, das Dreiweg-Ventil DV-5 gibt den Weg zum Wassermengenmesser R-6 frei.
Das Dreiweg-Ventil DV-1 gibt den Weg zum Abschlussschieber MA-6 frei.
Zur Erläuterung des Regenerierungsablaufs wird hier als Beispiel angenommen, dass der WD-2 fällig zur Regenerierung sei. Analog dazu gilt der gleiche Ablauf mit den jeweils erforderlichen Schieber- und Ventilstellungen für den WD-1 und WD-3.
Das Dreiweg-Ventil DV-2 gibt den Weg Richtung Abschlussund Dosier-S chieber MA-5 frei, das Dreiweg-Ventil DV-3 gibt den Weg Richtung WD-2 frei. Der Abschlussschieber MA-4 ist geschlossen. Der Abschlussschieber A-5 schliesst den Rohwasserzulauf ab. Nach vorprogrammierter Entleerungszeit schliesst der Auslauf- Dosier- und Absperr-Schieber MA-8 zu. Die Druckluftventile DLV-2 und DLV-5 öffnen sich. Alle anderen Druckluftventile DLV bleiben geschlossen. Das Druckluftgebläse KP wird eingeschaltet, und die in den WD-2 einströmende Druckluft wird durch das Stützgitter SG über die Fläche des WD verteilt und die Druckluft durchströmt die Ionenaustauscher JA von unten nach oben. Die aus dem WD austretende Luft durchströmt das Rückschlagventil RS-2 und verlässt das System durch den Schalldämpfer SLD.
Das Entlüftungs- und Rückschlag-Ventil RS-1 verhindert das Eindringen von Auflockerungsluft in den Spülwasserbehälter SWD.
Nach Ablauf des vorprogrammierten Zeitablaufes wird die JA-Auflockerung durch den Computer unterbrochen, das Gebläse KP stellt ab und die Ventile DLV-2 und DLV-5 schliessen automatisch.
Wird für die Auflockerung der JA vor der Regenerierung anstelle von Druckluft Regenerierflüssigkeit verwendet, wird gemäss Fig. 5 nach der Pumpe P ein Dreiweg-Ventil RDV-1 eingebaut und anstelle der Druckluftventile DLV-1 bis DLV-6 treten Wasser-Absperr-Schieber. Das Gebläse KP, die Rückschlagklappe RS- und der Schalldämpfer SLD entfallen. Das Entlüftungs- und Rückschlutventil RS-l bleiht jedoch zur freien Entlüftung des SWD bestehen. So wie die Druckluft wird auch die Regenerierflüssigkeit von unten nach oben durch die Ionen Austauscher JA geführt. Anstelle von Druckluftleitungen werden entsprechende Wasserleitungen erstellt. Die Regenerierflüs- sigkeit wird nach dem Auflockerungsvorgang in den SWD zurückgeführt.
Die Ionen-Austauscher-Regenerierung gemäss Fig. 1 erfolgt in der Weise, dass der Weg von der Pumpe P durch Stellung des Vierweg-Ventils VW-1 und des Dreiweg-Ventils DV-4 zum Spülwasserbehälter SWD freigegeben wird. Nach dem Austritt aus dem SWD wird die Laufrichtung der Regenerierflüssigkeit durch die Dreiweg-Ventile DV-1 und DV-2 Richtung DV-3 freigegeben. Das DV-3 gibt den Weg oben in den WD-2 frei. Das Absperr- und Dosier-Ventil MA-6 und MA-5 öffnen sich, das MA-4 bleibt geschlossen. Der Absperrschieber A-2 unter dem WD-2 wird geöffnet, ebenfalls der Abschlussschieber MA- 11, wogegen der Schieber MA-10 geschlossen wird.
Die Pumpe P wird eingeschaltet, der Abschlussschieber A-9 unter dem SWD geöffnet, und die auf 35 0C erwärmte Regenerierflüssigkeit zirkuliert vom SWD in den WD-2 und von dort über den Durchlauferhitzer DE, wo die durch das Durchströmen der JA abgekühlte Regenerierflüssigkeit wieder auf 35 0C aufgeheizt wird. Die Regenerierflüssigkeit zirkuliert so lange im Kreislauf, bis entsprechend der mehr oder wenig starken ursprünglichen Beladung der Ionen-Austauscher JA mit Nitrat, dasselbe den JA entzogen ist. Je nach Örtlichkeit, d. h. der Verseuchung des Wassers mit Nitrat, wird dies bei der ersten Inbetriebsetzung der jeweiligen Anlage analytisch bestimmt und die Zeitdauer der Regenerierung im Computerprogramm festgelegt.
Nach Ablauf der Regenerierungszeit wird das Vierweg-Ventil VW-1 umgelegt, so dass die mit Nitrat beladene Regenerierflüssigkeit gemäss Fig. 1 zum Wassermengen-Messer R-8 läuft und nach diesem je nach Örtlichkeit in eine Kläranlage, zur Verdampfung oder zur Auflösung resp. Neutralisierung geführt wird. Die Pumpe P wird abgestellt; die sich im SWD befindende Resfflüssigkeitfliesst ebenfalls durch den Mengenmesser R-8 aus der Anlage ab.
Nachdem der WD-2 und der DE sich durch die Schwerkraft selbst entleert haben, wird der Abschlussschieber A-5 geöffnet und die JA des WD-2 mit Rohwasser durchgespült, damit auch Reste der Spülflüssigkeit durch den noch offenen Abschlussschieber A-2 aus der Anlage durch den DE und die Pumpe P ausgeschwemmt werden. Nach Abschluss dieser Nachspülzeit schliesst ein weiteres Computersignal den Abschlussschieber A-2, und der WD-2 steht für den ordentlichen Betrieb zum Entzug von Nitrat wieder zur Verfügung und der Abschluss- und Dosierschieber MA-8 öffnet sich nach der vorprogrammierten Zeit für den Normalbetrieb wieder.
In Fig. 2 ist der Auflockerungsprozess der Ionen-Austauscher JA mittels Regenerierflüssigkeit statt mit Druckluft dargestellt.
Dabei sind die Ventile A-5 und MA-8 für Reinwasser- und A-2 für Regenerierflüssigkeits-Zirkulation geschlossen. Das Ventil RDS-2 ist offen und dasDreiweg-Ventil DV-3 mit allen weiteren Instrumenten von WD-3 und SWD sind so gestellt, dass die aus dem WD-2 oben austretende Regenerierflüssigkeit in den SWD zurückfliesst. Im weiteren wird die Regenerierflüssigkeit wie in Fig. 5 dargestellt aus dem SWD über geöffnete Schieber A-9 und MA-10, geschlossene Schieber MA-11 mittels Pumpe P durch Dreiweg-Ventil RDV- 1 zum Dreiweg-Ventil RDV-2 und von dort zum geöffneten Abschlussschieber RDS-2 von unten nach oben durch die Ionen-Austauscher des WD-2 gedrückt und dabei die JA gelockert. Dieser Vorgang dauert je nach Behältergrösse ca. 5-15 min.
Zur Vermeidung von ungewollt angeschwemmten JA durch den Auflockerungsvorgang wird beim Austritt ein entsprechendes, feinmaschiges Sieb Sb zum Zurückhalten der JA im WD eingebaut. Fig. 2 zeigt die Instrumentierung des WD-2 für die Auflockerung der JA inkl. Roh- und Reinwasser, während in Fig. 5 die Hauptströme und Instrumentierung der WD-1, WD-2 und WD-3 für den Auflockerungsvorgang der JA und den Regenerierungsvorgang selbst darstellen. Fig. 3 und 4 schliesslich zeigen einen WD im Einlaufteil, wobei Fig. 3 im Grundriss die Anordnung der Austrittsdüsen AD für Rohwasser und Regene rierflüssigkeit regelmässig über die gesamte Behältergrundfläche zeigt.
In Fig. 4 wird links über demBehäfterWDdieRohwasser- zufuhr, rechts der Einlauf der Regenerierflüssigkeit abwechslungsweise durch dasselbe Verteilsystem geführt in die Austrittsdüsen AD gezeigt.
Die Auflockerung der JA kann schliesslich anstelle von Druckluft oder Regenerierflüssigkeit auch mit Roh- oder Reinwasser erfolgen. Der Flüssigkeitslauf wird auch in diesen Anwendungsfällen von unten nach oben geführt. Nachdem die Auflok kerungsvorgänge der JA mittels Druckluft und Regenerierflüssigkeit im Detail dargestellt wurde, wird darauf verzichtet, diese analoge Darstellung im Detail wiederzugeben, da sie aus Fig. 1-5 reproduzierbar ist. Jeder Behälter kann, wenn für die einzelne Anlage erforderlich, nach den allgemeinen Regeln der Technik entlüftet werden.
In der Anlage sind überall, wo es sachdienlich ist, zu Revisionszwecken Handabschlussschieber HS eingebaut. Damit können einzelne Instrumente ausgewechselt werden, ohne dass die Gesamtanlage abgestellt werden muss und ohne dass grössere Wassermengen aus dem Aufbereitungssystem austreten können.
Der Gesamtübersicht der Figuren wegen sind die Symbole nur vereinzelt mit HS gekennzeichnet.
DESCRIPTION
The invention relates to a drinking water treatment plant with which an inadmissibly high nitrate content can be reduced to an optionally adjustable value which is considered to be harmless to health.
Ecological misconduct has led to drinking water in entire regions having an excessive nitrate content, which must be regarded as harmful to health and can lead to so-called “blue addiction”, especially in small children.
Various processes for reducing nitrate are already known, for example by means of reverse osmosis or by biological means, but they have the disadvantage of high investment and operating costs and in some cases produce large amounts of waste water and entail hygienic problems.
The drinking water treatment plant of the invention enables a nitrate settling process, in which the problems of known processes are eliminated.
The drinking water treatment plant according to the invention comprises at least one water inlet container suitable for holding ion exchange resin, on the inlet and outlet side with connecting pieces and inside with a sieve tray equipped for carrying the exchanger resin filling, a rinsing water container equipped with heating elements and thermostat, a chemical storage container connected to a dosing device, which is connected to a mechanically driven swirler integrated in a circulation system leading via a feed pump and the rinsing water tank and a system of pipelines which is designed in such a way
that it guarantees the water inflow and outflow and the circulation of the regeneration solution and at the same time regulates it by means of computer-controlled shut-off and dosing devices and flow meters connected to a computer.
This makes it possible for the flow rate of the raw water through the flow container (s) filled with the exchange resin to be adjusted according to the raw water nitrate content via computer-controlled metering devices so that the nitrate content of the escaping water corresponds to the selected target value and that, for the time being, independently of it , the amount of regeneration solution required to regenerate the exchange resin in the flow-through tank is prepared in the rinsing water tank by feeding the programmed amount of chemicals into the vortex from the chemical storage tank by means of computer-controlled dosing device and a closed circuit of raw water via vortex,
Pump and rinse water tank are started and the corresponding solution in the rinse water tank is brought to the programmed optimum temperature by means of heating elements and thermostats; that after the flow of the permissible water quantity calculated by the computer on the basis of the entry and exit nitrate content of the water and the nitrate absorption capacity of the exchanger resin filling and controlled by means of a flow measuring device, the raw water inflow is shut off by means of computer-controlled valve changeover and the water flow container after the water still therein has run out Regeneration solution circulation system switched on, during which time the regeneration solution flows through the computer,
then rinsed free of excess regeneration solution and reaction products with raw water and used again for drinking water treatment after the rinsing water has run out, while a new quantity of regeneration solution is prepared in the rinsing water tank after its used content has been emptied.
The advantages of the invention come into play in particular when the system has at least two water flow containers, the line system and shut-off and metering devices being arranged in such a way that the raw water is alternately fed to one or the other water flow container and a water flow container blocked off from the raw water inflow into the water Regeneration solution circulation system.
The advantages of this embodiment are that after the nitrate absorption capacity of a first water flow container has been exhausted, the raw water inflow is fed to a second water flow container and the exchange resin located in the first water flow container can be regenerated during the raw water inflow to the second flow container and made available for renewed use, so that at least two water flow containers can be operated alternately.
Additional advantages result if additional connection sockets and computer-controlled inlet and outlet valves for pressing water or compressed air from below are provided on the water flow tank or the water flow tanks at the top and bottom, and the system includes a compressed air blower in the given case. This makes it possible to switch on an exchange resin loosening phase between the water treatment and regeneration phase, in such a way that raw water or regeneration solution or air is pressed upwards through the sieve tray carrying the exchange resin and carried away above the exchange resin filling. With such loosening, a gradual caking of the resin filling and a consequent increase in the flow resistance can be counteracted.
A further improvement can be achieved if a plurality of outlet nozzles intended for the introduction of (depending on the valve position) raw water or regeneration solution is provided in the interior of the water flow container interior above the space intended for the exchange resin filling in such an arrangement that these liquids are evenly distributed over the entire water flow container cross-sectional area can be distributed.
Finally, in order to increase the efficiency of the regeneration phase, it may be advantageous to provide a water heater in the regeneration solution circulation system.
1 to 5 essentially consist of one or more water flow tanks WD, a regeneration system with the central parts of the rinsing water tank SWD, the saline or sodium hydroxide solution tank KSB, and metering and pumping systems. The process sequences are essentially such that raw water contaminated with nitrate flows through a stainless steel, plastic or other container WD made of a suitable material. This container is filled to about 60-80% of its total volume with ion exchange resin, which will be described later. At the outlet of the container there is a combined metering and shut-off valve with which the water flow rate can be set in a certain time unit.
The ion exchange resin, hereinafter referred to as ion exchanger or JA, has the property of binding the nitrate ion to itself during the passage of water. Depending on the throughput speed and throughput distance, more or less nitrate from the water is bound to the JA. Depending on the amount of nitrate to be bound, the size or the height of the WD and the residence time of the water will be in the range of YES.
The ion exchangers for reducing the nitrate content in drinking water have the following main properties: - Good mechanical strength; - Basic macroporous anion exchangers; - grain size within 0.3 to 1.8 mm; - bulk density from 650 to 780 kg per m3; - regenerable; - Filtration speeds linear up to at least 40 rrnh; -Filtration temperatures from 5 to 30 0C with at least 95% performance effect; - Rechargeability with an average of 30 g nitrate per 1 ion exchanger.
The ion exchangers JA generally have the property that they can be regenerated, i. H. can be reactivated by suitable measures. In the present case, it is JA that releases the bound nitrate again when rinsed with 10% saline or sodium hydroxide solution at 3040 C, preferably at 35 C. After the regeneration of the JA, the WD is briefly flushed with raw water with its JA and is then available again for proper nitrate removal.
By lining up several WD (3 WD are shown in each of FIGS. 1 and 5), a practically arbitrary amount of raw water can be used to reduce nitrate. Due to the generally modest technical outlay of the system and the few mechanical elements, the systems are very cheap to invest in and, due to their energy consumption, which is comparatively modest with other processes, they are very inexpensive and environmentally friendly. This also means that the process steps, including the regeneration of the YES, can work very cost-effectively with computer control and monitoring and thus also in terms of personnel.
The invention is described below using an exemplary embodiment in terms of system and method.
Fig. 1 shows an example of a system with three water flow tanks WD and a single regeneration system, each with several connecting pieces;
Fig. 2 shows a WD with below and above only one connection piece on the WD.
The process sequence according to the invention according to FIG. 1 is therefore as follows:
The raw water enters the system via the total raw water volume meter R5. Each water flow tank WD 1, WD2, WD3 has a corresponding raw water quantity meter R1, R2, R3. The shut-off valve A4, A5, A6 releases water in the corresponding WD or closes z. B.
when regenerating the ion exchanger YES, the raw water entry. Under the water flow tanks WD-1, WD2, WD-3 is the pure water drain with the corresponding combined metering and shut-off valve MA-7, MA-8, MA-9.
The entire outflowing pure water is measured using a water volume meter R-7. From the quantity analysis of the nitrate content in the raw water and the desired residual nitrate content in the pure water, the flow rate of the water through the JA is determined by means of the metering and closing slide MA7, MA-8, MA-9.
Furthermore, it is determined by the respective water quantity meter R1, R2, R3 when the ion exchangers filled in the WD in question have reached the nitrate saturation value of 30 g of nitrate per 1 quantity of ion exchanger.
As soon as the permissible saturation value of JA with nitrate is reached, the respective inlet valve ASA5-A6 closes the raw water supply and the dosing or. Outlet valves MA-7, MA-8, MA-9 close with a delay, i. H. until the calculated emptying cycle time is also completed. The regeneration phase then begins for the WD in question.
The respective water tank WD-1, WD-2, WD-3 has the following main features: The WD are built in a self-supporting construction from a material that fully meets the structural and hygienic requirements. It can be stainless steel or plastic as an example.
In the lowest part, depending on the construction size 50-200 mm above the WD inner floor, a water and air permeable support grid SG is installed. This support grid SG carries the ion exchanger filling in the WD and allows the escaping water to flow freely. It also has the task of distributing the loosening air over the entire surface. to ensure the loosening water. The support grid SG also prevents ion exchangers JA from flowing with pure water or the regeneration liquid.
Each WD has the fitting connections and fittings for the raw water, the pure water, the loosening compressed air shown in FIGS. 1 to 5, respectively. the loosening water and the regeneration liquid. In the area of the support grid SG there is a revision or Inspection opening JAW in the form of a removable or foldable manhole cover attached.
The filling opening ES, which can be closed at the upper end of the container, is used to fill the JA into the WD. For manufacturing and process engineering reasons, the WD as well as the SWD and KSB are expediently manufactured as round structures.
The size of the WD and necessarily the SWD can have a diameter of 0.2 m to several meters and a height of one to several meters. In the case of the WD with a larger diameter, both the lines entering for the raw water and for the regeneration liquid are given the distribution system required for the corresponding diameter, as indicated in FIGS. 3 and 4, in order to reach all points of the WD evenly. 3 and 4 denote by AD the outlet and distribution nozzles for raw water and regeneration liquid.
The preparation for the regeneration of the ion exchangers JA in the individual WD takes place according to FIG. 1 according to the following sequence.
The water inlet valve A7 opens and the quantity of raw water flowing into the flushing water tank SWD is measured by the water quantity meter R4. As soon as the computer has determined that the required amount of water has flowed in, the inlet valve A7 closes again.
The four-way valve VW1 clears the way in the direction of three-way valve DV4 and thus blocks the inflow from A-9. This clears the way to the WR swirler. The shut-off valve A-8 opens and the three-way valve DV-5 clears the way towards the water flow meter R-6. The combined two-way shut-off and check valve AR opens. The three-way valve DV-1 assumes the position for the rotation towards the open gate valve MA-10 and the closed gate valve MA-11. The outlet valve A-9 is closed. In the SWD, the heating elements HST are switched on to heat the water. The WMG heat meters keep the HST in operation until the water has reached a temperature of 35 0C.
If the water cools down due to the subsequent mixing circulation, the HST automatically switch on again until the desired temperature of 35 0C is reached again. The WMG are switched in such a way that individual devices are switched as safety thermostats, which indicate that the temperature falls below or exceeds the set temperature by more than 3 C, respectively. alert the waterworks supervisor to the malfunction.
As soon as the above-described paths have been set and the water has reached the temperature of 35 ° C., the pump P starts to run, the gate valve A-9 is opened and the water in the flushing water tank SWB begins to circulate in the aforementioned circuit.
As soon as the water is in circulation, the continuous vortex WR begins to run and the amount of table salt or sodium hydroxide solution entered in the computer program is measured volumetrically and discharged from the container KSB using the DAV dosing device. The table salt or caustic soda falls into the swirler WR, where it mixes with the water.
The regeneration liquid produced in this way flows back into the tank SWD and out of it into the further run until it is determined by the computer that the preprogrammed amount of table salt or. Sodium hydroxide solution has been metered in and a corresponding rinsing time has rinsed the Whirler WR empty. Gate valve A-9 closes, pump P switches off. The three-way valve DV-4 clears the way towards the three-way valve DV-5 and this clears the way to the water meter R-6. As soon as this internal mixing path is free, the gate valve A-9 opens again and the pump P starts up again.
The regeneration fluid circulates in itself as long as s until sure s is ell S. that the distribution of the water with the table salt, respectively. the caustic soda is perfect. This period of time is preprogrammed in the computer. After this time the gate valves A-9 and AR close and the pump P switches off. The regeneration liquid for the regeneration of a filling ion exchanger of a water flow tank WD is ready. The temperature of 35 0C is constantly maintained. As soon as such a regeneration has been carried out, a new filling, as described here, is re-peeled out immediately after>,; b.
To monitor a sufficiently large supply of table salt or sodium hydroxide solution, two level sensors NM-1 and NM-2 are installed in the KSB storage container. As soon as the level indicator NM-1 reports empty, permanent alarm 1 is triggered; there is then still a sufficiently large supply to fill up the tank SWD without endangering the operational sequence. The filling takes place via the inlet opening ES. If the stock has been replenished, the permanent alarm is switched off again. If not refilled and as soon as the second level indicator NM-2 reports empty, the computer triggers permanent alarm 2 so that the company management can quickly add the saline or. Can carry out sodium hydroxide solution. If the stock is replenished again, the alarm switches off automatically.
This last supply still guarantees the implementation of the current and at least one further regeneration solution.
If no replenishment takes place during this time despite the permanent alarm, the entire system will turn up after the last replenishment of replenishment solution has been used up and after WD-1, WD-2, WD-3 have requested renewed regeneration of the ion exchanger. H. Water flow tank around water flow tank, and finally the entire system.
For hygienic reasons, all containers, armatures, lines, pumps, dosing devices, whirlers, measuring devices etc., d. H. All parts of the system, made of stainless steel or in a hygienic and technical process, made of perfect brass or aluminum alloy or plastics. All spools and valves can be electrically, hydraulically or pneumatically controlled with control and feedback contacts to the computer. The regeneration process of the ion exchanger JA itself takes place according to FIG. 1 according to the following sequence:
The shut-off valve MA-10 is closed, MA-1 1 is opened. The four-way valve VW-1 clears the way to the three-way valve DV-4. The closing slide A-8 closes, the three-way valve DV-5 clears the way to the water flow meter R-6.
The three-way valve DV-1 clears the way to the end slide MA-6.
To explain the regeneration process, it is assumed here as an example that the WD-2 is due for regeneration. Similarly, the same procedure applies with the slide and valve positions required for the WD-1 and WD-3.
The three-way valve DV-2 clears the way towards the closing and metering slide MA-5, the three-way valve DV-3 clears the way towards WD-2. The closing slide MA-4 is closed. The closing slide A-5 closes the raw water supply. The MA-8 discharge, metering and shut-off slide closes after a pre-programmed emptying time. The compressed air valves DLV-2 and DLV-5 open. All other compressed air valves DLV remain closed. The compressed air blower KP is switched on, and the compressed air flowing into the WD-2 is distributed over the surface of the WD by the support grid SG and the compressed air flows through the ion exchangers JA from bottom to top. The air emerging from the WD flows through the check valve RS-2 and leaves the system through the silencer SLD.
The venting and non-return valve RS-1 prevents loosening air from entering the SWD rinsing water tank.
After the pre-programmed time has elapsed, the YES loosening is interrupted by the computer, the blower KP switches off and the valves DLV-2 and DLV-5 close automatically.
If, instead of compressed air, regeneration fluid is used to loosen the JA before regeneration, a three-way valve RDV-1 is installed after pump P and, instead of compressed air valves DLV-1 to DLV-6, water shut-off valves are used. The KP blower, the RS flap and the SLD silencer are no longer required. However, the bleed and check valve RS-l remains for free bleeding of the SWD. Like the compressed air, the regeneration liquid is led from bottom to top through the ion exchanger YES. Corresponding water pipes are created instead of compressed air pipes. The regeneration liquid is returned to the SWD after the loosening process.
The ion exchanger regeneration according to FIG. 1 takes place in such a way that the path from the pump P is released by the position of the four-way valve VW-1 and the three-way valve DV-4 to the flushing water tank SWD. After exiting the SWD, the direction of the regeneration liquid is released by the three-way valves DV-1 and DV-2 towards DV-3. The DV-3 clears the way up in the WD-2. The shut-off and metering valve MA-6 and MA-5 open, the MA-4 remains closed. The gate valve A-2 under the WD-2 is opened, also the end gate MA-11, whereas the gate valve MA-10 is closed.
The pump P is switched on, the shut-off valve A-9 under the SWD is opened, and the regeneration liquid heated to 35 ° C. circulates from the SWD into the WD-2 and from there via the instantaneous water heater DE, where the regeneration liquid cooled by the flow of the JA again opens up 35 0C is heated. The regeneration liquid continues to circulate until the ion exchanger YES with nitrate is removed from the YES according to the more or less strong original loading. Depending on the location, i.e. H. contamination of the water with nitrate, this is determined analytically when the respective system is started up for the first time and the duration of the regeneration is determined in the computer program.
After the regeneration time has elapsed, the four-way valve VW-1 is flipped so that the regeneration liquid loaded with nitrate according to FIG. 1 runs to the water flow meter R-8 and, depending on the location, into a sewage treatment plant, for evaporation or dissolution or. Neutralization is carried out. The pump P is switched off; the residual liquid in the SWD also flows out of the system through the flow meter R-8.
After the WD-2 and the DE have emptied themselves by gravity, the closing slide A-5 is opened and the YES of the WD-2 is flushed with raw water, so that residues of the flushing liquid through the still open closing slide A-2 from the system be flushed out by the DE and the pump P. After this rinse time has ended, another computer signal closes the slide gate A-2, and the WD-2 is available again for normal operation to remove nitrate and the lock and metering slide valve MA-8 reopens for normal operation after the pre-programmed time .
2 shows the loosening process of the ion exchangers JA by means of regeneration liquid instead of compressed air.
The valves A-5 and MA-8 for pure water and A-2 for regeneration liquid circulation are closed. The valve RDS-2 is open and the three-way valve DV-3 with all other instruments from WD-3 and SWD are set so that the regeneration liquid emerging from the WD-2 flows back into the SWD. Furthermore, as shown in FIG. 5, the regeneration liquid becomes from the SWD via open slide valves A-9 and MA-10, closed slide valve MA-11 by means of pump P through three-way valve RDV-1 to three-way valve RDV-2 and from there to the open end slide RDS-2 from bottom to top through the ion exchangers of the WD-2 and thereby loosened the YES. Depending on the container size, this process takes approx. 5-15 min.
In order to avoid unwanted washed-up YES due to the loosening process, a corresponding, fine-meshed sieve Sb is installed at the outlet to retain the YES in the WD. Fig. 2 shows the instrumentation of the WD-2 for the loosening of the JA including raw and pure water, while in Fig. 5 the main streams and instrumentation of the WD-1, WD-2 and WD-3 for the loosening process of the JA and the Represent regeneration process yourself. 3 and 4 finally show a WD in the inlet part, with FIG. 3 showing the arrangement of the outlet nozzles AD for raw water and regeneration fluid regularly over the entire tank surface.
In FIG. 4, the raw water supply is shown on the left above the tank WD, and the inlet of the regeneration liquid is alternately guided through the same distribution system into the outlet nozzles AD.
The JA can be loosened with raw or pure water instead of compressed air or regeneration liquid. The liquid flow is also guided from bottom to top in these applications. After the Auflok kerungsvorgangs the JA was shown in detail by means of compressed air and regeneration liquid, it will be omitted to reproduce this analog representation in detail, since it is reproducible from Fig. 1-5. If required for the individual system, each tank can be vented according to the general rules of technology.
In the system, wherever it is useful, hand-operated gate valves HS are installed for inspection purposes. This means that individual instruments can be replaced without the entire system having to be shut down and without large amounts of water being able to escape from the treatment system.
For the sake of an overview of the figures, the symbols are only occasionally marked with HS.