DE102008036899A1 - Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser Download PDF

Info

Publication number
DE102008036899A1
DE102008036899A1 DE200810036899 DE102008036899A DE102008036899A1 DE 102008036899 A1 DE102008036899 A1 DE 102008036899A1 DE 200810036899 DE200810036899 DE 200810036899 DE 102008036899 A DE102008036899 A DE 102008036899A DE 102008036899 A1 DE102008036899 A1 DE 102008036899A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
water
reverse osmosis
treated
electrolytic cell
treatment plant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200810036899
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Christ Water Technology AG
Original Assignee
Christ Water Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Christ Water Technology AG filed Critical Christ Water Technology AG
Priority to DE200810036899 priority Critical patent/DE102008036899A1/de
Priority to PCT/EP2009/005556 priority patent/WO2010012481A1/de
Publication of DE102008036899A1 publication Critical patent/DE102008036899A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/445Ion-selective electrodialysis with bipolar membranes; Water splitting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/58Multistep processes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/4618Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/4618Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water
    • C02F2001/4619Devices therefor; Their operating or servicing for producing "ionised" acidic or basic water only cathodic or alkaline water, e.g. for reducing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/46Apparatus for electrochemical processes
    • C02F2201/461Electrolysis apparatus
    • C02F2201/46105Details relating to the electrolytic devices
    • C02F2201/46115Electrolytic cell with membranes or diaphragms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Herstellung von Reinstwasser, wobei das aufzubereitende Wasser durch eine Umkehrosmosestufe geführt wird und wobei der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers vor Einleitung in die Umkehrosmosestufe mittels mindestens einer Elektrolysezelle erhöht wird, eine Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens, umfassend mindestens eine Umkehrosmoseeinrichtung, der mindestens eine Elektrolysezelle vorgeschaltet ist und die Verwendung einer Elektrolysezelle zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere in einem solchen Verfahren oder in einer solchen Wasseraufbereitungsanlage.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Herstellung von Reinstwasser, und eine Wasseraufbereitungsanlage, die sich insbesondere zur Durchführung eines solchen Verfahrens eignet.
  • Die Aufbereitung von Wasser ist in der heutigen Zeit von stetig steigender Bedeutung, insbesondere im Bereich der Trinkwassergewinnung sowie bei der Herstellung hochreiner Prozeßwässer. Besonders hohe Anforderungen an die Wasserreinheit werden insbesondere im letzteren Fall gestellt, beispielsweise im Falle von Prozeßwässern, die für pharmazeutische Verwendungen oder für Anwendungen in der Halbleiterproduktion vorgesehen sind.
  • Im Zuge der Aufbereitung von Wasser für derartige Anwendungen kommt insbesondere der an sich bekannte Prozeß der Umkehrosmose zum Einsatz. Dabei wird das aufzubereitende Wasser unter Druck entlang einer für Wasser permeablen Membran geführt, wobei Wasser als Permeat durch die Membran hindurchtritt und die meisten Ionen durch die permselektive Membran zurückgehalten werden. Das aufzubereitende Wasser wird so in einen salzarmen Teilstrom (Permeat) und einen salzreichen Teilstrom (Konzentrat) aufgetrennt.
  • Relativ schwierig ist allerdings die Abtrennung nicht-ionischer Verbindungen wie z. B. von Kohlendioxid (CO2). Gelöstes Kohlendioxid steht in wäßriger Lösung stets im Gleichgewicht mit Kohlensäure (H2CO3): H2O + CO2 ↔ H2CO3 H2CO3 ↔ H+ + HCO3 HCO3 ↔ H+ + CO3 2
  • Kohlensäure ist eine zweiprotonige Säure, die ihre Protonen entsprechend in zwei Dissoziationsstufen an Wasser abgeben kann. Die Konzentrationen der drei Kohlensäure-Spezies, also der freien Kohlensäure (H2CO3), des Hydrogencarbonats (HCO3 ) und des Carbonats (CO3 2–) stehen miteinander durch das Massenwirkungsgesetz in einem berechenbaren Zusammenhang. Die Konzentration der H+-Ionen wird durch den pH-Wert ausgedrückt. Bei einem gegebenen pH-Wert ist somit das Mengenverhältnis der unterschiedlichen Spezies zueinander festgelegt. So liegen bei einem pH-Wert von ca. 4 mehr als 99% des gelösten Kohlendioxids als freie Kohlensäure vor. Bei einem pH-Wert von 6,5 liegen etwa gleich viel Kohlensäure und Hydrogencarbonat vor, wobei der Anteil des Carbonats noch weit unter 1% liegt. Etwa bei pH 8,3 liegt der maximale Anteil an Hydrogencarbonat mit ca. 98% vor. Bei einem pH von 10,5 (entspricht dem pKS der zweiten Säurekonstante) liegen gleiche Mengen Hydrogencarbonat und Carbonat sowie ein verschwindend kleiner Anteil an freier Kohlensäure vor.
  • In Rohwasser kann die Konzentration an gelöstem Kohlendioxid je nach Quelle bei wenigen mg/l bis über 20 mg/l liegen. Da gelöstes Kohlendi oxid von den verfügbaren Umkehrosmosemembranen nicht zurückgehalten werden kann, weist das Permeat einer Umkehrosmose stets annähernd den CO2-Gehalt des Rohwassers auf. Aufgrund der beschriebenen Säureeigenschaften des CO2 erfolgt eine pH-Verschiebung des Permeats in den sauren Bereich. Wenn die Leitfähigkeit von Wasser im Zuge einer Aufbereitung, wie sie z. B. in den Pharmazeutischen Regelwerken gefordert ist, auf Werte unterhalb von 2 oder gar auf unterhalb von 1,5 μS/cm reduziert werden soll, so ist der auf das vorhandene Kohlendioxid zurückzuführende Leitfähigkeitsanteil verhältnismäßig groß.
  • Es ist bekannt, zur Entfernung von in Wasser gelöstem CO2 das Wasser mittels Vakuum zu entgasen. Auch das Ausstrippen von CO2 z. B. mittels Luft gehört zum Stand der Technik.
  • Weiterhin kann dem Wasser Lauge (z. B. Natronlauge) zugegeben werden, wodurch gelöstes CO2 in Hydrogencarbonat überführt wird, welches von Membranen für die Umkehrosmose gut zurückgehalten werden kann. Diese Vorgehensweise wird im Hinblick auf den oft recht hohen Chemikalienverbrauch sowie den erforderlichen Umgang mit gefährlicher Lauge als nachteilig angesehen. Außerdem wird in manchen Fällen durch die dadurch bedingte Erhöhung des Salzgehalts die Erreichung einer Produktleitfähigkeit im Bereich von weniger als 2 μS/cm selbst durch ein sich anschließendes mehrstufiges Umkehrosmoseverfahren schwierig. Darüber hinaus ist die Dosierung von Lauge in geringfügig oder nicht gepuffertes Wasser technisch sehr aufwendig. Bei einer zu geringen Dosierung kann das Kohlendioxid nicht in dem erwarteten Maße abgetrennt werden, was eine zu hohe Leitfähigkeit des Permeats zur Folge hat. Bei zu hoher Dosierung kann der Salzgehalt des Permeats derart erhöht werden, daß eine zu hohe Leitfähigkeit aufgrund des Restlaugengehaltes resultiert.
  • Ein weiteres Verfahren zur Entfernung von CO2 ist aus der EP 0 899 239 bekannt. In diesem Dokument ist ein Wasseraufbereitungsverfahren beschrieben, gemäß dem dem aufzubereitenden Wasser vor oder nach einer Osmosestufe gelöstes CO2 vorzugsweise ohne Zugabe von Chemikalien entzogen wird, indem das Wasser entlang einer für CO2 permeablen Wand geführt wird, die ein Reservoir mit einem gegenüber dem CO2-Partialdruck des Wasser geringeren CO2-Partialdruck begrenzt. Gegenüber den klassischen Vorgehensweisen bietet diese Methode zweifelsfrei viele Vorteile. Es werden allerdings hochwertige und teure Membranen benötigt, die für CO2 (und nicht für Wasser) durchlässig sind.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand im wesentlichen darin, eine zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren mindestens gleichwertige technische Lösung zur Entfernung von CO2 aus Wasser bereitzustellen, die technisch einfach realisierbar ist und mit der sich auch bestehende Anlagen gegebenenfalls leicht nachrüsten lassen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die Wasseraufbereitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage finden sich in den Ansprüchen 2 bis 9 sowie 11 bis 14. Daneben ist auch die Verwendung gemäß Anspruch 15 von der vorliegenden Erfindung umfaßt. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zur Herstellung von Reinstwasser das aufzubereitende Wasser durch eine Umkehrosmosestufe geführt. Besonders zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, daß der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers vor Einleitung in die Umkehrosmosestufe mittels mindestens einer Elektrolysezelle erhöht wird.
  • Verwendbare Elektrolysezellen sind im Folgenden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie im Rahmen der erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage beschrieben. Sollten einzelne bevorzugte Merkmale der mindestens einen Elektrolysezelle nur im Zusammenhang mit dem Verfahren oder nur im Zusammenhang mit der Wasseraufbereitungsanlage genannt sein, so sollen sie dennoch jeweils für beide gelten.
  • Besonders bevorzugt wird der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auf einen Wert zwischen 4,3 und 10, bevorzugt zwischen 5,0 und 9, besonders bevorzugt zwischen 6,5 und 8,8, eingestellt. Innerhalb dieses Bereiches ist ein pH-Wert von ca. 8,6 weiter bevorzugt. Wie eingangs ausgeführt, wird durch die Erhöhung des pH-Wertes im Wasser gelöstes CO2 mindestens teilweise in eine ionische Form, insbesondere in Hydrogencarbonat und/oder Carbonat, umgewandelt. Hydrogencarbonat und Carbonat können anschließend leicht in einer nachgeschalteten Umkehrosmosestufe entfernt werden.
  • Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind offensichtlich, so werden weder Zusatzchemikalien noch andere Hilfsmittel wie Strippluft oder Vakuum benötigt. Darüber hinaus kann der erhöhte pH-Wert gegebenenfalls der Bildung von Biofilmen entgegenwirken und so mikrobiologische Probleme in nachgeschalteten Umkehrosmoseanlagen verhindern. Weiterhin ist die beanspruchte technische Lösung sehr einfach zu realisieren, und auch bestehende Wasseraufbereitungsanlage können leicht mit einer Elektrolysezelle nachgerüstet werden.
  • Vorzugsweise wird die mindestens eine Elektrolysezelle bei einer Spannung im Bereich zwischen 5 V und 100 V betrieben.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren können als Elektrolysezellen grundsätzlich solche Zellen eingesetzt werden, wie sie vom Aufbau her bereits aus üblichen Elektromembranverfahren bekannt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bereits sehr gut mit einer relativ einfach aufgebauten Elektrolysezelle durchgeführt werden, die zwischen vorzugsweise flächig ausgebildeten Elektroden eine ionenselektive Membran, z. B. eine übliche monopolare Ionentauschermembran, aufweist. Das aufzubereitende Wasser wird in diesem Fall durch den Kathodenraum (Raum zwischen Kathode und Membran) der Elektrolysezelle geleitet. Vorzugsweise wird durch den Anodenraum (Raum zwischen Anode und Membran) der Elektrolysezelle gleichzeitig ein kationenhaltiger Wasserstrom geleitet, der von dem aufzubereitenden Wasser durch die Membran getrennt ist.
  • Bei dem kationenhaltigen Wasserstrom handelt es sich insbesondere um einen alkaliionenhaltigen Wasserstrom, besonders bevorzugt um einen Wasserstrom mit Natrium- und/oder Kaliumionen.
  • An der Kathode der Elektrolysezelle entstehen in einer elektrochemischen Reaktion aus Wasser OH-Ionen und Wasserstoff, während an der Anode Protonen und Sauerstoff aus Wasser gebildet werden. Der Ladungsausgleich zwischen den beiden elektrochemischen Halbzellen kann dadurch erfolgen, daß z. B. Kationen aus einem alkaliionenhaltigen Wasserstrom durch die Membran in den Kathodenraum mit dem aufzubereitenden Wasser treten können.
  • Die in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Elektrolysezelle kann desweiteren derart ausgestaltet sein, daß sie zwischen den Elekt roden eine mehrschichtige Membrananordnung aufweist. Vorzugsweise bilden benachbarte Membranen dabei Kammern aus, durch die das aufzubereitende Wasser bzw. der kationenhaltige Wasserstrom geführt werden können. Hierfür können sowohl mono- als auch bipolare Membranen verwendet werden, später hierzu noch mehr.
  • An die Beschaffenheit der verwendeten Membranen gibt es keine besonderen Anforderungen. Geeignete ionenselektive Membranen sind dem Fachmann bekannt. Gleiches gilt auch für die vorgenannten bipolaren Membranen. Vorzugsweise sind geeignete bipolare Membranen aus einer Kationentauschermembran, einer Anionentauschermembran und optional aus einer katalytischen Zwischenschicht zur Beschleunigung der Dissoziation von Wasser in Protonen und Hydroxidionen aufgebaut.
  • Als kationenhaltiger Wasserstrom kann im übrigen mit besonderem Vorteil Retentat bzw. Konzentrat aus einer Umkehrosmosestufe, insbesondere aus einer der mindestens einen Elektrolysezelle unmittelbar nachgeschalteten Umkehrosmosestufe, verwendet werden. Somit müssen auch hierfür keinerlei Chemikalien zugegeben werden. Natürlich wäre es aber auch denkbar, den kationenhaltigen Wasserstrom über einen separaten Zulauf einzuspeisen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich in mehrstufigen Wasseraufbereitungsverfahren eingesetzt werden. So kann es bevorzugt sein, daß das aufzubereitende Wasser vor Einleitung in die Elektrolysezelle bereits in mindestens einer vorgeschalteten Umkehrosmosestufe behandelt wurde. Mit anderen Worten, die Anhebung des pH-Werts erfolgt dann zwischen zwei Umkehrosmosestufen.
  • Das aufzubereitende Wasser weist vor Einleitung in die Elektrolysezelle besonders bevorzugt eine Leitfähigkeit zwischen 10 μS/cm und 1000 μS/cm auf.
  • Eine erfindungsgemäße Wasseraufbereitungsanlage dient insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens. Sie umfaßt mindestens eine Umkehrosmoseeinrichtung, welcher mindestens eine Elektrolysezelle vorgeschaltet ist.
  • Wie soeben erwähnt, kann es bevorzugt sein, daß die mindestens eine Elektrolysezelle zwischen zwei Umkehrosmoseeinrichtungen angeordnet ist. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die mindestens eine Elektrolysezelle einer doppelstufigen Umkehrosmoseeinrichtung vorgeschaltet.
  • Die mindestens eine Elektrolysezelle selbst weist bevorzugt eine Sequenz aus mono- und/oder bipolaren Membran auf. Einige Beispiele hierfür finden sich in der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen.
  • Desweiteren ist noch hervorzuheben, daß es sich bei der Elektrolysezelle in besonders bevorzugten Ausführungsformen um eine Rund- bzw. Wickelzelle handeln kann. So können die Elektroden beispielsweise in Form von durchgängigen, flächigen Blechen oder in Form von Gittern oder Netzen um einen im wesentlichen zylindrischen Kern herum angeordnet werden, getrennt durch eine oder mehrere flächige Membranen sowie gegebenenfalls weitere Funktionsteile wie Spacer. Dies ist insbesondere auch denkbar, wenn die Elektrolysezelle zwischen den Elektroden die oben erwähnte Membrananordnung mit Kammern aus benachbarten mono- und/oder bipolaren Membranen aufweist. In diesen Fällen wird das aufzubereitende Wasser durch jeweils jede zweite Kammer geleitet. Durch die dazwischenliegenden Kammern wird z. B. im Gleich- oder im Gegenstrom der kationenhaltige Wasserstrom geführt.
  • Es sei zuletzt noch erwähnt, daß auch die Verwendung einer Elektrolysezelle zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder in einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage, von der vorliegenden Erfindung umfaßt ist.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Hierbei können die einzelnen Merkmale der Erfindung alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die beschriebenen Ausführungsformen dienen zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keinster Weise einschränkend zu verstehen.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt eine Prinzipskizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt schematisch den Aufbau einer möglichen Ausführungsform einer Elektrolysezelle zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder in einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage.
  • 3 illustriert eine mögliche Platzierung einer Elektrolysezelle in einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage.
  • 4 zeigt eine Darstellung der Anteile von CO2, HCO3 , CO32 als Funktion des pH-Wertes.
  • Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich gut anhand von 1 erklären. Die schematisch dargestellte Elektrolysezelle weist eine Kathode und eine Anode auf. Zwischen den beiden Elektroden ist die Membran K angeordnet, es handelt sich dabei um eine Kationentauschermembran. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ohne weiteres möglich, diese Membran z. B. durch eine andere ionenselektive Membran zu ersetzen. Beim Anlegen ausreichend hoher elektrischer Spannung kommt es an den Elektroden zur Wasserzersetzung. An der Kathode bilden sich dabei Wasserstoff und OH-Ionen, an der Anode bilden sich Sauerstoff und Protonen. Das aufzubereitende Wasser wird durch den Kathodenraum (der Raum zwischen der Kathode und der Membran K) geleitet, während durch den Anodenraum (Raum zwischen der Anode und der Membran K) ein kationenhaltiger Wasserstrom, hier ein natriumionenhaltiger Wasserstrom, geleitet wird. Die Membran K ist durchlässig für Natriumionen, so daß ein Ladungsausgleich zwischen den beiden Halbzellen stattfinden kann. Infolgedessen komm es im Kathodenraum zu einer Anreicherung von Natriumhydroxid, wodurch der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers ansteigt. Im Wasser enthaltenes Kohlendioxid wandelt sich dadurch in Hydrogencarbonat um.
  • In 2 ist schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäß bevorzugten Elektrolysezelle, umfassend eine Kathode und eine Anode, dargestellt. Zwischen den Elektroden befinden sich stapelartig angeordnet mehrere Membranen. Dargestellt sind zum einen die bipolaren Membranen B und die Kationentauschermembranen K, wobei die bipolaren Membranen B jeweils durch eine Kationentauschermembran K voneinander getrennt sind und umgekehrt. Benachbarte bipolare Membranen B und Kationentauschermembranen K bilden jeweils eine Kammern aus, durch die das aufzubereitende Wasser sowie der kationenhaltige Wasserstrom geleitet werden können. Für das aufzubereitende Wasser sind die Kammern K1 vorgesehen, während der kationenhaltige Wasserstrom im Gleich- oder Gegenstrom durch die Kammern K2 geleitet wird. Bei der gewählten Ausrichtung der Membranen können Natriu minnen ohne weiteres durch die Kationentauschermembranen in die Kammern K1 eintreten während OH-Ionen, wenn sie einmal in die Kammern K1 gelangt sind, dort „gefangen” sind. Im Ergebnis reichert sich Natronlauge in den Kammern K1 an und der pH-Wert des dort durchgeführten Wassers steigt an, wie gewünscht.
  • Der in 3 dargestellte Ausschnitt des Fließbilds einer erfindungsgemäßen Wasseraufbereitungsanlage umfasst im Wesentlichen zwei Behandlungsabschnitte. In einem ersten Abschnitt wird das aufzubereitende Wasser über mehrere Ionentauscher geführt und so enthärtet. In einem zweiten Abschnitt erfolgt eine Aufreinigung in einem mehrstufigen Umkehrosmosesystem. Den Umkehrosmoseeinrichtungen vorgeschaltet ist eine Elektrolysezelle, in der der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers ausreichend angehoben wird, um im Wasser enthaltenes CO2 in Hydrogencarbonat umzuwandeln. Dieses kann anschließend in den Umkehrosmoseeinrichtungen abgetrennt werden. Ebenfalls dargestellt ist die in der Beschreibung erwähnte Rückführung von Retentat aus den Umkehrosmoseeinrichtungen in die Elektrolysezelle.
  • In 4 sind die Konzentrationen der drei Kohlensäure-Spezies, also der freien Kohlensäure (H2CO3), des Hydrogencarbonats (HCO3 ) und des Carbonats (CO3 2–) in Abhängigkeit des pH-Werts dargestellt. Wie eingangs bereits erwähnt, liegen bei einem pH-Wert von ca. 6,5 etwa gleich viel Kohlensäure und Hydrogencarbonat vor. Bei einem pH-Wert von ca. 8,3 liegt der maximale Anteil an Hydrogencarbonat mit ca. 98% vor.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0899239 [0009]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere zur Herstellung von Reinstwasser, wobei das aufzubereitende Wasser durch eine Umkehrosmosestufe geführt wird und wobei der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers vor Einleitung in die Umkehrosmosestufe mittels mindestens einer Elektrolysezelle erhöht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des aufzubereitenden Wassers auf einen Wert zwischen 5,0 und 9, vorzugsweise zwischen 6,5 und 8,8, insbesondere auf einen Wert von ca. 8,6, erhöht wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrolysezelle bei einer Spannung im Bereich zwischen 5 V und 100 V betrieben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrolysezelle verwendet wird, die zwischen den Elektroden eine mono- oder bipolare Membran aufweist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrolysezelle verwendet wird, die zwischen den Elektroden eine mehrschichtige Membrananordnung mit Kammern gebildet aus benachbarten mono- und/oder bipolaren Membranen aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mindestens eine Elektrolysezelle ein kationenhaltiger, insbesondere alkaliionenhaltiger, Wasserstrom geführt wird, der von dem aufzubereitenden Wasser durch mindestens eine monopolare Membran getrennt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als kationenhaltiger Wasserstrom Retentat aus einer Umkehrosmosestufe, insbesondere aus der der mindestens einen Elektrolysezelle unmittelbar nachgeschalteten Umkehrosmosestufe, verwendet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzubereitende Wasser vor Einleitung in die mindestens eine Elektrolysezelle in mindestens einer vorgeschalteten Umkehrosmosestufe behandelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzubereitende Wasser vor Einleitung in die mindestens eine Elektrolysezelle auf eine Leitfähigkeit zwischen 10 μS/cm und 1000 μS/cm eingestellt wird.
  10. Wasseraufbereitungsanlage, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine Umkehrosmoseeinrichtung, der mindestens eine Elektrolysezelle vorgeschaltet ist.
  11. Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrolysezelle zwischen zwei Umkehrosmoseeinrichtungen angeordnet ist.
  12. Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrolyse zelle einer doppelstufigen Umkehrosmoseeinrichtung vorgeschaltet ist.
  13. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrolysezelle eine Sequenz aus mono- und/oder bipolare Membranen aufweist.
  14. Wasseraufbereitungsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrolysezelle als Wickelzelle ausgebildet ist.
  15. Verwendung einer Elektrolysezelle zur Aufbereitung von Wasser, insbesondere in einem Verfahren oder in einer Wasseraufbereitungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
DE200810036899 2008-08-01 2008-08-01 Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser Withdrawn DE102008036899A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810036899 DE102008036899A1 (de) 2008-08-01 2008-08-01 Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser
PCT/EP2009/005556 WO2010012481A1 (de) 2008-08-01 2009-07-31 Verfahren und anlage zur aufbereitung von wasser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810036899 DE102008036899A1 (de) 2008-08-01 2008-08-01 Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102008036899A1 true DE102008036899A1 (de) 2010-02-04

Family

ID=41138765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200810036899 Withdrawn DE102008036899A1 (de) 2008-08-01 2008-08-01 Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008036899A1 (de)
WO (1) WO2010012481A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010048616A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Manfred Völker Umkehrosmose-Enthärter
DE102011102662A1 (de) * 2011-05-27 2012-11-29 Manfred Völker RO-(Umkehrosmose)Anlage
EP2871164A4 (de) * 2012-07-06 2015-11-04 Nihon Trim Co Ltd Vorrichtung zur herstellung von wasser zur zubereitung eines dialysats
US10159939B2 (en) 2011-05-27 2018-12-25 Vivonic Gmbh Reverse osmosis system
US10246351B2 (en) 2011-09-24 2019-04-02 Vivonic Gmbh Device for producing ultrapure water

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103028592B (zh) * 2012-12-04 2016-08-10 周俊和 一种电解槽大修槽渣回收用水的循环利用方法
DE102020007932A1 (de) * 2020-12-23 2022-06-23 Peter Ott Verfahren zur Herstellung von elektrochemisch modifiziertem Wasser

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0899239A1 (de) 1997-08-28 1999-03-03 Hager + Elsässer GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser durch Umkehrosmose oder Nanofiltration

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3081079B2 (ja) * 1993-04-15 2000-08-28 オルガノ株式会社 脱炭酸装置、及び同装置を組込んだ純水製造装置
JP3460734B2 (ja) * 1994-03-08 2003-10-27 神鋼パンテツク株式会社 純水製造方法及びそのための装置
JPH105760A (ja) * 1996-06-20 1998-01-13 Kurita Water Ind Ltd 淡水化装置
US6071404A (en) * 1998-08-31 2000-06-06 Tsui; Tommy Water treating device
CA2470869A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-14 Zenon Environmental Inc. Water softener and purifier

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0899239A1 (de) 1997-08-28 1999-03-03 Hager + Elsässer GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Aufbereiten von Wasser durch Umkehrosmose oder Nanofiltration

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010048616A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Manfred Völker Umkehrosmose-Enthärter
US9011682B2 (en) 2010-08-27 2015-04-21 Manfred Volker Reverse osmosis device
DE102011102662A1 (de) * 2011-05-27 2012-11-29 Manfred Völker RO-(Umkehrosmose)Anlage
US10099179B2 (en) 2011-05-27 2018-10-16 Vivonic Gmbh Reverse osmosis system
US10159939B2 (en) 2011-05-27 2018-12-25 Vivonic Gmbh Reverse osmosis system
US10246351B2 (en) 2011-09-24 2019-04-02 Vivonic Gmbh Device for producing ultrapure water
EP2871164A4 (de) * 2012-07-06 2015-11-04 Nihon Trim Co Ltd Vorrichtung zur herstellung von wasser zur zubereitung eines dialysats

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010012481A1 (de) 2010-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69828826T2 (de) Entsalzung von wässrigen Strömen durch Elektrodialyse mit gepackten Zellen
DE102009010264B4 (de) Verfahren zur Aufreinigung lithiumhaltiger Abwässer bei der kontinuierlichen Herstellung von Lithiumübergangsmetallphosphaten
DE102008036899A1 (de) Verfahren und Anlage zur Aufbereitung von Wasser
DE60013992T2 (de) Wasseraufspaltungsverfahren mittels Elektrodialyse
DE1792117A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Ionen aus einer Loesung
EP2855373B1 (de) Verfahren und anlage zur aufbereitung von wasser
WO2012041357A1 (de) Verfahren zur herstellung eines desinfektionsmittels auf der basis von hypochloriger säure oder hypochlorit durch elektrochemische aktivierung einer chloridlösung
WO2012062353A1 (de) Verfahren zur nutzung von bei der erzeugung lignozellulosischer faserstoffe anfallendem abwasser
EP3093269B1 (de) Elektrodialytische herstellung von phosphorsäure und vorrichtung
DE102012002590A1 (de) Verfahren zur Behandlung von Prozesswasser aus einem hydrothermalen Karbonisierungsprozess
WO2004096715A1 (de) Vorrichtung zur elektrolytischen und oxidativen behandlung von abwässern, hierbei eingesetzte leitende filtrationsmembranen, deren herstellung sowie verfahren zur behandlung von abwässern mittels dieser anlage und/oder dieser filtrationsmembranen
EP2352702A1 (de) Wasseraufbereitungsverfahren sowie dafür geeignete membrantrennvorrichtung und wasseraufbereitungsanlage
EP2374762B1 (de) Anlage und Verfahren zur Erzeugung einer elektrochemisch aktivierten Lösung
WO2014154407A1 (de) Anlage und verfahren zum separieren von metallen
EP2598446B1 (de) Verfahren und anlage zur aufbereitung von wasser
WO2013068253A1 (de) Verfahren zur neutralisation negativ geladener störstoffe in wässrigen medien
DE102008041164A1 (de) Verfahren zur Aufbereitung von Wasser
DE102004012334A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Metallhydroxiden, insbesondere Lithiumhydroxid
DE102010042444A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Ionen aus Abwässern, insbesondere aus industriellen Prozesswässern
EP0911834B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Abtrennen von Lithium-7 aus dem Primärkühlkreis eines Kernkraftwerks
EP0899239B1 (de) Verfahren zum Aufbereiten von Wasser durch Umkehrosmose oder Nanofiltration
WO2022199909A1 (de) Osmoseverfahren und vorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens
DE102016106445B4 (de) Verfahren zum Behandeln eines Wassers
DD150227A5 (de) Verfahren zur herstellung von alkalimetallhydroxid
DE202021002322U1 (de) Vorrichtung zur Wasseraufbereitung mit Ionenaustauschern und nachgeschalteter Membranentsalzung und Regeneration im Kreislaufverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120301