DE102016106445B4 - Process for treating water - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Behandeln eines sodaalkalischen Wassers zur Abtrennung von Störstoffen, umfassend die Schritte:(a) Bereitstellen des Wassers;(b) Mischen des Wassers mit CO-Gas und wenigstens teilweises Lösen des CO-Gases im Wasser;(c) Mischen des Wassers mit Ca(OH); und(d) wenigstens teilweises Abtrennen oder bis auf unvermeidbare Rückstände vollständiges Abtrennen oder vollständiges Abtrennen eines im resultierenden Gemisch während des Mischens oder nach dem Mischen ausgebildeten Fällungsprodukts aus den Schritten (a) bis (c) mittels Membranfiltration.A method of treating soda-alkaline water to separate contaminants, comprising the steps of: (a) providing the water; (b) mixing the water with CO gas and at least partially dissolving the CO gas in the water; (c) mixing the water with Ca (OH); and (d) at least partially separating or, apart from unavoidable residues, completely separating or completely separating a precipitation product from steps (a) to (c) formed in the resulting mixture during mixing or after mixing by means of membrane filtration.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln eines Wassers im Gebiet der Wasseraufbereitung, beispielsweise bei der Meerwasserentsalzung, bei der Trinkwasseraufbereitung, aber auch bei der Rückgewinnung von Betriebswasser aus Prozessabwasser.The invention relates to a method for treating water in the field of water treatment, for example in sea water desalination, in drinking water treatment, but also in the recovery of process water from process waste water.

DefinitionenDefinitions

Im Rahmen dieser Anmeldung umfasst der Begriff „Wasser“ wenigstens ein Wasser, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: ein Rohwasser, ein Oberflächenwasser, ein Meerwasser, ein Brunnenwasser, ein Quellwasser, ein Trinkwasser, ein Brauwasser, ein zur Herstellung von Lebensmitteln geeignetes Wasser, ein Brauchwasser, ein Prozessabwasser, und ein Retentat einer Umkehrosmose oder einer Membranfiltration. Unter „Rohwasser“ wird vorliegend ein Begriffe „Wasser“ und „Rohwasser“ vorliegend jeweils Wasser verstanden, das vor seiner endgültigen, bestimmungsmäßigen Verwendung einer weiteren Behandlung im Rahmen einer Wasseraufbereitung unterzogen wird, beispielsweise einer Behandlung mittels Filtration, Fällung oder Umkehrosmose. Dabei schließt der Begriff „Rohwasser“ beispielsweise auch ein Retentat aus einer Umkehrosmose oder einer Membranfiltration ein. Ferner schließen die ein Wasser ein, bei dem der Gehalt an Hydrogencarbonat, ausgedrückt in Milliäquivalent/Liter, größer ist als die Gesamthärte, ausgedrückt in Milliäquivalent/Liter. Bei einem solchen Wasser lässt sich mit Calciumhydroxid bzw. Kalkhydrat eine Fällung in hinreichendem Umfang nicht erzielen. Hierunter fallen insbesondere sogenannte sodaalkalische Wässer, welche von den Begriffen „Wasser“ und „Rohwasser“ ebenfalls umfasst sind.In the context of this application, the term “water” comprises at least one water selected from the group consisting of: a raw water, a surface water, a sea water, a well water, a spring water, a drinking water, a brewing water, a water suitable for producing food , a process water, a process waste water, and a retentate of a reverse osmosis or a membrane filtration. In the present case, “raw water” is understood to mean “water” and “raw water” in each case water that is subjected to a further treatment in the context of water treatment, for example a treatment by means of filtration, precipitation or reverse osmosis, before it is finally used as intended. The term “raw water” also includes, for example, a retentate from reverse osmosis or membrane filtration. They also include water in which the hydrogen carbonate content, expressed in milliequivalents / liter, is greater than the total hardness, expressed in milliequivalents / liter. With such water, it is not possible to achieve sufficient precipitation with calcium hydroxide or hydrated lime. This includes in particular so-called soda-alkaline waters, which are also included in the terms "water" and "raw water".

Unter dem Begriff „Störstoff“ werden vorliegend alle oder wenigstens ein Teil derjenigen im Wasser enthaltenen Stoffe verstanden, die zu einem Verblocken von bei der Umkehrosmose eingesetzten osmotischen Membranen und/oder einer Verschlechterung der Qualität eines mittels Umkehrosmose gewonnenen Wassers, beispielsweise durch Durchtritt von Störstoffen durch die Membran auf die Permeatseite, führen können. Zu den Störstoffen zählen insbesondere Calciumcarbonat, Sulfate, Phosphate, organische Verbindungen, aber auch Silikate, Barium und Strontium.In the present case, the term “interfering substance” is understood to mean all or at least some of the substances contained in the water which block the osmotic membranes used in reverse osmosis and / or deteriorate the quality of water obtained by reverse osmosis, for example due to the passage of contaminants the membrane can lead to the permeate side. The contaminants include in particular calcium carbonate, sulfates, phosphates, organic compounds, but also silicates, barium and strontium.

Stand der TechnikState of the art

In Wasseraufbereitungsverfahren, wie beispielsweise Umkehrosmoseverfahren, können Wässer, insbesondere Retentate oder Konzentrate, entstehen, in welchen sich Störstoffe anreichern. Diese können ein Zusetzen bzw. Verblocken von osmotischen Membranen und/oder eine verringerte Ausbeute des Wasseraufbereitungsverfahrens sowie einen hohen Abwasseranfall verursachen. Darüber hinaus steigt der Reinigungsaufwand für die mit den Störstoffen beaufschlagten Membranen, wodurch sich die Betriebs- und Wartungskosten erhöhen. Gegebenenfalls müssen für die Reinigung der Membranen aggressive chemische Reinigungsmittel eingesetzt werden, die für die Haltbarkeit und Funktionssicherheit der Membranen abträglich sein können.In water treatment processes, such as reverse osmosis processes, water, in particular retentates or concentrates, can arise in which contaminants accumulate. These can cause clogging or blocking of osmotic membranes and / or a reduced yield of the water treatment process and a high amount of wastewater. In addition, the cleaning effort for the membranes loaded with the contaminants increases, which increases the operating and maintenance costs. If necessary, aggressive chemical cleaning agents must be used to clean the membranes, which can be detrimental to the durability and functional reliability of the membranes.

Hierzu wurde in der Offenlegungsschrift DE 10 2010 043 711 A1 vorgeschlagen, einem Rohwasserkonzentrat ein erstes Fällungsmittel zugegeben und das mit dem ersten Fällungsmittel versetzte Rohwasserkonzentrat innerhalb einer definierten Verweilzeit bei einem definierten Druck oberhalb des Atmosphärendrucks unter Ablauf einer Fällungsreaktion strömend zu führen. Nach Abtrennung des entstandenen Fällungsprodukts kann das resultierende Rohwasserkonzentrat erneut der Umkehrosmose zugeführt werden. For this purpose, the published patent application DE 10 2010 043 711 A1 proposed adding a first precipitant to a raw water concentrate and flowing the raw water concentrate mixed with the first precipitant within a defined dwell time at a defined pressure above atmospheric pressure while a precipitation reaction was taking place. After the resulting precipitate has been separated off, the resulting raw water concentrate can be returned to reverse osmosis.

Bisweilen können bei den genannten Verfahren jedoch auch Wässer mit bestimmten Störstoffen auftreten, die sich mit den in der Schrift DE 10 2010 043 711 A1 genannten Fällungsmitteln nicht oder nicht hinreichend aus dem jeweiligen Wasser entfernen lassen.Occasionally, however, waters with certain contaminants can occur in the above-mentioned processes, which are in line with those in the document DE 10 2010 043 711 A1 Do not let the precipitants mentioned or not remove them sufficiently from the respective water.

Die DE 601 03 766 T2 beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von saurem Wasser, wie z. B. saures Minenwasser oder saures Kohlenwäschenwasser, welches Sulfationen enthält. In einer ersten Behandlungsstufe wird Calciumcarbonat zum Neutralisieren des Rohwassers zugefügt. In einer zweiten Behandlungsstufe (Kalkbehandlungsstufe) wird Ca(OH)2 und/oder Calciumoxid zugesetzt. In einer dritten Behandlungsstufe wird CO2 zugesetzt.The DE 601 03 766 T2 describes a process for the treatment of acidic water, such as. B. acid mine water or acid coal washing water, which contains sulfate ions. In a first treatment stage, calcium carbonate is added to neutralize the raw water. In a second treatment stage (lime treatment stage) Ca (OH) 2 and / or calcium oxide is added. In a third treatment stage, CO 2 is added.

Aufgabe der Erfindung Object of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Behandeln eines Wassers bereitzustellen, mit dem eine weiter verbesserte Abtrennung von Störstoffen aus dem Wasser erzielt wird.It is an object of the present invention to provide a method for treating a water, with which a further improved separation of impurities from the water is achieved.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the method according to the invention with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Behandeln eines sodaalkalischen Wassers vorgeschlagen, welches die Schritte aufweist:

  1. (a) Bereitstellen des Wassers;
  2. (b) Mischen des Wassers mit CO2-Gas und wenigstens teilweises Lösen des CO2-Gases im Wasser;
  3. (c) Mischen des Wassers mit Ca(OH)2, vorzugsweise in Gestalt einer wässerigen Suspension oder einer wässerigen Lösung oder eines Feststoffs; und
  4. (d) wenigstens teilweises Abtrennen oder bis auf unvermeidbare Rückstände vollständiges Abtrennen oder vollständiges Abtrennen eines im resultierenden Gemisch während des Mischens oder nach dem Mischen ausgebildeten Feststoffes in Form eines Fällungsprodukts aus den Schritten (a) bis (c) mittels Membranfiltration.
According to the invention, a method for treating soda-alkaline water is proposed, which comprises the steps:
  1. (a) providing the water;
  2. (b) mixing the water with CO 2 gas and at least partially dissolving the CO 2 gas in the water;
  3. (c) mixing the water with Ca (OH) 2 , preferably in the form of an aqueous suspension or an aqueous solution or a solid; and
  4. (d) at least partially separating off or, apart from unavoidable residues, completely separating off or completely separating off a solid formed in the resulting mixture during mixing or after mixing in the form of a precipitate from steps (a) to (c) by means of membrane filtration.

Der Erfinder hat gefunden, dass sich durch das Inkontaktbringen des CO2-Gases und des Calciumhydroxids mit dem zu behandelnden Wasser die Abtrennung von Störstoffen aus dem Wasser überraschend weiter verbessern lässt. Dabei steht durch die Anreicherung des zu behandelnden Wassers mit CO2 ein weiterer Reaktionspartner zusätzlich zum Calciumhydroxid zur Verfügung. Dabei wird das CO2 vorzugsweise in einer Menge zugegeben, so dass es sich im zu behandelnden Wasser noch löst. Es wird insbesondere soviel CO2 zugegeben, dass die nachfolgend beschriebene Fällung zusammen mit Calciumhydroxid stattfinden kann.The inventor has found that by bringing the CO 2 gas and the calcium hydroxide into contact with the water to be treated, the removal of contaminants from the water can surprisingly be further improved. By enriching the water to be treated with CO 2, a further reaction partner is available in addition to the calcium hydroxide. The CO 2 is preferably added in an amount so that it still dissolves in the water to be treated. Sufficient CO 2 is added in particular that the precipitation described below can take place together with calcium hydroxide.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist im Schritt (d) eine Abtrennung des ausgebildeten Fällungsprodukts mittels Membranfiltration vorgesehen. Der Einsatz der Membranfiltration hat den Vorteil, dass der bei der vorstehend beschriebenen Fällungsreaktion ausfallende Feststoff bereits in der Größe von sehr kleinen Flocken, den sogenannten Mikroflocken, in Abhängigkeit von den gewählten Porengrößen der Membran zuverlässig vom behandelten Wasser abgetrennt werden kann. Da folglich die Ausbildung von größeren Flocken nicht abgewartet werden muss, kann die Dauer des Verfahrens, insbesondere ab der ersten Zugabe (insbesondere ab Schritt (b) und vor der Abtrennung in Schritt (d)), verkürzt werden.In the method according to the invention, a separation of the precipitate formed by means of membrane filtration is provided in step (d). The use of membrane filtration has the advantage that the solid precipitating in the precipitation reaction described above can be reliably separated from the treated water even in the size of very small flakes, the so-called microflakes, depending on the selected pore sizes of the membrane. Since consequently the formation of larger flakes does not have to be waited for, the duration of the process, in particular from the first addition (in particular from step (b) and before the separation in step (d)), can be shortened.

Gegebenenfalls kann zusätzlich zum CO2-Gas eine Mineralsäure, die aus der Gruppe, bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure oder aus Mischungen derselben, ausgewählt ist, zusammen mit dem Calciumhydroxid zur Abtrennung von Störstoffen aus dem Wasser eingesetzt werden.If necessary, in addition to the CO 2 gas, a mineral acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid or mixtures thereof can be used together with the calcium hydroxide to separate contaminants from the water.

Wird zusätzlich eine Mineralsäure eingesetzt, sind die Mineralsäuren Salzsäure oder Schwefelsäure besonders vorteilhaft, da sie den Vorteil gegenüber den anderen genannten Säuren haben, dass die Gehalte an Phosphat und Nitrat im behandelten Wasser nicht ansteigen.If a mineral acid is additionally used, the mineral acids hydrochloric acid or sulfuric acid are particularly advantageous since they have the advantage over the other acids mentioned that the phosphate and nitrate contents in the treated water do not increase.

Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, vermutet der Erfinder, dass es durch das Zusammenwirken von CO2-Gas und gegebenenfalls Mineralsäure einerseits und Calciumhydroxid andererseits zu einer Ausfällung von Calciumcarbonat im zu behandelnden Wasser kommt. Dabei fällt jedoch nicht nur Calciumcarbonat in Gestalt von Flocken im Wasser aus. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren gelingt es scheinbar, bisher schwer entfernbare Störstoffe, wie beispielsweise Kieselsäure, Phosphat und insbesondere Ba- oder Sr-Ionen, in die Kristallstruktur des Calciumcarbonats einzubetten, wodurch sie der flüssigen Phase des Wassers entzogen werden können. Besonders überraschend ist dabei, in welchem Umfang sich derartige Störstoffe aus dem zu behandelnden Wasser entfernen lassen, was durch den alleinigen Einsatz von Calciumhydroxid bisher in einem solchen Ausmaß nicht gelang. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Behandlung eines Wassers, bei dem die Zugabe von Calciumhydroxid keine oder keine hinreichende Wirkung in Bezug auf die Entfernung bestimmter Störstoffe zeitigte, wie nämlich den sogenannten sodaalkalischen Wässern. Folglich ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Behandeln von sodaalkalischen Wässern, wie vorstehend definiert, vorgesehen.Without wishing to be bound by theory, the inventor suspects that the interaction of CO 2 gas and possibly mineral acid on the one hand and calcium hydroxide on the other hand leads to precipitation of calcium carbonate in the water to be treated. However, calcium carbonate does not only precipitate in the form of flakes in the water. The proposed method apparently succeeds in embedding previously difficult-to-remove contaminants, such as, for example, silica, phosphate and in particular Ba or Sr ions, in the crystal structure of the calcium carbonate, as a result of which they can be removed from the liquid phase of the water. It is particularly surprising to what extent such contaminants can be removed from the water to be treated, which has not been achieved to this extent to date by using calcium hydroxide alone. The method according to the invention is therefore particularly suitable for the treatment of a water in which the addition of calcium hydroxide had no or no sufficient effect with regard to the removal of certain contaminants, such as the so-called soda-alkaline waters. Consequently, the method according to the invention is intended for the treatment of soda-alkaline waters as defined above.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit, einem zu behandelnden Wasser nachteilige Störstoffe besonders effektiv bzw. weitere Störstoffe zu entziehen. Nach Abtrennung des Fällungsprodukts resultiert eine klare Flüssigkeit, in der die vorstehend genannten Störstoffe bis auf unvermeidbare Restkonzentrationen entfernt wurden. Dabei stellen die Restkonzentrationen kein Hindernis für die weitere Verwendung des behandelten Wassers, insbesondere im Bereich der Wasseraufbereitung, dar. With the method according to the invention, it is thus possible to remove harmful contaminants, which are disadvantageous to a water to be treated, particularly effectively or to remove further contaminants. After the precipitation product has been separated off, a clear liquid results, in which the above-mentioned contaminants have been removed to the unavoidable residual concentrations. The residual concentrations are no obstacle to the further use of the treated water, especially in the area of water treatment.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.

So kann das Verfahren ferner den Schritt aufweisen:

  • (e) Zuführen des aus Schritt (d) resultierenden Wassers als Zulauf bzw. Feed zu einer Trennung mittels Umkehrosmose oder einer anderen geeigneten Trennvorrichtung.
The method can further comprise the step:
  • (e) supplying the water resulting from step (d) as feed to a separation by means of reverse osmosis or another suitable separation device.

Durch eine Zuführung des erfindungsgemäß behandelten Wassers als Zulauf zu einer Umkehrosmose wird vorteilhaft ein Verblocken der Membran verhindert oder hinausgezögert. Hierdurch bleibt der Druckverlust an der Membran lange gering, wodurch sich die Betriebszeit verlängert. Zudem wächst die Ausbeute an Permeat, und die Menge an Prozessabwasser verringert sich.A blocking of the membrane is advantageously prevented or delayed by supplying the water treated according to the invention as a feed to a reverse osmosis. As a result, the pressure loss across the membrane remains low for a long time, which extends the operating time. In addition, the yield of permeate increases and the amount of process wastewater decreases.

In anderen Ausgestaltungen kann das erhaltene Wasser auch neben einer Trennung mittels einer hierzu geeigneten Vorrichtung bzw. einer geeigneten Methodik auch auf andere Weise weiterbehandelt oder verwendet werden.In other configurations, the water obtained can also be further processed or used in addition to separation by means of a suitable device or a suitable methodology.

Darüber hinaus kann das Verfahren als Batchverfahren betrieben werden, wobei die Schritte in der Reihenfolge (a), (b), (c), (d) oder (a), (c), (b), (d) durchgeführt werden. Alternativ können die Schritte (b) und (c) zeitgleich nach Schritt (a) und vor Schritt (d) durchgeführt werden.In addition, the process can be operated as a batch process, the steps being carried out in the order (a), (b), (c), (d) or (a), (c), (b), (d). Alternatively, steps (b) and (c) can be carried out simultaneously after step (a) and before step (d).

Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Reihenfolge der Schritte (a), (b), (c), (d) gewählt wird, da in diesem Fall die Löslichkeit des CO2-Gases im zu behandelnden Wasser größer ist, als wenn die Reihenfolge (a), (c), (b), (d) gewählt wird. Zudem wird bei der Reihenfolge der Schritte (a), (b), (c), (d) eine vorzeitige Calciumcarbonat-Ausfüllung, nämlich bevor das gelöste CO2-Gas wirken kann, vermieden.It is particularly advantageous if the sequence of steps (a), (b), (c), (d) is chosen, since in this case the solubility of the CO 2 gas in the water to be treated is greater than if the sequence (a), (c), (b), (d) is selected. In addition, the sequence of steps (a), (b), (c), (d) prevents premature calcium carbonate filling, namely before the dissolved CO 2 gas can act.

Wenn die Schritte (b) und (c) zeitgleich nach Schritt (a) und vor Schritt (d) durchgeführt werden, lässt sich die Verfahrensdauer vorteilhaft verkürzen.If steps (b) and (c) are carried out simultaneously after step (a) and before step (d), the process time can advantageously be shortened.

Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren als kontinuierliches Verfahren betrieben werden, wobei der Schritt (b) an einer ersten Stelle im Strömungsweg des Wassers durchgeführt wird. Ferner wird der Schritt (c) an einer zweiten Stelle im Strömungsweg des Wassers durchgeführt. Dabei ist die erste Stelle stromaufwärts oder stromabwärts zur zweiten Stelle angeordnet ist. Alternativ hierzu sind die erste Stelle und die zweite Stelle auf gleicher Höhe in Bezug auf den Strömungsweg des Wassers angeordnet.Alternatively, the method according to the invention can be operated as a continuous method, step (b) being carried out at a first point in the flow path of the water. Furthermore, step (c) is carried out at a second point in the flow path of the water. The first point is arranged upstream or downstream of the second point. Alternatively, the first point and the second point are arranged at the same level with respect to the flow path of the water.

Hierbei können statt einer zeitlichen Variation der Zugaben gemäß der Schritte (b) und (c) die Zugabestellen für die Reaktionspartner örtlich variiert werden. Dabei ergeben sich dieselben Vorteile, wie vorstehend für das Batchverfahren erläutert.Instead of a time variation of the additions according to steps (b) and (c), the addition points for the reactants can be varied locally. This has the same advantages as explained above for the batch process.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können wenigstens die Schritte (b), (c) und (d) oder alle Schritte des Verfahrens bei Umgebungsdruck oder einem Druck, der geringer als Umgebungsdruck ist, durchgeführt werden.In the method according to the invention, at least steps (b), (c) and (d) or all steps of the method can be carried out at ambient pressure or a pressure which is lower than ambient pressure.

Da das Anlegen eines gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Drucks nicht erforderlich ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren verfahrenstechnisch vereinfacht, da in keinem Verfahrensschritt ein Druck aufgebaut werden muss. Entsprechend sind die anlagentechnischen Voraussetzungen gegenüber einem Verfahren, das unter erhöhtem Druck durchgeführt werden muss, geringer. Insbesondere kann auf eine druckstabile Ausführung der zur Durchführung des Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung oder Anlage verzichtet werden.Since it is not necessary to apply a pressure which is higher than the ambient pressure, the method according to the invention is simplified in terms of process technology, since no pressure has to be built up in any method step. The technical requirements for the system are correspondingly lower than for a process that has to be carried out under increased pressure. In particular, a pressure-stable design of the device or system provided for carrying out the method can be dispensed with.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren können zwischen der Durchführung des Schrittes (c) und der Durchführung des Schrittes (d) beispielsweise bis zu 50 Minuten verstreichen. Eine bevorzugte Zeitspanne hierfür liegt bei 5 bis 45 Minuten, insbesondere 5 bis 20 Minuten.In the method according to the invention, up to 50 minutes can elapse, for example, between carrying out step (c) and carrying out step (d). A preferred time period for this is 5 to 45 minutes, in particular 5 to 20 minutes.

Wenn nach der Durchführung des Schrittes (c) eine vorbestimmte Zeitspanne, insbesondere eine der als bevorzugt angegebenen Zeitspannen, abgewartet wird, kann die Fällungsreaktion, beispielsweise in Gestalt einer Flockenbildung, vorteilhaft voranschreiten. Falls die unteren Grenzwerte der angegebenen Zeitspannen unterschritten werden, besteht die Gefahr, dass die unerwünschten Störstoffe nur in einem nicht hinreichenden Ausmaß abgetrennt werden können. Werden dagegen die oberen Grenzwerte der angegebenen Zeiten überschritten, verlängert sich die gesamte Verfahrensdauer, ohne dass eine signifikant größere Menge an Störstoffen abgeschieden wird. If a predetermined period of time, in particular one of the periods specified as preferred, is waited for after the execution of step (c), the precipitation reaction can proceed advantageously, for example in the form of flocculation. If the values fall below the lower limit values, there is a risk that the undesirable contaminants can only be separated to an insufficient extent. If, on the other hand, the upper limit values of the specified times are exceeded, the entire process duration is extended without a significantly larger amount of contaminants being separated.

Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Behandlung eines sodaalkalischen Wassers. Diese Vorrichtung weist wenigstens die folgenden Einrichtungen auf:

  • - eine erste Einrichtung zum Mischen des Wassers mit CO2-Gas;
  • - eine zweite Einrichtung zum Mischen des Wassers mit Ca(OH)2, wobei die zweite Einrichtung vorzugsweise ein Reaktor, insbesondere ein Rührwerksreaktor, ist; und
  • - eine dritte Einrichtung zum wenigstens teilweisen Abtrennen eines Feststoffs aus einem wässerigen Gemisch, wobei die dritte Einrichtung eine Membranfiltrationseinrichtung ist.
The device described below is particularly suitable for carrying out the method according to the invention for treating soda-alkaline water. This device has at least the following devices:
  • - A first device for mixing the water with CO 2 gas;
  • a second device for mixing the water with Ca (OH) 2 , the second device preferably being a reactor, in particular an agitator reactor; and
  • a third device for at least partially separating a solid from an aqueous mixture, the third device being a membrane filtration device.

Dabei kann die erste Einrichtung jede Einrichtung sein, die geeignet ist, ein Gas in das Wasser einzubringen, beispielsweise eine Injektordüse.The first device can be any device that is suitable for introducing a gas into the water, for example an injector nozzle.

Dabei kann die zweite Einrichtung jede Einrichtung sein, die geeignet ist, die jeweilige Applikationsform des Calciumhydroxids dem Wasser zuzuführen, beispielsweise eine Feststoff- oder Flüssigkeitsdosiereinrichtung.The second device can be any device that is suitable for supplying the respective application form of the calcium hydroxide to the water, for example a solid or liquid metering device.

Die dritte Einrichtung kann beispielsweise ein Mikro- oder Ultrafilter sein.The third device can be, for example, a micro or ultrafilter.

Die Vorrichtung kann ferner eine Umkehrosmose-Einrichtung als eine vierte Einrichtung aufweisen.The device may further include a reverse osmosis device as a fourth device.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Schritte (b) und/oder (c) durch Zugabe des CO2-Gases und gegebenenfalls der Mineralsäure und des Ca(OH)2 zum Wasser in Gestalt einer Inline-Zudosierung realisiert werden.In a further embodiment of the process according to the invention, steps (b) and / or (c) can be carried out by adding the CO 2 gas and, if appropriate, the mineral acid and the Ca (OH) 2 to the water in the form of an inline metering.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach wenigstens einem der Schritte (b) und (c) die jeweils resultierende Mischung homogenisiert werden. Durch den damit verursachten Konzentrationsausgleich innerhalb der Mischung findet eine Vergleichmäßigung der ablaufenden Reaktionen, insbesondere der Fällungsreaktion, statt.In a further embodiment of the process according to the invention, the resulting mixture can be homogenized after at least one of steps (b) and (c). As a result of the concentration equalization within the mixture, the reactions taking place, in particular the precipitation reaction, are evened out.

Das Homogenisieren von Mischungen kann vorzugsweise mittels eines statischen Mischers, eines dynamischen Mischers, insbesondere Strömungsmischers, und/oder eines Mikromischers als einer weiteren Einrichtung erfolgen.The homogenization of mixtures can preferably take place by means of a static mixer, a dynamic mixer, in particular a flow mixer, and / or a micromixer as a further device.

Das Ca(OH)2 kann in Gestalt eines Feststoffs, einer wässerigen Suspension oder einer wässerigen Lösung, vorzugsweise eine gesättigter Lösung, insbesondere in Gestalt einer Kalkmilch, im Schritt (c) verwendet werden.The Ca (OH) 2 can be used in step (c) in the form of a solid, an aqueous suspension or an aqueous solution, preferably a saturated solution, in particular in the form of a milk of lime.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Mischungsverhältnisse des CO2-Gases und gegebenenfalls der Mineralsäure und des Calciumhydroxids können stöchiometrisch oder unstöchiometrisch (unter- bzw. überstöchiometrisch) im Hinblick auf die Fällung von Calciumcarbonat sein.The mixing ratios of the CO 2 gas and optionally the mineral acid and calcium hydroxide used in the process according to the invention can be stoichiometric or non-stoichiometric (under- or over-stoichiometric) with regard to the precipitation of calcium carbonate.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Menge an CO2-Gas und gegebenenfalls der Mineralsäure kann der Fachmann in Abhängigkeit vom zu erzielenden Abreicherungsgrad an Störstoffen und/oder in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Wassers, das als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, experimentell bestimmen.The amount of CO 2 gas and optionally the mineral acid used in the process according to the invention can be determined experimentally by the person skilled in the art depending on the degree of depletion of impurities to be achieved and / or on the composition of the water used as the starting material for the process according to the invention determine.

Es kann vorgesehen sein, dass das jeweilige, vorstehend genannte Fällungsmittel mittels einer Steuereinrichtung, vorzugsweise auf Grundlage einer Messung eines Volumens oder eines Volumenstroms des zu behandelnden Wassers, mengenproportional dosiert wird.It can be provided that the respective above-mentioned precipitant is metered proportionally by means of a control device, preferably on the basis of a measurement of a volume or a volume flow of the water to be treated.

Das Abtrennen gemäß Schritt (d) erfolgt mittels einer Vorrichtung zur Membranfiltration, insbesondere einer Mikro- und/oder Ultrafiltration. Dabei kann die Vorrichtung zur Membranfiltration eine Einrichtung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sein.The separation in step (d) is carried out by means of a device for membrane filtration, in particular a micro- and / or ultrafiltration. The device for membrane filtration can be a device for carrying out the method according to the invention.

Man unterscheidet eine Mikrofiltration und eine Ultrafiltration über den Grad der Abtrennung. Werden Partikel mit der Größe 0,5 bis 0,1 µm abgetrennt, spricht man von Mikrofiltration, sind die ausgefilterten Partikel 0,1 bis 0,01 µm groß, dann bezeichnet man den Filtrationsvorgang als Ultrafiltration.A distinction is made between microfiltration and ultrafiltration based on the degree of separation. If particles with a size of 0.5 to 0.1 µm are separated, one speaks of microfiltration; if the particles that are filtered out are 0.1 to 0.01 µm in size, the filtration process is referred to as ultrafiltration.

Beispiel der ErfindungExample of the invention

In einer beispielhaften Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde CO2 in einem Rohwasser gelöst und anschließend Ca(OH)2 bis zu einem pH-Wert von 12,5 zugegeben. Nach der Abtrennung des entstandenen Feststoffs konnte eine weitgehende Entfernung von Störstoffen erzielt werden, wie die in nachfolgender Tabelle zusammengefassten Analyseergebnisse zeigen: Störstoff Rohwasser erfindungsgemäß behandeltes Wasser Abreicherung Einheit mg/l mg/l Massen-% SiO2 (Summe) 200 30 85 Ba2+ 0,08 < 0,02 > 75 Sr2+ 0,21 0,13 38 PO4 3- 2,7 0,19 93 In an exemplary implementation of the process according to the invention, CO 2 was dissolved in a raw water and then Ca (OH) 2 was added to a pH of 12.5. After the resulting solid had been separated off, it was possible to largely remove contaminants, as the analysis results summarized in the table below show: Contaminant Raw water water treated according to the invention Depletion unit mg / l mg / l Mass% SiO 2 (total) 200 30th 85 Ba 2+ 0.08 <0.02 > 75 Sr 2+ 0.21 0.13 38 PO 4 3- 2.7 0.19 93

Wie die vorstehend dargestellte Tabelle zeigt, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens im dargestellten Beispiel eine Abreicherung der Störstoffe Siliciumdioxid/Kieselsäure, Barium und Phosphat im behandelten Wasser von wenigstens 75 Massen-% oder sogar weit darüber erzielt werden. Selbst bei Strontium kann eine Abreicherung von nahezu 40 Massen-% erreicht werden.As the table shown above shows, by means of the method according to the invention, in the example shown, the contaminants silicon dioxide / silicic acid, barium and phosphate can be depleted in the treated water by at least 75% by mass or even far more. Depletion of almost 40% by mass can be achieved even with strontium.

Claims (7)

Verfahren zum Behandeln eines sodaalkalischen Wassers zur Abtrennung von Störstoffen, umfassend die Schritte: (a) Bereitstellen des Wassers; (b) Mischen des Wassers mit CO2-Gas und wenigstens teilweises Lösen des CO2-Gases im Wasser; (c) Mischen des Wassers mit Ca(OH)2; und (d) wenigstens teilweises Abtrennen oder bis auf unvermeidbare Rückstände vollständiges Abtrennen oder vollständiges Abtrennen eines im resultierenden Gemisch während des Mischens oder nach dem Mischen ausgebildeten Fällungsprodukts aus den Schritten (a) bis (c) mittels Membranfiltration.A method of treating soda-alkaline water to separate contaminants, comprising the steps of: (a) providing the water; (b) mixing the water with CO 2 gas and at least partially dissolving the CO 2 gas in the water; (c) mixing the water with Ca (OH) 2 ; and (d) at least partially separating or, apart from unavoidable residues, completely separating or completely separating a precipitation product from the steps (a) to (c) formed in the resulting mixture during the mixing or after the mixing by means of membrane filtration. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (b) zusätzlich das Mischen mit einer Mineralsäure, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salpetersäure, vorgesehen ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that in step (b) mixing with a mineral acid selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid is additionally provided. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner den Schritt aufweist: (e) Zuführen des aus Schritt (d) resultierenden Wassers als Zulauf zu einer Trennung mittels Umkehrosmose.Procedure according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the method further comprises the step: (e) supplying the water resulting from step (d) as feed to a separation by means of reverse osmosis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als Batchverfahren betrieben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method is operated as a batch process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren als kontinuierliches Verfahren betrieben wird.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the process is operated as a continuous process. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Schritte (b), (c) und (d) oder alle Schritte des Verfahrens bei Umgebungsdruck oder einem Druck, der geringer als Umgebungsdruck ist, durchgeführt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least steps (b), (c) and (d) or all steps of the method are carried out at ambient pressure or a pressure which is lower than ambient pressure. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Durchführung des Schrittes (c) und der Durchführung des Schrittes (d) eine Zeitspanne von 5 bis 45 Minuten, insbesondere 5 bis 20 Minuten, verstreicht.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a period of 5 to 45 minutes, in particular 5 to 20 minutes, elapses between the implementation of step (c) and the implementation of step (d).
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