DE102017009538A1

DE102017009538A1 - Method of testing a water treatment plant

Info

Publication number: DE102017009538A1
Application number: DE102017009538.8A
Authority: DE
Inventors: Timo Watzelt; Jeldrik Moritz; Elke Reifer; Sven Fiebing
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-10-14
Also published as: DE102017009538B4

Abstract

Das neue Verfahren zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage soll derart ausgebildet sein, dass reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden.
Hierzu weist das Verfahren folgende Schritte auf:
a) Zubereitung eines Testwassers aus einem Rohwasser, derart, dass das Rohwasser ein entionisiertes Wasser oder ein Wasser aus einer Trink- oder Brauchwasserleitung ist,
b) Zumischung von 10 bis 1000 mg/l Feststoff-Partikeln dem Rohwasser, derart, dass die Feststoff-Partikel 5 bis 50 Gewichts-% Kaolinit-Partikel und 30 bis 90 Gewichts-% Quarz-Partikel aufweisen, und dass die zugemischten Feststoff-Partikel eine vorgegebene Partikelgrößenverteilung aufweist,
c) Verwendung des nach den Schritten a) und b) erhaltenen Testwassers zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage.

The new method for testing a water treatment plant should be designed such that reproducible results are obtained.
For this purpose, the method has the following steps:
a) preparation of a test water from a raw water, such that the raw water is a deionized water or a water from a drinking or service water line,
b) adding 10 to 1000 mg / l of solid particles to the raw water, such that the solid particles have 5 to 50% by weight of kaolinite particles and 30 to 90% by weight of quartz particles, and that the admixed solid particles Particle has a predetermined particle size distribution,
c) using the test water obtained according to steps a) and b) for testing a water treatment plant.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage mit Hilfe eines Testwassers.The invention relates to a method for testing a water treatment plant with the aid of a test water.

Mobile Trinkwasseraufbereitungsanlagen müssen nach DIN 2001-3 mit einem Oberflächenwasser, welches Trübungswerte in der Größenordnung von 40 NTU aufweist, ohne Leistungseinbußen betrieben werden können. Des Weiteren müssen sie auch, jedoch unter Leistungseinbußen, bei Trübungswerten von bis zu 200 NTU funktionsfähig bleiben. Die natürliche Trübung wird bei Oberflächenwässern in der Regel durch Feststoff-Partikel gebildet.Mobile drinking water treatment plants need to DIN 2001-3 with a surface water having turbidity values of the order of 40 NTU, can be operated without sacrificing performance. Furthermore, they must also remain functional at turbidity levels of up to 200 NTU, albeit under reduced performance. Natural turbidity in surface waters is usually formed by solid particles.

Abseits des Gebietes der Verfahren zum Testen von Wasseraufbereitungsanlagen ist es bekannt (Autor: Gertrud Katarina Osman-Sigg; Dissertation an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich der Nr. 6986 und des Titels: „KOLLOIDALE UND SUSPENDIERTE TEILCHEN IN NATÜRLICHEN GEWÄSSERN; PARTIKELGRÖßENVERTEILUNG UND NATÜRLICHE KOAGULATION IM ZÜRICHSSEE“; 1982), dass die Anzahl der Partikel in Abhängigkeit des Durchmessers durch folgende Exponentialgleichung beschrieben werden kann: $Δ N (d_{p}) / Δ d_{p} = A \cdot d_{p}^{- m}$

ΔN(d_p) =: Anzahl Partikel mit Durchmesser zwischen d_p und d_p + Δd_p pro cm³
d_p =: Partikeldurchmesser (µm)
A =: Konstante der Partikelgrößenverteilung

Aside from the field of methods for testing water treatment plants, it is known (author: Gertrud Katarina Osman-Sigg, Dissertation at the Swiss Federal Institute of Technology, No. 6986 and the title: "COLLOIDAL AND SUSPENDED PARTICLES IN NATURAL WATERS, PARTICULAR SIZE DISTRIBUTION AND NATURAL COAGULATION IN ZÜRICHSSEE "; 1982), that the number of particles can be described by the following exponential equation, depending on the diameter:

Δ N (d_{p}) / Δ d_{p} = A \cdot d_{p}^{- m}

ΔN (d _p ) =: Number of particles with diameter between d _p and d _p + Δd _p per cm ³
d _p =: Particle diameter (μm)
A =: Constant of particle size distribution

Die doppelt-logarithmische Darstellung von ΔN(d_p)/Δd_p versus d_p ergibt unabhängig von der totalen Anzahl der Partikel eine Gerade mit der Steigung m = ca. 3,5, und zwar für alle Seetiefen und zu allen Jahreszeiten (Seite 114 der Dissertation). Die einzige Figur, die sich auf den bekannten Stand der Technik (Seite 8 der Dissertation) bezieht, illustriert dies.The double-logarithmic representation of ΔN (d _p ) / Δd _p versus d _p gives, regardless of the total number of particles, a straight line with the slope m = ca. 3.5, for all sea depths and all seasons (page 114 the dissertation). The only figure which refers to the known state of the art (page 8 of the dissertation) illustrates this.

Abseits des Gebietes der Verfahren zum Testen von Wasseraufbereitungsanlagen ist aus der CN 104 743 710 A ein Verfahren zum landgestützten Testen eines Schiffs-Ballast-Wasser-Managementsystems bekannt. Das bekannte Verfahren umfasst die Schritte: Zubereitung von Testwässern unterschiedlichster Zusammensetzung aus einem Rohwasser, wie zum Beispiel Seewasser oder Leitungswasser, dessen Inhaltsstoffe zuvor analysiert wurden; Zumischung eines Gemisches aus Natriumcitrat und Saccharose zur Einstellung des Gehalts an gelöstem organischen Kohlenstoff; Zumischung eines Gemisches aus Maisstärke und Chitin zur Einstellung des Gehalts an partikulärem organischen Kohlenstoff; Zumischung eines Gemisches aus ultrafeinem körnigen Kaolin und Teststaub zur Einstellung des Gehalts an suspendierten Feststoff-Partikeln.Beyond the field of methods for testing water treatment plants is from the CN 104 743 710 A a method for land based testing of a ship's ballast water management system known. The known method comprises the steps of: preparing test waters of very different composition from a raw water, such as seawater or tap water, whose contents have been previously analyzed; Admixing a mixture of sodium citrate and sucrose to adjust the level of dissolved organic carbon; Admixing a mixture of corn starch and chitin to adjust the level of particulate organic carbon; Admixture of a mixture of ultrafine granular kaolin and test dust to adjust the content of suspended solid particles.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage derart auszubilden, dass reproduzierbare Ergebnisse erhalten werden.The invention is based on the object to form a method for testing a water treatment plant such that reproducible results are obtained.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Das Verfahren zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage weist folgende Schritte auf:

a) Zubereitung eines Testwassers aus einem Rohwasser, derart, dass das Rohwasser ein entionisiertes Wasser oder ein Wasser aus einer Trink- oder Brauchwasserleitung ist,
b) Zumischung von 10 bis 1000 mg/l Feststoff-Partikeln dem Rohwasser, derart, dass die zugemischten Feststoff-Partikel 5 bis 50 Gewichts-% Kaolinit-Partikel und 30 bis 90 Gewichts-% Quarz-Partikel aufweisen, und dass die zugemischten Feststoff-Partikel eine Partikelgrößenverteilung wie folgt aufweisen:
- ◯ mindestens 7 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 1,0 bis kleiner als 3,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 3,0 bis kleiner als 6,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 6,0 bis kleiner als 10,0 µm auf,
- ◯ mindestens 16 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 10,0 bis kleiner als 20,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 20,0 bis kleiner als 30,0 µm auf,
- ◯ mindestens 3 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 30,0 bis kleiner als 40,0 µm auf,
- ◯ mindestens 3 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 40,0 bis kleiner als 70,0 µm auf.
c) Verwendung des nach den Schritten a) und b) erhaltenen Testwassers zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage.

The method for testing a water treatment plant comprises the following steps:

a) preparation of a test water from a raw water, such that the raw water is a deionized water or a water from a drinking or service water line,
b) adding 10 to 1000 mg / l of solid particles to the raw water, such that the admixed solid particles 5 to 50% by weight of kaolinite particles and 30 to 90% by weight of quartz particles, and that the admixed solid Particles have a particle size distribution as follows:
- ◯ at least 7% by weight of the solid particles have a diameter of 1.0 to less than 3.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 3.0 to less than 6.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 6.0 to less than 10.0 μm,
- ◯ at least 16% by weight of the solid particles have a diameter of from 10.0 to less than 20.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of from 20.0 to less than 30.0 μm,
- ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of from 30.0 to less than 40.0 μm,
- ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of 40.0 to less than 70.0 μm.
c) using the test water obtained according to steps a) and b) for testing a water treatment plant.

Die Verwendung des erhaltenen Testwassers zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage ergibt die nachfolgenden Vorteile und Effekte.

• Aufgrund der angegebenen Partikelgrößenverteilung der zugemischten Feststoff-Partikel lässt sich eine natürliche Partikelgrößenverteilung erzielen, so dass das Testwasser aufgrund der angegebenen Partikelgrößenverteilung der zugemischten Feststoff-Partikel eine Partikelgrößenverteilung aufweist, die der eines natürlichen Oberflächengewässers entspricht. Dies ermöglicht eine belastbare Bewertung von Wasseraufbereitungsanlagen.
• Dass Testwasser lässt sich reproduzierbar herstellen. Prüfungen unter Verwendung des Testwassers können reproduzierbar durchgeführt werden.
• Die natürlich vorkommenden Trübungsbelastungen in Oberflächengewässern werden durch eine Zumischung von 10 bis 1000 mg/l Feststoff-Partikeln dem Rohwasser eingestellt.
• Die Feststoff-Partikel weisen 5 bis 50 Gewichts-% Kaolinit-Partikel und 30 bis 90 Gewichts-% Quarz-Partikel auf. Kaolinit-Partikel und Quarz-Partikel stellen Hauptbestandteile der Feststoff-Partikel von natürlichen Oberflächengewässern dar.
• Die suspendierten Feststoff-Partikel des Testwassers sind unlöslich, quellen nicht auf und sorgen dadurch für eine hohe Stabilität der Partikelgrößenverteilung und damit für eine lange Verwendbarkeit des Testwassers.
• Die Vorteile der eingesetzten Kaolinit-Partikel ergeben sich aus den Eigenschaften von Kaolinit: Kaolinit ist ein Tonmineral, welches in natürlichen Gewässern vorkommt. Kaolinit hat im Vergleich zu anderen Tonmineralien im Wasser keine quellenden Eigenschaften. Dadurch bleibt die Partikelgrößenverteilung im Wasser erhalten. Kaolinit verursacht starke Trübungen in natürlichen Oberflächengewässern. Kaolinit hat stark deckende, belegende Eigenschafteten aufgrund der molekularen Plättchenstruktur. Kaolinit ist im Wasser quasi unlöslich, dadurch bleibt die Partikelgrößenverteilung im Wasser erhalten.
• Die Vorteile der eingesetzten Quarz-Partikel ergeben sich aus den Eigenschaften von Quarz: Quarz ist ein Mineral welches in natürlichen Gewässern vorkommt. Quarz hat stark abrasive Eigenschaften, Quarz ist im Wasser schwerstlöslich, dadurch bleibt die Partikelgrößenverteilung im Wasser erhalten.

The use of the obtained test water for testing a water treatment plant gives the following advantages and effects.

Due to the specified particle size distribution of the admixed solid particles, a natural particle size distribution can be achieved, so that the test water has a particle size distribution corresponding to that of a natural surface water due to the stated particle size distribution of the admixed solid particles. This enables a robust assessment of water treatment plants.
• That test water can be produced reproducibly. Tests using the test water can be performed reproducibly.
• The naturally occurring turbidity loads in surface waters are adjusted to the raw water by adding 10 to 1000 mg / l of solid particles.
The solid particles have 5 to 50% by weight of kaolinite particles and 30 to 90% by weight of quartz particles. Kaolinite particles and quartz particles are major constituents of the solid particles of natural surface waters.
• The suspended solid particles of the test water are insoluble, do not swell and thus ensure a high stability of the particle size distribution and thus a long usefulness of the test water.
• The benefits of kaolinite particles are due to the properties of kaolinite: kaolinite is a clay mineral found in natural waters. Kaolinite has no swelling properties in the water compared to other clay minerals. This preserves the particle size distribution in the water. Kaolinite causes severe turbidity in natural surface waters. Kaolinite has strong covering occupancy properties due to the molecular platelet structure. Kaolinite is virtually insoluble in water, thus the particle size distribution in the water is maintained.
• The advantages of the quartz particles used result from the properties of quartz: Quartz is a mineral that occurs in natural waters. Quartz has strong abrasive properties, quartz is highly soluble in water, thus preserving the particle size distribution in the water.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Zubereitung des Testwassers auch folgenden Schritt auf:
Zumischung von Chemikalien, derart, dass folgende Ionen-Konzentrationen erhalten werden:

• 2 bis 400 mg/l Calcium-Ionen,
• 1 bis 1000 mg/l Magnesium-Ionen,
• 1 bis 10000 mg/l Natrium-Ionen.

Calcium-Ionen, Magnesium-Ionen und Natrium-Ionen sind in Oberflächenwässern in diesem Konzentrationsbereich enthalten. Calcium-Ionen und Magnesium-Ionen vernetzen die Feststoff-Partikel miteinander, so dass eine natürliche Flockenbildung ermöglicht wird. Natrium-Ionen schränken die Flockenbildung auf natürliche Weise ein.According to one embodiment of the invention, the preparation of the test water also includes the following step:
Admixing of chemicals such that the following ion concentrations are obtained:

2 to 400 mg / l calcium ions,
1 to 1000 mg / l magnesium ions,
• 1 to 10000 mg / l sodium ions.

Calcium ions, magnesium ions and sodium ions are contained in surface waters in this concentration range. Calcium ions and magnesium ions cross-link the solid particles, allowing natural flocculation. Sodium ions naturally limit flocculation.

• 15 bis 240 mg/l Hydrogencarbonat-Ionen,
• 1 bis 17000 mg/l Chlorid-Ionen,
• 7 bis 3000 mg/l Sulfat-Ionen,
• 0,5 bis 17 mg/l Silicium-Ionen.

Hydrogencarbonat-Ionen, Chlorid-Ionen, Sulfat-Ionen und Silicium-Ionen sind in Oberflächenwässern in diesen Konzentrationsbereichen enthalten. Hydrogencarbonat-Ionen stabilisieren als Puffer den pH-Wert. Silicium-Ionen stabilisieren die Quarzpartikelgrößenverteilung. Durch das Vorhandensein der Silicium-Ionen gehen die Quarzpartikel schlechter in Lösung.
Aufgrund der beiden vorgenannten Ausgestaltungen weist das Testwasser zusammenfassend dargestellt eine natürliche Oberflächenwasserionenkonzentration auf. Die Ionen gewährleisten durch grenzflächenchemische Wechselwirkungen mit den Partikeln, dass sich natürliche Partikelagglomerate ausbilden.According to one embodiment of the invention, the preparation of the test water also includes the following step:
Admixing of chemicals such that the following ion concentrations are obtained:

15 to 240 mg / l of bicarbonate ions,
1 to 17000 mg / l chloride ions,
7 to 3000 mg / l sulphate ions,
• 0.5 to 17 mg / l silicon ions.

Hydrogen carbonate ions, chloride ions, sulfate ions and silicon ions are contained in surface waters in these concentration ranges. Hydrogen carbonate ions stabilize the pH as a buffer. Silicon ions stabilize the quartz particle size distribution. Due to the presence of the silicon ions, the quartz particles are less soluble in solution.
Due to the two aforementioned embodiments, the test water in summary has a natural surface water ion concentration. The ions ensure that natural particle agglomerates are formed by interfacial chemical interactions with the particles.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung werden folgende Chemikalien zur Einstellung der Ionen-Konzentrationen eingesetzt:

• Magnesiumsulfat,
• Magnesiumchlorid,
• Calciumchlorid,
• Calciumcarbonat,
• Natriumoxid,
• Siliciumdioxid,
• Natriumhydrogencarbonat.

Diese Chemikalien zur Herstellung des Testwassers sind einfach und kostengünstig erhältlich.According to one embodiment of the invention, the following chemicals are used to adjust the ion concentrations:

• magnesium sulfate,
• magnesium chloride,
Calcium chloride,
Calcium carbonate,
• sodium oxide,
Silica,
• sodium bicarbonate.

These chemicals for producing the test water are easy and inexpensive to obtain.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beschrieben. Die einzige Figur zeigt, wie bereits aus der Beschreibung des bekannten Standes der Technik hervorgeht, die doppelt-logarithmische Darstellung von ΔN(d_p)/Δd_p versus d_p der bekannten Partikelgrößenverteilungs-Exponentialfunktion: $Δ N (d_{p}) / Δ d_{p} = A \cdot d_{p}^{- m}$

ΔN(d_p) =: Anzahl Partikel mit Durchmesser zwischen d_p und d_p + Δd_p pro cm³
d_p =: Partikeldurchmesser (µm)
A =: Konstante der Partikelgrößenverteilung
m =: Exponent in der Partikelgrößenverteilungs-Exponentialfunktion und zugleich die Steigung in einer doppelt-logarithmische Darstellung von ΔN(d_p)/Δd_p versus d_p

Embodiments of the invention will be described below. The single figure shows how already apparent from the description of the known prior art, the double-logarithmic representation of ΔN (d _p ) / Δd _p versus d _{p of} the known particle size distribution exponential function:

Δ N (d_{p}) / Δ d_{p} = A \cdot d_{p}^{- m}

ΔN (d _p ) =: Number of particles with diameter between d _p and d _p + Δd _p per cm ³
d _p =: Particle diameter (μm)
A =: Constant of particle size distribution
m =: Exponent in the particle size distribution exponential function and at the same time the slope in a double logarithmic representation of ΔN (d _p ) / Δd _p versus d _p

Das grundlegende Verfahren zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage weist die folgenden Schritte auf:

a) Zubereitung eines Testwassers aus einem Rohwasser, derart, dass das Rohwasser ein entionisiertes Wasser oder ein Wasser aus einer Trink- oder Brauchwasserleitung ist.
b) Zumischung von 20 bis 1000 mg/l Feststoff-Partikeln dem Rohwasser, derart, dass die Feststoff-Partikel 40 bis 90 Gewichts-% Kaolinit-Partikel und 10 bis 60 Gewichts-% Quarz-Partikel aufweisen, und dass die zugemischten Feststoff-Partikel eine Partikelgrößenverteilung wie folgt aufweisen:
- ◯ mindestens 7 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 1,0 bis kleiner als 3,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 3,0 bis kleiner als 6,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 6,0 bis kleiner als 10,0 µm auf,
- ◯ mindestens 16 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 10,0 bis kleiner als 20,0 µm auf,
- ◯ mindestens 9 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 20,0 bis kleiner als 30,0 µm auf,
- ◯ mindestens 3 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 30,0 bis kleiner als 40,0 µm auf,
- ◯ mindestens 3 Gewichts-% der Feststoff-Partikel weisen einen Durchmesser von 40,0 bis kleiner als 70,0 µm auf.
c) Verwendung des nach den Schritten a) und b) erhaltenen Testwassers zum Testen einer Wasseraufbereitungsanlage.

The basic procedure for testing a water treatment plant includes the following steps:

a) Preparation of a test water from a raw water, such that the raw water is a deionized water or a water from a drinking or service water pipe.
b) adding 20 to 1000 mg / l of solid particles to the raw water such that the solid particles have 40 to 90% by weight of kaolinite particles and 10 to 60% by weight of quartz particles, and in that the admixed solid particles Particles have a particle size distribution as follows:
- ◯ at least 7% by weight of the solid particles have a diameter of 1.0 to less than 3.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 3.0 to less than 6.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 6.0 to less than 10.0 μm,
- ◯ at least 16% by weight of the solid particles have a diameter of from 10.0 to less than 20.0 μm,
- ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of from 20.0 to less than 30.0 μm,
- ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of from 30.0 to less than 40.0 μm,
- ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of 40.0 to less than 70.0 μm.
c) using the test water obtained according to steps a) and b) for testing a water treatment plant.

Damit das Testwasser eine natürliche Oberflächenwasserionenkonzentration erhält, die natürliche grenzflächenchemische Wechselwirkungen mit den zugemischten Feststoff-Partikeln ergeben, weist die Zubereitung des Testwassers auch folgenden Schritt auf: Zumischung von Chemikalien, derart, dass folgende Ionen-Konzentrationen erhalten werden:

• 2 bis 400 mg/l Calcium-Ionen,
• 1 bis 1000 mg/l Magnesium-Ionen,
• 1 bis 10000 mg/l Natrium-Ionen,
• 15 bis 240 mg/l Hydrogencarbonat-Ionen,
• 1 bis 17000 mg/l Chlorid-Ionen,
• 7 bis 3000 mg/l Sulfat-Ionen,
• 0,5 bis 17 mg/l Silicium-Ionen.

In order for the test water to obtain a natural surface water ion concentration which will give natural interfacial chemical interactions with the admixed solid particles, the preparation of the test water also includes the step of admixing chemicals such that the following ion concentrations are obtained:

2 to 400 mg / l calcium ions,
1 to 1000 mg / l magnesium ions,
1 to 10000 mg / l sodium ions,
15 to 240 mg / l of bicarbonate ions,
1 to 17000 mg / l chloride ions,
7 to 3000 mg / l sulphate ions,
• 0.5 to 17 mg / l silicon ions.

Folgende einfach und kostengünstig erhältliche Chemikalien werden zur Einstellung der Ionen-Konzentrationen eingesetzt:

The following simple and inexpensive chemicals are used to adjust ion concentrations:

Der pH- Wert liegt im Bereich von pH 6,5 bis pH 8,5, weil der pH-Wert von Oberflächenwässern ebenfalls in diesem Bereich liegt und der pH-Wert die Grenzflächenladung der Partikel entscheidend beeinflusst.The pH is in the range of pH 6.5 to pH 8.5, because the pH of surface waters is also in this range and the pH decisively influences the interfacial charge of the particles.

Im Gegensatz zu entionisiertem Rohwasser weist ein Wasser aus der Trink- oder Brauchwasserleitung bereits Ionen auf. Daher müssen weniger Chemikalien zur Einstellung der Ionen-Konzentrationen eingesetzt werden, wenn als Rohwasser ein Wasser aus der Trink- oder Brauchwasserleitung verwendet wird. Allerdings geht die Verwendung von Wasser aus der Trink- oder Brauchwasserleitung zu Lasten der Reproduzierbarkeit.In contrast to deionized raw water, a water from the drinking or service water line already has ions. Therefore, fewer chemicals must be used to adjust ion concentrations when raw water is used in drinking water or service water. However, the use of water from the drinking water or service water at the expense of reproducibility.

Nachfolgend wird dargelegt, wie der Begriff Durchmesser eines Feststoff-Partikel definiert ist: Mit Durchmesser eines Feststoff-Partikels ist der Durchmesser einer Kugel gemeint, die das gleiche Volumen wie das Volumen des Feststoff-Partikels aufweist. The following is a description of how the term diameter of a solid particle is defined: By diameter of a solid particle is meant the diameter of a sphere which has the same volume as the volume of the solid particle.

Nachfolgend werden Verfahrensschritte zur labormäßigen Herstellung von 3 Liter Testwasser beschrieben:

1. Ein 3-Liter-Becherglas wird mit 2 Liter bidestilliertem Wasser aufgefüllt.
2. Das Wasser wird über eine Heizplatte oder ein Kühlbad konstant auf etwa 20 °C gehalten.
3. Mit Hilfe einer Maßanalysenwaage werden 113 mg Calciumcarbonat abgewogen und in das Becherglas überführt.
4. Des Weiteren werden 0,10 ml (100 µl) Natronwasserglas (27 % SiO₂; 8,1 % Na₂O) zugegeben.
5. Die milchige Suspension wird gerührt und solange mit CO₂ begast, bis sich die Leitfähigkeit der Lösung nicht mehr ändert.
6. Zum Becherglas werden 22,4 mg Natriumhydrogencarbonat und 28,5 mg Magnesiumsulfat zugegeben.
7. Die Lösung wird solange gerührt, bis sich die Salze aufgelöst haben.
8. Durch Lufteinblasung wird der pH-Wert auf 7,4 eingestellt.
9. In das Becherglas werden 22,4 mg Magnesiumchlorid und 7 mg Calciumchlorid gefüllt.
10. Die Lösung wird solange gerührt, bis sich die Salze aufgelöst haben.
11. Für ein Testwasser mit einem Trübungswert von 40 FNU werden 100,5 mg „Tonmehl Variante 2“ (Hersteller: KSL Staubtechnik GmbH) und 49,5 mg „Arizona-Staub ISO 12103-1 A4 grob“ zugegeben. Für ein Testwasser mit einem Trübungswert von 200 FNU werden 502,5 mg „Tonmehl Variante 2“ und 247,5 mg „Arizona-Staub ISO 12103-1 A4 grob“ zugegeben. Die Stäube und das Mischungsverhältnis wurden so gewählt, dass sich im suspendierten Zustand eine Partikelgrößenverteilung mit einem Steigungswert m zwischen 4 und 4,5 einstellt. Für das Auswählen der Stäube und die Wahl des Mischungsverhältnisses wurden im Voraus Laborversuche und Mischungsberechnungen durchgeführt.
12. Das Becherglas wird auf drei Liter mit bidestilliertem Wasser aufgefüllt und partikelschonend gerührt, so dass die Partikel gerade noch in Schwebe gehalten werden.

The following describes process steps for the laboratory production of 3 liters of test water:

1. A 3-liter beaker is filled with 2 liters of bidistilled water.
2. The water is held constant at about 20 ° C via a hot plate or a cooling bath.
3. Weigh out 113 mg of calcium carbonate with the aid of a measurement analysis scale and transfer it to the beaker.
4. Furthermore, 0.10 ml (100 μl) of sodium silicate glass (27% SiO ₂ , 8.1% Na ₂ O) are added.
5. The milky suspension is stirred and gassed with CO ₂ until the conductivity of the solution no longer changes.
6. 22.4 mg of sodium bicarbonate and 28.5 mg of magnesium sulfate are added to the beaker.
7. The solution is stirred until the salts have dissolved.
8. Air is injected to adjust the pH to 7.4.
9. The beaker is filled with 22.4 mg of magnesium chloride and 7 mg of calcium chloride.
10. The solution is stirred until the salts have dissolved.
11. For a test water with a turbidity value of 40 FNU, 100.5 mg "Tonmehl Variante 2" (manufacturer: KSL Staubtechnik GmbH) and 49.5 mg "Arizona Staub ISO 12103-1 A4 coarse" are added. For a test water with a turbidity value of 200 FNU, add 502.5 mg "Tonmehl Variante 2" and 247.5 mg "Arizona Staub ISO 12103-1 A4 coarse". The dusts and the mixing ratio were chosen so that in the suspended state a particle size distribution with a gradient value m between 4 and 4.5 is established. For the selection of the dusts and the choice of the mixing ratio, laboratory experiments and mixing calculations were carried out in advance.
12. The beaker is made up to three liters with double-distilled water and stirred particle-gently, so that the particles are just kept in suspension.

Nachfolgend wird eine detaillierte Partikelgrößenverteilung der Feststoff-Partikel von Testwässern angegeben, die vom Ausführungsbeispiel erfüllt wird:

• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von < 1,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 0 - 7,5 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 1,0 bis < 3,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 11 - 23 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 3,0 bis < 6,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 11 - 29 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 6,0 bis < 10,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 11 - 32 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 10,0 bis < 20,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 19 - 41 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 20,0 bis < 30,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 11 - 33 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 30,0 bis < 40,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 5 - 27 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 40,0 bis < 50,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 5 - 23 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 50,0 bis < 60,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 1 - 18 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 60,0 bis < 70,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 1 - 14 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 70,0 bis < 80,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 1 - 12 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 80,0 bis < 90,0 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 1 - 10 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von 90 bis < 100 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 0 - 9 %,
• Feststoff-Partikel mit einem Durchmesser von > 100 µm bilden einen Feststoff-Massenanteil von 0 - 8 %.

The following is a detailed particle size distribution of the solid particles of test waters, which is fulfilled by the embodiment:

Solid particles with a diameter of <1.0 μm form a solids mass fraction of 0 to 7.5%,
Solid particles with a diameter of 1.0 to <3.0 μm form a solids mass fraction of 11 to 23%,
Solid particles with a diameter of 3.0 to <6.0 μm form a solids mass fraction of 11 to 29%,
Solid particles with a diameter of 6.0 to <10.0 μm form a solids mass fraction of 11-32%,
Solid particles with a diameter of 10.0 to <20.0 μm form a solids mass fraction of 19-41%,
Solid particles with a diameter of 20.0 to <30.0 μm form a solids mass fraction of 11-33%,
Solid particles with a diameter of 30.0 to <40.0 μm form a solids mass fraction of 5 to 27%,
Solid particles with a diameter of 40.0 to <50.0 μm form a solids mass fraction of 5 to 23%,
Solid particles with a diameter of 50.0 to <60.0 μm form a solids mass fraction of 1 to 18%,
Solid particles with a diameter of 60.0 to <70.0 μm form a solids mass fraction of 1 to 14%,
Solid particles with a diameter of 70.0 to <80.0 μm form a solids mass fraction of 1 to 12%,
Solid particles with a diameter of 80.0 to <90.0 μm form a solids mass fraction of 1-10%,
Solid particles having a diameter of 90 to <100 μm form a solids mass fraction of 0 to 9%,
• Solid particles with a diameter of> 100 μm form a solids mass fraction of 0 - 8%.

Nachfolgend wird an Hand der Figur (bekannter Stand der Technik) auf den Steigungswert m von natürlichen Partikelgrößenverteilungen in Gewässern eingegangen. Betriebsinterne Untersuchungen und Recherchen führten zu folgenden Aussagen:

• Die Steigung m ist charakteristisch für die Partikelgrößenverteilung.
• In Flüssen bleibt die Partikelgrößenverteilung und daher die Steigung m mit zunehmender oder abnehmender Partikel-Konzentration weitgehend konstant.
• In einem Flusswasser bilden die Partikel im Größenbereich von 1 - 70 µm den überwiegenden Anteil an der Gesamtpartikelmasse. Des Weiteren ist bekannt, dass die Partikel des Durchmessers von 5 - 30 µm den größten Anteil an der Gesamtpartikelmasse bilden.
• Die Partikelgrößenverteilungen in natürlichen Oberflächengewässern mit einer Größenbereich von ca. 1 - 70 µm (Hinweis: unser Anspruch 1) können mit einem Steigungswert m von 2,6 bis 4,5 annäherungsweise beschrieben werden. Das Testwasser gemäß dem Ausführungsbeispiel, das labormäßig hergestellt wurde, weist einen Steigungswert m auf, der im Bereich zwischen 4,0 und 4,5 liegt.

Hereinafter, the slope value m of natural particle size distributions in waters will be discussed with reference to the figure (known prior art). In-house investigations and research led to the following statements:

• The slope m is characteristic of the particle size distribution.
• In rivers, the particle size distribution and therefore the slope m remains largely constant with increasing or decreasing particle concentration.
• In a river water, particles in the size range of 1-70 μm make up the majority of the total particle mass. Furthermore, it is known that the particles of the diameter of 5 - 30 microns form the largest proportion of the total particle mass.
• The particle size distributions in natural surface waters with a size range of approx. 1 - 70 μm (Hint: our claim 1) can be approximately described with a slope value m from 2.6 to 4.5. The test water according to the embodiment, which was produced by laboratory, has a slope value m, which is in the range between 4.0 and 4.5.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN 104743710 A [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 2001-3 [0002]

Claims

Method for testing a water treatment plant, comprising the following steps: a) preparation of a test water from a raw water, such that the raw water is a deionized water or a water from a drinking or service water line, b) adding 10 to 1000 mg / l of solid particles to the raw water, such that the solid particles have 5 to 50% by weight of kaolinite particles and 30 to 90% by weight of quartz particles, and that the admixed solid particles Particles have a particle size distribution as follows: ◯ at least 7% by weight of the solid particles have a diameter of 1.0 to less than 3.0 μm, ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 3.0 to less than 6.0 μm, ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of 6.0 to less than 10.0 μm, ◯ at least 16% by weight of the solid particles have a diameter of from 10.0 to less than 20.0 μm, ◯ at least 9% by weight of the solid particles have a diameter of from 20.0 to less than 30.0 μm, ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of from 30.0 to less than 40.0 μm, ◯ at least 3% by weight of the solid particles have a diameter of 40.0 to less than 70.0 μm. c) using the test water obtained according to steps a) and b) for testing a water treatment plant.

Method according to Claim 1 in which the preparation of the test water also includes the following step: admixture of chemicals such that the following ion concentrations are obtained: • 2 to 400 mg / l calcium ions, • 1 to 1000 mg / l magnesium ions, • 1 to 10000 mg / l sodium ions.

Method according to Claim 2 in which the preparation of the test water also includes the following step: admixing of chemicals such that the following ion concentrations are obtained: • 15 to 240 mg / l of bicarbonate ions, • 1 to 17000 mg / l of chloride ions, • 7 up to 3000 mg / l sulphate ions, • 0.5 to 17 mg / l silicon ions.

Method according to Claim 3 using at least the following chemicals to adjust ion concentrations: • magnesium sulfate, • magnesium chloride, • calcium chloride, • calcium carbonate, • sodium oxide, • silicon dioxide, • sodium bicarbonate.