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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System mit einer Anlage zur Enthärtung von Trinkwasser. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kartusche zur Aufmineralisierung, welche für ein derartiges System ausgebildet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Enthärtungsanlagen, wie sie insbesondere im Haushalt sowie in der Industrie/Gastronomie verwendet werden, umfassen oft einen Ionenaustauscher, welcher mit einer Salzlösung regeneriert wird. Eine derartige Anlage wird beispielsweise von der Anmelderin unter dem Handelsnamen BWT Aqua Perla vertrieben.
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Im Betrieb wird das Eingangswasser über den Ionenaustauscher geleitet. Dabei werden Härtebildner, insbesondere Calcium und Magnesium, gegen Natrium oder Kalium ausgetauscht. Es handelt sich dabei um konzentrationsabhängige Gleichgewichtsreaktionen. Der Ionenaustauscher kann daher, sobald dieser erschöpft ist, mit einer konzentrierten Salzlösung, insbesondere mit einer Kochsalzlösung, regeneriert werden.
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Das mit einer derartigen Anlage enthärtete Wasser hat daher einen relativ hohen Natriumanteil, welcher proportional zur Härte des Eingangswassers ist. Zum Waschen und Reinigen kann derartiges Wasser optimal verwendet werden. Insbesondere werden das Installationssystem sowie Oberflächen in Bad und Küche vor Kalkablagerungen geschützt.
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Natrium ist an sich ein für den Körper notwendiges Element, welches insbesondere den Wasserhaushalt im Körper sowie den Blutdruck reguliert. Auch für die Zellerhaltung sowie die Entstehung und Weiterleitung von Nervenimpulsen ist Natrium von Bedeutung.
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Die empfohlene Obergrenze für den Kochsalzkonsum liegt bei 6 g pro Tag. Der Kochsalzkonsum der Bevölkerung liegt im Mittel aber meist deutlich höher. Grund sind u.a. Fertigprodukte sowie verarbeitete tierische Produkte, wie Wurst- und Käsewaren. Insbesondere bei Risikogruppen, wie Diabetikern oder Menschen mit Nierenerkrankungen, kann eine Überversorgung mit Natrium zu gesundheitlichen Problemen führen. Natrium bindet Wasser im Körper und in den Blutgefäßen, was zu einer Blutdruckerhöhung führen kann. Durch die erhöhte Wasserabgabe über die Nieren kann außerdem Calcium mit ausgeschieden werden, was das Risiko für Osteoporose erhöhen kann.
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Zum Trinken ist das mit vorstehend beschriebener Enthärtungsanlage aufbereitete Wasser daher zumeist nicht optimal.
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Es ist insbesondere auch meist nur unzureichend möglich, die Enthärtungsanlage derart einzustellen, dass noch hinreichend viel Calcium und Magnesium für das Trinkwasser vorhanden ist. Wird der Enthärtungsgrad durch Einstellung eines Verschnittverhältnisses über einen Bypass reduziert, steigt zwar die Menge an Calcium und Magnesium im Wasser, gleichzeitig nimmt aber der Kalkschutz in entsprechendem Maße ab.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest zu reduzieren. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein System bzw. ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser bereitzustellen, mit welchem sich natrium- bzw. kaliumarmes, aber gleichzeitig calcium- oder magnesiumhaltiges Wasser bereitstellen lässt und wobei dennoch ein hinreichender Kalkschutz erzielt werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch ein System sowie ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser und durch eine für das System ausgebildete Kartusche nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.
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Die Erfindung betrifft ein System zur Aufbereitung von Trinkwasser. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System, welches beispielsweise im Haushalt sowie in der Gastronomie zur Aufbereitung des Leitungswassers verwendet werden kann.
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Das System umfasst eine Enthärtungsanlage mit einem Ionenaustauscher, welcher mit einem Alkalisalz regenerierbar ist. Insbesondere ist die Enthärtungsanlage mit Natrium oder Kaliumchlorid regenerierbar.
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Die Enthärtungsanlage umfasst dafür neben dem Ionenaustauscher einen Solebehälter. Über eine Steuerung wird, wenn das Ionenaustauschermaterial erschöpft ist, konzentrierte Salzsole über den Ionenaustauscher geleitet, wobei die dort angelagerten Ionen (beispielsweise Calcium und Magnesium) gegen Natrium oder Kalium ausgetauscht werden.
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Gemäß der Erfindung ist strömungsseitig nach der Enthärtungsanlage und vor einer Entnahmestelle ein mit Wasserstoff beladener Ionenaustauscher und sodann ein Mineralisierungsmaterial angeordnet, welches Calcium, Magnesium und/oder Silizium abgibt.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass das System eine Vielzahl von Entnahmestellen umfasst, wobei nur an zumindest einer Entnahmestelle, an welcher Wasser zum Trinken entnommen werden soll, das Wasser über den mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher und das Mineralisierungsmaterial geleitet wird.
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Über den mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher wird zunächst das Natrium oder Kalium gegen Wasserstoff ausgetauscht. Sodann wird das Wasser über das Mineralisierungsmaterial geleitet, wobei Calcium, Magnesium und/oder Silizium an das Wasser abgegeben wird.
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Aufgrund der Verwendung des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers wird der pH-Wert beim Austausch von Kalium- bzw. Natriumionen gegen Wasserstoffionen verringert.
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Der pH-Wert steigt während der Mineralisierung wieder an. Dieser kann aber bei entsprechender Dimensionierung von Ionenaustauscher und Mineralisierungsmaterial so eingestellt werden, dass dieser unter 7, insbesondere zwischen 5,5 und 6,5, liegt.
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Durch das so leicht saure Wasser wird trotz des im Wasser vorhandenen Calcium und Magnesium ein hinreichender Kalkschutz erzielt, da das Wasser noch eine Kalklösekapazität besitzt.
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Bei dem mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher kann es sich um einen stark sauren Ionenaustauscher handeln. Derartige Ionenaustauscher umfassen beispielsweise Sulfonsäuregruppen. Es kann aber auch ein schwach saurer Ionenaustauscher, insbesondere mit Carboxylgruppen, verwendet werden.
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Der mit Wasserstoff beladene Ionenaustauscher sowie das Minerallisierungsmaterial sind vorzugsweise in einer Kartusche, insbesondere in einer einzigen Kartusche, angeordnet.
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Um zu verhindern, dass der Ionenaustauscher im Stagnationsbetrieb die Calcium- oder Magnesiumionen aus dem Mineralisierungsmaterial mit auflöst, befinden sich die Materialien in getrennten Kammern, insbesondere mit einer Rücklaufsperre zwischen den Kammern.
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Das Mineralisierungsmaterial liegt vorzugsweise als Granulat vor. Insbesondere kann ein Granulat mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 6 mm verwendet werden. Die Körner des Granulats können insbesondere als Kugeln ausgebildet sein. Über eine derartige Ausgestaltung ist sichergestellt, dass sich das Mineralisierungsmaterial nur langsam löst, so dass eine langanhaltende gleichmäßige Abgabe erreicht wird.
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Das Mineralisierungsmaterial kann Magnesium- und/oder Calciumoxid, Magnesium- und/oder Calciumhydroxid, Magnesium- und/oder Calciumcarbonat oder Siliziumdioxid umfassen.
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Insbesondere kann das Mineralisierungsmaterial Calciumhydroxidgranulat und Magnesiumcarbonatgranulat umfassen. Diese beiden Materialen können insbesondere in einem gemischten Bett vorliegen.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Kartusche, welche für vorstehendes System ausgebildet ist. Die Kartusche umfasst eine erste Kammer mit dem mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher sowie eine zweite Kammer mit dem Mineralisierungsmaterial.
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Vorzugsweise befindet sich zwischen den Kammern eine Rücklaufsperre. Statt einer Rücklaufsperre kann aber auch ein hinreichend langes Leitungsstück dazwischenliegen, so dass sichergestellt ist, dass kein saures Wasser aus dem Ionenaustauscher in das Mineralisierungsmaterial gelangt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Aufbereiten von Trinkwasser, insbesondere unter Verwendung vorstehend beschriebenen Systems.
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Das Eingangswasser wird über einen Ionenaustauscher geleitet, welcher mit Alkaliionen, insbesondere Natrium- und Kaliumionen beladen ist. Härtebildner, wie Magnesium und Calcium, werden dabei teilweise oder vollständig entfernt, so dass nunmehr das Wasser weich ist.
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Das weiche Wasser wird einem Installationssystem mit einer Vielzahl von Zapfstellen zugeführt. Vor zumindest einer Zapfstelle wird das Wasser zunächst über einen mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher und sodann über ein Mineralisierungsmaterial geleitet, welches Calcium, Magnesium oder Silizium abgibt.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass es zumindest eine weitere Zapfstelle gibt, zu der das Alkaliionenhaltige Wasser aus der Enthärtungsanlage direkt geleitet wird. Nur Zapfstellen, die der Entnahme von Trinkwasser dienen, werden beispielsweise mit einer Kartusche ausgestattet, die über den mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher das Natrium aus dem Wasser entfernt und über das Mineralisierungsmaterial das Wasser mit Magnesium und Calcium anreichert.
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Der mit Wasserstoff beladene Ionenaustauscher säuert, je nach Ionenkonzentration im Wasser, aufgrund eines sich einstellenden Kohlensäuregleichgewichts das Wasser an, insbesondere auf ein pH-Wert von 2,0 und 4,5.
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Durch das Mineralisierungsmaterial erhöht sich wiederum der pH-Wert. Vorzugsweise werden die Mengenverhältnisse von Ionenaustauschermaterial und Mineralisierungsmaterial derart gewählt, dass das Ausgangswasser auf einen pH-Wert von 5,5 bis 6,8, vorzugsweise von 5,8 bis 6,5, eingestellt wird. Nach dem Passieren des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers sind vorzugsweise derart viele Salzionen entfernt, dass der Natrium- oder Kaliumanteil weniger als 5, vorzugsweise weniger als 2 mg/l beträgt.
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Über das Mineralisierungsmaterial kann das Ausgangswasser auf einen Calciumgehalt von 10 bis 40 mg/l, vorzugsweise von 15 bis 30 mg/l und/oder auf einen Magnesiumgehalt von 15 bis 40 mg/l, vorzugsweise 20 bis 30 mg/l, eingestellt werden.
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Figurenliste
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Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen 1 bis 7 näher erläutert werden.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Aufbereitung von Trinkwasser.
- 2 ist eine schematische Darstellung der für das System verwendeten Kartusche.
- 2a zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher zwei getrennte Kartuschen verwendet werden.
- 3 bis 6 sind Graphen, die jeweils den Gehalt an Natrium, Magnesium, Calcium sowie den pH-Wert des Wassers nach Passieren der Enthärtungsanlage, nach Passieren des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers sowie nach Passieren des Mineralisierungsmaterials zeigen.
- 7 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein System 1 zur Aufbereitung von Trinkwasser.
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Das System 1 kann insbesondere im Haushalt sowie der Gastronomie verwendet werden.
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Über einen Wasseranschluss 2 strömt das Eingangswasser über eine Leitung 3 in das Installationssystem.
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Zunächst strömt das Wasser in eine Enthärtungsanlage 4. Die Enthärtungsanlage 4 umfasst einen mit Natrium beladenen Ionenaustauscher. Härtebildner im Wasser werden gegen Natriumionen ausgetauscht.
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Die Anlage umfasst einen Solebehälter 4a, in den Salz eingefüllt ist, um die Anlage 1 über eine entsprechende Steuerung (nicht dargestellt) in regelmäßigen Abständen zu regenerieren.
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Die zur Regeneration verwendete Sole wird einem Abfluss (nicht dargestellt) zugeführt.
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Strömungsseitig hinter der Enthärtungsanlage 4 verzweigt sich das Installationssystem. Zapfstellen 5, wie beispielsweise eine Dusche, eine Waschmaschine oder ein WC, an denen das Wasser nicht dem Trinken dient, wird das Wasser der Enthärtungsanlage 4 direkt zugeführt.
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An einer Zapfstelle 6, wie beispielsweise einem Wasserhahn oder Wasserspender, an welchem Wasser zum Trinken entnommen werden soll, befindet sich strömungsseitig vor der Zapfstelle 6 eine Kartusche 10, welche eine Kammer mit einem mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher sowie eine Kammer mit dem Mineralisierungsmaterial umfasst.
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Über die Kartusche 10 wird dem Wasser der Enthärtungsanlage 4 das Natrium entzogen sowie Calcium und Magnesium und optional auch Silizium zugesetzt.
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Sofern gewünscht ist, das Natrium nicht vollständig zu entfernen, kann ein Bypass 14 um die Kartusche 10 verlaufen, durch den ein Teil des Wasser läuft.
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Der Bypass 14 ist vorzugsweise hinsichtlich der Verschnittmenge einstellbar.
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Die Kartusche 10 ist vorzugsweise austauschbar, beispielsweise als austauschbare Filterkerze, ausgebildet.
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2 ist eine schematische Darstellung der Kartusche 10.
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Die Kartusche ist in zwei Kammern 11 und 12 unterteilt.
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In der strömungsseitig ersten Kammer 11 befindet sich das mit Wasserstoff beladene Ionenaustauschermaterial. Es kann sich dabei beispielsweise um ein Granulat aus einem Ionenaustauscherharz handeln.
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Die strömungsseitige folgende Kammer 12 ist dagegen mit dem Mineralisierungsmaterial befüllt.
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Bei dem Mineralisierungsmaterial kann es sich insbesondere um ein Granulat handeln, bei welchem die Körner 70 bis 90% Magnesiumcarbonat, 2 bis 10 Gewichts% Magnesiumhydroxid und optional 2 bis 10% Siliziumdioxid umfassen. Über dieses Material wird Magnesium an das Wasser abgegeben.
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Weiter kann das Granulat Körner umfassen, welche 70 bis 90% Calciumhydroxid, 10 bis 20% Calciumcarbonat und optional 1 bis 5% Siliziumdioxid umfassen. Über dieses Material wird Calcium an das Wasser abgegeben.
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Das Granulat kann insbesondere sphärisch ausgebildet sein und die mittlere Partikelgröße kann zwischen 0,5 und 10 mm liegen.
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Über ein derartiges Material ist ein hinreichend langsames Auflösen sichergestellt.
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2a zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher sich der mit Wasserstoff beladene Ionenaustauscher in einer ersten Kammer 11 befindet, welche über ein Leitungsstück mit der zweiten Kammer 12 verbunden ist, in der sich das Mineralisierungsmaterial befindet.
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Ionenaustauscher und Mineralisierungsmaterial befinden sich also in getrennten Kammern, insbesondere Kartuschen.
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Durch das dazwischen liegende Leitungsstück ist sichergestellt, dass es auch ohne Rücklaufsperre nicht dazu kommt, dass der mit Wasserstoff beladene Ionenaustauscher das Mineralisierungsmaterial auflöst, indem Wasserstoff gegen Calcium und Magnesium aus dem Mineralisierungsmaterial ausgetauscht wird.
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3 bis 5 ist eine Darstellung mit jeweils Graphen, welche den Gehalt a) des Wassers nach der Enthärtungsanlage, b) des Wassers nach Passieren des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers und c) nach Passieren des Mineralisierungsmaterials mit Natrium, Magnesium und Calcium zeigen. Auf der x-Achse ist das gefilterte Volumen in Litern und auf der y-Achse der jeweilige Gehalt in mg/l aufgetragen.
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Wie in 3 dargestellt, hat das Wasser nach Passieren der Enthärtungsanlage einen recht hohen Natriumgehalt, insbesondere von über 100 mg/l.
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Der Natriumgehalt liegt dagegen nach dem Passieren des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers über die gesamte Lebensdauer der Kartusche bei unter 10 mg/l, insbesondere bei etwa 0.
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Wie in 4 dargestellt, wird, nachdem sich das Mineralisierungsmaterial zu lösen beginnt, der Magnesiumgehalt nach dem Passieren des Mineralisierungsmaterial auf über 20 mg/l eingestellt, wohingegen er vorher unter 5, insbesondere bei nahezu 0 liegt.
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Gleiches gilt für den Gehalt an Calcium.
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Dieser wird auf einen Wert von über 10 mg/l eingestellt und liegt vor dem Durchlaufen des Mineralisierungsmaterials bei unter 5 mg/l, insbesondere bei ungefähr 0.
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6 zeigt entsprechend den vorangehenden Figuren den pH-Wert des Wassers im Strömungspfad.
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Nach Durchlaufen der Enthärtungsanlage hat das Wasser einen neutralen bis leicht basischen pH-Wert.
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Der mit Wasserstoff beladene Ionenaustauscher säuert das Wasser auf einen pH-Wert unter 4 an, bis dieser erschöpft ist.
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Durch das Mineralisierungsmaterial wird schließlich der pH-Wert wieder erhöht und auf einen leicht sauren pH-Wert zwischen 6 und 6,5 eingestellt. Trotz des vorhandenen Calciums und Magnesiums ist ein hinreichender Kalkschutz vorhanden.
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7 zeigt die Verfahrensschritte gemäß eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das Eingangswasser aus der Wasserleitung wird über eine Enthärtungsanlage geleitet. Dabei werden die Härtebildner Calcium und Magnesium gegen Natrium ausgetauscht.
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Das natriumhaltige Wasser wird nunmehr über den mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauscher geleitet, wobei das Natrium gegen Wasserstoff getauscht und vorzugsweise nahezu vollständig dem Wasser entzogen wird.
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Sodann wird das Wasser über ein Magnesiumcarbonat und Calciumhydroxidgranulat geleitet.
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Diese Materialien lösen sich langsam und geben Calcium und Magnesium an das Wasser ab.
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Dieses natriumarme, aber calcium- und magnesiumhaltige Wasser kann an einer Zapfstelle zum Trinken verwendet werden.
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Durch die Erfindung konnte auf einfache Weise ein System bereitgestellt werden, mit dem sich trotz gutem Kalkschutz an Zapfstellen, die der Entnahme von Wasser zum Trinken dienen, natrium- und kaliumarmes und gleichzeitig mineralreiches Wasser bereitgestellt wird.
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Bezugszeichenliste
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- a
- Wasser nach der Enthärtungsanlage
- b
- Wasser nach Passieren des mit Wasserstoff beladenen Ionenaustauschers
- c
- Wasser nach Durchlaufen des Mineralisierungsmaterials
- 1
- System zum Aufbereiten von Trinkwasser
- 2
- Wasseranschluss
- 3
- Leitung
- 4
- Entkalkungsanlage
- 4a
- Solebehälter
- 5
- Zapfstelle
- 6
- Zapfstelle
- 10
- Kartusche
- 11
- erste Kammer
- 12
- zweite Kammer
- 13
- Rücklaufsperre
- 14
- Bypass
