DE102022107575A1

DE102022107575A1 - Wasserbehandlungsanlage und Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102022107575A1
Application number: DE102022107575.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Meinardus; Andrè D'Amico; Alexander Wiemann
Original assignee: Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Current assignee: Gruenbeck Wasseraufbereitung GmbH
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2023-11-09
Also published as: WO2023186540A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserbehandlungsanlage sowie ein Verfahren zu deren Betrieb, wobei die Wasserbehandlungsanlage (10) einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R), eine Enthärtungsvorrichtung (12), welche aus dem Rohwasser (R) enthärtetes Wasser (W) erzeugt und eine Verschneideeinrichtung (24, v1) zum Mischen von Rohwasser (R) aus dem Rohwasserzulauf (11) mit enthärtetem Wasser (W) aus der Enthärtungsvorrichtung (12) umfasst, wobei die Verschneideeinrichtung (24, v1) durch Vermischen von Rohwasser (R) mit enthärtetem Wasser (W) in einem einstellbaren Mischungsverhältnis Verschnittwasser (V) erzeugt. Die Wasserbehandlungsanlage umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung (14) und mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung (15), welche zur konduktometrischen Bestimmung der Gesamthärte des Wassers einer Wasserprobe eingerichtet ist. Um eine möglichst genaue Erfassung der Gesamthärte des Rohwassers und/oder des Verschnittwassers ohne den Einsatz von Chemikalien bei geringen Installations- und Betriebskosten zu ermöglichen, welche wartungsarm und langzeitstabil ist und ohne eine Kalibrierung auskommt, wird der Messvorrichtung (15) Verschnittwasser (V) aus der Verschneideeinrichtung (24, v1) zugeführt und die Messvorrichtung (15) führt insbesondere vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen eine konduktometrische Messung durch, wobei die Messergebnisse an die Steuereinrichtung (14) zur Bestimmung der Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) weitergeleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage sowie eine Wasserbehandlungsanlage.
Die Härte von Wasser ist durch die Konzentration der im Wasser gelösten Kationen der Erdalkalimetalle und, in spezifischen Anwendungsfällen, auch durch die Konzentration der zugehörigen anionischen Partner, insbesondere des Hydrogencarbonats, bestimmt. Die Summe der Konzentrationen sämtlicher gelöster Erdalkalimetalle (die als Carbonate, Sulfate, Chloride, Nitrite, Nitrate und Phosphate vorliegen können) wird dabei als Gesamthärte bezeichnet. Der nur an Kohlensäure gebundene Anteil wird als Carbonathärte (oder temporäre Härte) und die Differenz von Gesamthärte und Carbonathärte als Nichtcarbonathärte (oder permanente Härte) bezeichnet, wobei der überwiegende Teil der Gesamthärte im Trinkwasser in der Regel als Carbonathärte vorliegt. Als sogenannte Härtebildner tragen im Wesentlichen Calcium- und Magnesium-Ionen zur Gesamthärte von Wasser bei. Die Summe der Konzentration von Calcium- und Magnesium-Ionen entspricht daher in guter Näherung der Gesamtwasserhärte. Die übrigen Erdalkalimetalle, wie Strontium und Barium, sind regelmäßig nur als Spurenstoffe im Wasser vorhanden und tragen daher kaum zur Wasserhärte bei. Die Carbonathärte kann durch Beseitigung von Calcium- und Magnesiumcarbonat aus dem Wasser entfernt werden. Die gelösten Härtebildner Calcium und Magnesium können im Wasser schwer lösliche Verbindungen ausbilden, insbesondere als Carbonate mit dem im Wasser gelösten Kohlendioxid.
Die Ausbildung von in Wasser schwer löslichen Verbindungen durch die Härtebildner führt insbesondere beim Erhitzen des Wassers zur Bildung von Kesselstein in Haushaltsgeräten, Heizungen und Heißwasserbereitern und vermindert die Wirksamkeit von Spül- und Waschmitteln in (Geschirr)-Spülmaschinen und Waschmaschinen. Weiterhin beeinflusst die Wasserhärte den Geschmack von mit Wasser zubereiteten Speisen und Getränken. Zur Vermeidung oder Minderung dieser nachteiligen Folgen von hartem Wasser, d.h. Wasser mit einer hohen Konzentration von Erdalkalimetall-Ionen, werden dem Wasser bspw. in Enthärtungsanlagen oder in Anlagen zur Vollentsalzung die Calcium- und Magnesiumionen teilweise oder vollständig entzogen, indem diese bspw. mittels Kationenaustauscher durch Natriumionen ersetzt oder - bei einer Vollentsalzung - zusammen mit allen anderen gelösten Ionen vollständig aus dem Wasser entfernt werden, bspw. durch eine Kombination von Kationen- und Anionenaustauscher oder durch eine Umkehrosmose.
Vollständig enthärtetes Wasser oder vollentsalztes Wasser kann allerdings zu Korrosionsproblemen führen. Eine vollständige Enthärtung von Wasser in Enthärtungsanlagen mit einem oder mehreren regenerierbaren Ionenaustauschern benötigt außerdem eine große Menge an Regeneriermittel, bspw. Regeneriersalz zu Herstellung einer wässrigen Kochsalzlösung, mit der die Ionenaustauscher einer Enthärtungsanlage bei einer Erschöpfung regeneriert werden können. Weiterhin ist es in vielen Anwendungen notwendig oder erwünscht, nicht vollenthärtetes oder vollentsalztes Wasser, sondern Wasser mit einer vorgebbaren mittleren Wasserhärte einzusetzen. Aus dem Stand der Technik sind daher Wasserbehandlungsanlagen bekannt, in denen zur Erzeugung von teilenthärtetem oder teilentsalztem Wasser mit einer vorgebbaren Wasserhärte ein zugeführter Rohwasserstrom in zwei Teilströme aufgeteilt und ein erster Teilstrom vollständig enthärtet oder vollentsalzt und der vollständig enthärtete oder vollentsalzte erste Teilstrom mit einem zweiten Teilstrom des Rohwassers, der unbehandelt bleibt, vermischt wird, um einen Verschnittwasserstrom zu erzeugen. Dabei kann die Härte des erzeugten Verschnittwassers über das Mischungsverhältnis des ersten und des zweiten Teilstroms auf einen vorgebbaren Härtesollwert eingestellt werden. Zum Mischen des vollständig enthärteten oder vollentsalzten ersten Teilstroms mit dem rohwasserführenden zweiten Teilstrom werden Verschneideeinrichtungen eingesetzt, in denen durch regelbare Ventile die beiden Teilströme mit einem einstellbaren Mischungsverhältnis vermischt werden können.
Um in dem Verschnittwasser über das Mischungsgsverhältnis der beiden Teilströme eine bestimmte Verschnittwasserhärte einstellen zu können, ist es erforderlich, die Härte des Verschnittwassers und/oder die Härte des Rohwassers möglichst genau zu bestimmen.
Zur genauen Bestimmung der Wasserhärte können komplexometrische Titrationsmethoden, bspw. mit dem Dinatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Titranten, eingesetzt werden, welche die Konzentrationen der im Wasser gelösten Erdalkali-Ionen und damit die Gesamthärte des Wassers erfassen können. Hierfür sind Messgeräte bekannt, welche den Farbumschlagpunkt der Titration fotometrisch erfassen. Diese Messgeräte zeichnen sich durch eine gute Messgenauigkeit aus, sind aber aufwendig und teuer in der Herstellung und erfordern eine regelmässige Wartung und können wegen der Verwendung des Titranten kaum in automatisierten Messverfahren eingesetzt werden.
Weiterhin kann die Gesamthärte von Wasser durch ionenselektive Elektroden (ISE) bestimmt werden, welche die Ionenaktivität der Calcium- und Magnesiumionen erfassen. Ionenselektive Sensoren erfordern eine regelmäßige Kalibrierung mit einer Kalibrierflüssigkeit, wodurch die Anwendung in automatisierten und wartungsarmen Messverfahren erschwert wird.
Neben der Titrationsmethode und der Verwendung ionenselektiver Elektroden zur Bestimmung der Gesamthärte von Wasser, welche unmittelbar die Konzentration der Erdalkali-Ionen im Wasser erfassen, sind auch indirekte Messverfahren für die Bestimmung der Wasserhärte bekannt. So kann z.B. aus der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers auf die Wasserhärte geschlossen werden. Da zur elektrischen Leitfähigkeit des Wassers jedoch neben den härtebildenden Calcium- und Magnesium-Ionen auch alle anderen im Wasser gelöste Ionen beitragen, ist diese Methode jedoch sehr unspezifisch, insbesondere wenn das Wasser einen hohen Anteil an Nichtcarbonathärte, bspw. bedingt durch einen hohen Gehalt an Chloriden, aufweist. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Gesamthärte des Wassers ist dabei sehr schwach und muss anhand von Kennlinien erfasst werden, indem der Zusammenhang zwischen der titrimetrisch bestimmten Härte von verschiedenen Wasserproben und deren elektrischer Leitfähigkeit bestimmt wird. Darüber hinaus ist die elektrische Leitfähigkeit von Wasser stark von der Temperatur abhängig, weshalb zusätzlich zur Leitfähigkeit die Temperatur erfasst und die Härtebestimmung über die Kennlinie eine Temperaturkorrektur erhalten muss. Daher eignen sich Leitfähigkeitsmessungen, welche den absoluten Leitwert einer Wasserprobe erfassen, nur bedingt zur Bestimmung der Gesamthärte einer Wasserprobe.
Aus der DE 10 2007 059 058 A1 ist eine Wasserenthärtungsanlage sowie ein Verfahren zu deren Betrieb bekannt, wobei die Leitfähigkeit des Rohwassers mittels eines Leitfähigkeitssensors gemessen und aus der gemessenen Leitfähigkeit eine Gesamthärte des Rohwassers bestimmt wird, welche zur Steuerung einer Verschneideeinrichtung verwendet wird. Die Gesamthärte des Rohwassers wird dabei mittels einer Kalibrierkennlinie aus der gemessenen Leitfähigkeit abgeleitet und die Verschneideeinrichtung wird anhand der abgeleiteten Gesamthärte des Rohwassers in einer Rückkopplung so gesteuert, dass sich eine Verschnittwasserhärte ergibt, die einer vorgegebenen Sollhärte entspricht. Die aus der Kalibrierkennlinie bestimmte Wasserhärte entspricht dabei in guter Näherung einer mittleren Wasserhärte, die bei einer Vielzahl von Trinkwasseranalysen bei der gemessenen Leitfähigkeit vorkommt. Die bei einer bestimmten Leitfähigkeit tatsächlich vorliegende, titrimetrisch bestimmbare Wasserhärte kann jedoch erheblich von diesem mittleren Wert abweichen,insbesondere wenn das Rohwasser eine relativ hohe Nichtcarbonathärte (permanente Härte) aufweist. Bei einer Abweichung der aus der Kalibrierkennlinie bestimmten Wasserhärte des Rohwassers stimmt die tatsächlich erzielte Härte des Verschnittwassers nicht mit der vorgegebenen Sollhärte überein.
In der Regel stellt eine öffentliche Trinkwasserversorgung eine begrenzte Anzahl verschiedener Trinkwasserqualitäten aus unterschiedlichen Quellen und mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Härte zur Verfügung, wobei die Einleitung dieser unterschiedlichen Trinkwasserqualitäten in das Netz der öffentlichen Trinkwasserversorgung innerhalb eines Tages oder auch innerhalb längerer Zeiträume wechseln kann, so dass sich die Zusammensetzung und die Härte des einer Wasserbehandlungsanlage zugeführten Rohwassers entsprechend der Qualität des von der öffentlichen Trinkwasserversorgung zur Verfügung gestellten Trinkwassers ändern kann. Derartige Änderungen in der Wasserqualität, die während eines Tages durchaus mehrmals auftreten können, verändern die Gesamthärte des in einer Verschneideeinrichtung einer Wasserbehandlungsanlage erzeugten Verschnittwassers, mit der Folge, dass dessen Härte nicht mehr der gewünschten Härte entspricht. Um bei einer Änderung der Wasserqualität des zugeführten Rohwassers eine schnelle Anpassung des Mischungsverhältnisses vornehmen und die gewünschte Härte des Verschnittwassers einhalten zu können, ist während des Betriebs einer Wasserbehandlungsanlage eine schnelle Erfassung etwaiger Änderungen in der Zusammensetzung bzw. der Qualität des Rohwassers erforderlich.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage sowie eine Wasserbehandlungsanlage mit einer Verschneideeinrichtung aufzuzeigen, die eine möglichst genaue Erfassung der Gesamthärte des Rohwassers und/oder des Verschnittwassers ohne den Einsatz von Chemikalien bei geringen Installations- und Betriebskosten ermöglicht und dabei wartungsarm und langzeitstabil ist und ohne eine Kalibrierung auskommt. Die Genauigkeit der Bestimmung der Gesamthärte des Rohwassers und/oder des Verschnittwassers soll dabei insbesondere die Vorgaben der Norm DIN 19636-100 „Enthärtungsanlagen (Kationenaustauscher) in der Trinkwasserinstallation“ für die Genauigkeit der Verschneidung erfüllen. Weiterhin soll das Verfahren insbesondere eine möglichst genaue Kalibrierung der Verschneideeinrichtung bei einer Erstinbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage sowie während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage eine in-situ-Erfassung von Änderungen der Härte des zugeführten Rohwassers gewährleisten, um eine kontinuierliche Steuerung der Verschneideeinrichtung zu ermöglichen, welche ein Verschnittwasser mit einer Gesamthärte erzeugen soll, die unabhängig von der Härte des zugeführten Rohwassers und auch bei einer Änderung der Qualität des Rohwassers bzw. der Rohwasserhärte möglichst genau einer vorgegebenen Sollhärte entspricht.
Diese Aufgaben werden mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und der Wasserbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und der Wasserbehandlungsanlage ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage, welche einen Rohwasserzulauf zur Bereitstellung von Rohwasser, eine Enthärtungsvorrichtung, eine Verschneideeinrichtung, eine Steuereinrichtung und mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung zur konduktometrischen Bestimmung der Gesamthärte des Wassers einer Wasserprobe umfasst, wird in der Enthärtungsvorrichtung aus dem Rohwasser enthärtetes Wasser erzeugt und in der Verschneideeinrichtung wird zunächst durch Vermischen von Rohwasser aus dem Rohwasserzulauf mit enthärtetem Wasser aus der Enthärtungsvorrichtung in einem anfänglichen Mischungsverhältnis ein Verschnittwasser erzeugt und der Messvorrichtung zugeführt und die Messvorrichtung führt, insbesondere vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen, eine konduktometrische Messung durch und leitet die Messergebnisse an die Steuereinrichtung weiter, welche aus den Messergebnissen die Gesamthärte des Verschnittwassers bestimmt.
Die konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers ermöglicht einen direkten Vergleich der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers mit einem vorgebbaren Sollwert der Wasserhärte des Verschnittwassers sowie eine Nachregelung des anfänglichen Mischungsverhältnisses, falls sich dabei eine Abweichung ergibt, insbesondere bei einer über einem vorgegebenen Grenzwert liegenden Abweichung. Die in der Messvorrichtung durchgeführte konduktometrische Messung vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen ermöglicht eine genaue Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers, da durch die elektrolytische Fällung alle härtebildenden Erdalkali-Ionen, insbesondere als Carbonate, aus dem Wasser ausgefällt werden und durch eine konduktometrische Differenzmessung die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit des Verschnittwassers erfasst und über einen Umrechnungsfaktor oder eine Kennlinie sehr genau die Menge der ausgefällten Erdalkali-Ionen und damit die Gesamthärte des Verschnittwassers bestimmt werden kann.
Dabei wird davon ausgegangen, dass in einer Wasserprobe, in der ein Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen vorliegt, was bei einem durch Mischung eines Rohwassers mit enthärtetem Rohwasser erzeugten Verschnittwasser der Fall ist, bei einer zumindest weitgehend vollständigen elektrolytischen Ausfällung der Erdalkali-Ionen in Form von Carbonaten, aus der durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufenen Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf = Lf₂ - Lf₁), insbesondere aus dem Betrag der Erniedrigung der Leitfähigkeit, die Gesamthärte des Wassers der Wasserprobe bestimmt werden kann, weil die Differenz der Leitfähigkeit der Wasserprobe vor und nach der Fällung der Erdalkali-Ionen eine Bestimmung der Gesamtkonzentration der sich im Wasser befindlichen Erdalkali-Ionen, deren Summenkonzentration die Gesamthärte des Wassers definiert, ermöglicht. Bei einem Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen in dem Verschnittwasser entspricht bei der Elektrolyse der Wasserprobe in der Elektrolysezelle die Carbonathärte der Gesamthärte des Verschnittwassers. Die durch die zumindest im Wesentlichen vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit stellt daher ein Maß für die Konzentration der härtebildenden Erdalkali-Ionen in dem Verschnittwasser dar. Deshalb kann aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) mittels eines vorgegebenen Umrechnungsfaktors (F), der insbesondere auf eine bestimmte Härteskala bezogen ist, oder mittels einer vorgegebenen Kennlinie, die den Verlaufs der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit der Härteänderung des Wassers bei einer Ausfällung der Carbonathärte charakterisiert, auf die Gesamthärte des Verschnittwassers geschlossen werden. Die Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) wird dabei in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt dadurch ermittelt, dass zunächst die ursprüngliche elektrische Leitfähigkeit (Lf₁) einer Wasserprobe des Verschnittwassers gemessen wird und nach einer zumindest im Wesentlichen vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle erneut die elektrische Leitfähigkeit (Lf₂) der Wasserprobe gemessen und aus den beiden Messwerten der Betrag der Differenz (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) ermittelt wird. Die Messung der ursprünglichen elektrischen Leitfähigkeit (Lf₁) der Wasserprobe des Verschnittwassers und der elektrischen Leitfähigkeit (Lf₁) der Wasserprobe nach der zumindest weitgehend vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen kann dabei mit einem kostengünstigen Leitfähigkeitssensor erfolgen.
Die Bedingung, dass ein Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen in dem Wasser der Wasserprobe vorhanden ist, ist bei einem Verschnittwasser, das durch Vermischung von Rohwasser mit enthärtetem Wasser, das durch Enthärten des Rohwassers gewonnen wird, in der Regel automatisch erfüllt, weil im Verschnittwasser die Konzentration an Hydrogencarbonat erhalten bleibt und im Vergleich zum Rohwasser die Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen im Überschuss vorhanden sind. Es hat sich gezeigt, dass bei Verschnittwasser ein Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen vorliegt, wenn die Gesamthärte des Verschnittwassers kleiner als 3°dH ist. Aus empirischen Messungen an einer Vielzahl von Trinkwasserproben aus Deutschland hat sich gezeigt, dass bei Verschnittwasser mit einer titrimetrisch erfassten Gesamthärte von 5°dH oder weniger mehr als 98% der Trinkwasserproben einen Überschuss an Hydrogenarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen aufweisen. Sollte das Verschnittwasser nicht bereits einen Überschuss an Hydrogenarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen aufweisen (was insbesondere der Fall sein kann, wenn die Gesamthärte GH_v < 5°dH ist), kann zur Einhaltung der Messbedingung dem Verschnittwasser Hydrogencarbonat zugeführt werden, um einen Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen zu erzeugen.
Die Steuereinrichtung ist zweckmäßig so eingerichtet, dass sie unter Berücksichtigung des anfänglichen oder eines im späteren Betrieb der Wasserbehandlungsanlage nachjustierten Mischungsverhältnisses aus der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers auch die Gesamthärte des Rohwassers ermittelt. Die so ermittelte Gesamthärte des Rohwassers kann bspw. für die Prognose einer Restkapazität des Ionenaustauschers und die Bestimmung eines geeigneten Zeitpunkts für die Einleitung eines Regeneriervorgangs zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung, insbesondere eines oder mehrerer Ionenaustauscher mit einer Regenerierlösung, bspw. einer Kochsalzlösung, bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung verwendet werden.
Die konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers kann dabei sowohl bei der Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage als auch nach einer Änderung der Qualität und insbesondere der Härte des zugeführten Rohwassers erfolgen. Eine Änderung der Gesamthärte des Rohwassers kann dabei während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage kontinuierlich erfasst werden, indem die Leitfähigkeit des Rohwassers mittels eines im Rohwasserzulauf angeordneten Leitfähigkeitssensors oder mittels der Messvorrichtung erfasst wird und aus der erfassten Leitfähigkeit des Rohwassers etwaige Änderungen in der Härte des zugeführten Rohwassers erkannt werden.
Bei der ersten Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage kann die Härte des Rohwassers aus der Leitfähigkeit des Rohwassers, die mit dem im Rohwasserzulauf angeordneten Leitfähigkeitssensor oder mittels der Messvorrichtung gemessen wird, unter Verwendung einer Kennlinie oder eines Umrechnungsfaktors zunächst grob abgeschätzt werden, um basierend auf der abgeschätzten Härte des Rohwassers das anfängliche Mischungsverhältnis so einzustellen, dass die Gesamthärte des Verschnittwassers zumindest annähernd einer vorgegebenen Sollhärte des Verschnittwassers entspricht. Danach wird bei der Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage mittels der Messvorrichtung eine genaue konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers vorgenommen und aus der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers wird unter Berücksichtigung des anfänglichen Mischungsverhältnisses die Gesamthärte des Rohwassers ermittelt und erforderlichenfalls eine Anpassung des Mischungsverhältnisses vorgenommen, um die Gesamthärte des Verschnittwassers auf den vorgegebenen Sollwert einzustellen.
Während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage wird die Leitfähigkeit des Rohwassers entweder mittels des im Rohwasserzulauf angeordneten Leitfähigkeitssensors oder mittels der Messvorrichtung überwacht, um Änderungen in der Härte des zugeführten Rohwassers feststellen zu können. Obwohl die Leitfähigkeit von Wasser nur bedingt mit der Gesamthärte des Wassers korreliert und aus der absoluten Leitfähigkeit von Wasser allenfalls eine grobe Abschätzung der Wasserhärte unter Verwendung von Kennlinien vorgenommen werden kann, eignet sich eine Differenzmessung, welche eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers erfasst, sehr gut, um Änderungen in der Wasserhärte zu erfassen.
Um die Leitfähigkeit des Rohwassers während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage kontinuierlich mit der Messvorrichtung, welche zur Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers zweckmäßig stromabwärts der Enthärtungsvorrichtung und der Verschneideeinrichtung angeordnet ist, erfassen zu können, wird das Rohwasser in einer bevorzugten Ausführungsform über eine die Enthärtungsvorrichtung umgehende Bypassleitung zugeführt. Bei dieser Ausführungsform kann auf einen zusätzlich im Rohwasserzulauf angeordneten Leitfähigkeitssensor verzichtet werden.
Zur genauen Einstellung des Mischungsverhältnisses des Rohwassers und des enthärteten Wassers ist die Steuereinrichtung mit der Verschneideeinrichtung gekoppelt und das anfängliche Mischungsverhältnis wird insbesondere bei der Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage von der Steuereinrichtung nach der konduktometrischen Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers in Abhängigkeit der erfassten Gesamthärte des Verschnittwassers auf ein (neues) Mischungsverhältnis eingestellt, bei dem die Gesamthärte des Verschnittwassers der vorgegebenen Sollhärte entspricht.
Wenn während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage bei der Erfassung der Leitfähigkeit des Rohwassers mittels der Messvorrichtung oder mittels eines zusätzlichen Leitfähigkeitssensors im Rohwasserzulauf eine Änderung der Leitfähigkeit, die bspw. aufgrund einer geänderten Qualität bzw. Zusammensetzung des zugeführten Rohwassers hervorgerufen wird, erfasst wird, wird bevorzugt insbesondere dann, wenn der Betrag der erfassten Änderung der Leitfähigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, eine konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers mittels der Messvorrichtung eingeleitet, um das bei der Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage eingestellte Mischungsverhältnis an die geänderte Härte des Rohwassers so anzupassen, dass das in der Verschneideeinrichtung erzeugte Verschnittwasser wieder eine Gesamthärte aufweist, die der vorgegebenen Sollhärte entspricht.
Vorteilhaft werden die während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage erfassten Messwerte der Leitfähigkeit des Rohwassers zusammen mit der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers und/oder dem zugeordneten Mischungsverhältnis des Verschnittwassers in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung abgespeichert. Dies ermöglicht es der Steuereinrichtung bei einer Änderung der Wasserqualität bzw. der Härte des zugeführten Rohwassers und einer Feststellung der geänderten Wasserqualität aufgrund einer Änderung der gemessenen Leitfähigkeit des Rohwassers das Mischungsverhältnis und die Regenerationsauslösung an die geänderte Wasserqualität anzupassen, ohne eine erneute Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers und/oder des Rohwassers mittels der Messvorrichtung vornehmen zu müssen. Dadurch kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass eine öffentliche Trinkwasserversorgung in der Regel eine begrenzte Anzahl verschiedener Trinkwasserqualitäten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Härte zur Verfügung stellt, und diese unterschiedlichen Trinkwasserqualitäten innerhalb eines Tages oder auch innerhalb längerer Zeiträume wechseln können, weshalb sich die Zusammensetzung und die Härte des der Wasserbehandlungsanlage zugeführten Rohwassers entsprechend der Qualität des über den Rohwasserzulauf zur Verfügung gestellten Trinkwassers ändern kann. Vorteilhaft sind nach einer bestimmten Betriebsdauer der Wasserbehandlungsanlage alle am Einsatzort der Wasserbehandlungsanlage verfügbaren Trinkwasserqualitäten und deren Gesamthärte bzw. deren Leitfähigkeit erfasst worden und die erfassten Messwerte der Leitfähigkeit sowie der Mischungsverhältnisse mit enthärtetem oder entsalztem Wasser und die Gesamthärte des sich bei dem entsprechenden Mischungsverhältnis ergebenden Verschnittwassers sind in dem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt, so dass diese bei einer festgestellten Änderung der Leitfähigkeit des Rohwassers auf die geänderte Wasserqualität des zugeführten Rohwassers schließen und unter Verwendung der abgespeicherten Daten eine Anpassung des Mischungsverhältnisses und der Regerationsauslösung an die geänderte Wasserqualität des Rohwassers und insbesondere dessen Härte vornehmen kann.
Die Gesamthärte des Verschnittwassers wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt konduktometrisch nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen, insbesondere der Calcium- und/oder Magnesium-Ionen, bestimmt. Hierfür wird in dem der Messvorrichtung zugeführten Verschnittwasser eine elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen vorgenommen, wobei die Messvorrichtung bevorzugt die elektrische Leitfähigkeit des Verschnittwassers vor der Fällung (Lf₁) und die elektrische Leitfähigkeit des Verschnittwassers nach der Fällung (Lf₂) ermittelt. Aus den Messwerten der elektrischen Leitfähigkeit des Verschnittwassers vor der Fällung (Lf₁) und nach der Fällung (Lf₂) kann die aufgrund der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen im Verschnittwasser hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) betragsmäßig ermittelt und daraus über einen Umrechnungsfaktor oder eine Kalibrierkurve die Gesamthärte des Verschnittwassers bestimmt werden.
Dabei wird davon ausgegangen, dass in einer Wasserprobe, in der ein Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen vorliegt, was bei einem Verschnittwasser aufgrund der Zugabe von enthärtetem oder entsalztem Wasser zum Rohwasser in der Regel und zumindest bei Verschnittwasser mit einer Gesamthärte von weniger als 3°dH der Fall ist, bei einer zumindest weitgehend vollständigen elektrolytischen Ausfällung der Erdalkali-Ionen in Form von Carbonaten eine Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf = Lf₂ - Lf₁), insbesondere eine Erniedrigung der Leitfähigkeit, hervorgerufen wird. Diese Änderung der Leitfähigkeit wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Messvorrichtung erfasst, wobei der Betrag der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) ein Maß für die Konzentration der härtebildenden Erdalkali-Ionen im Verschnittwasser darstellt und daher aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) mittels eines vorgegebenen Umrechnungsfaktors oder einer vorgegebenen Kennlinie des Verlaufs der Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit der Gesamthärte des Wassers auf die Gesamthärte des Verschnittwassers geschlossen werden kann und aus dem eingestellten Verschnitt auf die Gesamthärte des Rohwassers.
Die Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) wird zweckmäßig dadurch ermittelt, dass zunächst die ursprüngliche elektrische Leitfähigkeit (Lf₁) einer Wasserprobe des Verschnittwassers gemessen wird und nach einer zumindest im Wesentlichen vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen in einer Elektrolysezelle der Messvorrichtung erneut die elektrische Leitfähigkeit (Lf₂) der Wasserprobe gemessen und aus den beiden Messwerten der Betrag der Differenz (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) ermittelt wird. Die Messung der ursprünglichen elektrischen Leitfähigkeit (Lf₁) der Wasserprobe und der elektrischen Leitfähigkeit (Lf₂) der Wasserprobe nach der zumindest weitgehend vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen kann dabei mit einem kostengünstigen Leitfähigkeitssensor erfolgen, der bevorzugt in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung integriert ist oder auch außerhalb der Elektrolysezelle angeordnet sein kann. Die Elektrolyse der Wasserprobe in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung erfolgt dabei nur zum Zwecke der Fällung der Erdalkali-Ionen. Die weiteren Wirkungen der Elektrolyse der Wasserprobe, insbesondere die Zerlegung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff, wird dabei nicht ausgenutzt.
Die Bestimmung der Gesamthärte der Wasserprobe des Verschnittwassers aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) der Wasserprobe erfolgt über einen Umrechnungsfaktor (F), bei dem es sich insbesondere um einen Proportionalitätsfaktor eines linearen Zusammenhangs zwischen der Leitfähigkeit von Wasser und der Carbonathärte des Wassers handelt. Der Umrechnungsfaktor kann aus einer Kennlinie entnommen werden, die bei einer Ausfällung der Carbonathärte einer Wasserprobe einen linearen Verlauf der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Änderung der Gesamthärte oder der Carbonathärte des Wassers beschreibt.
Der Umrechnungsfaktor (F) ergibt sich dabei aus dem Verhältnis zwischen der Masse an Härtebildnern, die bei der Elektrolyse des Wassers durch Fällung der Erdalkali-Ionen (als Carbonate) entnommenen werden und der daraus folgenden Reduktion der elektrischen Leitfähigkeit der Wasserprobe durch die aufgrund der Fällung der Erdalkali-Ionen verminderte Ionenkonzentration im Wasser. Im Regelfall verläuft die Reduktion der elektrischen Leitfähigkeit der Wasserprobe dabei linear zur ausgefällten Konzentration der Erdalkali-Ionen, wobei der Umrechnungsfaktor (F) die Proportionalitätskonstante dieses linearen Verlaufs ist.
Der Umrechnungsfaktor (F) oder die Kennlinie können dabei experimentell und insbesondere empirisch an einer Vielzahl von unterschiedlichen Wasserproben, insbesondere von verschiedenen Trinkwasserproben unterschiedlicher Herkunft oder Zusammensetzung mit einem Überschuss von Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen ermittelt werden, indem an den Wasserproben durch eine konduktometrische Titration der Zusammenhang zwischen der titrimetrisch bestimmten Gesamthärte und der Änderung der elektrischen Leitfähigkeit aufgrund einer vollständigen Ausfällung der Erdalkali-Ionen ermittelt und daraus ein Verlauf der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit der Gesamthärte des Wassers in einem Diagramm bzw. einer Kennlinie ermittelt wird. Hierfür kann eine gebräuchliche Härteskala, insbesondere die deutsche Wasserhärte oder die französische Wasserhärte, als Maß für die Gesamthärte verwendet werden. Die Gesamthärte wird bei der Bestimmung des Umrechnungsfaktors oder der Kennlinie titrimetrisch bestimmt, bspw. durch EDTA-Titration (gemäß DIN 38406-3, Gruppe E- Teil 3).
Der Umrechnungsfaktor (F) oder die Kennlinie können auch experimentell an Wasserproben mit einer ausreichenden Konzentration von Erdalkali-Ionen ohne einen vorgegebenen Überschuss von Hydrogencarbonat-Ionen (also insbesondere ohne eine Vorkonditionierung der Wasserprobe) ermittelt werden, indem an den Wasserproben eine insbesondere elektrolytische Fällung der Carbonate durchgeführt wird und dabei sowohl die durch die Fällung hervorgerufene Änderung der elektrischen Leitfähigkeit als auch titrimetrisch die Änderung der Härte (Gesamthärte oder Carbonathärte) der Wasserprobe in einem Diagramm erfasst und daraus der Zusammenhang zwischen der Leitfähigkeitsänderung und der Härteänderung ermittelt wird. Der Umrechnungsfaktor F ergibt sich dabei als Proportionalitätsfaktor aus dem im Regelfall linearen Verlauf der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit der Härteänderung.
Unter der Annahme, dass durch die zumindest weitgehend vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung die gesamten in der Wasserprobe des Verschnittwassers enthaltenen Härtebildner ausgefällt werden, stellt die erfasste Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) ein Maß für die Gesamthärte des Verschnittwassers dar, welches über den Umrechnungsfaktor oder die Kennlinie auf eine gebräuchliche Härteskala zurückgeführt und dadurch als Gesamthärte des Verschnittwassers ausgedrückt werden kann. Dabei erfolgt ein Rückschluss von der ausgefällten (temporären) Härte auf die (ursprüngliche) Gesamthärte der Wasserprobe des Verschnittwassers über Massenbilanzrechnungen. Dies wird durch den im Verschnittwasser vorhandenen Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen ermöglicht, weil dadurch die gesamte Konzentration der Erdalkali-Ionen des Verschnittwassers in der Elektrolysezelle (zumindest weitgehend) als Carbonate ausgefällt werden kann, so dass die dadurch hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit ein Maß für die gesamte Konzentration der Erdalkali-Ionen des Verschnittwassers und somit für die Gesamthärte des Verschnittwassers darstellt. Durch den im Verschnittwasser vorhandenen Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen entspricht bei der Elektrolyse der Wasserprobe des Verschnittwassers die (ausgefällte) Carbonathärte der Gesamthärte des Verschnittwassers, wenn die Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle zumindest weitgehend vollständig als Carbonate ausgefällt worden sind.
Um eine zumindest weitgehend vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung und damit eine hohe Genauigkeit der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers zu gewährleisten, wird die Leitfähigkeit der Wasserprobe des Verschnittwassers während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen bevorzugt bis zu einem Umschlagpunkt erfasst, bei dem die erfasste Leitfähigkeit aufgrund einer vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen einen Minimalwert (Lf₂) aufweist. Bei einer weiteren Elektrolyse der Wasserprobe über den Umschlagpunkt hinaus, ist ein sprunghafter oder gradueller Anstieg der erfassten Leitfähigkeit der Wasserprobe zu beobachten. Dieser Anstieg der Leitfähigkeit ermöglicht eine eindeutige Bestimmung des Minimalwerts (Lf₂) der Leitfähigkeit aus dem zeitlichen Verlauf der während der elektrochemischen Fällung gemessenen Leitfähigkeit der Wasserprobe und damit eine genaue Bestimmung der durch eine vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufenen Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf).
Um eine ausreichende Genauigkeit der bestimmten Gesamthärte des Wassers der Wasserprobe zu erzielen, die insbesondere den Vorgaben der Norm DIN 19636-100 entspricht, wird die Leitfähigkeit der Wasserprobe des Verschnittwassers während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen bevorzugt zumindest solange erfasst, bis mindestens 90% der Erdalkali-Ionen, besonders bevorzugt mehr als 95%, durch die Elektrolyse ausgefällt worden sind.
Zur Fällung der Erdalkali-Ionen wird die Wasserprobe des Verschnittwassers bevorzugt in eine Elektrolysezelle eingebracht, in der mindestens zwei Elektrolyseelektroden angeordnet sind und welche zur elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen mit Gleichspannung beaufschlagt werden. Die Elektrolyseelektroden können dabei bspw. als im Abstand und parallel zueinander angeordnete leitfähige Platten (Flachelektroden) ausgebildet sein. Die Wasserprobe kann dabei in einem Batchbetrieb zwischen den beiden Elektrolyseelektroden eingebracht werden und die Elektrolysezelle wird danach zur Durchführung der Messung geschlossen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem Messmodus, der insbesondere bei einer Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage durchgeführt wird, ein bestimmtes Volumen einer Wasserprobe des Verschnittwassers, welches zweckmäßig dem Innenvolumen der Elektrolysezelle entspricht, im Batchbetrieb (Chargenbetrieb) in die Elektrolysezelle eingebracht. Unmittelbar vor Beginn der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen wird die ursprüngliche Leitfähigkeit Lf₁ der Wasserprobe in einem ersten Messzyklus erfasst. Danach kann die elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen beginnen, indem während eines ersten Elektrolysezyklus eine Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden angelegt wird. Dabei wird der bevorzugt in die Elektrolysezelle integrierte Leitfähigkeitssensor während des ersten Elektrolysezyklus abgestellt, d.h. die Messelektroden werden während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen nicht mit Wechselspannung beaufschlagt. An den ersten Elektrolysezyklus können sich dann abwechselnd weitere Messzyklen und weitere Elektrolysezyklen anschließen, um die im Verschnittwasser enthaltenen Erdalkali-Ionen auszufällen und während der Fällung punktuell oder quasi-kontinuierlich den Verlauf der Leitfähigkeit der Wasserprobe des Verschnittwassers zu erfassen, bis die Erdalkali-Ionen zumindest im Wesentlichen vollständig ausgefällt sind. Nach der zumindest weitgehend vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen werden die Elektrolyseelektroden stromlos geschaltet und es wird in einem letzten Messzyklus die Leitfähigkeit Lf₂ der Wasserprobe erfasst und durch Differenzbildung der ursprünglichen Leitfähigkeit Lf₁ und der im letzten Messzyklus gemessenen Leitfähigkeit Lf₂ die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit ΔLf = |Lf₂ - Lf₁| ermittelt. Die Dauer der Elektrolysezyklen liegt dabei bevorzugt zwischen 2 Minuten und 10 Minuten und beträgt bspw. 5 Minuten und die Dauer der Messzyklen beträgt zweckmäßig zwischen 30 Sekunden und 120 Sekunden und beträgt bspw. 60 Sekunden.
Zur Erfassung der Leitfähigkeit der Wasserprobe des Verschnittwassers vor und/oder während sowie nach der Fällung der Erdalkali-Ionen enthält die Elektrolysezelle zweckmäßig wenigstens einen integrierten Leitfähigkeitssensor. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau. Der in die Elektrolysezelle integrierte Leitfähigkeitssensor umfasst dabei bevorzugt zwei Messelektroden, an die zur Erfassung der Leitfähigkeit der Wasserprobe eine Wechselspannung angelegt und die Stromstärke des durch die Messelektroden geleiteten Stroms gemessen wird.
Zur Vermeidung von Störeinflüssen ist es dabei vorteilhaft, wenn in der Elektrolysezelle in dem Messmodus zeitlich abwechselnd eine elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen und eine Messung der Leitfähigkeit der Wasserprobe erfolgt. Dies entkoppelt die elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen und die Messung der Leitfähigkeit mit dem wenigstens einen in die Elektrolysezelle integrierten Leitfähigkeitssensor, wodurch Störeinflüsse bei der Messung der Leitfähigkeit vermieden werden.
Um den Einfluss der Temperatur auf die Leitfähigkeit der Wasserprobe des Verschnittwassers zu berücksichtigen, wird bevorzugt im Messmodus und insbesondere während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen die Temperatur der Wasserprobe gemessen und bei der rechnerischen Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) erfolgt bevorzugt eine Temperaturkorrektur über einen Temperaturkorrekturfaktor oder eine Temperaturkennlinie, welche die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von Wasser von der Temperatur darstellt.
Die erfindungsgemäße Wasserbehandlungsanlage umfasst einen Rohwasserzulauf zur Bereitstellung von Rohwasser, eine mit dem Rohwasserzulauf verbundene Enthärtungsvorrichtung, welche insbesondere mindestens einen Ionenaustauscher enthält oder auch als Entsalzungsvorrichtung ausgebildet sein kann, eine Verschneideeinrichtung zum Erzeugen von Verschnittwasser durch Mischen von Rohwasser aus dem Rohwasserzulauf mit enthärtetem oder entsalztem Rohwasser aus der Enthärtungsvorrichtung in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis, eine Steuereinrichtung und mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung zur Bestimmung der Härte des Wassers einer der konduktometrischen Messvorrichtung zugeführten Wasserprobe eingerichtet ist und die Messvorrichtung mit der Verschneideeinrichtung in Verbindung steht, um der Messvorrichtung Verschnittwasser aus der Verschneideeinrichtung zuzuführen und die Gesamthärte des Verschnittwassers zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung die Messvorrichtung so ansteuert, dass diese insbesondere vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen eine konduktometrische Messung durchführt und das Messergebnis an die Steuereinrichtung weiterleitet, um aus dem Messergebnis die Gesamthärte des Verschnittwassers zu bestimmen.
Die Steuereinrichtung ist dabei zweckmäßig so eingerichtet, dass sie aus der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers unter Berücksichtigung des Mischungsverhältnisses auch die Härte des Rohwassers ermittelt. Basierend auf der ermittelten Rohwasserhärte kann eine Abschätzung der Enthärtungskapazität der Enthärtungsvorrichtung vorgenommen und/oder bei einer prognostizierten baldigen Erschöpfung der Enthärtungskapazität ein Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung, insbesondere der Ionenaustauscher mittels einer Regenerierlösung, eingeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wasserbehandlungsanlage umfasst die Messvorrichtung eine Elektrolysezelle mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden und wenigstens einen Leitfähigkeitssensor, wobei der Leitfähigkeitssensor bevorzugt in die Elektrolysezelle integriert ist. Dadurch kann eine genaue Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers mittels der Messvorrichtung nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen, insbesondere der Calcium- und/oder Magnesium-Ionen, gemäß der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden. Die Elektrolysezelle und/oder der Leitfähigkeitssensor umfasst dabei zweckmäßig einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Wasserprobe während eines Messmodus. Dadurch kann bei der Erfassung der Leitfähigkeit eine Temperaturkorrektur auf eine vorgegebene Standardtemperatur über einen bekannten Temperaturkorrekturfaktor erfolgen, wodurch der Einfluss der Temperatur auf die Leitfähigkeit bei der Bestimmung der Wasserhärte berücksichtigt werden kann.
Die Elektrolyseelektroden, welche zur elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden, sind dabei bevorzugt in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung einander gegenüberliegend angeordnet und zweckmäßig als Flachelektroden ausgebildet. Dadurch kann ein ausreichendes Volumen der Elektrolysezelle zur Aufnahme einer Wasserprobe des Verschnittwassers bei einem kompakten Aufbau der Messvorrichtung bereitgestellt werden. Die Elektrolyseelektroden umfassen mindestens eine Anode, die bevorzugt aus platiniertem Titanblech oder einem platinierten Titangitter oder aus einem Graphitfilm gefertigt ist, und mindestens eine Kathode, die bevorzugt aus Stahl oder Titan gefertigt ist.
Zur Erfassung der Leitfähigkeit der Wasserprobe vor und/oder während sowie nach der Fällung der Erdalkali-Ionen umfasst die Messvorrichtung wenigsten einen Leitfähigkeitssensor. Bevorzugt ist wenigstens ein Leitfähigkeitssensor in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung integriert, wobei dieser Leitfähigkeitssensor mindestens ein Elektrodenpaar mit zwei Messelektroden, die an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen oder anschließbar sind, umfasst. Die Integration des einen Leitfähigkeitssensors oder der mehreren Leitfähigkeitssensoren in die Elektrolysezelle ermöglicht einen kompakten und platzsparenden Aufbau der Messvorrichtung. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein erster Leitfähigkeitssensor und/oder ein zweiter Leitfähigkeitssensor außerhalb der Elektrolysezelle angeordnet ist. So kann bspw. ein erster Leitfähigkeitssensor stromaufwärts des Eingangs der Elektrolysezelle und ein zweiter Leitfähigkeitssensor stromabwärts des Ausgangs der Elektrolysezelle platziert sein.
Der Leitfähigkeitssensor der Messvorrichtung umfasst bevorzugt mindestens ein Elektrodenpaar mit zwei insbesondere als Stabelektroden ausgebildeten Messelektroden, welche an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Zweckmäßig sind die Messelektroden zwischen den einander gegenüberliegenden Elektrolyseelektroden der Elektrolysezelle angeordnet.
Zur kontinuierlichen Erfassung der Leitfähigkeit des Rohwassers während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage ist im Rohwasserzulauf der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage bevorzugt ein weiterer Leitfähigkeitssensor angeordnet.
Zur Einstellung eines geeigneten Mischungsverhältnisses des Verschnittwassers ist die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage bevorzugt mit der Verschneideeinrichtung gekoppelt und so eingerichtet, dass das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers auf einen vorgegebenen Sollwert der Gesamthärte des Verschnittwassers geregelt wird, wobei der Steuereinrichtung bevorzugt ständig oder zu bestimmten Zeiten die mittels der Messvorrichtung oder mittels des zusätzlichen Leitfähigkeitssensors im Rohwasserzulauf erfasste Leitfähigkeit des Rohwassers zugeleitet wird und die Steuereinrichtung in Abhängigkeit der erfassten Leitfähigkeit des Rohwassers, insbesondere bei einer erfassten Änderung der Leitfähigkeit des Rohwassers, eine konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte des Verschnittwassers mittels der Messvorrichtung einleitet.
Zur Bestimmung der Härte des Verschnittwassers enthält die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage zweckmäßig einen Datenspeicher, in dem ein Umrechnungsfaktor oder eine Kennlinie, die den Verlauf der Leitfähigkeitsänderung von Wasser bei einer Ausfällung der Carbonathärte in Abhängigkeit der Härteänderung des Wassers gespeichert ist. Die Steuereinrichtung greift dabei auf den Umrechnungsfaktor oder die Kennlinie zu und ist bevorzugt so eingerichtet, dass sie aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf) und dem Umrechnungsfaktor oder der Kennlinie die Gesamthärte des Verschnittwassers auf einer dem Umrechnungsfaktor oder der Kennlinie zugeordneten Härteskala berechnet.
Zur Beschleunigung der Ausfällung der Erdalkali-Ionen in dem Messmodus kann zwischen den zwei gegenüberliegenden Elektrolyseelektroden der Elektrolysezelle eine Kationenaustauschermembran angeordnet sein, wobei die Kationenaustauschermembran insbesondere parallel zu den als Flachelektroden ausgebildeten Elektrolyseelektroden verläuft. Weiterhin können in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung auch mehrere Paare von Elektrolyseelektroden im Abstand zueinander angeordnet sein, insbesondere in Form von Flachelektroden, die parallel zueinander verlaufen. So kann bspw. ein Kaskaden-Anordnung von korrespondierenden Elektrolyseelektroden in der Reihenfolge Anode - Kathode - Anode - Kathode - Anode in der Elektrolysezelle vorgesehen sein. Dies beschleunigt ebenfalls die Ausfällung der Erdalkali-Ionen in den Messzyklen und reduziert daher die Messdauer.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage kann die Gesamthärte des Verschnittwassers, die durch die Carbonathärte (temporäre Härte) bestimmt ist, sowie die Gesamthärte des Rohwassers mit ausreichender Genauigkeit in einem automatisierten Verfahren ohne Verwendung von Chemikalien bestimmt werden. In Abhängigkeit der bestimmten Gesamthärte des Verschnittwassers und/oder des Rohwassers kann das Mischungsverhältnis bzw. der Volumenanteil des Rohwassers im Verschnittwasser so eingestellt werden, dass die Gesamthärte des Verschnittwassers einer vorgegebenen Sollhärte entspricht. Das Verfahren und die Wasserbehandlungsanlage ermöglichen weiterhin eine in-situ-Erfassung einer Änderung der Leitfähigkeit des zugeführten Rohwassers, um bei einer Änderung der Wasserqualität des zugeführten Rohwassers eine schnelle Anpassung des Mischungsverhältnisses vornehmen zu können, damit die Härte des Verschnittwassers der vorgebebenen Sollhärte entspricht und die Regenerationsauslösung und die Kapazität neu berechnet werden kann.
Diese und weitere Vorteile und Anwendungen sowie bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage;
2: schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen einer konduktometrischen Messvorrichtung, die in der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können;
3: ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4: ein Diagramm eines typischen zeitlichen Verlaufs der elektrischen Leitfähigkeit einer Wasserprobe mit Verschnittwasser aus der Wasserbehandlungsanlage von 1 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5: ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der in dem erfindungsgemäßen Verfahren erfassten elektrischen Leitfähigkeit einer Wasserprobe mit Verschnittwasser aus der Wasserbehandlungsanlage von 1 sowie des zeitlichen Verlaufs der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Härte des Verschnittwassers.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage dargestellt, wobei die Wasserbehandlungsanlage 10 einen Rohwasserzulauf 11 zur Bereitstellung von Rohwasser R, eine mit dem Rohwasserzulauf 11 verbundene Enthärtungsvorrichtung 12, welche mindestens einen Ionenaustauscher 13 enthält, einen Steuerkopf 24, ein Verschneideventil v1 zum Erzeugen von Verschnittwasser V, eine Steuereinrichtung 14 und mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung 15 umfasst. Der Steuerkopf 24 steht dabei mit dem Rohwasserzulauf 11 sowie mit der Enthärtungsvorrichtung 12 in Verbindung und ist zur Steuerung der Volumenströme des Rohwassers R zur Enthärtungsvorrichtung 12 sowie des in der Enthärtungsvorrichtung 12 enthärteten Wassers W in eine mit dem Steuerkopf 24 in Verbindung stehende Verschnittwasserleitung 20 eingerichtet und wird hierfür von der Steuereinrichtung 14 angesteuert. Der Steuerkopf 24 bildet dabei zusammen mit dem Verschneideventil v1 eine Verschneideeinrichtung 24, v1, in der Verschnittwasser V durch Mischen von Rohwasser R aus dem Rohwasserzulauf 11 mit enthärtetem Rohwasser W aus der Enthärtungsvorrichtung 12 in einem durch die Stellung des regelbaren Ventils v1 vorgebbaren Mischungsverhältnis erzeugt wird. Die Messvorrichtung 15 ist dabei stromabwärts der Verschneideeinrichtung 24, v1 angeordnet.
Der Ionenaustauscher 13 der Enthärtungsvorrichtung 12 ist in einem Ionenaustauschbehälter 8, der einen Eingang 11a und einen Ausgang 11b aufweist, enthalten. Zur Regenerierung des Ionenaustauschers 13 der Enthärtungsvorrichtung 12 umfasst die Wasserbehandlungsanlage 10 weiterhin eine Regeneriereinrichtung 18, welche einen Regenerierbehälter 9 aufweist, in dem eine wässrige Regenerierlösung, insbesondere eine Natriumchlorid-Lösung, bevorratet ist. Bei einer Erschöpfung des Ionenaustauschers 13 der Enthärtungsvorrichtung 12 wird in einem Regenerierungsmodus die Regenerierlösung durch den Ionenaustauschbehälter 8 geleitet, wodurch die in dem Ionenaustauscher 13 beim Enthärten des Rohwassers R gebundenen Calzium- und Magnesium-Ionen durch Natrium-Ionen ersetzt werden. Die verbrauchte Regenerierlösung wird nach Beendigung des Regenerierungsmodus über eine Abfuhrleitung 23 in einen Kanal 19 geleitet.
Der Eingang 11a der Enthärtungsvorrichtung 12 steht über den Steuerkopf 24 mit dem Rohwasserzulauf 11 in Verbindung, über den der Enthärtungsvorrichtung 12 (hartes) Rohwasser R zur Enthärtung zugeführt wird. Zur Erfassung der Leitfähigkeit des zugeführten Rohwassers R ist in dem Rohwasserzulauf 11 ein Leitfähigkeitssensor 16 angeordnet.
Der Ausgang 11b der Enthärtungsvorrichtung 12 steht über eine Auslassleitung 7 mit dem Steuerkopf 24 in Verbindung, um das durch Ionenaustausch in dem Ionenaustauscher 13 enthärtete Wasser (Weichwasser W) in die Verschnittwasserleitung 20 zu leiten. In der Verschnittwasserleitung 20 wird das enthärtete Wasser W in einem definierten Mischungsverhältnis, das von der Stellung des Verschneideventils v1 abhängt, mit Rohwasser R vermischt, um ein Verschnittwasser V zu erzeugen. Das Verschnittwasser V soll dabei eine vorgegebene Sollhärte GH_V ^soll aufweisen, beispielsweise von GH_V ^soll = 3 °dH.
Die Härte des Verschnittwassers V hängt dabei von der Härte des Rohwassers R und dem Mischungsverhältnis des enthärteten Wassers W mit dem Rohwasser R ab. Das in der Verschneideeinrichtung 24, v1 erzeugte Verschnittwasser V wird über die Verschnittwasserleitung 20 abgeführt und über eine mit der Verschnittwasserleitung 20 in Verbindung stehende Verbraucherleitung 21 zu einem Verbraucher 22 geleitet. Bei dem Verbraucher 22 kann es sich beispielsweise um die Trinkwasserinstallation eines Haushalts oder um ein Wassergerät handeln, dem direkt das Verschnittwasser V zugeführt wird.
Zur Bestimmung und Einstellung eines geeigneten Mischungsverhältnisses, welches so gewählt ist, dass das Verschnittwasser V eine Härte aufweist, die möglichst gut einer vorgegebenen Sollhärte GH_V ^soll entspricht, ist die Steuereinrichtung 14 mit der Verschneideeinrichtung 24, v1 gekoppelt, um durch Einstellung des regelbaren Verschneideventils v1 der Verschneideeinrichtung 24, v1 das Mischungsverhältnis geeignet einstellen zu können. Zur Einstellung eines anfänglichen Mischungsverhältnisses r:w_0, bei dem die Härte des Verschnittwassers V zumindest ungefähr der Sollhärte entspricht, ist die Steuereinrichtung 14 mit dem im Rohwasserzulauf 11 angeordneten Leitfähigkeitssensor 16 gekoppelt und empfängt den von diesem Sensor erfassten Messwert der elektrischen Leitfähigkeit des Rohwassers R. Auf Basis des Messwerts der Leitfähigkeit des Rohwassers R (Leitwert L_R) schätzt die Steuereinrichtung 14 durch Rückgriff auf eine in einem Datenspeicher abgespeicherte Kennlinie, die den Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit der Wasserhärte beschreibt, die Härte des Rohwassers ab und berechnet daraus ein anfängliches Mischungsverhältnis r:w_0, welches so bestimmt wird, dass die prognostizierte Härte des Verschnittwassers wenigstens ungefähr der Sollhärte entspricht.
Zur Feineinstellung des Mischungsverhältnisses wird die genaue Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V mittels der Messvorrichtung 15 bestimmt. Hierfür wird das Verschnittwasser V über die Verschnittwasserleitung 20 durch ein von der Steuereinrichtung regelbares Ventil V2 zu einem Eingang 15a der Messvorrichtung 15 geleitet und diese durchspült.
Die Messvorrichtung 15 umfasst eine Elektrolysezelle 1, die über einen Behälter 5 verfügt, in dem der Eingang 15a und ein Ausgang 15b vorgesehen sind. Über den Eingang 15a kann eine Wasserprobe, deren Härte bestimmt werden soll, in den Behälter 5 der Messvorrichtung 15 eingebracht werden. Zur Durchführung einer konduktometrischen Messung wird der Eingang 15a und der Ausgang 15b des Behälters 5 geschlossen. Nach Beendigung einer Messung kann die Wasserprobe durch Öffnen des Ausgangs 15b in einen Kanal 19 abgeleitet werden.
In 2 sind schematisch verschiedene Ausführungsformen der Messvorrichtung 15 gezeigt. Die in 2A gezeigt Messvorrichtung 15 umfasst eine Elektrolysezelle 1 mit einem Behälter 5, der am Eingang 15a über einen hier nicht dargestellten Zugang zum Einbringen der Wasserprobe und am Ausgang 15b einen Auslass zum Ablassen der Wasserprobe nach erfolgter Härtebestimmung enthält. Der Zugang und der Auslass sind verschließbar, so dass sich das Wasser nach Einbringen der Wasserprobe in den Behälter 5 in einem geschlossenen Volumen befindet.
Innerhalb des Behälters 5 sind zwei im Abstand und parallel zueinander verlaufende Flachelektroden angeordnet. Die beiden Flachelektroden bilden einander zugeordnete Elektrolyseelektroden A, K, wobei die eine Flachelektrode als Anode (A) und die andere Flachelektrode als Kathode (K) vorgesehen ist. Die beiden Elektrolyseelektroden A, K, sind an eine Gleichstromquelle DC angeschlossen, wie in 2A angedeutet. Über die Gleichstromquelle DC werden die beiden Elektrolyseelektroden A, K mit elektrischem Gleichstrom beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung der beiden Elektrolyseelektroden A, K mit elektrischem Gleichstrom wird das sich im Behälter 5 der Elektrolysezelle 1 befindliche Wasser der Wasserprobe elektrolysiert, wobei sich die im Wasser befindlichen Erdalkali-Ionen als Carbonate an der Kathode (K) abscheiden und dadurch aus dem Wasser ausgefällt werden.
Zwischen den beiden Elektrolyseelektroden A, K ist ein Leitfähigkeitssensor 2 mit zwei Messelektroden angeordnet, welche ein Elektrodenpaar 3 ausbilden. Das Elektrodenpaar 3 ist an eine Wechselspannungsquelle AC angeschlossen und kann über die Wechselspannungsquelle AC mit einer elektrischer Wechselspannung einer vorgegebenen Frequenz beaufschlagt werden. Das Elektrodenpaar 3 wirkt bei Anlegen einer elektrischen Wechselspannung als Leitfähigkeitssensor 2, mit dem durch Messung der Stromstärke des durch die Messelektroden des Elektrodenpaars 3 geleiteten Stroms die Leitfähigkeit des sich im Behälter 5 befindlichen Wassers erfasst werden kann. Die beiden Messelektroden sind in dem in 2A gezeigten Beispiel als Stabelektroden ausgebildet, deren Längsachse parallel zu der Ebene der beiden als Flachelektroden ausgebildeten Elektrolyseelektroden A, K verläuft.
Die Messvorrichtung 15 mit der Elektrolysezelle 1 und den beiden darin angeordneten Elektrolyseelektroden A, K und dem in der Elektrolysezelle 1 integrierten Leitfähigkeitssensor 2 ist mit der Steuereinrichtung 14 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 14 steuert die Versorgung der Elektrolyseelektroden A, K während vorgegebener Elektrolysezyklen mit elektrischem Gleichstrom. Weiterhin wird auch die Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit der sich im Behälter 5 befindlichen Wasserprobe mittels des Leitfähigkeitssensors 2 durch die Steuereinrichtung 14 gesteuert, indem das Elektrodenpaar 3 des Leitfähigkeitssensors 2 in definierten Messzyklen mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagt wird. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 14 hierfür so eingerichtet, dass abwechselnd nacheinander Messzyklen mit einer vorgegebenen Messdauer und Elektrolysezyklen mit einer vorgegebenen Elektrolysedauer durchgeführt werden, wobei bevorzugt während eines Messzyklus das Elektrodenpaar 3 des Leitfähigkeitssensors 2 mit Wechselspannung beaufschlagt wird, während die beiden Elektrolyseelektroden A, K stromlos geschaltet sind und während eines Elektrolysezyklus die beiden Elektrolyseelektroden A, K mit elektrischem Gleichstrom beaufschlagt werden, während das Elektrodenpaar 3 spannungsfrei ist.
Die Steuereinrichtung 14 umfasst einen Datenspeicher und eine Recheneinheit. In dem Datenspeicher ist mindestens eine Kennlinie hinterlegt, die den Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit der Gesamthärte des Wassers auf einer Härteskala darstellt. Der Datenspeicher der Steuereinrichtung 14 kann auch mehrere solcher Kennlinien enthalten, wobei die einzelnen Kennlinien beispielsweise den Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser in Abhängigkeit von der Härte des Wassers auf unterschiedlichen Härteskalen, beispielsweise der Härteskala deutscher Härte (°dH) oder der französischen Härte (°fH) darstellt. Falls die Kennlinie einen linearen Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Härte des Wassers hat, kann auch der Proportionalitätsfaktor, der die Steigung dieses linearen Verlaufs angibt, als Umrechnungsfaktor F ergänzend oder anstelle der Kennlinie in dem Speicher der Steuereinrichtung 14 abgespeichert sein.
Zur Bestimmung der Härte des Wassers der sich im Behälter 5 der Elektrolysezelle 1 befindlichen Wasserprobe wird in einem Messmodus zunächst bei stromlos geschalteten Elektrolyseelektroden A, K mittels des Leitfähigkeitssensors 2 durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an das Elektrodenpaar 3 mit einer vorgegebenen Frequenz die ursprüngliche Leitfähigkeit Lf₁ des Wassers gemessen. Diese Messung stellt einen ersten Messzyklus dar. Danach wird die Spannung an dem Elektrodenpaar 3 des Leitfähigkeitssensors 2 abgestellt und es beginnt ein erster Elektrolysezyklus für eine vorgegebene Elektrolysedauer. Hierfür wird eine Gleichspannung an die beiden Elektrolyseelektroden A, K angelegt. Durch das Anlegen einer Gleichspannung an die beiden Elektrolyseelektroden A, K wird das Wasser in dem Behälter 5 elektrolysiert und gleichzeitig beginnen die im Wasser befindlichen Erdalkali-Ionen als Carbonate, insbesondere als Calzium-Carbonat und als Magnesium-Carbonat, auszufällen und an der Kathode (K) anzulagern. Nach Beendigung des ersten Elektrolysezyklus wird die Stromzufuhr zu den Elektrolyseelektroden A, K abgestellt und es erfolgt ein zweier Messzyklus durch Anlegen einer Wechselspannung an das Elektrodenpaar 3 des Leitfähigkeitssensors 2 während einer vorgegebenen Messdauer. Dabei wird die elektrische Leitfähigkeit des Wassers in dem Behälter 5 erfasst. Aufgrund einer teilweise erfolgten Fällung der Erdalkali-Ionen hat sich die Leitfähigkeit, die in dem zweiten Messzyklus gemessen wird, gegenüber der ursprünglichen Leitfähigkeit des Wassers vermindert, da die ausgefällten Erdalkali-Ionen nicht mehr zu dem Stromfluss in der Elektrolysezelle 1 beitragen. Anschließend werden weitere Elektrolysezyklen und Messzyklen abwechselnd nacheinander durchgeführt.
Der sich dadurch ergebende zeitliche Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit des sich im Behälter 5 befindlichen Wassers ist anhand eines Beispiels in 4 dargestellt. In dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit der 4 sind die einzelnen Messzyklen M ersichtlich, in denen sich die Leitfähigkeit des Wassers nicht ändert. Zwischen aufeinander folgenden Messzyklen M mit gleichbleibender Leitfähigkeit befinden sich die Elektrolysezyklen E, wobei die die elektrische Leitfähigkeit des Wassers in jedem Elektrolysezyklus E aufgrund der fortschreitenden Ausfüllung der Erdalkali-Ionen weiter abnimmt, bis zu einem in 4 mit U gekennzeichneten Umschlagpunkt, an dem die mit dem Leitfähigkeitssensor 2 erfasste Leitfähigkeit des Wassers sprunghaft oder graduell ansteigt. Der (ggf. sprunghafte) Anstieg der elektrischen Leitfähigkeit beim Umschlagpunkt U resultiert vermutlich aus einem plötzlichen Anstieg des pH-Werts und einem daraus resultierenden Überschuss von Anionen (CO₃ ^2- und OH^-) mit höherer Äquivalentleitfähigkeit gegenüber den Hydrogencarbonat-Ionen nach Abschluss der kathodischen Fällung. An dem Umschlagpunkt U weist die vom Leitfähigkeitssensor 2 erfasste Leitfähigkeit des Wassers einen Minimalwert Lf₂ auf.
Unter der Annahme, dass während der Elektrolysezyklen alle im Wasser enthaltene Erdalkali-Ionen als Carbonate, insbesondere als Calzium- und Magnesium-Carbonat, ausgefällt worden sind, kann über die Differenz der erfassten Leitfähigkeit vor Beginn der Elektrolyse (Lf₁) und der nach vollständiger Ausfüllung der Erdalkali-Ionen erfassten Leitfähigkeit (Lf₂) die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der elektrischen Leitfähigkeit ΔLf = |Lf₂ - Lf₁| berechnet werden und aus diesem Differenzwert, welcher der Differenz der ursprünglichen Leitfähigkeit des Wassers und der nach der vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen gemessenen Leitfähigkeit entspricht, kann auf die Gesamthärte bzw. die Carbonathärte des sich im Behälter 5 der Messvorrichtung 15 befindlichen Wassers geschlossen werden. Hierfür ist die Steuereinrichtung 14 so programmiert, dass sie aus den erfassten Messwerten der ursprünglichen Leitfähigkeit Lf₁ und der Leitfähigkeit des Wassers nach der vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen Lf₂ den Betrag der Differenz dieser Messwerte ΔLf = |Lf₂ - Lf₁| berechnet und aus dem Differenzwert unter Rückgriff auf die im Speicher der Steuereinrichtung 14 hinterlegten Kennlinie und/oder des dort hinterlegten Umrechnungsfaktors F die Härte des Wassers auf der Härteskala der Kennlinie bzw. des Umrechnungsfaktors F wie folgt zu bestimmt: $H = Δ Lf / F,$
wobei H die Härte des Wassers, ΔLf die Differenz der gemessenen Leitfähigkeiten des Wassers vor und nach der vollständigen Fällung der Erdalkali-Ionen und F der Umrechnungsfaktor ist, der sich aus der Kennlinie des (linearen) Verlaufs der Leitfähigkeitsänderung von Wasser bei einer Ausfällung der Carbonathärte des Wassers in Abhängigkeit der Härteänderung, insbesondere der Änderung der Gesamthärte des Wassers, ergibt und insbesondere der Proportionalitätsfaktor eines linearen Verlaufs dieser Kennlinie ist.
Der (empirisch ermittelbare) Faktor F ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der Masse an entnommenen Härtebildnern durch Fällung und der Reduktion der Leitfähigkeit dank proportional verminderter Ionenkonzentrationen. Bis zum Umschlagspunkt U läuft die Kurve einer elektrolytischen Härtefällung (bei Konstantstrom) nahezu linear, wie aus 4 ersichtlich. Bei Konstantspannung (abnehmende Stromstärke) ist der zeitliche Verlauf der Leitfähigkeit zwar nicht mehr linear, der Umschlagspunkt U liegt jedoch unverändert beim gleichen Wert der Leitfähigkeit (Leitwert). Bei Überschuss an Hydrogencarbonat gegenüber den Erdalkali-Ionen entspricht der Umschlagspunkt U wegen der vergleichbaren Äquivalent-Leitwerte von Ca und Mg recht genau den vorhandenen Summenkonzentrationen an Erdalkali-Ionen. Aus empirischen Messungen an einer Vielzahl von Trinkwasserproben aus Deutschland unterschiedlicher Herkunft und unterschiedlicher Zusammensetzung ergibt sich für den Umrechnungsfaktor F bei einer Temperatur von 15°C bspw. ein Wert von $F = 30 μ S / (cm ° dH) = 0,030 mS / (cm ° dH) .$
Aus dem in 4 gezeigten zeitlichen Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit einer Wasserprobe ergibt sich für die Härte des Wassers daher folgende Berechnung: $H = Δ Lf / F = \frac{(0,70 -,059) mS / cm}{0,030 mS / (cm ° dH)} = 3,6 ° dH$
In den 2A und 2B sind zwei weitere Ausführungsformen einer Messvorrichtung 15 mit einer Elektrolysezelle 1 gezeigt, wobei die Elektrolysezelle 1 zwei voneinander getrennte Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b enthält. Ein erster Leitfähigkeitssensor 2a ist dabei an dem verschließbaren Eingang 15a der Elektrolysezelle 1 und ein zweiter Leitfähigkeitssensor 2b an dem verschließbaren Ausgang 15b der Elektrolysezelle 1 angeordnet. Jeder Leitfähigkeitssensor 2a, 2b umfasst dabei ein Elektrodenpaar 3a, 3b mit jeweils einer ersten Messelektrode a (Messanode) und einer zweiten Messelektrode k (Messkathode). Zwischen dem Eingang 15a und dem Ausgang 15b der Elektrolysezelle 1 sind in dem Ausführungsbeispiel von 2B die beiden Elektrolyseelektroden A, K angeordnet, welche, wie im Ausführungsbeispiel von 2A, als Flachelektroden ausgebildet und in einem vorgegebenen Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Die in 2B gezeigte Ausführungsform der Elektrolysezelle 1 kann zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit einer Wasserprobe eingesetzt werden, die im Durchflussbetrieb kontinuierlich vom Eingang 15a zum Ausgang 15b durch die Elektrolysezelle 1 strömt. Während des Durchströmens der Wasserprobe durch die Elektrolysezelle 1 wird die Leitfähigkeit Lf_a des Wasserstroms am Eingang 15a und die Leitfähigkeit Lf_b am Ausgang 15b kontinuierlich mit den beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b gemessen,. Die Steuereinrichtung 14 berechnet aus den erfassten Messwerten am der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b die Differenz ΔLf = |Lf_b - Lf_a| und vergleicht die berechnete Differenz der elektrischen Leitfähigkeit ΔLf mit einem vorgegebenen Grenzwert. Falls die erfasste Differenz der elektrischen Leitfähigkeit ΔLf über diesem Grenzwert liegt, kann darauf geschlossen werden, dass sich eine bestimmte Menge an härtebildenden Erdalkali-Ionen in dem Wasser befindet, was auf einen Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung 12 hinweist. Weiterhin kann mit der Messvorrichtung 15 der 2B im Durchflussbetrieb eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Verschnittwassers V detektiert werden, die bspw. auf eine Änderung der Wasserqualität des Rohwassers R, das der Wasserbehandlungsanlage über den Rohwasserzulauf 11 zugeführt wird, beruht.
Um die Gesamthärte des Wassers des der Messvorrichtung 15 zugeführten Wasserstroms zu bestimmen, kann die Messvorrichtung 15 gemäß der zweiten Ausführungsform der 2B vom Durchflussbetrieb in einen Batchbetrieb (Chargenbetrieb) umgestellt werden, indem der Eingang 15a und der Ausgang 15b des Behälters 5 der Elektrolysezelle 1 geschlossen werden. Danach erfolgt die Bestimmung der Härte des sich im Behälter 5 der Messvorrichtung 15 befindlichen Wassers mit dem anhand der Ausführungsform der 2A beschriebenen Messmodus.
In dem in 2C gezeigten Ausführungsbeispiel der Messvorrichtung 15 sind in der Elektrolysezelle 1 mehrere Elektrolyseelektroden A, K angeordnet. Insbesondere enthält die Elektrolysezelle 1 des Ausführungsbeispiels von 2C eine Kaskade von Elektrolyseelektroden in der Abfolge einer äußeren Anode A, einer ersten Kathode K, einer inneren Anode A, einer zweiten Kathode K sowie einer weiteren äußeren Anode A, wie aus 2C ersichtlich. Zwischen korrespondierenden Elektrolyseelektroden A, K ist jeweils eine Kationenaustauschermembran KAT angeordnet. Durch die Mehrzahl von Elektrolyseelektroden A, K sowie der zwischen korrespondierenden Elektrolyseelektroden A, K angeordneten Kationenaustauschermembrane KAT wird die Effizienz der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen durch die Ausfällung in Form von Erdalkali-Carbonate an den Kathoden K (insbesondere aufgrund einer größeren Elektrodenfläche) erhöht, wodurch sich die Messdauer verringert und die Strömungsgeschwindigkeit, mit der die Wasserprobe durch die Elektrolysezelle 1 strömt, herabgesetzt werden kann.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand des Flussdiagramms von 3 erläutert, welches die Schritte bei der Einstellung und der ersten Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage 10 darstellt:

Über eine Kommunikationsschnittstelle wird der Steuereinrichtung 14 eine Sollhärte GH_V ^soll vorgegeben, welche insbesondere zwischen 2°dH und 15°dH und bevorzugt zwischen 3°dH und 10°dH und besonders bevorzugt zwischen 3°dH und 6°dH liegt (Schritt S1). Mittels des im Rohwasserzulauf 11 angeordneten Leitfähigkeitssensors 16 wird anschließend kontinuierlich oder punktuell in vorgebbaren Zeitabständen die elektrische Leitfähigkeit des Rohwassers Lf_R gemessen (Schritt S2). Die Steuereinrichtung 14 schätzt auf der Basis der gemessenen Leitfähigkeit des Rohwassers Lf_R unter Zugriff auf eine im Datenspeicher hinterlegte Kennlinie die Härte H_R des Rohwassers grob ab und positioniert das Verschneideventil v1 der Verschneideeinrichtung 24, v1 so, dass sich ein anfängliches Mischungsverhältnis r:w_0 ergibt, bei dem die erwartete Gesamthärte GH_v des Verschnittwassers V einen niedrigen Wert aufweist, der bevorzugt ≤ 3°dH ist (Schritt S3). Das mit dieser Einstellung des Verschneideventils v1 erzeugte Verschnittwasser V weist einen Überschuss an Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen auf, wodurch eine genau Messung der Gesamthärte GH_v des Verschnittwasser mit dem oben beschriebenen Messverfahren ermöglicht wird. Es hat sich aus vielen tausend Trinkwasseranalysen der Zusammenhang herausgestellt, dass bei dieser Einstellung der Hydrogencarbonatanteil im Überschuss zu den Erdalkalien vorhanden ist.

Zur Erfassung der Gesamthärte des Verschnittwassers V wird eine Wasserprobe des erzeugten Verschnittwasser V dem Behälter 5 der Messvorrichtung 15 zugeführt und der Behälter 5 geschlossen, so dass sich darin die Wasserprobe des Verschnittwassers V mit einem bestimmten Volumen befindet (Schritt S4).
Danach wird das Verschneideventil v1 auf ein vorläufiges Mischungsverhältnis r:w_1 vorpositioniert, bei dem, auf Basis der in Schritt S2 grob ermittelten Rohwasserhärte, die Härte des Verschnittwassers ungefähr der Sollhärte entspricht (Schritt S5). Die Wasserbehandlungsanlage 10 wird mit dieser Einstellung des vorläufigen Mischungsverhältnisses r:w_1 betrieben, bis eine genaue Erfassung der Verschnittwasserhärte GH_V und der Rohwasserhärte H_R abgeschlossen ist und auf Basis dieser Werte eine Feinjustierung des Mischungsverhältnisses erfolgen kann, um die vorgegebene Sollhärte GH_V ^soll des Verschnittwassers möglichst genau zu erreichen.
Hierfür wird gleichzeitig mit oder nach Schritt S5 in der Messvorrichtung 15 ein Messmodus durchgeführt, in dem die Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V und daraus mit dem bekannten anfänglichen Mischungsverhältnis r:w_0 die Härte des Rohwassers R bestimmt wird (Schritt S6)..
Zu Beginn des Messmodus (Schritt S6) wird in der Elektrolysezelle 1 der Messvorrichtung 15 die (ursprüngliche) elektrische Leitfähigkeit des Verschnittwassers V mittels des in die Elektrolysezelle 1 integrierten Leitfähigkeitssensors 2 gemessen und danach wird die sich im Behälter 5 der Elektrolysezelle 1 befindliche Wasserprobe des Verschnittwassers V bei geschlossenem Behälter 5 mittels der Elektrolyseelektroden A, K elektrolysiert, indem an die Elektrolyseelektroden A, K eine elektrische Gleichspannung angelegt wird. Dadurch werden die in der Wasserprobe des Verschnittwassers V enthaltenen Erdalkali-Ionen aus dem Wasser ausgefällt. Während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen wird die elektrische Leitfähigkeit des sich im Behälter 5 der Elektrolysezelle 1 befindlichen Verschnittwassers V mit dem integrierten Leitfähigkeitssensor 2 bzw. den Leitfähigkeitssensoren 2a und 2b gemessen, um den Umschlagspunkt U zu erfassen, der eine vollständige Ausfällung der Erdalkali-Ionen anzeigt, wie oben anhand der Messvorrichtungen von 2 beschrieben. Nach vollständiger Ausfällung der Erdalkali-Ionen wird die elektrische Leitfähigkeit Lf₂ des elektrolysierten Verschnittwassers V gemessen und durch Differenzbildung mit der ursprünglichen Leitfähigkeit Lf₁ des Verschnittwassers V wird die durch das Fällen der Erdalkali-Ionen erzeugte Änderung der Leitfähigkeit ΔLf = |Lf₂ - Lf₁| ermittelt. Hierfür ist die Steuereinrichtung 14 mit dem Leitfähigkeitssensor 2 gekoppelt, um die Messwerte der Leitfähigkeitsmessung (Leitwerte) vor, während und nach der Fällung der Erdalkali-Ionen zu erhalten. Die Steuereinrichtung 14 berechnet aus der erfassten Differenz der elektrischen Leitfähigkeit ΔLf unter Rückgriff auf den in einem Speicher der Steuereinrichtung 14 hinterlegten Umrechnungsfaktor F die genaue Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V, wie oben beschrieben (Schritt S7). Die hierfür benötigte Messdauer bis zur vollständigen Ausfällung der Erdalkali-Ionen hängt von der Härte des Wassers der Wasserprobe ab und liegt etwa zwischen 10 und 15 Minuten/° dH und beträgt aufgrund der über das anfängliche Mischungsverhältnis r:w_0 eingestellten geringen Härte des Verschnittwassers weniger als 45 Minuten.
Auf Basis der von der Steuereinrichtung 14 bestimmten Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V justiert die Steuereinrichtung 14 die Verschneideeinrichtung 24, v1 hierfür nach, um das vorläufige Mischungsverhältnis r:w_1 des Rohwassers mit dem enthärteten Wasser W so auf ein neues Mischungsverhältnis r:w_2 anzupassen, dass das Verschnittwasser V eine Gesamthärte GH_v aufweist, die der vorgegebenen Sollhärte GH_v ^soll entspricht (Schritt S8). Dabei kann die Steuereinrichtung 14 (im Schritt S7) aus der bestimmten Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V unter Berücksichtigung des ursprünglichen Mischungsverhältnisses auch die Härte H_R des Rohwassers R berechnen. Die Härte H_R des Rohwassers R kann bspw. zur Prognose einer Enthärtungskapazität der Enthärtungsvorrichtung 12 und zur Einleitung eines Regeneriervorgangs mit der Regeneriervorrichtung 18 eingesetzt werden, um zur Vermeidung eines Härtedurchbruchs rechtzeitig vor einer Erschöpfung des Ionenaustauschers 13 eine Regenerierung vorzunehmen.
Während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage werden Änderungen in der Härte H_R des Rohwassers R, die bspw. auftreten können, wenn sich die Wasserqualität des von der öffentlichen Trinkwasserversorgung bereitgestellten Trinkwassers ändert, durch den Leitfähigkeitssensor 16 erfasst und bei der Justierung des Verschneideventils v1 berücksichtigt, indem das Mischungsverhältnis an eine geänderte Härte des Rohwassers R angepasst wird. Hierfür werden die aktuell vom Leitfähigkeitssensor 16 erfassten Messwerte der Leitfähigkeit Lf_R(n+1) des Rohwassers R der Steuereinrichtung 14 zugeleitet, welche die erfassten Messwerte mit den zeitlich vorangehenden Messwerten Lf_R(n) vergleicht (Schritt S9). Falls sich dabei eine Änderung der Leitfähigkeit ΔLf_R = Lf_R(n+1) - Lf_R(n) des Rohwassers R ergibt, deren Betrag über einem vorgegebenen Grenzwert δLf_R liegt, wird ein weiterer Messmodus eingeleitet, in dem in der oben beschriebenen Weise mit der Messvorrichtung 15 die Gesamthärte GH_V des Verschnittwassers V bestimmt und in Abhängigkeit davon erforderlichenfalls eine Anpassung des Mischungsverhältnisses des Verschnittwassers V vorgenommen wird. Der Grenzwert δLf_R liegt dabei zweckmäßig im Bereich von 30 bis 40 µS/cm und beträgt insbesondere 30 µS/cm. Solange während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage keine Änderung der Leitfähigkeit Lf_R des Rohwassers R erfasst wird, deren Betrag über dem Grenzwert δLf_R liegt, bleibt die Einstellung des Verschneideventils v1 der Verschneideeinrichtung 24, v1 unverändert (Schritt S10).
Die vom Leitfähigkeitssensor 16 erfassten Leitwerte des Rohwassers Lf_R werden dabei zusammen mit den zugehörigen Rohwasserhärten H_R in einem Speicher der Steuereinrichtung 14 hinterlegt. Wenn ein bereits bekannter Rohwasserleitwert erneut erkannt wird, dann wird nicht mehr der Analysenprozess gestartet, sondern die im Speicher der Steuerung bereits hinterlegte, diesem Leitwert zugeordnete Rohwasserhärte H_R wird als neue Steuergröße für die Einstellung des Mischungsverhältnisses verwendet, um die Sollhärte GH_v ^soll des Verschnittwassers V zu erreichen.
In 5 ist beispielhaft der zeitliche Verlauf einer Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Verschnittwassers V oder des Rohwassers R (gemessene Leitwerte Lf_V bzw. Lf_R) in der Wasserbehandlungsanlage der 1 bei einer sich ändernden Härte H_R des über den Rohwasserzulauf 11 zugeführten Rohwassers R sowie der zeitliche Verlauf der aus der Leitfähigkeit des Verschnittwassers V ermittelten Härte GH_V des Verschnittwassers V und der daraus rechnerisch unter Berücksichtigung des Mischungsverhältnisses ermittelten Härte H_R des Rohwassers R gezeigt. Dabei wurde der Enthärtungsvorrichtung 12 zwischen dem Beginn der Messung zum Zeitpunkt t = 0 ein Rohwasser R mit einer bestimmten Rohwasserhärte H_R zugeführt. Ab dem Zeitpunkt t₁ wurde der Enthärtungsvorrichtung 12 bis zum Zeitpunkt t₂ ein Rohwasser R` mit einer geänderten Zusammensetzung und einer höheren Härte H_R' zugeführt und ab dem Zeitpunkt t₃ wurde wiederum das ursprüngliche Rohwasser R zugeführt. Während des gesamten Messzeitraums zwischen t = 0 und t ≅ 9 h wurde kontinuierlich die Leitfähigkeit Lf_R (t) des Rohwassers R bzw. R` mit dem Leitfähigkeitssensor 16 erfasst. Zum Zeitpunkt t₁ ist dabei aufgrund der höheren Härte des geänderten Rohwassers R` ein Anstieg der Leitfähigkeit Lf_R (t) des Rohwassers zu beobachten. Ab dem Zeitpunkt t₀ wurde ein Messmodus durchgeführt um die Gesamthärte GH_v des Verschnittwassers V und daraus die Härte H_R des Rohwassers R zu bestimmen und das Mischungsverhältnis von Rohwasser R mit enthärtetem Wasser W so einzustellen, dass die Gesamthärte GH_v des Verschnittwassers V der vorgegebenen Sollhärte GH_V ^soll von 3°dH entspricht. Aufgrund einer erfassten Änderung der Leitfähigkeit Lf_R (t) des Rohwassers zum Zeitpunkt t₁ und t₃ wurde zu den Zeitpunkten t₂ und t₄ in der Elektrolysezelle 1 im Batchbetrieb eine Messung der Leitfähigkeit des Verschnittwassers und anschließend eine Fällung der Erdalkali-Ionen durch Elektrolyse des Verschnittwassers in der Elektrolysezelle 1 eingeleitet und, wie oben beschrieben, die Leitfähigkeit Lf₂ des (elektrolysierten) Verschnittwassers und die Änderung der Leitfähigkeit ΔLf während der Elektrolyse erfasst und daraus die Gesamthärte des Verschnittwassers GH_v sowie die Härte H_R' des geänderten Rohwassers R` bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007059058 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 19636-100 [0011]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage (10) umfassend - einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R), - eine Enthärtungsvorrichtung (12), welche insbesondere mindestens einen Ionenaustauscher (13) enthält, wobei die Enthärtungsvorrichtung (12) aus dem Rohwasser (R) enthärtetes Wasser (W) erzeugt, - eine Verschneideeinrichtung (24, v1) zum Mischen von Rohwasser (R) aus dem Rohwasserzulauf (11) mit enthärtetem Wasser (W) aus der Enthärtungsvorrichtung (12), wobei die Verschneideeinrichtung (24, v1) durch Vermischen von Rohwasser (R) mit enthärtetem Wasser (W) in einem einstellbaren Mischungsverhältnis Verschnittwasser (V) erzeugt, - eine Steuereinrichtung (14) und - mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung (15), welche zur konduktometrischen Bestimmung der Gesamthärte des Wassers einer Wasserprobe eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messvorrichtung (15) Verschnittwasser (V) aus der Verschneideeinrichtung (24, v1) zugeführt wird und dass die Messvorrichtung (15), insbesondere vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen eine konduktometrische Messung durchführt und die Messergebnisse an die Steuereinrichtung (14) weiterleitet, welche aus den Messergebnissen die Gesamthärte (GH_v) des Verschnittwassers (V) bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) mittels eines im Rohwasserzulauf (11) angeordneten Leitfähigkeitssensors (16) oder mittels der Messvorrichtung (15) erfasst wird und dass aus der erfassten Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) die Härte (H) des Rohwassers (R) grob abgeschätzt wird, um basierend auf der abgeschätzten Härte (H) des Rohwassers (R) bei der Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage (10) ein anfängliches oder vorläufiges Mischungsverhältnis so einzustellen, dass die Gesamthärte (GH_v) des Verschnittwassers (V) zumindest annähernd einer vorgegebenen Sollhärte (GHv^soll) des Verschnittwassers (V) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) mittels der Messvorrichtung (15) erfasst wird, indem der Messvorrichtung (15) Rohwasser (R) über eine die Enthärtungsvorrichtung (12) umgehende Leitung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) zur Einstellung des Mischungsverhältnisses des Rohwassers (R) und des enthärteten Wassers (W) mit der Verschneideeinrichtung (24, v1) gekoppelt ist und dass das Mischungsverhältnis nach der Bestimmung der Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) in Abhängigkeit der erfassten Gesamthärte (GH_v) des Verschnittwassers (V) auf ein Mischungsverhältnis eingestellt wird, bei dem die Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) einer vorgegebenen Sollhärte (GH_V ^soll) des Verschnittwassers (V) entspricht.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) ständig oder in bestimmten Zeitabständen mittels der Messvorrichtung (15) oder mittels eines zusätzlichen Leitfähigkeitssensors (16) erfasst wird, und dass in Abhängigkeit der erfassten Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R), insbesondere bei einer erfassten Änderung der Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R), eine konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) mittels der Messvorrichtung (15) eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) aus der Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) unter Berücksichtigung des anfänglichen Mischungsverhältnisses oder des vorläufigen Mischungsverhältnisses die Gesamthärte (GH_R) des Rohwassers (R) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Gesamthärte (GH_R) des Rohwassers (R) und die erfasste Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung (14) abgespeichert werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthärte (GHv) und/oder eine vorgegebene Sollhärte (GHv^soll) des Verschnittwassers (V) zwischen 2°dH und 15°dH und bevorzugt zwischen 3°dH und 10°dH und bevorzugt zwischen 3°dH und 6°dH liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messvorrichtung (15) eine Wasserprobe von Verschnittwasser (V) zugeführt wird, in der eine elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen, insbesondere der Calcium- und/oder Magnesium-Ionen, erfolgt, wobei die elektrische Leitfähigkeit (Lf₁) des Verschnittwassers (V) vor der Fällung und die elektrische Leitfähigkeit (Lf₂) des Verschnittwassers (V) nach der Fällung und/oder die aufgrund der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen des Verschnittwassers (V) hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuereinrichtung (14) die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) der Wasserprobe des Verschnittwassers (V) erfasst und daraus über einen Umrechnungsfaktor (F) oder eine Kalibrierkurve (Lf(H)) die Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) ermittelt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei in dem Verschnittwasser (V), das der Messvorrichtung (15) zugeführt wird, ein Überschuss der Hydrogencarbonat-Ionen gegenüber den Erdalkali-Ionen vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrechnungsfaktor (F) ein Proportionalitätsfaktor für einen linearen Zusammenhang zwischen der Leitfähigkeit von Wasser und der Carbonathärte des Wassers auf einer Härteskala, insbesondere der deutschen Wasserhärte, ist und/oder dass der Umrechnungsfaktor (F) den Verlauf einer Leitfähigkeitsänderung von Wasser in Abhängigkeit der Härteänderung des Wassers bei einer Ausfällung der Carbonathärte charakterisiert.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) eine Elektrolysezelle (1) umfasst, welche mindestens zwei Elektrolyseelektroden (A, K) enthält, welche zur elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen der zugeführten Wasserprobe mit Gleichstrom beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolysezelle (1) wenigstens einen integrierten Leitfähigkeitssensor (2) mit zwei Messelektroden (a, k) enthält, welche zur Erfassung der Leitfähigkeit der zugeführten Wasserprobe mit Wechselstrom beaufschlagt werden.
Wasserbehandlungsanlage (10) umfassend - einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R), - eine mit dem Rohwasserzulauf (11) verbundene Enthärtungsvorrichtung (12), welche insbesondere mindestens einen Ionenaustauscher (13) enthält, - eine Verschneideeinrichtung (24, v1) zum Erzeugen von Verschnittwasser (V) durch Mischen von Rohwasser (R) aus dem Rohwasserzulauf (11) mit enthärtetem Rohwasser (W) aus der Enthärtungsvorrichtung (12) in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis, - eine Steuereinrichtung (14) und - mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung (15), - wobei die Steuereinrichtung (14) zur Bestimmung der Härte des Wassers einer der konduktometrischen Messvorrichtung (15) zugeführten Wasserprobe eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) mit der Verschneideeinrichtung (24, v1) in Verbindung steht, um der Messvorrichtung (15) Verschnittwasser (V) aus der Verschneideeinrichtung (24, v1) zuzuführen und die Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung (14) die Messvorrichtung (15) so ansteuert, dass diese insbesondere vor und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen eine konduktometrische Messung durchführt und die Messergebnisse an die Steuereinrichtung weiterleitet, welche aus den Messergebnissen die Gesamthärte (GH_v) des Verschnittwassers (V) bestimmt.
Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) eine Elektrolysezelle (1) mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden (A, K) und wenigstens einen Leitfähigkeitssensor (2) umfasst, wobei der Leitfähigkeitssensor (2) bevorzugt in die Elektrolysezelle (1) integriert ist.
Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Steuereinrichtung (14) so eingerichtet ist, dass sie zunächst die ursprüngliche Leitfähigkeit (Lf₁) des Verschnittwassers (V) erfasst, danach die Erdalkali-Ionen der Wasserprobe durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden (A, K) zumindest teilweise, bevorzugt zumindest weitgehend vollständig ausgefällt werden und die Leitfähigkeit (Lf₂) des Verschnittwassers (V) während und/oder nach der Fällung der Erdalkali-Ionen gemessen und aus der Differenz der ursprünglichen Leitfähigkeit und der nach vollständiger Fällung der Erdalkali-Ionen gemessenen Leitfähigkeit (ΔLf = |Lf₂ - Lf₁|) die Konzentration der Erdalkali-Ionen in dem Verschnittwasser (V) und/oder die Gesamthärte (GH_v) des Verschnittwassers (V) auf einer Härteskala ermittelt wird.
Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyseelektroden (A, K) als in der Elektrolysezelle (1) gegenüberliegend angeordnete Flachelektroden ausgebildet sind, wobei die Elektrolyseelektroden (A, K) an eine Gleichstromquelle anschließbar oder angeschlossen sind.
Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfähigkeitssensor (2) mindestens ein Elektrodenpaar (3) mit zwei insbesondere als Stabelektroden ausgebildeten Messelektroden umfasst, wobei die Messelektroden an eine Wechselspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen und bevorzugt zwischen den einander gegenüberliegenden Elektrolyseelektroden (A, K) der Elektrolysezelle (1) angeordnet sind.
Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Rohwasserzulauf (11) ein weiterer Leitfähigkeitssensor (16) angeordnet ist.
Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) zur Einstellung des Mischungsverhältnisses des Verschnittwassers (V) mit der Verschneideeinrichtung (24, v1) gekoppelt ist und die Steuereinrichtung (14) so eingerichtet ist, dass das Mischungsverhältnis in Abhängigkeit der bestimmten Gesamthärte (GHv) des Verschnittwassers (V) auf einen vorgegebenen Sollwert (GH_V ^soll) der Gesamthärte des Verschnittwassers (V) geregelt wird.
Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei der Steuereinrichtung (14) bevorzugt ständig oder zu bestimmten Zeiten die mittels der Messvorrichtung (15) oder mittels eines zusätzlichen Leitfähigkeitssensors (16) im Rohwasserzulauf (11) erfasste Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R) zugeleitet wird und die Steuereinrichtung (14) in Abhängigkeit der erfassten Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R), insbesondere bei einer erfassten Änderung der Leitfähigkeit (Lf_R) des Rohwassers (R), eine konduktometrische Bestimmung der Gesamthärte (GH_V) des Verschnittwassers (V) mittels der Messvorrichtung (15) und somit der Gesamthärte (GH_R) des Rohwassers (r) einleitet.