DE10350884A1

DE10350884A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Wasseraufbereitungsanlage

Info

Publication number: DE10350884A1
Application number: DE10350884A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Lochte
Original assignee: Gebr Heyl Analysentechnik & Co KG GmbH; Heyl Analysentechnik & Co GmbH
Current assignee: Gebr Heyl Analysentechnik & Co KG GmbH; Heyl Analysentechnik & Co GmbH
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-01
Also published as: DE10350884B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Verbrauchs an Filterkapazität eines ein Enthärtungsmittel enthaltenden Aufbereitungsbehälters einer Wasserenthärtungsanlage, wobei ein Härtewert des durch den Aufbereitungsbehälter fließenden Rohwassers jeweils beim Zufluss zum Aufbereitungsbehälter mengen- und/oder zeitabhängig wiederholt gemessen und der Berechnung der jeweils verbrauchten Filterkapazität des Aufbereitungsbehälters zugrunde gelegt wird. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verbrauchs an Filterkapazität eines ein Enthärtungsmittel enthaltenden Aufbereitungsbehälters einer Wasserenthärtungsanlage, mit einer an eine Rohwasser-Zuflussleitung angeschlossene Wasserhärte-Messeinrichtung zum wiederholten Messen eines Werts der Härte des durch den Aufbereitungsbehälter fließenden Rohwassers jeweils beim Zufluss zum Aufbereitungsbehälter; mit einer Durchfluss-Messeinrichtung zum wiederholten Messen des Durchflusses von Wasser durch den Aufbereitungsbehälter in vorbestimmten Mengen oder in vorbestimmten Zeitspannen und zum jeweiligen Ausgeben eines entsprechenden Befehlssignals an die Wasserhärte-Messeinrichtung zur Durchführung einer Härtemessung; und mit einer Berechnungseinrichtung zum wiederholten Berechnen des Verbrauchs an Filterkapazität des Aufbereitungsbehälters auf der Grundlage des jeweils gemessenen Wertes der Wasserhärte und der vorbestimmten oder gemessenen Menge an entnommenem aufbereitetem Weichwasser.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Wasseraufbereitungsanlage.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt, vor allem zur Enthärtung von Rohwasser mittels Ionenaustausch. Als Material zum Ionenaustausch dient dabei meist ein Harz, das in Form eines Harzbettes in einem Wasseraufbereitungsbehälter angeordnet wird und nach Erschöpfung seiner Filterkapazität unter Verwendung eines Regenerationsmittels, z. B. einer Kochsalzsole, regeneriert werden muss. Der Grad der Erschöpfung wird dabei üblicherweise durch Messung der seit der letzten vorangegangenen Regeneration entnommenen Menge an aufbereitetem Wasser (Weichwasser) oder/und durch Messung der Wasserhärte im Weichwasser näherungsweise ermittelt. Verfahren und Vorrichtungen dieser Art sind aus dem Stand der Technik insbesondere nach den Druckschriften DE 32 33 238 C2 , DE 35 25 714 C2 und US 4 426 294 bekannt.

Der Erschöpfungsgrad des Ionenaustauschers in der Wasseraufbereitungsanlage kann jedoch mit diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur mehr höchst ungenau ermittelt werden, falls der Härtegrad des Rohwassers während des laufenden Betriebs der Wasseraufbereitungsanlage deutlich schwankt, was insbesondere dann häufig auftritt, wenn das Rohwasser aus einem Verbundsystem mit unterschiedlichen Einspeisungen kommt. Bei Verfahren und Vorrichtungen nach diesem Stand der Technik kommt es dann vor, dass infolge der schwankenden Härte des zugeführten Rohwassers die Regeneration des Ionenaustauschers entweder vorzeitig oder zu spät erfolgt, was im einen Fall zu unerwünschter Vergeudung von Filterkapazität und im anderen Fall zu unerwünschter Minderung oder gar zum Ausbleiben der Enthärtung des entnommenen Wassers führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Wasseraufbereitungsanlage anzugeben bzw. zu schaffen, das auch bei schwankender Härte des zugeführten Rohwassers eine hinreichend genaue Bestimmung des Erschöpfungsgrades des Ionenaustauschers ermöglicht, so dass die Regeneration des Ionenaustauschers auch in solchen Fällen bei jeweils optimalen Bedingungen durchgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 bzw. mit einer Vorrichtung nach dem Patentanspruch 4 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
1 eine Wasserenthärtungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung;
2 den Aufbau der Steuervorrichtung aus 1, ebenfalls in schematischer Darstellung;
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel; und
4 ein weiteres Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Im folgenden werden die vorgenannten Ausführungsbeispiele und hieraus abgeleitete weitere Ausführungsbeispiele sowie weitere Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel:
1 zeigt eine Wasseraufbereitungsanlage 1. Sie befindet sich zwischen einer Zuflussleitung 2 für Rohwasser, das aus einem nicht dargestellten Wasserversorgungssystem stammt, und einer Abflussleitung 3 für aufbereitetes Wasser, das aus der Wasseraufbereitungsanlage 1 kommt und einem ebenfalls nicht dargestellten Nutzwasserversorgungssystem zugeleitet wird. Zur Steuerung der Wasseraufbereitungsanlage 1 ist eine elektrische Steuervorrichtung 4 vorhanden, die in 1 schematisch und in 2 etwas ausführlicher dargestellt ist.
Im folgenden wird anhand von 1 zunächst die Wasseraufbereitungsanlage 1 beschrieben, die eine an sich bekannte Bauart aufweist. Sie umfasst einen ersten Wasseraufbereitungsbehälter 5, im folgenden auch als "Filter F1" bezeichnet, und einen zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 6, im folgenden auch als "Filter F2" bezeichnet. Ferner umfasst die Wasseraufbereitungsanlage einen Regenerationsmittelbehälter 7 zur Aufnahme eines Regenerationsmittels.
Die ersten und zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 (Filter F1 und F2) sind in Aufbau und Funktion untereinander vorzugsweise gleichartig. Sie dienen jeweils zur Enthärtung oder Entcarbonisierung des zugeflossenen Rohwassers mittels Ionenaustausch unter Verwendung von Harz als Enthärtungsmittel. Dazu weisen die ersten und zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 in an sich bekannter Weise jeweils ein in den Zeichnungen nicht dargestelltes Harzbett auf.
Zur Regenerierung des in den Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 vorhandenen Harzes, das sich in seiner Fähigkeit zum Ionenaustausch nach längerem Einsatz der Wasseraufbereitungsanlage 1 erschöpft, dient in ebenfalls bekannter Weise ein im Regenerationsmittelbehälter 7 gespeichertes Regenerationsmittel, das vorzugsweise durch eine Kochsalzsole oder je nach dem Zweck der Wasseraufbereitungsanlage 1 durch eine andere an sich bekannte Regeneriersubstanz gebildet ist.
Den ersten und zweiten Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 sind jeweils eine Steuereinheit 8, 9 sowie jeweils ein Steuerventil 10, 11 zugeordnet, welche den Zufluss des Rohwassers zu den Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 sowie den Abfluss des durch Enthärtung aufbereiteten Weichwassers von den Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 steuern und ihrerseits durch die Steuervorrichtung 4 in weiter unten näher beschriebener Weise steuerbar sind.
Bei der oben beschriebenen Wasseraufbereitungsanlage 1 sind folgende Rohr- und/oder Schlauchverbindungen vorgesehen.
Die ersten und zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 sind zulaufseitig über die jeweilige Steuereinheit 8, 9 sowie über hieran angeschlossene Verbindungsleitungen 12, 13 an die Rohwasser-Zuflussleitung 2 und ablaufseitig über die jeweilige Steuereinheit 8, 9 sowie über hieran angeschlossene Verbindungsleitungen 14, 15 und über das jeweilige Steuerventil 10, 11 an die Abflussleitung 3 angeschlossen. Die beiden Steuerventile 10, 11 sind an eine gemeinsame Verbindungsleitung 16 angeschlossen, die zur Abflussleitung 3 zwischen den beiden Steuerventilen 10, 11 führt.
Um die beiden Aufbereitungsbehälter 5, 6 wechselweise zu betreiben, z. B. als erstes den ersten Aufbereitungsbehälter 5, wird sichergestellt, dass durch Öffnen des Ventils 10 der erste Aufbereitungsbehälter 5 in den Strömungsweg des aufzubereitenden Wassers eingeschaltet und durch Schließen des Ventils 11 der zweite Aufbereitungsbehälter 6 vom Strömungsweg des aufzubereitenden Wassers abgeschaltet ist.
Ferner sind die ersten und zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 zulaufseitig über die jeweilige Steuereinheit 8, 9 und eine jeweilige Verbindungsleitung 17, 18 an den Regenerationsmittelbehälter 7 und ablaufseitig über die jeweilige Steuereinheit 8, 9 und Ablaufleitungen 19, 20 an Entsorgungsleitungen 21, 22 angeschlossen.
Im folgenden wird anhand von 1 und 2 nunmehr die elektrische Steuervorrichtung 4 mit den hierzu gehörigen Messeinrichtungen beschrieben.
An die Rohwasser-Zuflussleitung 2 ist in einem Leitungsbereich vor der Wasseraufbereitungsanlage 1 am Rohwasser-Strömungsweg eine Wasserhärte-Messeinrichtung 23 angeschlossen, welche die Härte des in der Zuflussleitung 2 strömenden Rohwassers misst. Dazu enthält die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 eine an sich bekannte und nicht näher dargestellte Einrichtung zur Wasseranalyse für die Ermittlung der Gesamthärte oder Carbonathärte des der Zuflussleitung 2 entnommenen Rohwassers. Der jeweilige elektrische Messwert, der von der Wasserhärte-Messeinrichtung 23 geliefert wird, wird über eine erste Signalleitung 24 an erste Signaleingangsklemmen 25 der Steuervorrichtung 4 übertragen.
Ferner ist in der Abflussleitung 3 in einem Bereich nach der Wasseraufbereitungsanlage 1 im Strömungsweg des in der Abflussleitung 3 fließenden aufbereiteten Wassers eine Durchfluss-Messeinrichtung 26 angeordnet, welche die Menge des durchfließenden aufbereiteten Weichwassers misst. Die jeweiligen elektrischen Messwerte, die von der Durchfluss-Messeinrichtung 26 geliefert werden, werden über eine zweite Signalleitung 27 an zweite Signaleingangsklemmen 28 der Steuervorrichtung 4 übertragen.
Wie 2 zeigt, umfasst die Steuervorrichtung 4 einen Mikroprozessor 29, welcher Steuersignale für die Wasseraufbereitungsanlage 1 erzeugt in Abhängigkeit von den Messwerten, die von der Wasserhärte-Messeinrichtung 23 und von der Durchfluss-Messeinrichtung 26 geliefert und über die ersten und zweiten Signaleingänge 25, 28 an den Mikroprozessor 29 übertragen werden, sowie in Abhängigkeit von Kenngrößen und/oder zusätzlichen Parameterwerten, die vom Bediener der Vorrichtung über eine Tastatur 30 und/oder anderweitig über eine zusätzliche serielle Schnittstelle 31 von externen Vorrichtungen aus in den Mikroprozessor 29 zur Berücksichtigung bei der Erzeugung der Steuersignale eingegeben werden können. Vorzugsweise werden über die serielle Schnittstelle 31 auch die Betriebsprogramme für den Mikroprozessor 29 eingelesen.
Die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 ist mit einem Zeitgeber 32 verbunden, welcher bei dem beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel außerhalb der Steuervorrichtung 4 angeordnet und unabhängig hiervon wirksam ist. Der Zeitgeber 32 liefert in aufeinanderfolgenden konstanten Zeitintervallen T Schaltbefehle an die Wasserhärte-Messeinrichtung 23, die jeweils nach Empfang eines Schaltbefehls vom Zeitgeber 32 eine Messung der Härte des Rohwassers durchführt und das Messergebnis über die Signalleitung 24 an die Steuervorrichtung 4 liefert. Sobald der Zeitgeber 32 nach Ablauf eines Zeitintervalls T einen Schaltbefehl erzeugt und an die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 geliefert hat, aktiviert sich der Zeitgeber 32 selbstständig zum Start eines jeweils nächstfolgenden Zeitintervalls T, ohne dass es hierzu eines Startbefehls von der Steuervorrichtung 4 oder von außen bedarf. Es wird also nach jedem der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle T eine Wasserhärtemessung vorgenommen. Die Länge des Zeitintervalls T kann vom Betreiber der Wasseraufbereitungsanlage 1 beispielsweise innerhalb eines Zeitbereichs von 10 Minuten bis 60 Minuten variabel eingestellt werden, um so eine Anpassung der zeitlichen Aufeinanderfolge der einzelnen Messungen der Wasserhärte an die jeweiligen Gegebenheiten zu ermöglichen.
Die Durchlauf-Messeinrichtung 26 ist als ein an sich bekannter Kontaktwasserzähler ausgebildet, der eine Kontakteinrichtung 33 aufweist, welche jeweils nach Durchlauf einer vorbestimmten Weichwassermenge V durch die Durchlauf-Messeinrichtung 26 einen Schaltimpuls erzeugt und über die Signalleitung 27 an die Steuervorrichtung 4 liefert. Die Kontakteinrichtung 33 wird normalerweise vom Hersteller der Wasseraufbereitungsanlage 1 auf einen vorbestimmte Wassermenge V pro Schaltimpuls eingestellt, kann aber auch so gestaltet sein, dass sie auch vom Betreiber der Wasseraufbereitungsanlage 1 auf einen vorbestimmte Wassermenge V pro Schaltimpuls eingestellt werden kann, beispielsweise innerhalb eines Bereichs zwischen 10 Liter/Impuls und 1000 Liter/Impuls, um auf diese Weise eine Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten zu ermöglichen.
Außerdem können die Schaltzeit T des Zeitgebers 32 pro Schaltimpuls und die Wassermenge V pro Schaltimpuls durch entsprechende Einstellung auch aneinander angepasst werden.
Die vom Mikroprozessor 29 erzeugten Steuersignale werden über eine Klemmenanordnung 35 der Steuervorrichtung 4 sowie über Übertragungsleitungen 36 an die Steuereinheiten 8, 9 und ggf. auch an die Steuerventile 10, 11 der ersten und/oder zweiten Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 der Wasseraufbereitungsanlage 1 übertragen, was in 1 nur schematisch dargestellt ist.
Die in den Mikroprozessor 29 eingegebenen Betriebsparameter und die vom ihm gebildeten Berechnungsergebnisse und Steuersignale können auch an einer an den Mikroprozessor 29 angeschlossenen Anzeigeeinrichtung 37 der Steuervorrichtung 4 angezeigt werden.
Zur Stromversorgung der einzelnen Komponenten der Steuervorrichtung 4 und ggf. auch des Zeitgebers 32 der Wasserhärte-Messeinrichtung 23 und der Kontakteinrichtung 33 der Durchfluss-Messeinrichtung 26 dient ein in der Steuervorrichtung 4 vorgesehenes und ebenfalls nur schematisch dargestelltes Netzgerät 38 bekannter Bauart.
Die in einen Speicher des Mikroprozessors 29 einzugebenden Betriebsparameter umfassen u. a. folgende Kenngrößen.
Eine erste Kenngröße L ist die maximale Menge (gemessen in Litern) des in die beiden Aufbereitungsbehälter 5, 6 der Wasseraufbereitungsanlage 1 jeweils einbringbaren Ionenaustauschermaterials, z. B. die jeweilige maximale Einfüllmenge des als Ionenaustauschermaterial zu verwendenden Harzes.
Eine weitere Kenngröße ist die Nennkapazität K_N des in die beiden Aufbereitungsbehälter 5, 6 jeweils eingebrachten Ionenaustauschermaterials, z. B. des eingebrachten Harzes, angegeben z. B. in "mol CaO/Liter Harz" oder in "g CaO/Liter Harz".
Aus dem Produkt der beiden Kenngrößen L und K_N errechnet der Mikroprozessor 29 für jeden der beiden Aufbereitungsbehälter 5, 6 jeweils den Wert K_o der maximalen Austauscherkapazität, im folgenden auch Filterkapazität genannt, nach der Beziehung Ko = KN × L.
Es besteht auch die Möglichkeit, die Austauscherkapazität K_o als Kenngröße direkt in den Mikroprozessor 29 einzugeben.
Diese Filterkapazität der jeweiligen Aufbereitungsbehälter 5, 6 wird z. B. in "g CaO" oder auch in "m³ × °dH" angegeben, wobei °dH die vor allem früher verwendete Einheit der Wasserhärte darstellt. Somit handelt es sich bei der Filterkapazität K_o um diejenige Menge der im Rohwasser enthaltenen, Wasserhärte verursachenden Substanz, die mit der im jeweiligen Aufbereitungsbehälter 5, 6 enthaltenen Füllmenge an Austauschermaterial (Harz) ausgefiltert werden kann, bis das Austauschpotenzial dieser Füllmenge jeweils erschöpft ist und einer Regenerierung bedarf.
Der Quotient aus der Filterkapazität K_o und der Wasserhärte des Rohwassers ergibt die Filterleistung des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6, angegeben in m³ Weichwasser. Die Filterleistung ist konstant, falls die Härte des jeweils zugeführten Rohwassers konstant bleibt. Ändert sich jedoch die Härte des zugeführten Rohwassers, so ändert sich entsprechend auch die Filterleistung.
Im laufenden Betrieb der Aufbereitungsanlage 1 kann sich die Filterkapazität K des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6 vom Maximalwert K_o bis auf den Wert Null verringern, welcher dem Zustand der Erschöpfung der Filterkapazität des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6 entspricht. Es findet also beim Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage 1 ein Verbrauch an Filterkapazität des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6 statt.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Enthärtung von Rohwasser wird der Zeitpunkt einer Notwendigkeit zur Regenerierung eines Filtermaterials in einer Wasseraufbereitungsanlage auch bei wechselndem Härtegrad des Rohwassers hinreichend genau ermittelt, wozu der Härtegrad während der Betriebsdauer nach Durchlauf einer jeweiligen vorbestimmter Weichwassermenge V laufend ermittelt und der Berechnung einer jeweils verbleibenden Restkapazität des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6 zugrunde gelegt wird.
Das Ablaufprogramm nach dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden anhand des Flussdiagramms gemäß 3 beschrieben. Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel wird der Härtegrad des Rohwassers durch die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 entsprechend den Schaltzeiten des Zeitgebers 32 in konstanten aufeinanderfolgenden Zeitintervallen T unabhängig vom Ablauf des Steuerprogramms des Mikroprozessors 29 fortlaufend gemessen. Der jeweils aktuell ermittelte Messwert der Wasserhärte wird in den Mikroprozessor 29 eingelesen, so dass der jeweils vorher eingelesene Messwert aktualisiert wird.
Das im Flussdiagramm von 3 veranschaulichte Steuerprogramm des Mikroprozessors 29 wird nach dem Start bei jedem Durchlauf einer vorbestimmten Weichwassermenge V durch die Durchlauf-Messeinrichtung 26 erneut durchlaufen. Diese Weichwassermenge V ist also ein festes Inkrement für den wiederholten Programmdurchlauf.
3 zeigt den n-ten Durchlauf (n ist eine natürliche Zahl 1, 2, 3, usw.) des Programms des Mikroprozessors 29. Jeder Programmdurchlauf erfolgt in Schritten S1 bis S8 folgendermaßen:
Schritt S1:
Beginn der Messung des Durchlaufs einer vorbestimmten Wassermenge V_n durch die Durchlauf-Messeinrichtung 26 und Einlesen des von der Wasserhärte-Messeinrichtung zuletzt gemessenen Wertes der Wasserhärte unter Aktualisierung des zuvor eingelesenen Wertes der Wasserhärte.
Schritt 2:
Entscheiden, ob im Schritt S2 die vorbestimmte Wassermenge V_n durch die Durchfluss-Messeinrichtung 26 durchgelaufen ist.
Falls Entscheidung "nein": Rückführung des Programms zu Schritt S1.
Falls Entscheidung "ja": Weiterführung des Programms zu Schritt S3, wobei der in den Mikroprozessor 29 zuletzt eingelesene Wert der Wasserhärte den für den n-ten Programmdurchlauf maßgeblichen Wert H_n der Wasserhärte bildet und der in den Mikroprozessor 29 eingelesene Wert der durchgelaufenen Weichwassermenge den für den n-ten Programmdurchlauf maßgeblichen Wert V_n der durchgelaufenen Wassermenge bildet.
Der Wert V_n ist bei dem hier beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel für alle Programmdurchläufe normalerweise konstant.
Schritt S3:
Berechnen der beim Durchlauf der Wassermenge V_n im Schritt S3 verbrauchten Filterkapazität K_n unter Berücksichtigung des beim Durchlauf dieser Wassermenge V_n zuletzt eingelesenen Wertes H_n der gemessenen Wasserhärte nach der Formel Kn = Hn × Vn.
Schritt S4:
Berechnen der nach Durchlauf der Wassermenge Vn seit dem ersten Programmdurchlauf (n = 1) insgesamt verbrauchten Filterkapazität durch Aufsummieren der pro Durchlauf verbrauchten Filterkapazitäten nach der Formel Kgn = Kg(n – 1) + Kn,worin Kg_{(n – 1)} bzw. Kg_n die seit dem Start der Anlage bei voller Filterkapazität K_o bis zum (n – 1)-ten bzw. n-ten Programmdurchlauf insgesamt verbrauchte Filterkapazität bedeutet.
Schritt S5:
Berechnen der nach dem n-ten Programmdurchlauf verbleibenden restlichen Filterkapazität Kr_n nach der Formel Krn = Ko – Kgn.
Schritt S6:
Entscheiden, ob die gesamte Filterkapazität K_o des Wasseraufbereitungsbehälters 5, 6 verbraucht ist nach dem Kriterium Krn = 0?
Demnach richtet sich in Schritt S6 des Flussdiagramms gemäß 3 die Entscheidung, ob die Filterkapazität des jeweils in Betrieb befindlichen Aufbereitungsbehälters 5, 6 verbraucht ist, danach, ob die Bedingung Kr_n = 0 erfüllt ist, d. h. ob die Restkapazität dieses Aufbereitungsbehälters am Ende von Schritt n auf Null abgesunken ist.
Falls in Schritt S6 die Entscheidung "nein" ist, d. h. im Falle von "Kr_n > 0", erfolgt eine Rückführung des Programms zu Schritt S1 und Beginn des (n + 1)-ten Programmdurchlaufs als neuem Durchlauf "n".
Falls jedoch in Schritt S6 die Entscheidung "ja" ist, d. h. im Falle von " Kr_n = 0", erfolgt eine Weiterführung des Programms zu Schritt S7.
Schritt S7:
Veranlassen eines Filterwechsels durch Wechsel vom Aufbereitungsbehälter 5 zum Aufbereitungsbehälter 6 oder umgekehrt sowie Veranlassen der Regenerierung des ausgewechselten Aufbereitungsbehälters.
Schritt S8:
Nach erfolgtem Filterwechsel oder Regeneration eines nicht ausgewechselten Filters Rückführung des Programms zu Schritt S1 und Starten eines neuen Programmzyklus mit n = 1 und mit K = K_o als volle Filterkapazität des eingewechselten bzw. regenerierten Aufbereitungsbehälters.
Zweites Ausführungsbeispiel:
Das Verfahren und die Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmt mit dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel im wesentlichen überein. Hiervon weicht das zweite Ausführungsbeispiel lediglich darin ab, dass der Zeitgeber 32 entfällt oder unwirksam geschaltet wird und die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 einen Schaltbefehl zur Durchführung einer Wasserhärtemessung unmittelbar von der Schalteinrichtung 33 der Durchfluss-Messeinrichtung 26 immer dann bekommt, wenn eine vorbestimmte Wassermenge V als Weichwasser durch die Durchfluss-Messeinrichtung 26 hindurchgelaufen ist und die Schalteinrichtung 33 einen Schaltimpuls abgibt.
Die Anwendung des Verfahren und der Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel empfiehlt sich dann, wenn über einen längeren Zeitraum hinweg nur mit geringen Weichwasser-Entnahmemengen zu rechnen ist und somit beim jeweiligen Durchfluss einer vorbestimmten, durch die Schalteinrichtung 33 ermittelten Teilmenge V vergleichsweise viel Zeit verstreicht.
Drittes Ausführungsbeispiel:
Es ist möglich, das Verfahren und die Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel in der Weise abzuwandeln, dass die im ersten Ausführungsbeispiel für den gesamten Betriebszyklus des jeweils in Betrieb befindlichen Aufbereitungsbehälters 5, 6 die an der Durchfluss-Messeinrichtung 26 und der Kontakteinrichtung 33 auf einen konstanten Wert eingestellte Weichwassermenge V während eines solchen Betriebszyklus abweichend von diesem konstanten Wert auf einen anderen Wert eingestellt wird, falls sich die Betriebsbedingungen während eines solchen Betriebszyklus erheblich ändern, beispielsweise durch erhebliche Schwankungen der pro Zeiteinheit entnommenen Mengen an Weichwasser.
Es ist auch möglich, das Verfahren und die Vorrichtung zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel hin und her zu schalten in der Weise, dass in Zeiten mit vergleichsweise hohen Weichwasser-Entnahmemengen, z. B. tagsüber, das Verfahren und die Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommen, während in Zeiten mit vergleichsweise geringen Weichwasser-Entnahmemengen, z. B. zur Nachtzeit oder bei Stillstand industrieller Wasser-Großverbraucher an arbeitsfreien Tagen, das Verfahren und die Vorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel zur Anwendung gelangen.
Viertes Ausführungsbeispiel:
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Enthärtung von Rohwasser wird dessen Härtegrad H während der Betriebsdauer jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne T laufend ermittelt. Der dabei jeweils ermittelte Wert der Härte des Rohwassers und der ebenfalls ermittelte Wert der während jeder Zeitspanne T entnommenen Menge V an Weichwasser werden der Berechnung einer jeweils verbleibenden Restkapazität des jeweiligen Aufbereitungsbehälters 5, 6 zugrunde gelegt.
Das Verfahren und die Vorrichtung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung stimmen mit dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel weitgehend überein. Dies gilt insbesondere insoweit, als auch beim vierten Ausführungsbeispiel die Wasserenthärtungsanlage 1 und die Steuervorrichtung 4 gemäß 1 und 2 weitgehend unverändert zur Anwendung gelangen. Jedoch weicht das vierte Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel vor allem im Ablaufprogramm ab, das für das vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung im folgenden anhand des Flussdiagramms gemäß 4 beschrieben wird.
Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wird der Härtegrad des Rohwassers durch die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 entsprechend den Schaltzeiten des Zeitgebers 32 in konstanten aufeinanderfolgenden Zeitintervallen T unabhängig fortlaufend gemessen. Jeweils nach Ablauf einer Schaltzeit gibt der Zeitgeber ein Befehlssignal an die Wasserhärte-Messeinrichtung zur Durchführung einer Härtemessung aus. Der jeweils aktuell ermittelte Messwert der Wasserhärte wird in den Mikroprozessor 29 eingelesen, wodurch der jeweils vorher eingelesene Messwert aktualisiert wird.
Ferner wird mittels der Durchfluss-Messeinrichtung 26 und der zugehörigen Kontakteinrichtung 33 die jeweilige Menge V an Weichwasser ermittelt, welche innerhalb eines jeden vorbestimmten Zeitintervalls T die Durchfluss-Messeinrichtung 26 durchlaufen hat. Der ermittelte Wert der dabei durchgelaufenen Weichwassermenge wird in den Mikroprozessor 29 eingelesen.
Das im Flussdiagramm von 4 veranschaulichte Steuerprogramm des Mikroprozessors 29 wird nach dem Start jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne T erneut durchlaufen. Die vorbestimmte Zeitspanne T ist also ein festes Inkrement für den wiederholten Programmdurchlauf.
Das Flussdiagramm gemäß 4 zeigt den n-ten Durchlauf (n ist eine natürliche Zahl 1, 2, 3, usw.) des Programms des Mikroprozessors 29. Jeder Programmdurchlauf erfolgt in Schritten S1 bis S8 folgendermaßen:
Schritt S1:
Anlauf des Zeitgebers 32 und Beginn der Messung der Zeitspanne T und Einlesen des von der Wasserhärte-Messeinrichtung 23 zuletzt gemessenen Wertes der Wasserhärte in den Mikroprozessor 29 unter Aktualisierung des zuvor eingelesenen Wertes der Wasserhärte.
Schritt S1A:
Einlesen des von der Durchlaufmesseinrichtung 26 und deren Kontakteinrichtung 33 gemessenen Wertes der seit Beginn der jeweiligen Zeitspanne T durchgelaufenen Weichwassermenge V in den Mikroprozessor 29 unter Aktualisierung des zuvor eingelesenen Wertes der Weichwassermenge.
Schritt 2:
Entscheiden, ob die vorbestimmte Zeitspanne T abgelaufen ist.
Falls Entscheidung "nein": Rückführung des Programms zu Schritt S1.
Falls Entscheidung "ja": Weiterführung des Programms zu Schritt S3, wobei der in den Mikroprozessor 29 zuletzt eingelesene Wert der Wasserhärte den für den n-ten Programmdurchlauf maßgeblichen Wert H_n der Wasserhärte bildet und der in den Mikroprozessor 29 zuletzt eingelesene Wert der in der Zeitspanne T_n durchgelaufenen Weichwassermenge den für den n-ten Programmdurchlauf maßgeblichen Wert V_n der durchgelaufenen Wassermenge bildet. Der Zeitgeber 32 und die Kontakteinrichtung 33 der Durchfluss-Messeinrichtung 26 werden jeweils auf Null zurückgesetzt.
Schritt S3:
Berechnen der in der Zeitspanne T_n beim Durchlauf der gemessenen Wassermenge V_n verbrauchten Filterkapazität K_n unter Berücksichtigung des in dieser Zeitspanne T_n zuletzt eingelesenen Wertes H_n der gemessenen Wasserhärte nach der Formel Kn = Hn × Vn.
Die weiteren Schritte S4 bis S8 des Ablaufprogramms für den n-ten Durchlauf gemäß 4 stimmen bei diesem vierten Ausführungsbeispiel mit den Schritten S4 bis S8 des Ablaufprogramms für den n-ten Durchlauf bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 3 überein, jedoch mit der Maßgabe, dass bei diesem vierten Ausführungsbeispiel der Wert V_n in Abhängigkeit von einer etwaigen Veränderung der in der Zeitspanne T_n entnommenen Weichwassermenge gegenüber den in den vorangegangenen Zeitspannen T₁ bis T_{(n – 1)} jeweils entnommenen Weichwassermengen V₁ bis V_{(n – 1)} variieren kann, während beim ersten Ausführungsbeispiel der Wert V_n für alle Programmdurchläufe normalerweise konstant ist.
Fünftes Ausführungsbeispiel:
Es ist möglich, das Verfahren und die Vorrichtung nach dem vierten Ausführungsbeispiel in der Weise abzuwandeln, dass die im vierten Ausführungsbeispiel für den gesamten Betriebszyklus des jeweils in Betrieb befindlichen Aufbereitungsbehälters 5, 6 am Zeitgeber 32 auf einen konstanten Wert eingestellte Zeitspanne T während eines solchen Betriebszyklus abweichend von diesem konstanten Wert auf einen anderen Wert eingestellt wird, falls sich die Betriebsbedingungen während eines solchen Betriebszyklus erheblich ändern, beispielsweise durch erhebliche Schwankungen der pro Zeiteinheit entnommenen Mengen an Weichwasser.
Es ist auch möglich, das Verfahren und die Vorrichtung zwischen dem vierten Ausführungsbeispiel und einem der ersten bis dritten Ausführungsbeispiele hin und her zu schalten.
Weitere Modifikationen:
Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise auch wie folgt abgewandelt werden.
Das Zeitgeber 32 kann in Abweichung von der in 1 enthaltenen Darstellung auch in die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 oder in die Steuervorrichtung 4 integriert sein. Das Zeitintervall T, in welchem der Zeitgeber 32 Schaltbefehle an die Wasserhärte-Messeinrichtung 23 liefert, kann auch auf Werte außerhalb des oben beispielsweise angegebenen Bereiches von 10 Minuten bis 60 Minuten eingestellt werden. Der Zeitgeber 32 kann auch eine nicht dargestellte Einstelleinrichtung zum Variieren des Zeitintervalls T aufweisen.
Die Kontakteinrichtung 33 kann in Abweichung von der in 1 enthaltenen Darstellung auch in die Durchlauf-Messeinrichtung 26 oder in die Steuervorrichtung 4 integriert sein. Die Wassermenge V, welche in der Kontakteinrichtung 33 jeweils einen Schaltimpuls auslöst, kann auch auf Werte außerhalb des oben beispielsweise angegebenen Bereiches von 10 Liter/Impuls bis 1000 Liter/Impuls eingestellt werden. Die Kontakteinrichtung 33 kann auch eine nicht dargestellte Einstelleinrichtung zum Variieren der die Durchlauf-Messeinrichtung 26 durchlaufenden Wassermenge V aufweisen, welche nach dem Durchlauf in der Kontakteinrichtung 33 jeweils einen Schaltimpuls auslöst.
Wie in Schritt S6 der Flussdiagramme gemäß 3 und 4 verdeutlicht ist, richtet sich die Entscheidung, ob die Filterkapazität des jeweils in Betrieb befindlichen Aufbereitungsbehälters 5, 6 verbraucht ist, danach, ob die Bedingung Kr_n = 0 erfüllt ist, d. h. ob die Restkapazität dieses Aufbereitungsbehälters am Ende von Schritt n auf Null abgesunken ist. Anstelle des Kriteriums "Kr_n = 0?" für die Bestimmung der Erschöpfung der Filterkapazität kann in Schritt S6 aber auch ein Kriterium "Kr_n = K_min?" vorgesehen werden, wobei "K_min" einen Wert darstellt, der größer als Null, aber kleiner als die Restkapazität Kr_{(n – 1)} oder ein Bruchteil der Restkapazität ist, welche im vorangegangenen Programmdurchlauf (n – 1) berechnet worden war. Die Größe von K_min kann beispielsweise aber auch einem Mittelwert oder einem Bruchteil eines Mittelwertes aus der in zwei oder mehreren vorangegangenen Programmdurchläufen jeweils verbrauchten Filterkapazität entsprechen.
Während bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen die beiden Wasseraufbereitungsbehälter 5, 6 zeitlich jeweils nacheinander im Wechsel eingesetzt werden, können sich die zeitlichen Bereiche ihres Einsatzes durch entsprechende Steuerung der Ventile 10, 11 auch überschneiden, jedoch mit der Maßgabe, dass nach Erschöpfung der Filterkapazität des einen Wasseraufbereitungsbehälters während der Dauer der Regenerierung seines Wasserenthärtungsmittels der andere Wasseraufbereitungsbehälter betriebsbereit und in Funktion ist.
Anstelle von den beiden untereinander gleichen Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 können beispielsweise auch Wasseraufbereitungsbehälter von unterschiedlicher Bauart und/oder von unterschiedlichem Fassungsvermögen und/oder von unterschiedlicher maximaler Filterkapazität K_o vorgesehen werden, so dass jedem Wasseraufbereitungsbehälter eine unterschiedliche maximale Filterkapazität K_o zukommt.
Es ist auch möglich, anstelle von zwei Wasseraufbereitungsbehältern 5, 6 auch mehrere Wasseraufbereitungsbehälter vorzusehen.
Es kann anstelle von zwei oder mehreren Wasseraufbereitungsbehältern auch nur ein einziger Wasseraufbereitungsbehälter vorgesehen werden, falls dabei in Kauf genommen wird, dass nach Erschöpfung der Filterkapazität während der anschließenden Regenerierung des Wasserenthärtungsmittels, beispielsweise des Harzes, die Wasseraufbereitungsanlage 1 unwirksam bleibt.

Claims

Verfahren zum Bestimmen des Verbrauchs an Filterkapazität (K) eines ein Wasserenthärtungsmittel enthaltenden Aufbereitungsbehälters (5, 6) einer fortlaufend betriebenen Wasserenthärtungsanlage (1), wobei ein wert der Härte des durch den Aufbereitungsbehälter (5, 6) fließenden Rohwassers jeweils beim Zufluss zum Aufbereitungsbehälter (5, 6) mengen- und/oder zeitabhängig wiederholt gemessen und einer entsprechend wiederholten Berechnung der jeweils verbrauchten Filterkapazität des Aufbereitungsbehälters (5, 6) zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Wert der Härte des zufließenden Rohwassers jeweils nach Entnahme vorbestimmter Mengen (V) von aus dem Aufbereitungsbehälter (5, 6) fließendem aufbereitetem Weichwasser gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Wert der Härte des zufließenden Rohwassers jeweils nach einer vorbestimmten Zeitspanne (T) unter Zugrundelegung der in dieser Zeitspanne aus dem Aufbereitungsbehälter (5, 6) fließenden aufbereiteten Menge an Weichwasser gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem im Zuge der wiederholten Berechnung von Werten der Filterkapazität bei jeder Wiederholung der Berechnung der Wert der seit der unmittelbar vorangegangenen Wiederholung verbrauchten Filterkapazität (K_n) berechnet wird und die im Zuge der wiederholten Berechnung ermittelten Filterkapazitäts-Werte (K₁ bis K_n) zu einer bis dahin insgesamt verbrauchten Filterkapazität (Kg_n) aufaddiert werden. welche zu einer zu Beginn der Folge der wiederholten Berechnung von Filterkapazitäts-Werten vorhandenen Ausgangs-Filterkapazität (Ko) des Aufbereitungsbehälters (5, 6) in Bezug gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem aus der Ausgangs-Filterkapazität (K_o) des Aufbereitungsbehälters (5, 6) und dem Additionswert (Kg_n) eine restliche Filterkapazität (Kr_n) berechnet wird, welche bei Erreichen eines Wertes Kr_n = 0 die Erschöpfung des Filters des Aufbereitungsbehälters (5, 6) anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem aus der Ausgangs-Filterkapazität (K_o) des Aufbereitungsbehälters (5, 6) und dem Additionswert (Kg_n) eine restliche Filterkapazität (Kr_n) berechnet wird, welche bei Erreichen eines Minimum-Wertes Kr_n = K_min die Erschöpfung des Filters des Aufbereitungsbehälters (5, 6) anzeigt.
Vorrichtung zum Bestimmen des Verbrauchs an Filterkapazität (K) eines ein Wasserenthärtungsmittel enthaltenden Aufbereitungsbehälters (5, 6) einer fortlaufend betriebenen Wasserenthärtungsanlage (1), umfassend eine an eine Rohwasser-Zuflussleitung (2) angeschlossene Wasserhärte-Messeinrichtung (23) zum wiederholten Messen eines Wert der Härte des durch den Aufbereitungsbehälter (5, 6) fließenden Rohwassers jeweils beim Zufluss zum Aufbereitungsbehälter (5, 6); eine Durchfluss-Messeinrichtung (26) zum wiederholten Messen des Durchflusses von Wasser durch den Aufbereitungsbehälter (5, 6) in vorbestimmten Mengen oder in vorbestimmten Zeitspannen und zum jeweiligen Ausgeben eines entsprechenden Befehlssignals an die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) zur Durchführung einer Härtemessung; und eine Berechnungseinrichtung (29) zum wiederholten Berechnen des Verbrauchs an Filterkapazität (K) des Aufbereitungsbehälters (5, 6) auf der Grundlage des jeweils gemessenen Wertes der Wasserhärte und der vorbestimmten oder gemessenen Menge an entnommenem aufbereitetem Weichwasser.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ein Befehlssignal zum jeweiligen Durchführen einer Härtemessung von einem Zeitgeber (32) erhält, welcher jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne (T) ein Befehlssignal an die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Zeitgeber (32) eine Einstelleinrichtung aufweist zum Variieren der Zeitspanne (T), nach deren Ablauf ein Befehlssignal an die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ein Befehlssignal zum jeweiligen Durchführen einer Härtemessung von einer Durchfluss-Messeinrichtung (26) mit einer Kontakteinrichtung (33) erhält, welche jeweils nach Durchfluss einer vorbestimmten Menge an aufbereitetem Weichwasser ein Befehlssignal an die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher die Kontakteinrichtung (33) eine Einstelleinrichtung aufweist zum Variieren der Wassermenge, nach deren Durchfluss ein Befehlssignal an die Wasserhärte-Messeinrichtung (23) ausgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei welcher die Berechnungseinrichtung (29) den Verbrauch an Filterkapazität des Aufbereitungsbehälters (5, 6) auf der Grundlage einer jeweils vorbestimmten oder gemessenen Wasserentnahmemenge und eines von der Wasserhärte-Messeinrichtung (23) jeweils zuletzt gemessenen Wertes der Härte des in der Zuflussleitung (2) zufließenden Rohwassers berechnet.