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zur Regelung des Mischungsverhältnisses zweier Wasserteilströme; von
welchen der eine mit einem Wasserstoffionenaustauscher, der andere mit einem Natriumionenaustauscher
behandelt wurde Wasser, z. B. aus einer öffentlichen Wasserversorgungsanlage oder
über Basenaustausch.er aufbereitetes Wasser, ist für verschiedene Verwendungszwecke
oft zu alkalisch und wird daher vor seiner Verwendung mit saurem Wasser, wie es
durch Behandlung mit einem Wasserstoffionenaustauschmaterial erhalten wird, gemischt,
um so ein Mischwasser zu erzielen, das entweder leicht alkalisch oder leicht sauer
ist. Bei diesem Mischvorgang ist es natürlich erwünscht, daß das Mischwasser eine
konstante Alkalität oder Azidität aufweist, was gewisse Schwierigkeiten bereitet.
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Es ist bekannt, die Alkalität oder Azidität eines Mischwassers durch
ein PH-Meßgerät zu bestimmen und die Anzeige des Gerätes zu benutzen, um Einrichtungen
zu betätigen, welche das Mengenverhältnis der Komponenten so regeln, daß laufend
ein Mischwasser mit einer gewünschten Alkalität oder Azidität erzielt wird. Jedoch
sind die PH-Meßgeräte sehr empfindlich und die verfügbaren Steuerimpulse nur schwach;
ein durch sie gesteuerter automatischer Regler ist demzufolge kompliziert. Überdies
enthält das Mischwasser gelöste Kohlensäure, die im allgemeinen in einem Entgasungsturm
entfernt werden muß und die den pH-Wert erheblich beeinflußt. Wird die Kohlensäure
auf diese Weise entfernt, ist die pß-Bestimmung vorzunehmen, nachdem das Wasser
den Entgasungsturm verlassen hat, und die hierdurch bedingte Verzögerung macht eine
genaue Regelung der Mischung noch schwieriger.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Differenz der elektrischen
Leitfähigkeit der verschiedenen Wässer. Werden saures und alkalisches Wasser in
verschiedenem Verhältnis miteinander -gemischt, so ist die Leitfähigkeit am geringsten,
wenn das Mischwasser neutral ist. Die Leitfähigkeit steigt mit zunehmender Azidität
schnell und mit zunehmender Alkalität bedeutend weniger schnell an.
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Es ist bekannt, die Leitfähigkeit eines Wassers durch ein Meßgerät
festzustellen und den Meßwert zu benutzen, um Regelventile zu steuern, durch welche
die Leitfähigkeit einer Wassermischung auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Jedoch kann die Leitfähigkeit einer Wassermischung allein nicht benutzt werden,
um seine Alkalität oder Azidität zu bestimmen und durch irgendeine Regeleinrichtung
konstant zu halten, da, wie vorstehend erwähnt, die Alkalität oder Azidität nicht
eine eindeutige Funktion der Leitfähigkeit ist.
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Gemäß der Erfindung wird das Verhälnis der Leitfähigkeit des Wassers
aus dem Wasserstoffionenaustauschmaterial und der des Mischwassers im wesentlichen
durch ein elektrisches Regelsystem konstant gehalten, welches das Verhältnis von
saurem und alkalischem Wasser durch Mischventile oder auf eine andere Weise regelt,
und das Leitfähigkeitsv erhältnis auf einem vorbestimmten Wert hält. Durch das Konstanthalten
dieses Verhältnisses wird auch die Alkalität bzw. Azidität des Mischwassers konstant
gehalten. Die Wässer, die gemischt werden sollen, haben den gleichen Ursprung, und
zwar im allgemeinen eine Hauptwasserleitung, die zu dem Ort führt, an dem der Mischvorgang
stattfinden soll. Der alkalische Teil des Mischwassers kann entweder Rohwasser oder
durch Basenaustausch enthärtetes Wasser sein. In jedem Fall enthält dieses Wasser
Salze von Mineralsäuren, die im wesentlichen die Leitfähigkeit des neutralen Mischwassers
bestimmen. Das von dem Wasserstoffionenaustauscher abfließende Wasser enthält die
den Salzen des Rohwassers äquivalenten Mineralsäuren und besitzt demzufolge eine
entsprechend höhere Leitfähigkeit. Ändert sich die Rohwasserzusammensetzung, so
ändert sich zwar der Gesamtsalzgehalt im Mischwasser und der Mineralsäuregehalt
im sauren Wasser, doch bleibt das Verhältnis der Leitfähigkeit beider Wässer konstant.
Ist also, wie durch die vorliegende Erfindung, die Gewähr gegeben, daß bei jeder
Abweichung dieses Verhältnisses von einem vorbestimmten Wert das Mischungsverhältnis
so geändert wird, daß der vorbestimmte Wert wieder erreicht wird, so wird die Alkalität
oder
Aziidität des Mischwassers -innerhalb -der Grenzen der Empfindlichkeit
des verwendeten Apparates konstant gehalten.
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In der Zeichnung ist.- eine zweckmäßige Ausführungsform der Apparatur
schematisch dargestellt. Das Wässer-aus der Hauptleitung 1 fließt durch die Abzweigungen
2 und 3 in einen Behälter 4 mit Kationenaustauschmaterial, das mit austauschbaren
Natriumionen beladen ist,- und in einen Behälter 5 mit Kationenaustauschmaterial;
das mit austauschbaren Wasserstoffionen beladen ist. Aus diesen Behältern fließt
das Wasser durch die- Rohrleitungen 7 und B zu einem Mischventil 6, das -entweder-
ein Einzelventil sein kann oder ein Ventilpaar, das so zusammengeschlossen ist,
daß es als Einzelventil wirkt. Dieses Ventil wird durch einen umsteuerbaren Elektromotor
9 so betätigt,, daß die Durchflußgeschwindigkeit des einen Wasserstromes erhöht
und gleichzeitig die .des anderen herabgesetzt wird: Das Mischwasser fließt durch
eine Rohrleitung 10. zum Verbraucher. Eine Abzweigung 11 von dieser Rohrleitung
leitet einen kleinen Teilstrom des Mischwassers zur Leitfähigkeitsmeßzelle 12. Diese
Zelle bildet einen elektrischen Widerstand, der sich mit der Leitfähigkeit des durchfließenden
Wassers ändert. -Ein Teilstrom des aus Behälter 5 abfließenden Wassers wird durch
eine Rohrleitung 13 in eine ähnliche Zelle 14 geleitet. Die beiden Zellen 12 und
14
sind an eine Meßbrücke 15 angeschlossen, bei der ein Relais sich in einer
oder der anderen Richtung bewegt, sowie sich das Verhältnis der an die Brücke angeschlossenen
Widerstände - im vorliegenden Fall der beiden Zellen 12 und 14 - verändert. Das
Relais in dieser Brücke 15 schließt einen der zwei Stromkreise, die den Motor in
Betrieb setzen, so daß sich der Motor 9 in der einen bzw. der anderen Richtung dreht.
Sobald das Relais einen Stromkreis schließt, nachdem es den anderen unterbrochen
hat, läuft der Motor in umgekehrter Richtung.
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Wenn das Relais in der Brücke 15 dauernd einen der beiden Stromkreise
schließt, so dreht sich der Motor 9 ständig in der einen oder in der anderen Richtung
und bewegt damit das Mischventil, so daß dieses das Mischverhältnis entsprechend
verändert. Das Mischventil bewegt sich so lange in der betreffenden Richtung; bis
das Verhältnis der beiden Leitfähigkeiten zueinander den Punkt erreicht hat, an
dem das Relais in der Brücke 15 einen Kontaktkreis unterbricht und den anderen schließt,
wodurch die Drehrichtung des Motors 9 umgekehrt wird. Auf diese Weise ändert sich
das Mengenverhältnis, in dem die beiden Flüssigkeiten durch das Ventil 4 gemischt
werden, ständig. Obgleich das Mischverhältnis hierbei ziemlich konstant gehalten
werden kann, hat die Methode den Nachteil, daß der Motor nie zum Stillstand kommt.
Dementsprechend ist es zweckmäßiger, die Brücke so auszubilden, daß das Relais in
neutraler Position steht, so lange das Verhältnis der beiden Leitfähigkeiten zueinander
genau dem vorbestimmten Wert entspricht. Bei einer derartig ausgebildeten Brücke
wird das Mischventil nur betätigt, wenn das Mischverhältnis, angezeigt durch das
Leitfähigkeitsverhältnis, von dem vorbestimmten Wert um einen kleinen Betrag abweicht,
und kommt wieder zum Stillstand, sobald das Mischverhältnis zu dem vorbestimmten
Wert zurückgekehrt ist.
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Für jeden vorbestimmten Wert des Leitfähigkeitsverhältnisses gibt
es zwei mögliche Zusammensetzungen der Mischung, und zwar eine alkalische und eine
saure. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine dieser beiden Zusammensetzungen
im wesentlichen konstant gehalten werden, es ist hierzu nur erforderlich, daß die
Drehrichtung des umsteuerbaren Motors 9 in bezug auf die Stellung des Relais in
der Kontrollbrücke 15 zu Beginn des Regelvorganges richtig ist. Obgleich im allgemeinen
ein schwach alkalisches Mischwasser erwünscht ist, wird manchmal auch eine schwach
saure Mischung erzeugt, z. B. wenn das Wasser nach der Entfernung der Kohlensäure
mittels Natronlauge alkalisiert wird. In diesem Fall wird die Apparatur dazu angewendet,
die Azidität des Mischwassers vor der Entfernung der Kohlensäure konstant zu halten.
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Wird der Apparat so eingestellt, daß das Mischwasser nahezu neutral
ist, kann eine plötzliche Schwankung in der Wasserzusammensetzung dazu führen, daß
ein alkalisches Mischwasser sauer wird, und umgekehrt. Der Grund liegt darin, daß
der Kontrollapparat nicht zwischen durch Alkalität hervorgerufener Leitfähigkeit
und durch Azidität hervorgerufener unterscheiden kann. Wenn ein saures Mischwasser
gewünscht wird. das Mischwasser jedoch tatsächlich nicht nur alkalisch wird, sondern
so viel Alkalität enthält, daß seine Leitfähigkeit größer ist als die des erwünschten
sauren Mischwassers, so wird sich der Kontrollapparat in seinem Bemühen, die erwünschte
Mischung wiederherzustellen, derart bewegen, daß das Mischwasser alkalischer statt
saurer wird. Obgleich das Risiko dieser Erscheinung nicht groß ist, können geeignete
Schutzmaßnahmen getroffen werden. Diese Schutzeinrichtung besteht vorzugsweise aus
einem zusätzlichen Kontrollapparat, der auf jeden Wechsel von Alkalität zu Azidtät,
und umgekehrt, reagiert und gewährleistet, daß bei jedem Wechsel der Mischung von
Alkalität bzw. Azidität die Drehrichtung des Motors umgesteuert wird, bis die Mischung
wieder alkalisch bzw. sauer ist. Ein derartiger Apparat ist in der Zeichnung dargestellt.
In diesem Apparat ist ein durchsichtiges Gefäß 17; durch welches das Mischwasser
aus der Zelle 14 über ein Rohr 18, einen Trichter 19 und ein Rohr 20 fließt, zwischen
einer Lichtquelle 21 und einer lichtempfindlichen Zelle 22 angeordnet. Außerdem
ist ein Farbfilter 23 zwischengeschaltet. Ein Farbindikator wird kontinuierlich
aus einem Gefäß 24 durch den Trichter 19 in das Gefäß 17 gebracht, so daß das Wasser
eine bestimmte Farbe hat, solange sich das Mischwasser auf der erwünschten Seite
des Neutralpunktes befindet, während es eine andere Farbe annimmt, sobald es den
Neutralpunkt passiert. Das Farbfilter 23 ist derart ausgebildet, daß die Zelle 22
für diesen Farbwechsel empfindlich ist. Die Zelle 22 ist mit einem Relais 25 verbunden,
das wiederum mit dem Motor 9 verbunden ist und dessen Drehrichtung umsteuert, und
zwar solange die Farbe im Gefäß falsch ist.
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Bekanntlich sind bei konstanter Rohwasserzusammensetzung die Azidität
und die Leitfähigkeit des von einem Wasserstoffionenaustauschfilter abfließenden
Wassers so lange konstant, bis das Material annähernd erschöpft ist; dann beginnen
sie abzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt muß das Austauschmaterial regeneriert werden.
Vor der Regeneration, wenn die Azidität begonnen hat abzunehmen, müßte das Mischventil
das Mischverhältnis derartig ändern, daß der Anteil des sauren Wassers größer wird,
um die benötigte Alkalität oder Azidität im Mischwasser aufrechtzuerhalten. Aber
das Verhältnis der Leitfähigkeit des sauren Wassers zu der des Mischwassers wird
anders, weil nun der Grad der Azidität des ersteren nicht der vorgesehene ist, und
dementsprechend
wird das Mischventil nicht in der erforderlichen
Weise betätigt. Um dies zu verhindern, kann ein zusätzliches Wasserstoffionenaustauscherbett
in einem Behälter 26 in die Rohrleitung 13 eingebaut werden, so daß trotz Erschöpfung
des Materials im Hauptfilter 5 ein voller Austausch stattfindet, und das Verhältnis
der Leitfähigkeit des Ablaufs aus Behälter 26 zu der des gewünschten Mischwassers
wird nicht von dem vorbestimmten Wert abweichen.
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Das zusätzliche Filter 26 kann vorteilhaft zu einem anderen Zweck
verwendet werden, nämlich um Signale zu geben, wenn die Regeneration des Wasserstoffionenaustauschers
5 erforderlich ist, bzw. diese automatisch einzuleiten, wie dies auch in der britischen
Patentschrift 624 848 beschrieben ist. Wird es in dieser Weise angewendet, so wird
ein Teilstrom des vom Hauptfilter 5 abfließenden Wassers durch ein Rohr 29 zu einer
Leitfähigkeitszelle 28 und ein Teilstrom des aus dem zusätzlichen Filter abfließenden
Wassers aus der Rohrleitung 13 durch eine Abzweigung 29 zu einer anderen Leitfähigkeitszelle
30 geleitet. Diese beiden Zellen 28 und 30 sind als Wheatstonesche Brücke geschaltet,
die ein Relais 31 enthält. Ein Unterschied in den Leitfähigkeiten des aus dem Haupt-
bzw. Hilfsfilter abfließenden Wassers betätigt das Relais 31, wodurch der Alarm
oder die Einleitung der Regeneration des Hauptfilters 5 ausgelöst wird, zusammen
mit den sonstigen erforderlichen Umleitungen des Wasserstromes im Hinblick darauf,
daß das Hauptfilter während der Regeneration außer Betrieb ist.
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Selbstverständlich können auch zwei getrennte Hilfsfilter benutzt
werden, von denen das eine gewährleistet, daß das Verhältnis der Leitfähigkeit des
zur Zelle 14 fließenden sauren Wassers zu der des gewünschten Mischwassers konstant
bleibt, und das andere Alarm gibt bzw. die Regeneration einleitet.