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Verfahren zur Aufbereitung des Wassers in Warmwasserversorgungsanlagen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung des Wassers zwecks
Verhinderung von wasser- und elektrochemischen Korrosionserscheinungen sowie Wassersteinablagerungen
und zum Ab-
bau bereits vorhanderer Kalkausscheidungen und Korrosionsprodukte
auf den wasserbenetzten Metallflächen in Warmwasserversorgungsanlagen mit Warmwasserzirkulationsleitung,
bei dem in den Wasserstrom sowohl Calciumcarbonat und Magnesiumoxyd als auch kondensierte
Phosphate eingebracht werden.
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Aus der deutschen Patentschrift 813 976 ist ein Verfahren zur
Wasserreinigung bekannt, bei dem ein Caleiumcarbonat und gebrannten Mag
,nesit
enthaltendes Filter verwendet wird, dessen Filtermasse mit Phosphorsäure oder sauren
Phosphaten behandelt wurde, so daß ein gewisser Anteil dieser Filtermasse aus Phosphaten,
und zwar bei geeigneter Wahl des Behandlungsmittels aus Meta- oder Pyrophosphaten,
besteht. In dieser Patentschrift ist angegeben, daß sich dieses Verfahren sowohl
für Kalt- als auch für Warinwasser eignet.
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Schaltet man jedoch ein derartiges, mit kondensierten Phosphaten »aufgeladenes«
Filter in den Warmwasserstromkreis ein, so stellt man fest, daß nach kurzer Zeit
die Filtermasse infolge Hydrolyse. der kondensierten Phosphate und der alsdann dadurch
einsetzenden Fällung der Bicarbonate so stark verbackt ist, daß sie unter Umständen
nur noch mit Hammer und Meißel aus dem Filtergefäß herausgeschlagen werden kann
und daß sie zumindest ihre chemische Funktion, nämlich das Abbinden der aggressiven
Kohlensäure bei gleichzeitiger Anhebung der Carbonathärte, nicht mehr erfüllen kann,
während die hydrolysierten Phosphate die Bicarbonate nicht mehr stabilisieren und
damit auch die Bildung von Wassersteinablagerungen in den Warmwasserbereitern sowie
Warmwasserleitungen nicht mehr verhindern können.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren, bei dem dieser Nachteil
nicht auftritt, das sich einfach und sicher durchführen läßt und mit dem der Zweck
derartiger Verfahren mit hinreichender Sicherheit und kleinem Aufwand erzielt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß die kon# densierten Phosphate
in die Kaltwasserleitung, das Caleiumearbonat und Magnesiumoxyd jedoch in Form eines
Filters oder mit einem Dosierapparat in den Warmwasserstrom eingebracht werden.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren werden also das Calciumcarbonat,
das Magnesiumoxyd und die kondensierten Phosphate nicht mehr am ei
CY eichen,
sondern an verschiedenen Orten zugegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber
dem bekannten eine Reihe von Vorteilen, insbesondere den Vorteil, daß das Filter
nicht verbackt.
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Diese Wirkung kann folgendermaßen erklärt werden: Wird bei dem bekannten
Verfahren das kondensierte Phosphate enthaltende Filter aus Calciumcarbonat und
Magnesiumoxyd in das zirkulier rende warme Wasser eingeschaltet, so werden durch
das warme Wasser die Polyphosphate gelöst und die Filtermasse, beispielsweise aus
halbgebranntem Dolomit, bis zu einem gewissen Grad ausgelaugt. Da die, gelösten
Polyphosphate durch das warme Wasser hydrolysiert werden, kann sich kein Lösungsgleichgewicht
einstellen. Die gebildeten sauren Phosphate werden im Filter unter Bildung von schwerlöslichen
Phosphaten neutralisiert, wobei sie sich an der Filtermasse niederschlagen, in diese
eindringen und Sieb verbacken. Dieser Vorgang führt bei der ständigen Zirkulation
eines Teiles des Warmwasserstromes und Auslegung der Filtermasse zu einem schnellen
Verbrauch der leichtlöslichen Polyphosphate, wobei ihre stabilisierende Wirkung
infolge der fortlaufenden Hydrolyse nur zu einem Bruchteil ausgenutzt wird. Die
Filtermasse verliert ihre Oberflächenaktivität und, damit die Fähigkeit, die aggressive
Kohlensäure zu binden. Da die gebildeten schwerlöslichen Calcium- und Magnesiumphosphate
die kleinen. Filterkörner miteinander verbacken, bahnt sich das zirkulierende Wasser
Kanäle durch die Filtermasse, so daß nicht nur die chemische Wirkung, also Korrektur
des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes und gegebenenfalls die Oxydation von gelösten
Metallsalzen, sondern auch die mechanische Filterwirkung verlorengeht. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren werden dagegen die kondensierten Phosphate in der zur stabilisierenden
Wirkung erforderlichen Menge
in den Kaltwasserstrom eingebracht.
Im kalten Wasser findet jedoch praktisch keine Hydrolyse der Polyphosphate statt.
Tritt das die kondensierten Phosphate enthaltende Wasser in den Warmwasserkreislauf
ein, so tritt zwar dann, wenn die Verweilzeit des Wassers in dem Warinwassersystem
lang ist, z.B. nachts, wenn kein Warmwasser gezapft wird, ebenfalls eine Hydrolyse
ein. Die in der Praxis zum Zweck der Wasserstabilisierung verwendeten kondensierten
Phosphate hydrolisieren jedoch erst nach längerer Einwirkung von warmem Wasser in
einem wesentlichen Umfang. Beispielsweise ist ein zu diesem Zweck verwendetes handelsübliches
kondensiertes Phosphat erst nach einer 50stündigen Einwirkun- von 701 C warmem
Wasser zu etwa 75 bis 80% zu Orthophosphat hydrolysiert. Bei den üblichen
Verweilzeiten des Wassers in Warmwasserversorgungsanlagen hydrolysiert das nur im
Verhältnis zum jeweiligen Warmwasserverbrauch in das Warmwassersystem gelangte kondensierte
Phosphat noch nicht in einem wesentlichen Maß, so daß die nur spurenweise entstehenden
Orthophosphate auch nicht das in den Warmwasserkreislauf eingeschaltete Calciumcarbonat
und Magnesiumoxyd, beispielsweise in Form von halbgebranntem Dolomit, enthaltende
Filter verbacken können. Es kann sich auch kein zusätzliches kondensicrtes Phosphat
lösen, wenn durch die Hydrolyse kondensiertes Phosphat umgewandelt wird, da im Wannwasserkreislauf
kein Phosphat als. Bodenkörper enthalten ist, und erst wenn wieder Wasser gezapft
wird, also die Verweilzeit des aesamten Wassers oder eines Teiles davon im Warmwasserkreislauf
beendet ist, neues Phosphat durch die Kaltwasserzuleitung in den Warmwasserkreislauf
Crelangt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren bleibt C C
daher die chemische
Wirkung des Filters voll erhalten. Der Verbrauch an kondensierten Phosphaten ist
nicht je nach Auslaugungsgrad der kondensierte Phosphate enthaltenden Filtermasse
großen Schwankungen unterworfen, sondern die Dosierung der kondensierten Phosphate
entspricht jederzeit sehr genau dem Warmwasserverbrauch, wenn die löslichen, pulverförinigen
kondensierten Phosphate mit Hilfe eines Feindosierapparates zugegeben werden, da
bei der erfindungsgemäßen Zugabe des Phosphates in den Kaltwasserstrom auch bei
monatelanger Verweilzeit keine Hydrolyse eintritt.
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Gegenüber der Ausführungsform des bekannten Verfahrens, bei der das
kombinierte, Filter in den Kaltwasserstrom eingeschaltet wird, hat das erfin-C,
dungsgeinäße. Verfahren den Vorteil, daß das in den Warmwasserkreislauf eingeschaltete
Filter aus Caleiumcarbonat und Magnesiumoxyd wesentlich, unter Umständen sogar 80
bis 95%, kleiner sein kann als bei Einschaltun g des Filters in die Kaltwasserleitung.
Ein kleineres Filter ist jedoch nicht nur in der Anschaffung wesentlich billiger
als ein größeres Filter; der benötigte Platz ist auch weitaus geringer. Bei den
üblichen Filterabmessungen bilden kleinere Filter auch einen geringeren Fließwiderstand
für das Wasser. Außerdem lassen sie sieh leichter, schneller und mit geringerein
Wasserverbrauch rückspülen. Das Filter kann deshalb kleiner dimensioniert werden,
weil die Geschwindigkeit der Bindung der aggressiven Kohlensäure an das Filtermaterial
bei, warmem Wasser von beispielsweise 601 C ungefähr 25mal größer ist als
bei kaltem Wasser von 10' C.
Außerdem ist eine kleinere Dimensionierung
mög-CD lieh, weil gegebenenfalls im warmen Wasser weniger aggressive Kohlensäure
gelöst ist als im kalten Wasser. Schließlich wird durch die Zirkulation in der Warmwasserleitung
das Wasser auch tagsüber mehrfach und nachts noch häufiger durch das Filter hindurch
geführt, wodurch das Warmwasser mehrfach in Kontakt mit dem Filtermaterial kommt.
Daher können auch mit sehr kleinen Filtern weiche, also ausgesprochen carbonatarme
und zugleich stark kohlensäurehaltigge Wässer im Warmwasserkreislauf neutralisiert
werden, zu deren Aufbereitung ein in den Kaltwasserstrom eingeschaltetes Filter,
z. B. aus halbgebranntem Dolomit, unwirtschaftlich groß werden würde.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der
bekannten Einschaltung eines kombinierten Filters in den Kaltwasserstrom liegt in
folgendem: Auch dann, wenn durch ein in das kalte Wasser eingeschaltetes Filter
ein Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht eingestellt wird, kann dieses Gleich-,gewicht
im Warmwasser erheblich gestört werden. So zersetzt sich beispielsweise unmittelbar
an den das Wasser aufheizen.den Flächen des Heizelementes je nach Heizmedium
und maximaler Aufheiztemperatur an der Wärmeübertraggungsfläche das Calciumearbonat
unter Bildung von Kohlensäure und Calciumcarbonat. Das an der Wärmeübertragungsfläche
maximal erhitzte Wasser vermischt sich innerhalb des Warmwasserbereiters wieder
mit kälterem bzw. weniger erhitztem Wasser. Die infolge des vorausgegangenen Biearbonatzerfalls
verminderte Carbonathärte ist für die niedriger liegende Mischwassertemperatur im
Verhältnis zur vorhandenen Kohlensäure zu niedrig, so daß das Kalk-Kolilensäure-Gleichgewicht
infolge Anwesenheit der aggressiven Kohlensäure unterschritten wird.
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Der gleiche Vorgang tritt besonders nachts bei der Abkühlun- des warmen
Wassers in den Warmwasserleitungen in gewissem Umfang ein und ist deshalb in gleicher
Weise für den wassercheinischen Korrosionsprozeß, der zu Loch- und Flächenfraß bei
gleichzeitiger Rostknollenbildung führt, verantwortlich.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Filter, beispielsweise
aus halbgebranntem Dolomit, in den Warmwasserkreislauf eingeschaltet ist, wird die
gebildete freie Kohlensäure in dem Filter sofort abaebunden und, das in den Warmwasserstromkreis
eingeschaltete Filter sorgt stets dafür, daß das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht
erhalten bleibt. Dema genüber kann ein in die Kaltwasserzuleitung einge geschaltetes
Filter mit einem zehnfachen oder einem noch wesentlich größeren Volumen lediglich
ein Kalksäure-Gleichgewicht im kalten Wasser aufrechterhalten, jedoch Störungen
des Gleichgewichtes im Warmwasser nicht ausgleichen.
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Wie schon gesagt, verbackt beim erfindungsgemäßen Verfahren das in
den Warmwasserkreislauf eingeschaltete Filter bei Zugabe der Phosphate in das kalte
Wasser nicht. Ausscheidungen im Filter in Form von Schlamm und grobdispersen Teilchen
fallen nur insoweit an, als derartige Verunreinigun-0 -"en oder oxydierbare Bestandteile
wie gelöste Eisen oder Manganverbindungen vom kalten Wasser her in das Warmwassersystem
gelangen oder bei bereits mit Wassersteinablagerungen oder bzw. und Korrosionsprodukten
behafteten Metallflächen diese abgelöst werden. Derartige Verunreinigungen sind
jedoch
durch Rückspülung des Filters leicht zu beseitigen. Das Korn
der Filtermasse, wird durch den Gebrauch nicht größer, sondern behält den ursprünglichen
Feinheitsgrad bzw. wird durch das Abbinden der aggressiven Kohlensäure noch kleiner.
Da bei dem erfindun,ü"sgemäßen Verfahren nur eine verhältnis, mäßig kleine Filteroberfläche
erforderlich ist, können bei ihm, insbesondere, bei carbonathaltigeren Wässern und
geringen Verunreinigungen, auch Filter mit einer verhältnismäßig groben Körnung
verwendet werden.
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Das erfindungsgemäßeVerfahren läßt sich für neue und auch für alte,
bereits beträchtliche Wassersteinablagerungen oder bzw. und Korrosionsprodukte aufweisende
Warmwasserversorgungsanlaggen verwenden. Es bewirkt, daß vorhandene Wassersteinablagerungen
und Korrosionsprodukte abgebaut werden und daß sich auf freigelegten Zink-, Eisen-
oder Kupferflächen eine calcium- und magnesiumphosphathaltige Schutzschicht bildet,
die eine weiterwachsende Wassersteinablagerung und eine Korrosionsbildung vermeidet.
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Der Anwendungsbereich dieses Verfahrens ist universell, weil der Effekt
sowohl bei weichen als auch harten Wässern und unabhängig von den innerhalb der
Wannwasserverso-rgungsanlagen verwendeten Werkstoffkombinationen erreicht wird im
Gegensatz zu den bekannten und bisher in der Praxis erprobten Verfahren.
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Bei einer besonderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das Caleiumearbonat und das Magnesiumoxyd in die Warmwasserzirkulationsleituna
eingegeben. Wo eine derartige Zirkulationsleitung fehlt, kann das Caleiumearbonat
und das Magnesiumoxyd auch in die Warmwasserverteilungsleitung hinter dem Warmwasserbereiter
zugegeben werden.
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Bei einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
bei der das Caleiumcarbonat und das Magnesiumoxyd in die Warmwasserzirkulationsleitung
eingebracht werden, führt von der Kaltwasserzuleitung zu der Warmwasserzirkulationsleitung
eine zusätzliche Leitung, die vor dem das Calciumcarbonat und Magnesiumoxyd enthaltende
Filter in die Warmwassezzirkulationsleitung mündet. Dadurch wird das in den Warmwasserkreislauf
zuströmende Kaltwasser im Bedarfsfall sofort entsäuert, sobald es, in den Warmwasserkreislauf
eintritt.
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Wenn aus irgendwelchen Gründen eine mechanische Filterung nicht erforderlich
ist und daher ein Caleiumcarbonat und Magnesiumoxyd enthaltendes Filter außer der
chemischen Funktion nicht zugleich auch eine mechanische Filterung bewirken soll
oder wenn für die mechanische Filterung ein besonderes, z. B. Quarzkies enthaltendes
Filter verwendet wird, so kann ein Gemisch aus Calciumcarbonat und Ma-,c,nesiumoxyd
mit einem Feindosierapparat in den Wasserstrom einaebracht werden. Derartige Dosierapparate
sind insbesondere für den Schutz von größeren Warmwasserversorgungsanlagen
- noch wesentlich kleiner und leichter einzubauen als ein für eine größere
Durchflußkapazität ausgelegtes Filter. Eine derartige Dosiervorrichtung läßt sich
insbesondere in eine bestehende Anlage, in der Regel leichter einbauen als ein Filter.
Die von dem Warmwasserstrom mitgeführten Stoffe Calciumcarbonat und Magnesiumoxyd
neutralisieren die während der Abküh-
lung des warmen Wassers entstandene
aggressive Kohlensäure oder die im kalten Wasser bereits vorhandene aggressive Kohlensäure
oder die an den Heizflächen durch Zerfall des Bicarbonates gebildete aggressive,
Kohlensäure in gleicher Weise wie ein eingeschaltetes Filter. Es lassen sich sogar
noch günstigere Wirkungen erwarten, da das Calciumcarbonat-Magnesiumoxyd-Gemisch
nicht an einer einzigen Stelle des Warmwasserkreislaufes lokalisiert ist, sondern
im ganzen Warmwasserkreislauf verteilt ist.
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In der Zeichnung ist ein Schema einer Ausführungsart einer Anordnung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In einen Boiler 1 führt eine Kaltwasserzuleitung 2, in die
ein Feindosierapparat 5 eingeschaltet ist, der kondensierte Phosphate, (Polyphosphate)
enthält. Die von dem Warmwasserbereiter zu den Verbraucherstellen 4 führende Leitung
ist mit 3 bezeichnet. Von dieser Leitung 3 führt eine Zirkulationsleitung
8 mit verhältnismäßig dünnem Querschnitt zurück zum Warmwasserbereiter
1. Durch die in dieseT Leitun- 8
aufrechterhaltene Zirkulation wird
erreicht, daß aus den Verbraucherstellen 4 jederzeit warmes Wasser ohne. Vorlauf
von abgekühltem Wasser entnommen werden kann. In der Zirkulationsleitung
8 ist eine Umwälzpumpe 6 und ein Filter 7 eingeschaltet. In
dem Filter 7 ist eine Mischung von Calciumcarbonat und Magnesiumoxyd angeordnet,
z. B. halbgebrannter Dolomit. Auch kann eine Filterschicht zur Ab-
sorption
vonVerunreinigungen im Warmwasserkreislauf vorgeschaltet sein. Zwischen der KaltwasseT-leitung
2 und der Zirkulationsleitung 8 ist durch eine Tellstromleitung
9 eine Verbindung hergestellt, durch die dem Zirkulationskreis eine Kaltwassermenge
zugeführt wird, die in einem Verhältnis zur entnommenen Wassermenge steht.
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Bei einer anderen Ausführungsart fehlt die Teilstromleitung
9. Das Filter 7 hat zwei Funktionen, nämlich alle grobdispersen Verunreinigungen
aus dem Kreislauf auszufiltern und zum anderen im Wasserstrom mitgeführte aggressive
Kohlensäure zu binden und Chemikalien abzugeben, die zusammen mit den aus den kondensierten
Phosphaten gebildeten Orthophosphaten auf den wasserführenden Metallwänden eine
Schutzschicht gegen Korrosion bilden.
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Wenn diese beiden Funktionen des Filters 7 in getrennten Geräten
wahrorenommen werden oder wenn aus irgendwelchen Gründen eine mechanische Filteruno,
nicht erforderlich ist, kann die chemische Funktion des Filters, nämlich die Neutralisierung
des Wassers und dir, Auflösung von Chemikalien, die eine korrosionsverhindernde
Schutzschicht auf Metalloberflächen bilden, auch durch einen Feindosierapparat übernommen
werden. Als Dosierapparat eignen sich für diesen Zweck besonders die in der deutschen
Auslegeschrift 1132 867 beschriebenen Doslerapparate. Auch der Dosierapparat
5 in der Kaltwasserzuleitung kann ein derartiger Dosierapparat sein.
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In Anlagen, bei denen keine Zirkulationsleitung 8
vorhanden
ist, wird die erfindungsgemäße getrennte Zugabe von Caleiumcarbonat-Magnesiumoxyd-Gemisch
und Phosphaten dadurch verwirklicht, daß in die, Kaltwasserzuführung ein Feindosierapparat
mit den Phosphaten und das Filter mit dem Calciumcarbonat-Magnesiumoxyd-Gemisch
in die Warmwasservorlaufleitung hinter den Warmwasserbereiter eingeschaltet ist.