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Verfahren zum Aufbereiten von Wasser Es ist bekannt, daß die im Wasser
gelöste freie überschüssige Kohlensäure eine korrodierende Wirkung auf die mit dem
Wasser in Berührung stehenden Werkstoffe ausübt. Es sind verschiedene Verfahren
mechanischer und chemischer Art bekannt, um diese Kohlensäure aus dem Wasser zu
entfernen.
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Hierzu zählen in der Hauptsache das Verdüsen, Verregnen und Verplätschern
des Wassers, wobei eine möglichst gute Verteilung des Wassers in Luft erfolgt, um
einen günstigen Gasaustausch zu bewirken, insbesondere um das Gleichgewicht zwischen
dem Kalk- und Kohlensäuregehalt des Wassers einzustellen.
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Nach den bekannten Verfahren ist jedoch die Einstellung dieses Gleichgewichtes
nur bei Wässern mit hoher bis sehr hoher Karbonathärte möglich. Bei mittlerer bis
niedriger Karbonathärte ist die Austreibung der freien überschüssigen Kohlensäure
mit den bekannten Verfahren ohne eine chemische Nachbehandlung, welche für die Praxis
geeignet ist, nicht zu verwirklichen.
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Bisher war es Ansicht der Fachwelt, daß die Kohlensäurekonzentration
im Wasser auf physikalischem Wege nicht unter 8 bis 10 mg/l gesenkt werden kann,
wie z. B. aus DIN 2000, S. 11, Ziffer 4.53361, ersichtlich ist.
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Bei Wässern mit sehr hohen Karbonathärten tritt beim Verdüsen, Verregnen
oder Verplätschern auf Grund der schlechten Regelbarkeit der auf natürliche Weise
erfolgenden Frischluftzuführung häufig eine Unterschreitung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes
und damit eine unerwünschte Ausfällung von Kalziumkarbonat ein. Aber auch eine Überschreitung
des genannten Gleichgewichtes ist bei härteren Wässern bei den bekannten Verfahren
leicht gegeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mängel, die teilweise von atmosphärischen
Zufälligkeiten abhängen, zu beseitigen. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren
zum Aufbereiten von Wasser, insbesondere zum Entfernen der im Wasser gelösten freien
überschüssigen Kohlensäure weicher Wässer, durch im Gegenstrom im Überschuß zugeführte
Frischluft unter pH-Einstellung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man durch Füllkörper
in bekannter Weise eine exakt definierte große Oberfläche schafft und das jeweils
gewünschte chemische Gleichgewicht zwischen dem Kalk- und dem Kohlensäuregehalt
des Wassers durch Belüften im Gegenstrom einstellt, wobei man die Frischluftzufuhr
durch Messen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts-pH-Wertes im aufbereiteten Wasser
regelt. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren ist es möglich, auf rein physikalischem
Wege den Kohlensäuregehalt des Rohwassers in reproduzierbarer Weise ohne Temperaturänderung
bis auf Restgehalte von 0,8 mg CO2 je Liter beliebig zu erniedrigen.
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Bekanntlich ist der Kohlensäuregehalt des Wassers unter anderem auch
abhängig von dem Kohlensäuregehalt der Luft. Bei Wässern mit niedriger bis mittlerer
Karbonathärte kann sich der Kohlensäuregehalt der Luft daher nachteilig auf die
Entsäuerung des Wassers auswirken. Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung wird
daher beim Aufbereiten von Wasser mit einer Karbonathärte bis etwa 2,80 dH der Kohlensäuregehalt
der zugeführten Frischluft entfernt, beispielsweise durch Kohlensäure abbindende
Stoffe wie Natronkalk, Kalilauge od. dgl. Auf diese Weise ist eine Kohlensäurekozentration
von 0,1 mg CO2 je Liter im behandelten Wasser zu erreichen.
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Zweckmäßig ist es, das beanspruchte Verfahren in einer Vorrichtung
durchzuführen, in der unter dem Belüftungsraum ein Ozonungsraum angeordnet ist.
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Der bei der Ozonung des Wassers nicht aufgenommene Ozonanteil wird
zweckmäßig mit der Frischluft im Belüftungsraum vermischt. Hierbei wird gewährleistet,
daß erst solches Wasser der Ozonung zugeführt wird, welches durch die intensive
Belüftung und durch die teilweise Austreibung flüchtiger oxydierbarer Substanzen
sowie durch die Erhöhung des pH-Wertes optimal für die Ozonung vorbereitet worden
ist. Dadurch erfolgt eine wesentliche Erniedrigung des spezifischen Ozonbedarfes,
nicht zuletzt auch durch die praktisch restlose Ausnutzung der ozonhaltigen Restgase
aus der Ozonungsstufe.
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Die benötigten Frischluftmengen lassen sich durch Näherung der Gasaustauschvorgänge
an der Grenzfläche Wasser-Gas-Gemisch an die Idealverhältnisse sehr niedrig halten.
Das Regeln der für die Einstellung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes erforderlichen
Frischluftmenge kann von Hand oder auch
selbsttätig über den pH-Wert
des Wassers erfolgen.
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Die Füllkörper können aus Ionen austauschendem Material bestehen.
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Die Erfindung sei an Hand folgender Beispiele näher erläutert: 1
Belüftung ohne Nachbehandlung des Wassers In der Tabelle ist die Analyse des Rohwassers
sowie des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufbereiteten Wassers angegeben.
| roh- Aufbereitetes |
| Analyse |
| wasser Wasser |
| Temperatur, °C.. 10,0 10,0 |
| pH-Wert . . . 6,79 8,27 |
| Freie Kohlensäure, mg/l . 38,0 1,2 |
| Zugehörige Kohlensäure, mg/l 1,2 1,2 |
| Überschüssige freie Kohlen- |
| säure, mg/l. .. 36,8 0 |
| Gebundene Kohlensäure, mg/l 35,3 35,3 |
| Karbonathärte, ° dH .. 4,5 4,5 |
| Kalkhärte, ° dH. . 5,8 5,8 |
| Kaliumpermanganat- |
| verbrauch zum Bestimmen |
| der organischen Bestand- |
| eile, mg/l ........... 2,5 2,5 |
| Sauerstoff, mg/l. . ... 4,3 11,2 |
Um das Wasser in das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht zu bringen, sind 36,8 mg/l freie
überschüssige Kohlensäure abzuführen. Bei einem Gehalt von 1,2 mg/l freier Kohlensäure
befindet sich das belüftete Wasset ihm Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht.
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Eine saure oder alkalische Nachbenandlung des Wassers ist in diesem
Beispiel wegen des niedrigen Gehaltes anorganischer Snbstanren nicht erforderlich.
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2. Belüften mit anschließendem saurem Nachbehandeln durch Ozonung
| Roh- Aufbereitetes |
| Ahalyse |
| wasser Wasser |
| Temperatur, C.. . 10,0 10,0 |
| pH-Wert ... ............ 6,56 7,85 |
| Freie Kohlensäure, mg/l.... 12S,0 |
| Zugehönge Kohlensäure, mg/l 7,1 7,1 |
| Überschüssige freie Kohlen- |
| säure, mg/l........ .......... 120,9 0 |
| gebundene Kohlensäure, mg/l 72,3 |
| Karbonathärte, @ dH.......... 9,2 9,2 |
| Kalkhärte, @ dH.. . 8,6 8,6 |
| Eisen, mg/l. 0,08 0,08' |
| Mangan, mg/l ................ 0,05 QOS. |
| Kaliumpermanganat- |
| verbrauch, mg/1 . 12, 9,2 |
| Sauerstoff, mg/l.. .......... 0,9 11,2 |
| Geruchschwellenwert.. . 25 10 |
Es sind 120,9 mg/l freie bersch2ssige Kohlensäure zu entfernen, um das Wasser ins
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht zu bringen. Die sich anschließende Ozonbehandlung
läßt etwa 2,5 g freie Kohlensäure pro Kubikmeter entstehen, so daß in der Belüftungsstufe
insgesamt 123,4 g/m3 freie Kohlensäure auszutreiben sind.
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Der Luftbedarf betrug das 2- bis 3fache des Wasservolumens.
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Die Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens kann aus einem an
sich bekannten Rieselturm mit mehreren im Abstand übereinander angeordneten und
auf siebartigen Tragrosten ruhenden Füllkörperschichten bestehen. Die Frischluft
wird dem Belüftungsraum durch eine unterhalb der Füllkörperschichten angeordnete
Verteilervorrichtung, z. B einen Glockenboden, zugeführt. Für das im Anschluß an
das Belüften des Wassers gegebenenfalls erfolgende Ozonen ist unterhalb des Belüftungsraumes
ein zum Zuführen des Ozonluftgemisches dienender, mit Füllkörperschichten ausgestatteter
Ozonungsraum angeordnet, wobei zwischen diesem und dem Belüftungsraum ein Verteilerraum
für die zugeführte Frischluft vorgesehen ist, der gegenüber dem Belüftungs- und
Ozonungsraum durch je eine gas-und wasserdurchlässige Verteilervorrichtung, z.B.
einen Glockenboden, abgegrenzt ist. Die Füllkörperschichten können gegebenenfalls
zum Enfernen von im Wasser enthaltenen radioaktiven Substanzen, Nitraten, Kohlenwasserstoffverbindungen
oder dergleichen Bestandteilen dienenden Stoffen, z.B. Ionenaustauschern, bestehen
oder solche enthalten.
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Eine solche Vorrichtung bietet eine erhebliche Einsparung an Grundfläche
im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen, da bei diesen Verfahren mit wesentlich
höheren Wasserdurchsätzen, bezogn auf die Flkcheneinheit, gearbeitet werden kann.
Die Frischluftzufuhr erfolgt in dem Rieseler zwischen zwei Glockenböden mittels
eines Ventilators. Durch Sie Zwangsbelüftung ist man in der Lage, die angesaugte
Frischluft durch entsprechende Feinfiltet von Aerosolen weitgehendst zu befreien.
Dieser Punkt ist besonders wichtig zur Ausschaltung der Beeinflussung der Wasserqualität
durch die radioaktive Verseuchung der Luft. Die Glockenböden gewährleisten eine
bestmögliche Verteilung von ozonhaltigem Restgas und Frischluft über den gesamten
Querschnitt åef Vorrichtung. Diese stellt praktisch nach der Wasserverteilung eine
4-Stufen-Kombination dar: a) Nach deiS Wassereintritt über die Wassers verteilung
wird in den Füllkörperschichten in einer » Wasser-in-Gas «-Phase eine grobe Kohlensäureaustreibung
vorgenommen, b) Die zweite Phase im glockenbodenähnlichen Zwischenboden stellt eine
»Gas-in-Wasser«-Phase dar, die durch die Öberflächenspannungsverhältnisse in der
Grenzfläche Gas-Wasser eine Kohlensäure-Feineinstellung begünstigt. c) In der »Gas-in-Wasser«-Phase,
d h. über dem zweiten, glockenbodenähnlichen Zwischenboden wird noch aus der Ozonungskammer
gelangendes Rest Ozon ausgewaschen. d) In der letzten »Wasser-in-Gas«-Phase in Gegenwart
von Füllkörpern mit großer Oberfläche wird das Ozon in Lösüng bzw. zur Reaktion
gebracht.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung dargestellt.
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Das zu entsäuernde und gegebenenfalls zu ozonende Rohwasserl tritt
über ein Wasserverteilungssystem 2 in den Belüftungsraum 6 des Behälters 3 ein und
fließt über verschiedene Füllkörperschichten 4, die von Ablenkeinsätzen (zur Vermeidung
von »Randgängigkeit« des Wassers) mit gelochten Böden 5 getragen werden. Die Anzahl
der Füllkörperschichten kann verschieden sein, sie richtet sich nach dem Gehalt
des Rohwassers an überschüssiger freier Kohlensäure. Nach Austritt des Wassers aus
der unteren Füllkörperschicht des Belüftungsraumes 6 fließt das Wasser über zwei
Glockenböden 7 in den Ozonungsraum 8. Nach Durchlauf von zwei oder mehr Füllkörperschichten,
die zur katalytischen Unterstützung der Oxydationsreaktion eine entsprechende Oberflächenbeschaffenheit
besitzen, fließt das belüftete und ozonte Wasser über ein Standrohr 9 ab.
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Das gasförmige Ozon-Luft- oder Ozon-Sauerstoff-Gemisch tritt bei
10 in den Ozonungsraum 8 ein und wird über ein mit kalibrierten Gasaustrittsöffnungen
versehenes Ringrohr 11 zwischen jeweils zwei Füllkörperschichten geleitet. Das noch
geringe Ozonmengen enthaltende Restgas tritt über die beiden Glockenböden 7 gleichmäßig
verteilt in den Belüftungsraum 6 und über den Abluftkamin 16 ins Freie.
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Die mittels Ventilator 12 über ein Luftfilter 14 angesaugte Frischluftmenge
ist mit einer Absperr-und Drosselvorrichtung 13, die handbetätigt oder automatisch
vom pH-Wert abhängig gesteuert sein kann, stufenlos einstellbar. Der Eintritt der
filtrierten Frischluft erfolgt zwischen den beiden Glockenböden über eine Rohrerweiterung
15 in den Luftverteilungs-
raum 17, von wo aus sie über den oberen Glockenboden 7,
den Belüftungsraum 6 und den Abluftkamin 16 ins Freie gelangt.