DE1283568B

DE1283568B - Verfahren und Geraet zur kontinuierlichen Bestimmung der Kalkaggressivitaet von Wasser

Info

Publication number: DE1283568B
Application number: DE1964A0045680
Authority: DE
Inventors: Dr Guenter Axt
Original assignee: GUENTER AXT DR
Current assignee: GUENTER AXT DR
Priority date: 1964-04-07
Filing date: 1964-04-07
Publication date: 1968-11-21

Description

Verfahren und Gerät zur kontinuierlichen Bestimmung der Kalkaggressivität von Wasser Eine wesentliche Aufgabe der Trinkwasseraufbereitung ist häufig die »Entsäuerung« des Wassers.
Bei diesem Aufbereitungsprozeß wird nicht etwa ein neutrales Wasser mit vielen H+- und OH--Ionen angestrebt, sondern ein solches, das im »Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichte< ist. Dies kann, abhängig von der Wasserhärte und von anderen Größen, bei recht unterschiedlichen pH-Werten der Fall sein.
Ein Kriterium für das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ist die Indifferenz des Wassers gegenüber festem Kalziumkarbonat. Es darf weder CaCO3 aufgelöst noch solches abgeschieden werden. Auf diesem Kriterium beruht die bekannte analytische Methode zur Prüfung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts.
Danach wird eine Wasserprobe im geschlossenen Gefäß mit etwas Marmorpulver geschüttelt. Nach Ablauf einer Einwirkungszeit von 2 Stunden bis 3 Tagen wird die Karbonathärte oder auch die Gesamthärte der Probe bestimmt und mit der Härte einer zweiten, unbehandelten Probe des gleichen Wassers verglichen.
Die Zunahme bzw. Abnahme der Härte gilt als Maß für die Kalkaggressivität bzw. Kalkabscheidungstendenz des Wassers. Nur bei Wasser, das im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht t steht, ändert die Berührung mit Marmor nichts an der ursprünglichen Härte.
Ein Verfahren oder Gerät zur kontinuierlichen Bestimmung der Kalkaggressivität ist bisher noch nicht bekanntgeworden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und Gerät wird der Technik der Trinkwasserentsäuerung ermöglicht, eine stets präsente Meßgröße anzusteuern und die Abweichungen vom Sollwert laufend zu registrieren.
Es liegt zwar nahe, die der genannten Untersuchungsmethode zugrunde liegende Reaktion des Wassers dadurch kontinuierlich zu gestalten, daß das Wasser laufend durch ein mit Marmor gefülltes Reaktionsrohr geleitet wird. Mit dieser naheliegenden Möglichkeit ist jedoch keineswegs auch schon ein kontinuierlich arbeitendes Meßverfahren für die Kalkaggressivität gegeben, und zwar aus folgenden Gründen: a) Es gibt kein kontinuierlich arbeitendes Gerät zur Bestimmung der Härte bzw. von Härtedifferenzen der in Frage kommenden Größenordnung; b) ein mit Marmorpulver gefülltes Rohr bietet dem Wasser einen sehr großen Strömungswiderstand und neigt sogar zu völliger Verstopfung, z. B. dann, wenn das Wasser mit Luft oder anderen Gasen übersättigt ist und daher Gas in der Pulverschicht frei wird. Bei einem mit grobkörnigem Marmor gefüllten Reaktionsrohr hingegen ist zwar der Strömungswiderstand hinreichend klein, aber hier haben Wasser und Marmor eine so kleine gemeinsame Oberfläche, daß die benötigte Reaktionszeit in der Größenordnung von mehreren Stunden oder gar Tagen liegt. Derart lange Reaktionszeiten würden für die kontinuierliche Messung eine zu große Anzeigeverzögerung bedeuten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Kalkaggressivität von Wasser werden diese Schwierigkeiten dadurch vermieden, daß die bei der Reaktion des Wassers mit festem CaCO3 auftretende pH-Änderung als Aggressivitätsmaß verwendet wird.
Weiter betrifft die Erfindung ein Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bestehend aus einer ersten mit einer Zuleitung versehenen Kammer mit einer pH-Elektrode zur Aufnahme des zu untersuchenden Wassers und aus einer zweiten Kammer zur Aufnahme von unbehandeltem Wasser, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß an der Zuleitung zur ersten Kammer eine Vorrichtung zur Sättigung des Wassers mit CaCO:3 anschließbar ist.
Es wurde nämlich theoretisch gefunden und experimentell bestätigt, daß die durch die Reaktion mit CaCOa auftretende pH-Verschiebung des Wassers ein durchaus brauchbares, in gewissem Sinne sogar ein der Härteverschiebung überlegenes Maß für die Kalkaggressivität des Wassers ist. Experimentell wurde weiterhin gefunden, daß körnige Kreide wesentlich schneller mit Wasser reagiert als Marmor von gleicher Korngröße.
Die Verwendung von Kreide an Stelle des für die eingangs erwähnte diskontinuierliche Untersuchungsmethode vorgeschriebenen Marmors ist keineswegs naheliegend, da Kreide, im Gegensatz zu Marmor, grundsätzlich kein reines CaCO3 darstellt. Es mußte erst durch eingehende Versuche nachgewiesen werden, daß ihre andersartigen Beimengungen keine zusätzliche pH-Verschiebung verursachen.
Ein Gerät zur Durchführung der kontinuierlichen Bestimmung der Kalkaggressivität gemäß der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Es besteht im Prinzip aus einer ersten, mit einer Zuleitung versehenen Kammer 1 mit einer pH-Elektrode 5 zur Aufnahme des zu untersuchenden Wassers und einer zweiten Kammer 2 mit einer pH-Elektrode 4 zur Aufnahme von unbehandeltem Wasser.
An die Zuleitung zur Kammer 1 ist eine Vorrichtung 16 zur Sättigung des Wassers mit CaCO, anschließbar.
Das zu untersuchende Wasser tritt von unten in die Apparatur ein. Die Hauptmenge fließt im äußeren Mantel ganz nach oben und verläßt das Gerät durch einen Überlauf 3. Mit Hilfe dieses Überlaufes wird das Innere des Gerätes mit den zwei Glaselektroden 4 und 5 und einer Bezugselektrode 6 von Schwankungen der Raumtemperatur abgeschirmt und auf der ursprünglichen Temperatur des zu messenden Wassers gehalten. Außerdem sorgt der Überlauf 3 für einen konstanten Wasserdruck vor zwei Kapillaren 7 und 8, so daß konstante Teilwassermengen zu den beiden Glaselektroden 4 und 5 gelangen und dann an Abtropfrinnen 9 und 10 abtropfen.
Das abgetropfte Wasser verläßt das Gerät schließlich durch ein Überlaufrohr 11. Über Diaphragmen 12, 13 und 14 stehen alle Elektroden elektrisch miteinander in Verbindung.
Zu der Glaselektrode 4 gelangt stets nur unverändertes Wasser. Die Glaselektrode 5 hingegen kann mit Hilfe eines Umstellhahnes 15 wahlweise entweder ebenfalls an unverändertes Wasser angeschlossen werden oder an solches, das über das mit kömiger Kreide gefüllte Reaktionsrohr 16 geflossen ist. Im letzteren Falle tritt zwischen den beiden Glaselektroden eine Potentialdifferenz auf. Sie ist der pH-Differenz proportional und somit das erstrebte Maß für die Kalkaggressivität.
Die Möglichkeit, durch Umstellung des Hahnes 15 die beiden Glaselektroden mit dem gleichen unveränderten Wasser zu beschicken, dient der Kontrolle der Nullpunktslage, die sich, z. B. durch Veränderung der Asymmetriepotentiale der Glaselektroden, im Laufe der Zeit geringfügig verschieben kann. Diese einfache Nullpunktskontrolle ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglicht eine reproduzierbare Erfassung noch sehr kleiner pH-Differenzen, gleichbedeutend mit einer großen Empfindlichkeit des Gerätes.
Die Übertragung der zwischen den beiden Glaselektroden herrschenden Potentialdifferenz auf elektrische Meß- bzw. Registrierinstrumente geschieht in an sich bekannter Weise mit einer im Bild angegebenen Schaltung, wobei 17 und 18 elektronische Meßverstärker darstellen. Ein Meßinstrument 19 liefert die erstrebte pH-Differenz und damit die Kalkaggressivität des Wassers. Zusätzlich kann man auch die Ausgangsspannung des Verstärkers 17 mit einem weiteren Meßinstrument 20 erfassen und erhält so nebenbei auch noch den absoluten pH-Wert des unveränderten Wassers.
Eine beim Arbeiten mit Glaselektroden in CaCOsgesättigtem Wasser grundsätzlich gegebene Störungsmöglichkeit ist das Verkrusten der Glasmembranen mit ausfallendem CaCO3. Es wird in zweckmäßiger Weise dadurch vermieden, daß das Waser um einige Grad abgekühlt wird, bevor es zu den Glaselektroden gelangt. Auf diese Art werden Ausscheidungen durch Aufhebung der Sättigung vermieden. Als Kältelieferant dient vorzugsweise eine »Peltier-Batterie«.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zum kontinuierlichen Bestimmen der Kalkaggressivität von Wasser, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die bei der Reaktion des Wassers mit festem CaCO3 auftretende pH-Änderung als Aggressivitätsmaß verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsmittel Kreide von hinreichender Reinheit verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auftretende pH-Differenz als Potentialdifferenz zwischen zwei pH-Elektroden gemessen wird.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu den pH-Elektroden gelangende Wasser gekühlt wird.
5. Gerät zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend aus einer ersten, mit einer Zuleitung versehenen Kammer mit einer pH-Elektrode zur Aufnahme des zu untersuchenden Wassers und aus einer zweiten Kammer mit einer pH-Elektrode zur Aufnahme von unbehandeltem Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zuleitung zur ersten Kammer eine Vorrichtung (16) zur Sättigung des Wassers mit CaCO3 anschließbar ist.
6. Gerät nach AnspruchS, dadurch gekennzeichnet, daß die CaCO3-Sättigungsvorrichtung (16) ein mit körniger Kreide gefülltes Rohr ist.
7. Gerät nach AnspruchS, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Bezugselektrode (6) angebracht ist, die mit den beiden Glaselektroden (4, 5) elektrolytisch in Verbindung steht.
8. Gerät nach AnspruchS, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der einen Glaselektrode (5), dem CaC03-Sättiger (16) und dem unbehandelten Wasser ein Umschalthahn (15) angebracht ist, mit dem die Glaselektrode (5) wahlweise an CaCO,-gesättigtes oder an unbehandeltes Wasser anschließbar ist.
9. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlvorrichtung, vorzugsweise eine Peltier-Batterie, angebracht ist, die mit dem zu den pH-Elektroden (4, 5) fließenden Wasser in Wärmekontakt steht.
10. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pH-Elektroden (4, 5) und der CaCO,-Sättiger (16) im Inneren eines von überschüssigem Wasser durchflossenen Mantels angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1791412 ; »gwf«, Bd. 104, 1963, S. 89 bis 93 und 157 bis 160.