DE1792304B2

DE1792304B2 - Process for deacidifying water with caustic soda

Info

Publication number: DE1792304B2
Application number: DE19681792304
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. 4000 Duesseldorf Hopf
Original assignee: STADTWERKE DUESSELDORF AG 4000 DUESSELDORF
Current assignee: STADTWERKE DUESSELDORF AG 4000 DUESSELDORF
Priority date: 1968-08-16
Filing date: 1968-08-16
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE1792304A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsäuern von Wasser mit Natronlauge.The present invention relates to a method for deacidifying water with sodium hydroxide solution.

Bei der Aufbereitung von Nfutzwasser muß der Gehalt an überschüssiger freier Kohlensäure verhältnismäßig niedrig gehalten werden, da andernfalls im Rohrnetz unangenehme Korrosionserscheinungen auftreten. Bei einer störenden, insbesondere auf die zunehmende Belastung des Wassers und die Entnahme von Oberflächenwasser zurückzuführenden Zunahme des Kohlensäure-Gehaltes muß das Wasser entsäuert werden. In the treatment of utility water, the content be kept relatively low in excess free carbon dioxide, otherwise im Pipe network unpleasant signs of corrosion occur. With a disruptive, especially increasing Pollution of the water and the abstraction of surface water due to the increase in Carbon dioxide content, the water must be deacidified.

Für die Entsäuerung von Wasser kommen grundsätzlich physikalische oder chemische Verfahren in Frage. Die physikalischen Entsäuerungsverfahren, wie etwa eine Verdüsung oder Belüftung, sind schwierig zu warten und bedingen auch relativ hohe Anlagekosten. Von den chemischen Entsäuerungsverfahren würden sich vor allem bei hohen Wasserhärten Filter mit alkalischem Material wie halbgebrannte Dolomite ebenfalls nicht als geeignet erweisen, da bei diesen sich das gewünschte Gleichgewicht viel zu langsam einstellt und ihre Wirkung durch Eisen- und Manganabscheidung aus Rohwässern beeinträchtigt wird. Aus wirtschaftlichen und technischen Gründen kommt daher vornehmlich ein Dosierungsverfahren in Frage, wozu wegen der gegen den Druck des zu entsäuernden Wassers vorzunehmenden Dosierung als Dosiermittel nur noch Kalk in Lösung bzw. Kalkmilch oder aber Natronlauge geeignet sind.In principle, physical or chemical processes are used to deacidify water Question. The physical deacidification processes, such as atomization or aeration, are difficult to do wait and also entail relatively high investment costs. From the chemical deacidification process would Filters with alkaline material such as half-burnt dolomite are particularly useful in the case of high water hardness do not prove to be suitable, since the desired equilibrium is achieved much too slowly with these and their effectiveness is impaired by the separation of iron and manganese from raw water. For economic and technical reasons, therefore, a dosing method is primarily an option, for which reason the Against the pressure of the water to be deacidified, the dosage to be carried out as a dosing agent is only lime in solution or milk of lime or caustic soda are suitable.

Im Zusammenhang mit diesen bekannten Verfahren ist auf die deutschen Patentschriften 6 86 100 und 8 13 976 hinzuweisen, in denen Verfahren beschrieben sind, die grundsätzlich dem gleichen Prinzip folgen und dem Teilzweck dienen, in den Leitungen einen Korrosionsschutz vorzusehen. Die Behandlung erfolgt bei den bekannten Verfahren dadurch, daß das aufzubereitende Wasser durch ein Filter aus alkalischen Filtermassen geleitet wird. Diese Art der Aufbereitung besitzt den wesentlichen Nachteil, daß zu Beginn des Aufbereitens mit einem neuen Filter eine zu starke Alakalisierung erfolgt, sodann für eine längere Zeit ein Gleichgewichtszustand hergestellt werden kann, jedoch schließlich eine nachlassende Wirkung festzustellen ist. Diese Merkmale der bekannten Verfahrensweise bedingen einen nachteiligen Ablauf der Aufbereitung. So findet bei den bekannten Vorschlägen die Lösung des Phosphats nach und nach durch das Wasser beim Passieren des Filters statt, wodurch sich für das Phosphat hinsichtlich der zudosierten Menge eine mehr oder weniger zufällige Beimengung ergibt, die in der Praxis die Gefahr in sich birgt, daß entweder die nach der Trinkwasser-Aufbereitungs-Verordnung höchstzulässige Menge zeitweilig überschritten oder ein für den angestrebten Zweck notwendiger Wert unterschritten wird. Eine solche Zufälligkeit der Zusammensetzung ist jedoch bei den heutigen strengen Anforderungen an die Trinkwasseraufbereitung in keiner Weise tragbar.In connection with these known processes, reference is made to German patents 6 86 100 and 8 13 976, in which procedures are described that basically follow the same principle and serve the partial purpose of providing corrosion protection in the lines. Treatment takes place at the known method in that the water to be treated through a filter made of alkaline filter media is directed. This type of processing has the major disadvantage that at the beginning of the processing with a new filter an excessively strong alkalization occurs, then an equilibrium state for a longer period of time can be produced, but eventually a waning effect can be observed. These features of the known procedure result in a disadvantageous processing sequence. So In the known proposals, the phosphate is gradually dissolved by the water as it passes through of the filter instead, which means that the amount of phosphate added is more or less accidental admixture results, which in practice harbors the risk that either according to the drinking water treatment regulation The maximum permissible amount is temporarily exceeded or a value that is necessary for the intended purpose is not reached. Such a randomness of the composition is, however, with today's strict requirements on the Drinking water treatment in no way portable.

Die Entsäuerung von Wasser mit Natronlauge hat vor allen chemischen Verfahren den Vorteil, daß sie billig ist und bei geringstmöglicher Zunahme des Salzgehaltes die Härte nicht erhöht. Die Verwendung von Natronlauge führt jedoch zu starken Kalkabscheidungen an der Zusatzstelle der Natronlauge in das zu entsäuernde Wasser. Selbst bei Verwendung von Natronlauge in geringen Konzentrationen ergeben sich in jedem Falle lokale Überalkalisierungen, die sich besonders bei höherer Härte des Wassers störend bemerkbar machen. Zur Beseitigung der an der Zusatzstelle angelagerten Kaikabscheidungen ist daher alle zwei bis drei Tage eine Reinigung der Zusatzstelle erforderlich. Dieses lästige, regelmäßige Reinigen läßt sich auch dann nicht vermeiden, wenn eine äußerst niedrigprozentige Natronlauge verwendet wird. Auch in diesem Fall kommt es, wenn auch langsamer, an der Eintrittsstelle zur Kaikabscheidung. Hierin liegt der eigentliche Grund dafür, daß sich die Entsäuerung von Wasser mit Natronlauge trotz ihrer sonstigen Vorteile in der Trinkwasseraufbereitung bisher nicht eingeführt hat.The deacidification of water with caustic soda has the advantage over all chemical processes that it is cheap and does not increase the hardness with the smallest possible increase in salt content. The usage of However, caustic soda leads to heavy lime deposits at the point where the caustic soda is added to the deacidifying water. Even when using caustic soda in low concentrations in any case local over-alkalization, which is particularly disturbing when the water is harder to make noticable. In order to remove the quay deposits accumulated at the additional point, all cleaning of the additional area is necessary for two to three days. This annoying, regular cleaning leaves even if an extremely low-percentage sodium hydroxide solution is used. Even in this case, quay separation occurs, albeit more slowly, at the point of entry. Herein lies the The real reason why the deacidification of water with sodium hydroxide solution is in spite of its other advantages has not yet been introduced in drinking water treatment.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften des Entsäuerns mit Natronlauge ein Verfahren zu schaffen, bei dem ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand jegliche . Kalkablagerung an der Zusatzstelle vermieden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Natronlauge ein kondensiertes Phosphat im Verhältnis P2O5 : NaOH = 1 :500 bis 1 :2000 zugesetzt wird. Durch diesen geringfügigen Zusatz von Phosphat werden die bisher zu äußerst lästigen Betriebsstörungen führenden Kaikabscheidungen an der Zusatzstelle praktisch unterbunden. Selbst nach mehrjähriger Betriebsdauer wird eine Reinigung des Einführungsrohres der Natronlauge nicht notwendig. Andererseits wird durch den geringen Zusatz von kondensierten . Phosphaten der Phosphatgehalt des Wassers so niedrig gehalten, daß eine zu technischen Zwecken vorzuneh-The object of the invention is to take advantage of the advantageous properties of deacidification with Caustic soda to create a process in which any. Lime scale is avoided at the additional point. This object is achieved in that the Caustic soda a condensed phosphate in the ratio P2O5: NaOH = 1: 500 to 1: 2000 is added. This slight addition of phosphate has made the previously extremely troublesome operational malfunctions leading quay deposits practically prevented at the additional point. Even after several years Cleaning of the caustic soda inlet pipe is not necessary for the duration of the operation. on the other hand is condensed by the small addition of. Phosphates The phosphate content of the water is so low held that one should be carried out for technical purposes

mende Entkarbonisierung nicht gestört wird. \ ongoing decarbonisation is not disturbed. \

Das Verdienst des Erfinders wird durch die Ausführungen auf S. 80 und S. 100 in »Technisches Handbuch Wasseraufbereitungsanlagen«, VEB-Verlag, Berlin (1966), deutlich, in dem an der erstgenannten Textstelle die Möglichkeit des Abbindens der Kohlensäure mit Natronlauge angesprochen ist, wobei gleichzeitig gewisse Einschränkungen der Anwendbarkeit angegeben sind. Ohne Zusammenhang mit oder ohne Bezugnahme auf diese Ausführungen ist dann an der zweitgenannten Textstelle die Stabilisierung der Karbonathärte im Kühlwasser oder Warmwasser mit polymeren Phosphaten erwähnt. Beide Merkmale stehen beziehungslos nebeneinander, ohne die erfindungsgemäße Lehre zu tangieren.The merit of the inventor is illustrated by the explanations on p. 80 and p. 100 in »Technical Handbook Water treatment plants ", VEB-Verlag, Berlin (1966), clearly, in the first mentioned text passage the possibility of setting the carbonic acid with caustic soda is addressed, with certain at the same time Limitations of applicability are indicated. Without connection, with or without reference the stabilization of the carbonate hardness in Mentioned cooling water or hot water with polymeric phosphates. Both features are unrelated side by side without affecting the teaching according to the invention.

In gleicher Weise ist auch der Inhalt der Zeitschrift »Betriebstechnik«, Band 6, Heft 3, 1964 zu beurteilen, denn dieser bekannte Vorschlag dient einem völlig anderen Zweck, .nämlich der Schaffung einer Phosphat-Korrosionsschicht. Die Tatsache, daß gemäß diesem bekannten Vorschlag mit vorenthärtetem Speisewasser gearbeitet bzw. die in härtefreiem Wasser angesetzte Chemikalienlösung zur Vermeidung von Ausfällungen härtefreiem Wasser zugeführt wird, zeigtThe content of the magazine "Betriebstechnik", Volume 6, Issue 3, 1964, is to be assessed in the same way, because this well-known proposal serves a completely different purpose, namely the creation of a phosphate corrosion layer. The fact that according to this known proposal with pre-softened feed water worked or the chemical solution prepared in hard water to avoid precipitations hardness-free water is supplied, shows

ebenfalls deutlich, daß selbst bei gleichzeitiger Anwendung von Natronlauge und Spezialphosphaten die mit der Erfindung in überraschender Weise erzielbaren Wirkungen nicht vorhergesehen wurden.also clear that even with the simultaneous use of sodium hydroxide solution and special phosphates with the invention surprisingly achievable effects were not foreseen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Phosphat der Natronlauge zweckmäßig in Form von Phosphatlösung gleichmäßig zugemischt, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß die Phosphatlösung während des Einfüllens der Natronlauge in einen Behälter gleichmäßig beigegeben wird.When carrying out the process according to the invention, the phosphate of the sodium hydroxide solution is expedient evenly mixed in in the form of phosphate solution, which can happen, for example, that the phosphate solution is evenly added while filling the caustic soda into a container will.

Die angegebene obere Grenze ist mit Rücksicht auf die Wasserqualität gewählt, während die untere Grenze die Kalkfällungen noch zuverlässig verhindert. Der Phosphatzusatz beträgt vorteilhaft weniger als 1 γ pro mg zu bindender Kohlensäure. Aus den vorstehenden Angaben ergibt sich, daß der Zusatz an Phosphat äußerst gering ist; erliegt um rund drei Zehnerpotenzen niedriger als der nach der Trinkwasser-Aufbereitungs-Verordnung zulässige Wert von 5 mg P2O5/I des aufzubereitenden Wassers.The specified upper limit has been chosen with the water quality in mind, while the lower limit reliably prevents limescale precipitation. The addition of phosphate is advantageously less than 1 γ per mg of carbonic acid to be bound. From the above it follows that the addition of phosphate is extremely small; succumbs to around three powers of ten lower than the permissible value of 5 mg P2O5 / I of the water to be treated according to the Drinking Water Treatment Ordinance.

Durch Verwendung einer stark konzentrierten, vorzugsweise einer 50%igen Natronlauge können Transportkosten erheblich eingespart und die Benutzung kleinerer Vorratsbehälter ermöglicht werden. So faßt ein mit 50%iger Lauge beschickter Behälter ungefähr die ljfache NaOH-Menge gegenüber einem gleichgroßen mit33%iger Lauge gefüllten Behälter. Infolge des Phosphatzusatzes ist die hochprozentige Natronlauge hinsichtlich der Kalkablagerungen gegenüber niedrigprozentiger in der Verwendung nicht nachteiliger. Für die vorliegende Erfindung ist ferner wichtig, daß der Phosphatgehalt unmittelbar an der Zusatzstelle der Natronlauge in das zu entsäuernde Wasser vorzugsweise 450 bis 750 mg P2O5/I Natronlauge beträgt. Eine solche Konzentration an Phosphat unmittelbar an der Zusatzstelle reicht durch aus aus, um bei der an der Zusatzstelle momentan noch geringen Verdünnung der Natronlauge eine Kaikabscheidung zu verhindern. Es ist sogar möglich, mit dem Phosphatgehalt noch weiter herunterzugehen, bis etwa auf 300 mg P2O5/I Natronlauge, ohne daß die Zusatzstelle durch Kalkablagerungen verstopft wird.By using a highly concentrated, preferably 50% sodium hydroxide solution you can Transport costs are saved considerably and the use of smaller storage containers is made possible. So holds a container filled with 50% caustic solution about lj times the amount of NaOH compared to one container of the same size filled with 33% lye. As a result of the addition of phosphate, it is high-proof Sodium hydroxide solution is not disadvantageous in terms of calcium deposits compared to lower percentage in use. For the present invention it is also important that the phosphate content is immediately at the point of addition the sodium hydroxide solution in the water to be deacidified is preferably 450 to 750 mg P2O5 / I sodium hydroxide solution. Such a concentration of phosphate directly at the additional point is sufficient to with the to prevent quay deposit at the additional point, which is currently still slightly diluted with the caustic soda. It is even possible to go further down the phosphate level, down to around 300 mg P2O5 / I caustic soda without the additional point being blocked by limescale deposits.

Wenn jedoch die Natronlauge mit dem zugehörigen Wasser zwar schon weitgehend verdünnt, aber noch nicht vollständig gemischt ist, was beispielsweise kurz hinter der Zusatzstelle der Fall sein kann, können ungleichmäßige Überalkalisierungen und damit eine Kalkfällung nicht verhindert werden. Um jedoch insbesondere auch die direkt hinter der Zusatzstelle liegende Rohrstrecke weitgehend frei von Kalkablagerungen zu halten, wird das Wasser hinter der Zusatzstelle intensiv durchmischt.If, however, the caustic soda and the associated water are already largely diluted, but still If it is not completely mixed, which can be the case, for example, shortly after the additional point, irregularities can result Over-alkalization and thus the precipitation of lime cannot be prevented. To, however, in particular the pipe section directly behind the additional point is also largely free of limescale deposits hold, the water behind the additional point is intensively mixed.

Zu diesem Zweck wird zweckmäßig bei einer Aufbereitungsanlage mit Dosiereinrichtung zum Zuführen der mit einer Phosphatlösung versetzten Natronlauge zu einer Zusatzstelle in einer zu entsäuerndes Wasser enthaltenden Rohrleitung in letzterer unmittelbar hinter der Zusatzstelle eine gegenüber dem Querschnitt der Rohrleitung erweiterte Mischkammer angeordnet. Außer der besseren Vermischung der Natronlauge mit dem Wasser hat diese Mischkammer den Vorteil, daß selbst bei einer unter Umständen eintretenden Anlagerung von Kalk an den Kammerwänden die Strömungsverhältnisse in der Kammer nicht wesentlich verändert werden. Das bedeutet, daß die Kammer erst nach Jahren gereinigt zu werden braucht.For this purpose, it is useful in a processing system with a metering device for feeding the sodium hydroxide solution mixed with a phosphate solution to an additional point in a to be deacidified Water-containing pipeline in the latter immediately behind the additional point one opposite the cross-section the pipeline extended mixing chamber arranged. Besides the better mixing of the Sodium hydroxide solution with the water, this mixing chamber has the advantage that even with a possibly occurring Lime deposits on the chamber walls do not significantly change the flow conditions in the chamber. It means that the chamber does not need to be cleaned for years.

Eine Aufbereitungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Die dargestellte Wasseraufbereitungsanlage ist im wesentlichen herkömmlicher Konstruktion. Sie besitzt einen Vorratsbehälter 1, in den über eine obere Beschickungsöffnung 2 Natronlauge eingegeben werden kann. Gleichzeitig mit dem Einfüllen der Natronlauge wird die Lösung eines geeigneten, kondensierten Phosphats in den Behälter 1 eingegeben. Das Verhältnis P2O5: NaOH beträgt beispielsweise 1 :1000. Die zugesetzte Phosphatmenge beträgt weniger als 1 γ pro mg der zu bindenden, in dem zu entsäuernden Wasser enthaltenen Kohlensäure. Am unteren Ende ist der Vorratsbehälter 1 über eine Ablaufleitung 3 mit einer Pumpe 4 verbunden. Die Druckleitung 5 der alkalibeständigen Pumpe 4 ist über einen Zulaufstutzen 6 in das Innere einer das zu entsäuernde Wasser enthaltenden Rohrleitung 7 eingeführt. A processing plant for carrying out the method according to the invention is described with reference to the drawing. The illustrated water treatment system is essentially of conventional construction. It has a storage container 1 into which 2 sodium hydroxide solution can be added via an upper loading opening. At the same time as the sodium hydroxide solution is poured in, the solution of a suitable, condensed phosphate is added to the container 1. The ratio P2O5: NaOH is, for example, 1: 1000. The amount of phosphate added is less than 1 γ per mg of the carbonic acid to be bound and contained in the water to be deacidified. At the lower end, the storage container 1 is connected to a pump 4 via a drain line 3. The pressure line 5 of the alkali-resistant pump 4 is introduced via an inlet connection 6 into the interior of a pipe 7 containing the water to be deacidified.

In der Rohrleitung 7 strömt das Wasser unter dem jeweiligen Netzdruck in Pfeilrichtung. Während bei bekannten Verfahren die Zusatzstelle 8 der Pumpendruckleitung 5 relativ schnell durch Kalkablagerungen verstopft, wird sie nunmehr durch die der Natronlauge erfindungsgemäß zugesetzte Phosphatlösung ständig offen gehalten. Dadurch kann das sonst lästige Reinigen entfallen.In the pipeline 7, the water flows in the direction of the arrow under the respective network pressure. While at known Move the additional point 8 of the pump pressure line 5 relatively quickly through limescale deposits clogged, it is now constantly due to the phosphate solution added according to the invention to the sodium hydroxide solution kept open. This eliminates the need for otherwise annoying cleaning.

Da die in das Wasser eintretende, mit Phosphatlösung versetzte Natronlauge unmittelbar hinter der Zusatzstelle 8 mit dem Wasser noch nicht innig gemischt ist, kann es unter ungünstigen Bedingungen an der Rohrwandung zu einer Verkrustung durch Kalkablagerungen kommen. Um solche Kalkablagerungen weitgehend zu vermeiden, ist unmittelbar hinter der Zusatzstelle 8 in der Rohrleitung 7 eine Mischkammer 9 eingebaut. Diese Kammer 9, deren Querschnitt gegenüber dem der Rohrleitung erweitert ist, führt einmal zu einer intensiven, turbulenten Durchmischung der Natronlauge mit dem Wasser und gestattet andererseits einen ungehinderten Strömungsdurchlauf durch das Leitungsrohr. Die sich eventuell noch ergebenden Kaikabscheidungen 10 setzen sich an den äußeren Kammerwandungen fest, so daß auch nach langer Betriebszeit mit einer störenden Verengung des Rohrquerschnittes nicht gerechnet zu werden braucht.Since the sodium hydroxide solution, mixed with phosphate solution, which enters the water, is immediately behind the Supplementary point 8 is not yet intimately mixed with the water, it can occur under unfavorable conditions the pipe wall can become encrusted by limescale deposits. To such limescale deposits To be largely avoided is a mixing chamber immediately behind the additional point 8 in the pipeline 7 9 built in. This chamber 9, the cross section of which is enlarged compared to that of the pipeline, leads once to an intensive, turbulent mixing of the caustic soda with the water and allows on the other hand an unhindered flow passage through the conduit. The ones that may still arise Quay deposits 10 stick to the outer chamber walls, so that even after a long time Operating time with a disruptive narrowing of the pipe cross-section need not be expected.

Durch die vorliegende Erfindung ist das eigentliche Hindernis, nämlich die Betriebsstörungen durch Kalkablagerung besonders an der Zusatzstelle, aber auch dahinter, für die Anwendung von Natronlauge zur Entsäuerung von Wasser beseitigt worden. Damit steht ein Mittel zur Entsäuerung zur Verfügung, das im Vergleich zu allen anderen bekannten Verfahren bedeutende Vorteile aufweist. Dabei wirken sich der minimale Platzbedarf und die dadurch bedingten niedrigen Bau- und Anlagekosten umso stärker aus, je größer die Wasserförderung ist.The present invention is the real obstacle, namely the malfunctions due to limescale deposits especially at the additional point, but also behind it, for the use of caustic soda for deacidification been eliminated by water. This means that a means of deacidification is available that in comparison has significant advantages over all other known processes. The minimal The larger the space, the greater the space requirement and the resulting low construction and plant costs Water pumping is.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for deacidifying water with sodium hydroxide solution, characterized in that that a condensed phosphate in the ratio P ^ Ch: NaOH = 1: 500 to 1: 2000 is added to the sodium hydroxide solution will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the phosphate content of the sodium hydroxide solution at the additional point in the water to be deacidified amounts to 300 to 750 mg P2O5 / I sodium hydroxide solution.