DE1792304C3 - Verfahren zum Entsäuern von Wasser mit Natronlauge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entsäuern von Wasser mit Natronlauge.

Bei der Aufbereitung von Nutzwasser 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.

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.

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 Aufbereitehs 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.

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.

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 j Phosphaten der Phosphatgehalt des Wassers so niedrig gehalten, daß eine zu technischen Zwecken vorzunehmende Entkarbonisierung nicht gestört wird.

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.

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 Tätsache, daß gemäß diesem bekannten Vorschlag mit vorenthärtetem· Speisewasser gearbeitet bzw. die in härtefreiem Wasser angesetzte Chemikalienlösung zur Vermeidung von Ausfällungen härtefreiem Wasser zugeführt wird, zeigt

ebenfalls deutlich, daß selbst bei gleichzeitiger Anwendung von Natronlauge und Spezialphosphaten die mit der Erfindung in überraschender Weise erzielbaren Wirkungen nicht vorhergesehen wurden.

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.

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.

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 IJfache NaOH-Menge gegenüber einem gleichgroßen mit 33°/oiger 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 Zusatzsteile 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Verfugung, 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entsäuern von Wasser mit Natronlauge, dadurch gekennzeichnet, daß der Natronlauge ein kondensiertes Phosphat im Verhältnis P2O5: NaOH = 1 :500 bis 1 : 2000 zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphatgehalt der Natronlauge an der Zusatzstelle in das zu entsäuernde Wasser 300 bis 750 mg P2O5/I Natronlauge beträgt.