DE2512107A1

DE2512107A1 - Verfahren zur langsamentkarbonisierung von wasser

Info

Publication number: DE2512107A1
Application number: DE19752512107
Authority: DE
Inventors: Norbert Berlenbach; Ferdinand Klegraf
Original assignee: Passavant Werke AG and Co KG
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 1975-03-19
Filing date: 1975-03-19
Publication date: 1976-10-14
Also published as: BE839395A; SE422320B; DE2512107B2; ES446176A1; IT1060944B; CA1056521A; FR2304573B1; JPS6035200B2; NL7602741A; SE7602633L; FR2304573A1; GB1501335A; CH621753A5; JPS51128832A

Description

Als Langsamentkarbonisierung (im Gegensatz zu der in einem Reaktor unter Druck durchgeführten Schnellentkarbonisierung) bezeichnet man ein Enthärtungsverfahren, bei dem dem Wasser zur Entfernung seiner Karbonathärte eine alkalisch reagierende Verbindung, in der Regel Ca(0H)p, gegebenenfalls NaOH bzw. Na₂CO-*, zugemischt wird, das Wasser dann eine Reaktionsstrecke durchläuft, in der die vorhandenen Kalziumverbindungen, insbesondere das lösliche Ca(HCO^)₂, in unlösliches CaCO, umgesetzt werden und dieses dann durch Zugabe eines dreiwertige Metallionen enthaltenden Fällungsmittels, z.B. FeCl^, ausgeflockt und in einer Sedimentationsstufe als Schlamm sedimentiert wird oder beispielsweise in einem Kiesfilter abgetrennt werden kann.

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Ein wesentliches Problem "besteht dabei darin, die Reak-. tion innerhalb der Reaktionsstrecke so vollständig ablaufen zu lassen, daß alles Kalzium in Kalziumkarbonat umgewandelt ist und von der anschließenden Flockung und Ausfällung erfaßt wird. Andernfalls kann es in nachgeschalteten Anlageteilen, Rohrleitungen, Filtern, Erhitzern usw., zu Abscheidungen von Kalziumkarbonat kommen. Bei bisher bekannten Anlagen zur Langsamentkarbonisierung ist eine ausreichende Ausreaktion nur erreicht worden, indem man entweder die Temperatur des zu entkarbonisierenden Rohwassers wesentlich erhöht hat oder aber zur Ausfällung des Kalziumkarbonats aus übersättigter Lösung die erwähnte Zugabe von Salzen dreiwertiger Metallionen in Kombination mit einer mehrstündigen Verweilzeit im Flockungs- und Sedimentationssystem benutzt hat. Aber auch hierbei kann es vor allem bei niedrigen Temperaturen um oder unter 5 C vorkommen, daß auch bei Verwendung mehrerer hintereinandergeschalteter und gut durchmischter Reaktionsstufen die Reaktion unvollständig bleibt und von der Ausfällung nicht erfaßtes Kalziumkarbonat sich in nachgeschalteten Anlageteilen oder Rohrleitungen abscheidet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der genannten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß bei starker Verkürzung der gesamten Behandlungsdauer eine möglichst vollständige Ausreaktion und Entfernung des Kalziumkarbonats erreicht wird.

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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens zeitweise dem Wasser vor der Zugabe des Fällungsmittels ein feinverteiltes kristallines Material, vorzugsweise feinverteiltes kristallines Kalziumkarbonat, zufügt. Die Zugabe erfolgt vorzugsweise vor Durchlaufen der Reaktionsstrecke und vorteilhafterweise gleichzeitig mit der Zumischung der alkalisch reagierenden Verbindung.

Das zugegebene feinverteilte kirstalline Material wirkt als Impfmaterial, d.h. als Anlagungskeime, und ist in der Lage, die Gleichgewichtseinstellung in der nachfolgenden Reaktionsstrecke zu beschleunigen, so daß eine ausreichend schnelle und vollständige Reaktion schon vor der Zugabe der Salze von dreiwertigen Metallionen erfolgt. Das feinverteilte kristalline Material, insbesondere Kalziumkarbonat, kann dem System von außen, z.B. in Form von feingepulvertem Marmor oder ähnlichen Mineralien zugefügt werden. Besonders vorteilhaft und kostensparend ist es jedoch, wenn man das feinverteilte kristalline Kalziumkarbonat aus dem Entkarbonisierungsprozeß selbst gewinnt. Man läßt hierzu in oder hinter der Reaktionsstrecke, aber vor der Zugabe der Salze von dreiwertigen Metallionen, einen Teil des gebildeten Kalziumkarbonats sich absetzen und führt dieses im Rücklauf an den Beginn der Reaktionsstrecke bzw. zur Mischvorrichtung zurück. Fremdmaterial in Form von gepulvertem Marmor od.dgl. braucht dann nur noch zu Beginn des Verfahrens zum Anfahren zugesetzt zu werden.

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Das feinverteilte kristalline Material und/oder die alkalisch reagierende Verbindung werden vorzugsweise einem Teilstrom des zufließenden Rohwassers eingemischt und dieser dann mit dem Hauptstrom vereinigt. Auf diese Weise ist die Zugabe von stöchiometrisch genau dosierten und relativ geringen Konzentrationen entsprechenden Mengen in besonders vorteilhafter Weise möglich. Als alkalisch reagierende Verbindung kann insbesondere Ca0H)j in Form von Kalkwasser (Lösung) oder Kalkmilch (Suspension) zugefügt werden. Eine andere vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, durch unmittelbare Zugabe von CaO (ungelöschtem Kalk) in das zufließende Rohwasser bzw. einen Teilstrom davon Cs(OiL ^zu erzeugen. Man spart dadurch das vorherige Löschen des gebrannten Kalks, das Volumen des zuzusetzenden Materials ist geringer und die durch die Reaktionswärme auftretende Temperaturerhöhung ist durchaus erwünscht.

Da das erfindungsgemäße Verfahren einen sehr vollständigen Reaktionsablauf in der Reaktionsstrecke sicherstellt und somit Kalziumkarbonatabscheidungen in nachgeschalteten Anlageteilen vermieden werden, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, daß die Sedimentation der durch Zugabe des dreiwertige Metallionen enthaltenden Fällungsmittels nach Durchlaufen einer Flockungszone in einer Hochleistungs-Sedimentationsvorrichtung, insbesondere einem Schrägplattenoder -Röhrenabscheider erfolgt.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Fließschema einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 zeigt das Fließschema einer abgeänderten Ausführungsform des Verfahrens.

Gemäß Fig. 1 gelangt das bei 1 zufließende Rohwasser in einen Mischzyklon 2, in dem es mit Kalkmilch aus einem Behälter 3 sowie mit feinverteiltem kristallinem Kalziumkarbonat, z.B. Marmorstaub, aus einem Behälter 4, gemischt wird. Das Wasser gelangt dann in eine Reaktionsstrecke 5 mit mehreren, z.B. vier, hintereinandergeschalteten Reaktionsstufen, in denen es jedesmal gut durchmischt wird. Anschließend gelangt das Wasser in eine Flockungszone 6, wo ihm ein Flockungsmittel in Form eines oder mehrerer Salze von dreiwertigen Metallionen, insbesondere FeCl,, aus einem Behälter 10 zugesetzt wird. Gegebenenfalls kann die Zugabe des Flockungsmittels auch bereits in die letzte Stufe der Reaktionszone 5 erfolgen. Nach einer für die Ausflockung ausreichenden Verweilzeit in der Flockungszone 6 gelangt das Wasser in eine Sedimentationszone 7, wo sich die Flocken als Schlamm absetzen, der insbesondere aus CaCO,, Fe(OH), sowie gegebenenfalls Al(OH)-, und anderen Verbindungen bestehen kann. Der Schlamm wird bei 8 abgezogen, bei 9 läuft das enthärtete Wasser ab und kann

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gegebenenfalls weiteren Reinigungs- und Aufbereitungsstufen, z.B. einem Sand- oder Kiesfilter, zufließen. Flockungszone und Sedimentationszone 7 können aus Becken mit speziellen Einbauten zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse, die Sedimentationszone 7 auch aus einer Hochleistungs-Sedimentationseinheit, z.B.- Platten- oder Röhrenabscheider, die im Gleich- oder Gegenstrom betrieben wird, bestehen.

Es hat sich gezeigt, daß die Zudosierung von feinverteiltem kristallinem CaCO^ bereits in Mengen von nur 5 g/m , vorzugsweise jedoch mehr, in Verbindung mit dem zugegebenen Kalziumhydroxyd in Konzentrationen von etwa 0,5 bis 2 g/l zu einer sehr starken Verkürzung der Reaktions- und Flockungszeiten führt, so daß eine vollständige Ausreaktion und Ausflockung in der Anlage bereits bei Verweilzeiten des Wassers in derAnlage von weit weniger als einer Stunde erreicht werden kann. Dies steht in deutlichem Gegensatz zu den bisherigen Verfahren, bei denen insbesondere bei niedrigen Temperaturen mit Verweilzeiten von vielen Stunden und sogar Tagen gerechnet werden muß.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 gelangt nur ein Teilstrom 1 des Rohwassers in den Misclnt^zyklon 2, wo es mit Kalkwasser oder Kalkmilch aus dem Behälter 3 gemischt wird. Der Hauptstrom 11 des Wassers wird im Bypass an dem Mischzyklon vorbeigeführt und mit dem Teilstrom im Mischzyklon 2 wieder vereinigt, bevor es die mehrstufige Reaktions-

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zone 5, die Flockungszone 6 mit Zugabe des Flockungsmittels von 7, sowie die Sedimentationszone 7 durchströmt. Bereits vor Zugabe des Flockungsmittels von 10 wird in der letzten Stufe der Reaktionszone 5 (gegebenenfalls auch bereits in früheren Stufen) gebildetes Kalziumkarbon&t sedimentiert abgezogen und über die Leitung 13 ebenfalls zum Mischzyklon 2 geführt. Dem Teilstrom des Rohabwassers wird somit ständig kristallines Kalziumkarbonat, das aus dem Prozeß selbst stammt, zugeführt. Lediglich zum Anfang kann die Zugabe von fremdem Kalziumkarbonat, z.B. Marmorstaub, erforderlich sein.

Selbstverständlich kann das Zudosieren in einen abgezweigten Teilstrom des Rohabwassers auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 durchgeführt werden.

Bei einer weiteren, bei beiden Ausführungsformen möglichen Variante wird dem Rohabwasser statt fertigem Kalkwasser oder Kalkmilch festes Ca(OH)₂ oder festes CaO (ungelöschter Kalk) in feingemahlener oder auch grobkörniger Form in dem Mischzyklon 2 zugesetzt. Bei der Verwendung von festem CaO bildet sich das für die Reaktionsstrecke erforderliche alkalisch reagierende Kalziumhydroxyd erst in dem Wasser. Es ergeben sich dadurch die oben erwähnten Vorteile.

Bei beiden Ausführungsformen kann vorteilhafterweise anstelle der Sedimentationszone 7 eine Filtrierzone, beispielsweise ein Kiesbettfilter, vorgesehen sein.

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Die in üblicher Weise aus hintereinandergeschalteten zwangsgemischten Becken oder Behältern bestehende Reaktionsstrecke kann mit besonderen Einrichtungen zum Abziehen des vorweg ausgefällten und im Rücklauf zurückzuführenden Kalziumkarbonates versehen sein. Die Reaktionszone 5 kann auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 als Hochleistungs-Sedimentationseinheit ausgebildet sein. Die Rückführung des im Prozeß gewonnenen Kalziumkarbonats über die Leitung 13 ermöglicht es, das feinkristalline Kalziumkarbonat in Konzentrationen von z.B. 200 bis 500 g/m dem Rohwasser zuzusetzen, wodurch man eine besonders gute und schnelle Gleichgewichtseinstellung und vollständige Ausreaktion in der Reaktionszone 5 mit Verweilzeiten von weit unter einer Stunde auch bei niedrigen Temperaturen erhält. Während Kalziumkarbonat die erfindungsgemäß bevorzugt zugesetzte feinkristalline Verbindung ist, ist gegebenenfalls auch die Verwendung anderer feinkristalliner Materialien, wie z.B. Silbersand, Kalziummagnesiumkarbonat od.dgl., denkbar.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Langsamentkarbonisierung von Wasser, bei dem mittels einer oder mehrerer, dem V/asser zugesetzter alkalisch reagierender Verbindungen, insbesondere Ca(OH)₂, die vorhandenen Kalziumverbindungen in einer vom Wasser durchlaufenen Reaktionsstrecke in CaGO- umgewandelt und dieses anschließend durch Zufügung eines dreiwertigen Metallionen enthaltenden Flockungs- und Fällungsmittels ausgefällt v/erden, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens zeitweise dem V/asser vor der Zugabe des Flokkungsmittels ein feinverteiltes kristallines Material zufügt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das feinverteilte kristalline Material CaCO, ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das feinverteilte kristalline Material dem Wasser vor Eintritt in die Reaktionsstrecke und vorzugsweise gleichzeitig mit der alkalisch reagierenden Verbindung zufügt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das CaCO, in Form von gepulvertem Marmor oder ähnlichen Materialien zufügt.

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5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Entkarbonisierungsprozeß selbst durch Sedimentation vor Zugabe des Flockungsmittels gewonnenes CaCO, kontinuierlich abzieht und im Rücklauf dem zulaufenden Wasser zumischt_e

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man nicht aus dem Entkarbonisierungsprozeß stammendes CaCO, nur am Anfang zum Anfahren zusetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die feinverteilte kristalline Verbindung und/oder die alkalisch reagierende Verbindung in einen Teilstrom des zufließenden Rohwassers einmisht und diesen dann mit dem Hauptstrom vereinigt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalisch reagierende Verbindung Ca(OH)₂ in Form von Kalkwasser oder Kalkmilch oder in fester Form zugefügt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ca(OH)ρ in Konzentrationen von 0,5 bis 2 g/l zugemischt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als alkalisch reagierende

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Verbindung Ca(OH)₂ dient, das durch Zugabe von CaO (ungelöschter Kalk) in das zufließende Rohwasser bzw. einem Teilstrom davon erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sedimentation nach Zugabe des Flockungsmittels und Durchlaufen einer Flockungszone in einer Hochleistungs-Sedimentationsvorrichtung, insbesondere Schrägplatten- oder -Röhrenabscheider oder in einem
Filter, insbesondere Kiesfilter, erfolgt.

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