DE3532031A1 - Verfahren zum reduzieren der carbonathaerte von wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Carbonathärte von insbesondere für die Trinkwasserversorgung bestimmtem Wasser, bei dem die Härtebildner durch Zusatz eines Fällmittels in Form von Calciumhydroxid und Soda oder von Natronlauge zum Wasser in Form von Calciumcarbonat ausgefällt wird, das dann durch Filtrieren abgetrennt wird.

Dieses Verfahren wird seit langem zur Wasseraufbereitung benutzt. Dabei entsteht durch chemische Umsetzung unlösliches Calciumcarbonat, das vom Wasser abtrennbar ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es nur bei hohen Temperaturen wirksam ist, so daß es sich nur zur Aufbereitung kleinerer Wassermengen, beispielsweise für die Kesselwassererzeugung, eignet.

Häufig ist erwünscht, daß bei hartem Wasser die Carbonathärte, d. h. die vorübergehende Härte, die beim Kochen und Erhitzen des Wassers ausscheidet, beseitigt wird. Hierfür wird besonders das Schnell-Entcarbonisierungs-Verfahren bei den Wasserwerken eingesetzt, da hierbei das ausfallende Calciumcarbonat in Form von festen Körnern, Korngröße etwa 2-4 mm, anfällt. Bei dem Verfahren wird ein Ausfällen der Carbonathärtebildner erzielt durch die Zugabe von Calciumhydroxid.

Aus einem Aufsatz von A. Graveland in "H₂O" Nr. 6 (1973) Seite 382 ff, ist weiter bekannt, daß auch zur Trinkwasseraufbereitung bei relativ tiefen Temperaturen durch die Zugabe von Natronlauge ein Ausfällen der Carbonathärtebildner erzielt werden kann, ohne daß dabei eine chemische Umsetzung stattfindet.

Durch die Zugabe der genannten basischen Stoffe wird der pH-Wert des Wassers erhöht und dadurch überschreitet das Ionenprodukt das Löslichkeitsprodukt für die Härtebildner und wird die Calciumhärte vermindert durch das Ausfallen von Calciumcarbonat. Um das Wasser bei der Enthärtung auf die für das Trinkwasser gewünschte Härte zu bringen, ist ein entsprechendes Anheben des pH-Wertes auf den Wert erforderlich, um soviel Carbonathärtebildner auszufällen als wie dies zum Erreichen der gewünschten Härte erforderlich ist. Obwohl auf diese Weise eine Reduzierung der Härte des Wassers auf brauchbare Werte auch bei den in der Trinkwasseraufbereitung üblichen Wassertemperaturen möglich ist, verursacht der Einsatz von Calciumhydroxid und Natronlauge erhebliche Kosten. Weiterhin ist von Nachteil, daß bei der Schnell-Entcarbonisierung der Prozeß in der Regel nicht voll effektiv verläuft und das Wasser am Auslauf mit Calciumhydroxid noch belastet ist. Dies erfordert eine notwendige Abtrennung des zugesetzten Kalkes in einer nachgeschalteten Quarzsand-Schnellfilteranlage und weiter nach der Ausspülung aus dem Filter, die weitere Aufarbeitung in aufwendigen Kalkschlammbeeten und Schlammpressen. Erst diesen ersten Filtern weiter nachgeschaltete Filter vermögen in der Regel die endgültige Wasserreinigung vorzunehmen.

Bei der Schnell-Entcarbonisierung u. a. nach dem Verfahren Graveland, bei der die gewünschte pH-Wertanhebung durch entsprechende Natronlaugenzudosierung erfolgt, handelt es sich um preiswertes Verfahren, jedoch sind diesem Verfahren Grenzen gesetzt, d. h. eine Enthärtung ist nur dann möglich, wenn mit dem Verfahren der gemäß Richtlinie begrenzte Natriumspiegel im Wasser nicht überschritten wird, da zu dem vorhandenen Natriumspiegel des zu enthärtenden Wassers noch die Natriumspiegel durch den Einsatz von Natronlauge sich addiert und dies je nach gewünschter Enthärtung teils sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bedarf an Calciumhydroxid und Soda oder an Natronlauge mit den bekannten Verfahren zu vermindern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß vor der Zugabe des Fällmittels das zu enthärtende Wasser in einer Vakuumanlage entgast wird.

Die Entgasung hat insbesondere eine Ausgasung von CO₂ zur Folge, die zu einer Erhöhung des pH-Wertes des Wassers führt, wodurch eine entsprechend verminderte Menge der basischen Stoffe oder pH-Erhöhungsmittel benötigt wird, um den für die Enthärtung angestrebten pH-Wert zu erhalten. Es kann so die Menge an einzusetzendem Calciumhydroxid, Soda sowie auch an Natronlauge reduziert werden. Hierdurch werden nicht nur erhebliche Kosten für die einzusetzenden basischen Stoffe eingespart, sondern es wird entweder auch der Aufwand zum Abtrennen des zugesetzten Kalkes wie auch die Natriumspiegelerhöhung des Wassers vermindert oder findet eine solche gar nicht statt.

Da bei der Vakuumentgasung auch der im Wasser gelöste Sauerstoff reduziert wird, jedoch ein sauerstoffarmes Wasser für die Trinkwasserversorgung nicht zugelassen ist, ist es erforderlich, dem Wasser nach der Enthärtung wieder Sauerstoff zuzuführen. Dazu ist im allgemeinen kein großer Aufwand erforderlich, da die Erhöhung des Sauerstoffgehaltes durch Belüftung des Wassers in einer Begasungskammer oder durch Führen des Wassers über eine einfache Kaskade erfolgen kann. Weiter kann die Sauerstoffanreicherung bei einer nachgeschalteten Ozonung des Wassers erfolgen, da dabei ohne Mehrkosten die die Ozonungsanlage zum Zuführen der benötigten Luftmenge ausgelegt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben und erläutert. Aus der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmende Merkmale können bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils eine Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird das zu enthärtende Wasser über eine Leitung 1 einer zweistufigen Vakuum- Entgasungsanlage 2 zugeführt. Das Wasser wird in die erste Stufe 3 hineinverdüst und in der zweiten Stufe 4 über darin enthaltene Einbauten verrieselt. In beiden Stufen herrscht Unterdruck, wodurch eine fast vollständige Entgasung des Wassers erzielt wird. Dadurch sinkt der Sauerstoffgehalt von dem etwa 10 mg/l betragenden Sättigungswert auf 0,2-0,3 mg/l ab. Mit der Reduzierung des gelösten Sauerstoffes im Wasser ergibt sich gleichzeitig eine Ausgasung von CO₂, wodurch der pH-Wert erhöht wird.

Vom Ausgang der Entgasungsanlage 2 führt eine Leitung 5 zu einem Reaktor 6, in dem das Wasser von unten eingeführt wird. In dem Reaktor 6 befindet sich eine Füllung aus feinem Quarzsand, der beim Durchströmen fluidisiert. Dem Reaktor 6 wird unten das zu enthärtende Wasser und über eine Leitung 7 Kalkmilch zugeführt. Es ist nur noch eine solche Restmenge an Kalkmilch zuzuführen, wie benötigt wird, um den für die angestrebte Enthärtung erforderlichen pH-Wert zu erreichen. Beispielsweise ist nur eine Kalkmilchmenge erforderlich, die den pH-Wert 7,8, den Wasser nach der Entgasung aufweisen kann, auf den für die betreffende Enthärtung gewünschten pH-Wert von beispielsweise 8,2 bis 8,3 zu bringen. Dann überschreitet das Ionenprodukt das Löslichkeitsprodukt für die im Wasser enthaltenen Härtebildner, und es wird die Calciumhärte durch das Ausfällen von Calciumcarbonat erniedrigt, das sich an den feinen Körnchen der Sandfüllung des Reaktors 6 anlagert. Dabei dienen die feinen Sandkörnchen im wesentlichen als Kristallisationskerne für die ausfallenden Härtebildner. Das den Reaktor 6 über die oben angebrachte Leitung 8 verlassende Wasser hat die gewünschte Härte und wird einer nachgeschalteten Belüftungsanlage, nur einer Filteranlage und, wo erforderlich, noch einer Entkeimungsanlage zugeführt, bevor es über einen Behälter an den Verbraucher abgegeben wird.

Auch die in Fig. 2 dargestellte Anlage weist eine Entgasungsanlage 12 mit zwei Stufen 13, 14 auf, der das Wasser über eine Leitung 11 zugeführt wird. Eine Leitung 15 führt auch hier zu einer Enthärtungsstufe mit einem Reaktor 16. Bei diesem Verfahren werden das Wasser und über eine Leitung 18 Natronlauge einer unter einem Düsen aufweisenden Verteilerboden 17 angeordneten Kammer 19 des Reaktors 16 zugeführt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Enthärtung im Reaktor nach der Zugabe der Natronlauge in kürzester Zeit. Auch hier wird die Calciumhärte vermindert durch das Ausfällen von Calciumcarbonat, das sich an die in dem Reaktor 16 befindlichen feinen Kristallisationskerne (bestehend aus feinem Sand, feinem Granat, feinen Stahlteilchen o. dgl.) anlagert. Das dem Reaktor 16 über die oben angebrachte Leitung 20 abfliessende Wasser mit der gewünschten Härte ist einer nachgeschalteten Belüftungsstufe, Filteranlage zuzuführen und anschließend ist das Wasser, wo erforderlich, zu desinfizieren, z. B. mit Cl₂, ClO₂, NaClO, einer Langsamfilteranlage oder einer UV-Anlage.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Insbesondere kommt es nicht auf die spezielle Art der angewendeten Eliminierung von CO₂ mit der daraus resultierenden pH-Werterhöhung an. So können statt der zweistufigen Entgasungsanlage auch ein- oder mehrstufige Entgasungsanlage Anwendung finden. Auch kann die Entgasungsanlage jeder beliebigen Entkarbonisierungsanlage vorgeschaltet werden, wo zur pH-Werterhöhung Kalkmilch, Soda oder Natronlauge zudosiert wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Reduzieren der Carbonathärte von insbesondere für die Trinkwasserversorgung bestimmtem Wasser, bei dem die Härtebildner durch Zugabe eines Fällmittels in Form von Calciumhydroxid und Soda oder von Natronlauge zum Wasser in Form von Calciumcarbonat ausgefällt wird, das dann durch Filtrieren abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zugabe des Fällmittels das zu enthärtende Wasser in einer Vakuumanlage entgast wird.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser nach der Enthärtung belüftet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoffanreicherung des Wassers nach dem Enthärten in einer kombinierten Ozon-Belüftungsstufe erfolgt.