DE3610766A1 - Verfahren und anordnung zum herstellen und dosieren einer chemikalienloesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Herstellen einer Chemikalienlösung durch Lösen eines festen oder flüssigen ionogenen Ausgangskonzentrats in Wasser als Lösungsmittel und zum Dosieren der auf diese Weise hergestellten Chemikalienlösung in ein zu behandelndes Wasser.

Unter dem Begriff "Ausgangskonzentrat" sollen im folgenden sowohl feste wasserlösliche Stoffe in Form von Pulvern oder Granulaten als auch konzentrierte wäßrige Lösungen derartiger Stoffe verstanden werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art, wird von dem zu behandelnden Wasser ein Teilstrom abgezweigt und über ein Wirkstoffbett mit pulverförmigem Ausgangskon­ zentrat geleitet. Dort wird der Wirkstoff in dem Teil­ strom bis nahe zur Sättigungsgrenze gelöst und in dieser Form wieder dem Hauptwasserstrom zudosiert. Dieses Ver­ fahren wurde vor allem zur Dosierung von Polyphosphaten eingesetzt. Allerdings läßt die durch die Dimensionierung einer im Hauptwasserstrom angeordneten Stauscheibe be­ stimmte Dosierung hinsichtlich der erzielbaren Genauig­ keit zu wünschen übrig. Insbesondere bei langen Still­ standszeiten im Hauptwasserstrom kann es im Bereich der Dosierstelle zu Überdosierungen kommen, die sogar über den zulässigen Grenzwerten liegen können. Weiter besteht die Gefahr, daß es bei längeren Stillstandszeiten im Konzentratbett zu einer Verkeimung kommt, die nur durch einen an sich unverwünschten Zusatz von Desin­ fektionsmitteln verhindert werden kann. Die mit diesem Verfahren dosierbaren Polyphosphate ermöglichen zwar eine Stabilisierung der Kalkhärte des Wassers. Eine Dosierung von Orthophosphat, die beispielsweise für den Korrosionsschutz des Wasserleitungsnetzes erwünscht ist, kann hiermit jedoch nicht durchgeführt werden. Denn durch Wasserzusatz erhält das pulverförmige Natrium­ orthophosphat eine breiige Konsistenz, die zu einer Klumpenbildung und zu Verstopfungen in Ventilen oder Düsen innerhalb der Dosiervorrichtung führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Ver­ fahren der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, das es ermöglicht, aus einem festen oder flüssigen Ausgangs­ konzentrat eine Chemikalienlösung mit vorgegebener Wirk­ stoffkonzentration selbsttätig herzustellen und/oder eine Dosierung mit vorgegebener Wirkstoffkonzentration in dem zu behandelnden Wasser selbsttätig einzustellen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer bevorzugten Anordnung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.

Zur Lösung dieser Aufgaben werden die in den Patentan­ sprüchen 1, 2, 10 und 11 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht einmal von dem Gedanken aus, daß eine genaue Einstellung der Wirkstoffkonzentration in der zu dosierenden Chemikalienlösung durch einen Regel­ vorgang ermöglicht wird, bei dem während des Lösungspro­ zesses die Konzentration mindestens eines der in Lösung gehenden Ionen des Ausgangskonzentrats kontinuierlich oder in Zeitabständen gemessen wird und die Zugabe des Ausgangskonzentrats in das Lösungmittel oder die Zugabe des Lösungsmittels zu dem Ausgangskonzentrat nach Maß­ gabe der Abweichung der gemessenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Konzentrationssollwert gesteuert wird.

Ein weiterer grundlegender Gedanke der Erfindung besteht darin, daß der Dosiervorgang geregelt vorgenommen wird, indem die Konzentration mindestens eines der in dem zu behandelnden Wasser gelösten Ionen des Ausgangskon­ zentrats kontinuierlich oder in Zeitabständen gemessen und die Dosierung der Chemikalienlösung in das zu be­ handelnde Wasser nach Maßgabe der Abweichung der ge­ messenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Kon­ zentrations-Sollwert gesteuert wird. Bei hohen An­ forderungen an die Dosiergenauigkeit empfiehlt es sich, sowohl die Herstellung als auch die Dosierung der Chemikalienlösung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Regelvorgangs durchzuführen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Ionenkonzentration in der Chemikalienlösung und/oder in dem zu behandelnden Wasser mit mindestens einem ionenselektiven Sensor gemessen. Im Falle von Natriumphosphat oder einem Natriumphosphatgemisch als Ausgangskonzentrat kann sowohl eine Na⁺-selektive Elektrode als auch eine Phosphationen-selektive Elektrode als Sensor verwendet werden. Bei Natriumhypochlorit als Ausgangskonzentrat für Desinfektionszwecke kommt vor allem eine Na⁺-selektive Elektrode als Sensor in Betracht.

Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Chemikalienlösung vor Ort aus dem pulverförmigen oder flüssigen Ausgangskonzentrat mit der für Dosierzwecke gewünschten Genauigkeit selbst­ tätig hergestellt werden kann. Dies bedeutet, daß zum Einsatzort nur das Ausgangskonzentrat und nicht die einen hohen Wasseranteil enthaltende fertige Chemikalien­ lösung transportiert werden muß. Das Transportvolumen und damit die Transportkosten können dadurch ebenso wie der vorzuhaltende Lagerraum und die Lagerkosten auf einem Minimum gehalten werden. Außerdem entfallen umweltbelastende Einwegverpackungen, wie Kunststoff­ kanister, die ansonsten für den Tragsport der Chemikalienlösungen verwendet werden müßten. Auch hin­ sichtlich der Haltbarkeit ergeben sich Vorteile, da das Problem der Auskristallation, der Entmischung, der Entstabilisierung und der Verkeimung bei einem Ausgangs­ konzentrat im Gegensatz zur fertigen Chemikalienlösung entfällt.

Die erfindungsgemäßen Vorkehrungen ermöglichen ferner eine exakte Einstellung einer vorgegebenen Wirkstoffkon­ zentration sowohl in der Chemikalienlösung als auch im zu behandelnden Wasser. Über- und Unterdosierungen sind ausgeschlossen. Ebenso läßt sich die Gefahr der Verkeimung und der unsachgemäßen Fremdeinwirkung bei der Einstellung der Chemikalienlösung weitgehend ver­ meiden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Aus­ führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schema einer Dosieranlage mit automatischer Herstellung der Chemikalienlösung;

Fig. 2 ein Schema einer Dosieranlage entsprechend Fig. 1 mit zusätzlichem Dosierlösungsbehälter;

Fig. 3 ein Schema einer Dosieranlage mit Überwachung der Wirkstoffkonzentration im zu behandelnden Wasser.

Die in der Zeichnung dargestellten Dosiereinrichtungen sind vor allem für die Dosierung einer Chemikalienlösung in Brauch- oder Trinkwasser z.B. zum Zwecke der Wasser­ enthärtung, des Korrosionsschutzes im Wasserleitungsnetz, der Desinfektion des Wassers, bestimmt.

Das zu behandelnde Wasser strömt in Richtung des Pfeils 58 durch eine Leitung 56. Die Chemikalienlösung wird über eine Dosierpumpe 52 an der Dosierstelle 54 dem Wasser zugesetzt. Die Dosierpumpe 52 steht über eine Leitung 50 mit einem Dosierlösungsbehälter 18 bzw. 42 in Verbindung.

Zur Herstellung der Chemikalienlösung in einem Anmisch­ behälter 18 wird ein in einem Vorratsbehälter 10 be­ findliches Ausgangskonzentrat 12 verwendet, das bei­ spielsweise eine feste, pulverförmige (Fig. 2) oder eine flüssige (Fig. 1) Konsistenz aufweisen kann. Als Ausgangskonzentrat kommt im Falle der Wasserenthärtung und des Korrosionsschutzes z.B. eine Natriumphosphat­ mischung und im Falle der Desinfektion Natriumhypochlorit in Betracht.

Die Zugabe des Konzentrats in den Anmischbehälter 18 erfolgt über eine Fördereinrichtung 14, die im Falle eines Flüssigkonzentrats ein Steuerventil 16 (Fig. 1), oder im Falle eines pulverförmigen Feststoffkonzentrats einen über einen regelbaren Motor 17 angetriebenen Schneckenförderer 14 (Fig. 2) aufweisen kann. Die Fördereinrichtung mündet in den Anmischbehälter 18, der zusätzlich über die Leitung 22 mit einem Lösungs­ mittel, beispielsweise mit Reinwasser, beschickbar ist. Innerhalb des Anmischbehälters 18 befindet sich noch eine Mischvorrichtung, beispielsweise ein Rührwerk 24, die für eine rasche Auflösung des Konzentrats und für eine gleichmäßige Konzentrationsverteilung innerhalb der Chemialienlösung 20 sorgt.

Die Zugabe des ionogenen Ausgangskonzentrats und/oder des Lösungsmittels wird mit Hilfe eines im Anmischbe­ hälter befindlichen ionenselektiven Sensors 30 über­ wacht. Bei den vorgenannten Anwendungsfällen kann der Sensor 30 beispielsweise als Na⁺-selektive oder Phosphationen-selektive Elektrode ausgebildet sein. Elektroden dieser Art sind im Stand der Technik als solche bekannt (vgl. beispielsweise Cammann: Das Arbeiten mit ionenselektiven Elektroden, Berlin, Springer 1977). Der Sensor 30 steht über eine Meßleitung 32 mit einer elektronischen Auswerte- und Steuereinrichtung 34 in Verbindung, von der aus über eine Steuerleitung 36 das Stellglied 16 bzw. 17 der Fördereinrichtung 14 nach Maßgabe der Abweichung der mit dem Sensor 30 gemessenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Sollwert ange­ steuert wird.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich im Anmischbehälter außerdem noch die Meßfühler 26 und 28 einer Füllstandsregelung. Die Meßfühler 26, 28 sind über Meßleitungen 27, 29 mit der zentralen Auswerte­ und Steuereinrichtung 34 verbunden, von der aus über eine Steuerleitung 37 das Stellventil 23 für die Zufuhr des Lösungsmittels nach Maßgabe des an den Meßstellen 26, 28 ermittelten Flüssigkeitsstandes ansteuerbar ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat der Anmischbehälter 18 zugleich die Funktion des Dosier­ lösungsbehälters, der über die Leitung 50 unmittelbar mit der Dosierpumpe 52 in Verbindung steht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel steht der Anmischbehälter 18 über eine Rohrleitung 38 mit einem zusätzlichen Dosierlösungsbehälter 42 in Ver­ bindung. In der Leitung 38 befindet sich ein Stellventil 40, das Bestandteil einer Füllstandsregelung im Dosier­ lösungsbehälter 42 ist. Die zugehörigen Füllstandsmeß­ stellen 46 und 48 im Dosierlösungsbehälter 42 stehen über Meßleitungen 47 und 49 mit der zentralen Auswerte­ und Steuerungseinrichtung 34 in Verbindung, von der aus das Stellventil 40 über die Steuerleitung 39 an­ steuerbar ist. Die Ansteuerung des Ventils 40 ist über die zentrale Auswerte- und Steuereinrichtung jedoch blockiert, solange die Chemikalienlösung 20 im Anmischbe­ hälter 18 noch nicht die vorgeschriebene Ionenkon­ zentration erreicht hat.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Dosierung der Chemikalienlösung nach Maßgabe der im zu behandelnden Wasser 58 ermittelten Wirkstoffkon­ zentration. Zu diesem Zweck ist in der Wasserleitung 56 stromabwärts im Abstand von der Dosierstelle 54 ein ionenselektiver Sensor 60 angeordnet, der über eine Meßleitung 61 mit einer zentralen Auswerte- und Steuerungseinrichtung 64 verbunden ist. Die Dosierpumpe 52 wird über die Auswerte- und Steuerungseinrichtung 64 und die Steuerleitung 66 nach Maßgabe der Abweichung der mit dem Sensor 60 gemessenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Sollwert geregelt.

Da das zu behandelnde Wasser bereits vor der Behandlung mit den Meßionen als Wasserinhaltsstoffe belastet sein kann, kann zu Vergleichszwecken ein zweiter, gleich­ artiger ionenselektiver Sensor 62 in der Wasserleitung 56 in Strömungsrichtung vor der Dosierstelle 54 ange­ ordnet und über eine Meßleitung 63 mit der Auswerte­ und Steuerungseinrichtung 64 verbunden werden. Durch Differenzbildung zwischen den Meßsignalen der beiden Sensoren 60, 62 können Fehlmessungen, die auf die Grundbe­ lastung des Wassers mit den Meßionen zurückzuführen sind, vermieden werden. Die Niveauregelung im Dosier­ lösungsbehälter 42 kann hier, ähnlich wie beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2, über die Flüssigkeits­ stands-Meßstellen 46 und 48, die zentrale Auswerte­ und Steuerungseinrichtung 64 und das in der Flüssigkeits­ leitung 38 angeordnete Stellventil 40 erfolgen.

Die Auswerte- und Steuereinrichtungen 34 bzw. 64 ent­ halten zweckmäßig einen nicht dargestellten, frei pro­ grammierbaren Mikroprozessor. Damit ist es mit einer geeigneten Software möglich, die Regelvorgänge an unter­ schiedliche Ausgangsbedingungen und Anforderungen, ins­ besondere hinsichtlich der verwendeten Ausgangskon­ zentrate, hinsichtlich der einzustellenden Wirkstoffkon­ zentrationen in der Chemikalienlösung oder im Wasser und hinsichtlich der verwendeten Sensortypen anzupassen. Weiter kann mit der Mirkoprozessoranordnung beispiels­ weise mit Hilfe von Plausibilitätskontrollen eine Funktionsüberwachung des Systems durchgeführt werden.

Schließlich lassen sich damit Nacheichungen der ionen­ selektiven Elektroden 30, 60, 62 durchführen wenn zu­ sätzlich Vorkehrungen getroffen sind, die es ermöglichen, die Elektroden mit einer Eichlösung mit vorgegebener Ionenkonzentration zu beaufschlagen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Herstellen einer Chemikalienlösung durch Lösen eines festen oder flüssigen ionogenen Ausgangskon­ zentrats in Wasser als Lösungsmittel und zum Dosieren der auf diese Weise hergestellten Chemikalienlösung in ein zu behandelndes Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß während des Lösungsvorgangs die Konzentration min­ destens eines der in Lösung gehenden Ionen des Ausgangs­ konzentrats kontinuierlich oder in Zeitabständen gemessen wird, und daß die Zugabe des Ausgangskonzentrats in das Lösungsmittel oder die Zugabe des Lösungsmittels zu dem Ausgangskonzentrat nach Maßgabe der Abweichung der gemessenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Konzentrations-Sollwert gesteuert wird.

2. Verfahren zum Herstellen einer Chemikalienlösung durch Lösen eines festen oder flüssigen ionogenen Ausgangskon­ zentrats in Wasser als Lösungsmittel und zum Dosieren der auf diese Weise hergestellten Chemikalienlösung in ein zu behandelndes Wasser, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Dosiervorgangs die Konzentration mindestens eines der in dem zu be­ handelnden Wasser gelösten Ionen des Ausgangskonzentrats kontinuierlich oder in Zeitabständen gemessen wird, und daß die Dosierung der Chemikalienlösung in das zu behandelnde Wasser nach Maßgabe der Abweichung der ge­ messenen Ionenkonzentration von einem vorgegebenen Kon­ zentrations-Sollwert gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenkonzentration in der Chemikalienlösung (20) und/oder in dem zu behandelnden Wasser (58) mit mindestens einem ionenselektiven Sensor (30, 60, 62) ge­ messen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ionenselektive Sensor zum Zwecke des Nacheichens in Zeitabständen mit einer Eichlösung mit vorgegebener Ionenkonzentration beaufschlagt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Konzentration der zu messenden Ionen im reinen Lösungsmittel gemessen und der betreffene Meßwert zum Zwecke der Bestimmung der Zugabemenge von dem in der Chemikalienlösung er­ mittelten Konzentrations-Meßwert subtrahiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Konzentration der Ionen im unbehandelten Wasser gemessen und der be­ treffende Meßwert zum Zwecke der Bestimmung der Dosier­ menge von dem im behandelten Wasser ermittelten Kon­ zentrations-Meßwert subtrahiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem ein Natriummonophosphat und/oder Natriumpolyphosphat enthaltendes Ausgangskonzentrat zur Herstellung der Chemikalienlösung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Na⁺-selektive Elektrode als Sensor verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem ein Natriummonophosphat und/oder Natriumpolyphosphat enthaltendes Ausgangskonzentrat zur Herstellung der Chemikalienlösung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Phosphationen-selektive Elektrode als Sensor verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem Natriumhypochlorit als Ausgangskonzentrat für die Her­ stellung der Chemikalienlösung verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Na⁺-selektive Elektrode als Sensor verwendet wird.

10. Anordnung zur Herstellung einer wäßrigen Chemikalien­ lösung und zur Dosierung dieser Chemikalienlösung in ein zu behandelndes Wasser, mit einem Vorratsbehälter zur Aufnahme eines festen oder flüssigen ionogenen Aus­ gangskonzentrats, einem mit dem Ausgangskonzentrat und Wasser als Lösungsmittel beschickbaren Anmischbehälter sowie einer mit der im Anmischbehälter hergestellten Chemikalienlösung beaufschlagbaren, in das zu behandelnde Wasser mündenden Dosiervorrichtung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Anmischbehälter (18) mindestens ein ionenselektiver Sensor (30) angeordnet ist, daß der Vorratsbehälter (10) mit dem Anmischbehälter (18) über eine Fördereinrichtung (14) für den Transport des Ausgangskonzentrats (12) verbunden ist, und daß der ionenselektive Sensor (30) mit einer elektronischen Auswerte- und Steuerungseinrichtung (34) zur Ansteuerung der Fördereinrichtung (14, 16, 17) verbunden ist.

11. Anordnung zur Herstellung einer wäßrigen Chemikalien­ lösung und zur Dosierung dieser Chemikalienlösung in ein zu behandelndes Wasser, mit einem Vorratsbehälter zur Aufnahme eines festen oder flüssigen ionogenen Aus­ gangskonzentrats, einem mit dem Ausgangskonzentrat und Wasser als Lösungsmittel beschickbaren Anmischbehälter sowie einer mit der im Anmischbehälter hergestellten Chemikalienlösung beaufschlagbarer, in das zu behandelnde Wasser mündenden Dosiervorrichtung, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu be­ handelnden Wasser (58) mindestens ein ionenselektiver Sensor (60, 62) angeordnet ist, der mit einer elektronischen Auswerte- und Steuerungseinrichtung (64) zur Ansteuerung der Dosiervorrichtung (50, 52, 54) ver­ bunden ist.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dosiervorrichtung eine durch die elektronische Auswerte- und Steuerungseinrichtung (64) ansteuerbare, mit einem Dosierlösungsbehälter (18, 42) und einer in das zu behandelnde Wasser (58) mündenden Dosierstelle (54) verbundene Dosierpumpe (52) aufweist.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anmischbehälter (18) zugleich als Dosierlösungs­ behälter ausgebildet ist und eine die Zugabe von Lösungs­ mittel (22, 23) steuernde Flüssigkeitsstandsregelung (26, 28) aufweist.

14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierlösungsbehälter (42) mit dem Anmischbe­ hälter (18) verbunden ist und nach Maßgabe einer im Dosierlösungsbehälter (42) angeordneten Flüssigkeits­ standsregelung (46, 48) mit Chemikalienlösung (20) aus dem Anmischbehälter (18) beschickbar ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Auswerte- und Steuerungseinrichtung (34; 64) einen softwaremäßig auf unterschiedliche Ausgangskonzentrate (12) und/oder unter­ schiedliche ionenselektive Elektrodentypen (30, 60, 62) einstellbaren Mikroprozessor aufweist.

16. Anordnung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Eichlösung mit vorgegebener Ionenkonzentration zur mikro­ prozessorgesteuerten Eichung bzw. Nacheichung des ionen­ selektiven Sensors (30, 60, 62).

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zu behandelnden Wasser in Strömungsrichtung (58) vor und hinter der Dosierstelle (54) je ein ionenselektiver Sensor (60, 62) gleicher Art angeordnet ist und daß die Auswerte- und Steuerungs­ einrichtung (64) ein von den Meßsignalen der beiden Sensoren beaufschlagtes Subtraktionsglied aufweist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der ionenselektive Sensor (30, 60, 62) als Na -selektive Elektrode ausgebildet ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der ionenselektive Sensor (30, 60, 62) als Phosphationen-selektive Elektrode ausgebildet ist.