DE3630538A1 - Vorrichtung zur entsaeuerung von wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entsäuerung von Wasser durch Neutralisation mit einer in wässrigen Medien alkalisch reagierenden Substanz.

Als Folge des durch Schwefel- und Stickoxid Emissionen be­ dingenden sauren Regens versauern in zunehmendem Maße Seen, fließende Oberflächengewässer und Grundgewässer. Dadurch werden in zunehmendem Maße Gewässerbiotope zerstört, da in versauerten Gewässern ein Großteil der dort normalerweise vorkommenden Gewässerorganismen nicht mehr exisitieren kann. Messungen haben ergeben, daß in vielen Gewässern schon SO₄ ^-2- Konzentrationen von 30 bis 60 mg/Liter vorliegen, d.h. Konzentrationen, die sich weit unterhalb des Bicarbonatpufferbereiches befinden, der bis ca. pH 5,5 wirksam ist (die natürlichen geochemischen Normalwerte liegen bei ca. 5 mg Sulfationen/Liter). Als Anion ist ab dieser Schwelle dann fast ausschließlich nur das Sulfation vorhanden und leitet in höheren Konzentrationen (ab ca. pH 5,0) zum Aluminiumpufferbereich über, so daß bei dieser tiefen Lage des Gleichgewichts mit toxischen Aluminiumkonzentrationen in einer Größenordnung von 0,1 mg Al/Liter, d. h. einer fischtoxischen Konzentration, zu rechnen ist. Neuere Untersuchungen haben auch gezeigt, daß nicht nur Seen und Bäche, sondern auch das Grundwasser in zunehmenden Maße der Gefahr einer Versauerung ausgesetzt ist.

Als Gegenmaßnahmen zur Versauerung von Gewässern, die auch dann noch viele Jahre andauern würde, wenn die Emission von Schwefel- und Stickoxiden unterbliebe, hat man versucht, durch Pulverkalkung übersäuerte Hydrosphären zu neutralisieren. Eine großflächige Kalkung von Oberflächengewässern stellt jedoch immer einen massiven Eingriff in die sensible Hydro­ sphäre dar. Um überhaupt eine sinnvolle Neutralisation von sauren Gewässern vorzunehmen, müssen sehr große Mengen an Kalk verwendet werden, da Kalk aufgrund seiner hohen Dichte sehr schnell auf den Gewässergrund absinkt und damit durch Sedimentbildung verlorengeht bzw. sich mit den Schlamm­ sedimenten verbindet und nicht mehr zur Neutralisation zur zur Verfügung steht. Daher sind Mengen von bis zu 25 Tonnen Kalk pro Hektar Wasserfläche erforderlich, was sehr kost­ spielig ist.

Wie bereits erwähnt, werden bei einer Kalkung von Gewässern durch Ausstreuen auf die Gewässeroberfläche, beispielsweise aus Flugzeugen oder Hubschraubern, die noch vorhandenen Populationen der Gewässer erheblich gestört. Neben einer starken Freisetzung von Kohlendioxid können auch stellen­ weise erhöhte pH-Werte auftreten, welche für viele Wasser­ lebewesen, insbesondere empfindliche Fischarten, nachteilig sind. Wasserlebewesen vertragen im allgemeinen keine von einem pH von 6-8 abweichenden pH-Änderungen.

Besonders ungünstige Verhältnisse können beim Einsatz der häufig verwendeten Hüttenkalke mit hohem Kalziumoxidgehalt auftreten, da das Kalziumoxid heftig mit dem Wasser unter erheblicher Wärmefreisetzung reagiert.

Darüber hinaus sind nicht nur saure pH-Werte für Wasserlebe­ wesen schädlich, sondern auch Stickstoffverbindungen, die insbesondere aus Düngemitteln in die Gewässer gelangen, Cyanverbindungen, die beispielsweise in Hütten- und Galvani­ sierwerken anfallen, freies Chlor und Metallsalze, wie Eisen-, Mangan-, Quecksilber- und Kadmiumsalze.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, unter Beseitigung der vorstehen geschilderten Nachteile eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche es möglich ist, auf kostengünstige und die Wasserlebewesen schonende Weise einer Versauerung von Gewässern, insbesondere Seen und Bächen, entgegenzuwirken und schädliche Metallionen zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung des Anspruchs 1 gelöst.

Wesentlich für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist die Tatsache, daß sie schwimmfähig ist und langsam die in wässrigen Medien alkalisch reagierenden Substanzen abgibt, so daß keine lokalen Überalkalisierungen auftreten und auch keine Verluste durch Sedimentbildung entstehen.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die vorzugsweise in Form von Zylindern beliebiger Größe ausgeformt sind, lassen sich an beliebigen Stellen zu entsäuernder Gewässer be­ festigen und geben nach dem Prinzip eines Tee-Eies ihre alkalischen Substanzen langsam und dosiert an das zu neutralisierende Wasser ab.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen schwimmfähigen Körper pörös. Diese Porösität ermöglicht es, daß Materialien, deren spezifisches Gewicht normalerweise größer als 1 ist, auf einen Wert von 1 oder weniger herabgesetzt werden kann und damit in Wasser schwebe- bzw. schwimmfähig gemacht wer­ den können.

Der erfindungsgemäße schwimmfähige Körper kann nur aus einer sich langsam in Wasser auflösenden alkalisch reagierenden Substanz bestehen. Da derartige Substanzen praktisch immer ein spezifisches Gewicht von mehr als 1 besitzen und damit absinken, müssen diese Substanzen schwimmfähig gemacht werden, was in zweckmäßiger Weise durch eine Porenbildung geschieht. Zu diesem Zweck können die Substanzen, wie bei­ spielsweise Wasserglas, durch Zusatz geeigneter Gase frei­ setzender Substanzen, wie Dicarbonaten oder Carbonaten, in der Schmelze aufgeschäumt werden. Es ist jedoch auch möglich, eine nicht geschäumte alkalisch wirkende Substanz, die sich in Wasser langsam auflöst, mit einem Schwimmkörper zu versehen. Diese Ausführungsform ist jedoch in der Praxis weniger bevorzugt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht der er­ findungsgemäße schwimmfähige Körper aus einem porösen Träger, welcher mit der alkalisch reagierenden Substanz beispiels­ weise durch Imprägnieren unter Verwendung einer Lösung derselben und anschließendes Trocknen beladen ist. Bei dem porösen Träger kann es sich dabei beispielsweise um ein expandiertes Vulkangestein, wie Perlite, handeln.

Die erfindungsgemäßen porösen Schwimmkörper können auch in der Weise hergestellt werden, daß poröse Teilchen mit einer alkalisch reagierenden Substanz entweder in fester Form oder in Form einer Lösung sowie gegebenenfalls einem Bindemittel vermischt werden, worauf die Mischung, bei­ spielsweise durch Verpressen, zu einem Formkörper verformt wird, der dann auf einem möglichst geringen Restwassergehalt, insbesondere 4-5 Gew.-%, getrocknet wird, um ein Ausblühen der alkalischen Substanz zu vermeiden. Als poröse Teilchen kommen dabei Perliteteilchen, Teilchen aus mikronisierter Kreide oder Schaumglaskügelchen in Betracht. Die letzteren können aus Altglas hergestellt werden, indem dieses mikro­ fein verladen, granuliert und bei mehr als 1000°C gesintert und porosiert wird.

Das Bindemittel kann beispielsweise aus Calciumsulfat (Gips) bestehen, das in großen Mengen bei der Reinigung von Ab­ gasen von Kraftwerken anfällt und hydraulisch abbindet und damit die porösen Trägerteilchen zu einer festen schwimm­ fähigen Einheit zusammenhält. Es kommen jedoch auch be­ liebige andere hydraulisch abbindende Bindemittel, die in abgebundenem Zustand wasserunlöslich sind und damit keine unerwünschten Ionen an das Wasser abgeben, in Frage.

Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte, sich in Wasser langsam auflösende und alkalisch reagierende Substanz ist Wasserglas, insbesondere Natron- oder Kaliwasserglas, das in flüssiger oder fester Form verwendet wird. Wird ein schwimmfähiger Körper aus porösen Trägerteilchen, Calcium­ sulfat als Bindemittel und Wasserglas hergestellt, dann ist es zweckmäßig, ein Schutzkolloid der auszuformenden Mischung zuzusetzen, um eine sofortige Reaktion des Gipses mit dem Wasserglas zu vermeiden. Als Schutzkolloid kommt beispiels­ weise Carboximethylcellulose in Frage. Mit diesem Schutzkolloid kann auch die Topfzeit der flüssigen Mischung eingestellt werden. Zur Erzielung einer besseren Fließ­ fähigkeit einer derartigen Mischung kann man Casein zu­ setzeh, insbesondere eine alkalilösliche Mischung der bei einem pH von ca. 4 gefällten Phosphoproteine der Kuh­ milch.

Eine besonders geeignete Form des Wasserglases ist Natrium­ trisilikat in Kugelform, da es sich in Wasser besonders langsam löst.

Schließlich ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Schwimmkörper in der Weise herzustellen, daß mit der alkalisch reagierenden Substanz beladene poröse Trägerteilchen in ein entsprechend ausgeformtes Sieb eingefüllt und von diesem zusammengehalten werden.

Außerdem ist es möglich, einen erfindungsgemäßen schwimm­ fähigen Körper in der Weise herzustellen, daß einem Gemisch aus Bindemittel und alkalisch reagierender Substanz, beispielsweise einem Gips/Silikat-Gemisch, einem Treibmittel, wie Natriumbicarbonat oder Ammoniumbicarbonat, zugesetzt wird, worauf dieses Gemisch mit Wasser und erforderlichenfalls mit einem Schutzkolloid, wie Zellulose, vermischt wird. Die Mischung wird dann in Formen eingebracht und erhitzt, wobei Kohlendioxid entsteht, welche das Gemisch zu einem porösen Körper aufbläst und damit schwimmfähig macht. Um die Kohlen­ dioxidentwicklung zu beschleunigen, kann einem derartigen Gemisch auch ein sauer reagierendes Salz oder eine Säure zugesetzt werden, beispielsweise saures Natriumpyrophosphat oder Monokaliumphosphat, wobei in zweckmäßiger Weise 1-%ige Lösungen eingesetzt werden. Der Vorteil einer Verwendung derariger saurer Phosphorsalze liegt darin, daß eine bessere Fließfähigkeit der zu vergießenden Mischung erzielt wird und außerdem eine Hydrophobierung des Schwimmkörpers erreicht wird, was eine langsamere Löslichkeit bedingt.

In die Mischungen aus porösen Trägerteilchen, Bindemittel und alkalisch reagierender Substanz können vorzugsweise auch Magnesiumoxid und/oder Kalziumoxid eingemischt werden, insbesondere Magnesiumoxid, da beim Vorliegen von Sili­ katen sich in Wasser etwas Magnesiumsilikat bildet, das zu einer Sauerstoffstabilisierung von Gewässern beiträgt. Außerdem besitzt Magnesiumoxid eine beachtliche Puffer­ kapazität, ist in Wasser mit neutralem pH-Wert praktisch unlöslich, vermag jedoch saure Wässer zu neutralisieren.

Das Trocknen der aus wässrigen Mischungen hergestellten schwimmfähigen Körper, insbesondere einer Resttrocknung, kann vorzugsweise auch durch Mikrowellen erfolgen, wobei eine derartige Trocknung gegenüber einer Heißlufttrocknung den Vorteil hat, kostengünstiger zu sein. Außerdem können die Mikrowellen durch den von ihnen verursachten Dampfdruck auch zum Aufschäumen beitragen.

Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen schwimmfähigen Körper als zylindrische Körper ausgebildet, die beispiels­ weise eine Höhe von 2 cm und einen Durchmesser von 1,5 cm besitzen. Nach ihrer Herstellung können diese Körper zur weiteren Verfestigung und zur Erzielung einer längeren Hydrophobierung einer Kohlendioxidbegasung oder einer Säure­ behandlung unterzogen werden.

Die erfindungsgemäßen Schwimmkörper können beispielsweise zur Entsäuerung von ruhenden Gewässern, Fließgewässern, Brunnen, Umwälzanlagen, Kläranlagen, Filteranlagen oder Durchströmbehältern eingesetzt werden. Diese Körper können an den gewünschten Stellen durch Seile, Netze oder dgl. verankert werden.

Durch eine entsprechende Auswahl der eingesetzten alkalisch reagierenden Substanz, des Bindemittels, des porösen Trägers sowie der Beladungs- und Aushärtungsbedingungen läßt sich die Freisetzungsgeschwindigkeit der alkalisch reagierenden Substanz und damit das Ausmaß der Neutralisation steuern. Will man schnell wirkende erfindungsgemäße Schwimmkörper herstellen, dann werden diese in Form von Preßkörpern ohne Einsatz von Bindemitteln hergestellt und zerfallen im Wasser relativ schnell und geben daher aufgrund der größeren Angriffsoberfläche durch das Wasser schneller ihre alkalisch wirkende Substanz, wie Wasserglas, ab. Beispielsweise besteht ein Gemisch für einen Schnellein­ satz aus einem trockenen Gemisch aus Kreide, Gips und Wasserglas, das zu einem Preßkörper verpreßt wird, der in Wasser relativ schnell zerfällt.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiel 1

Es wurde eine Mischung aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

2500 kgCalciumsulfat  500 kgmicronisierter Kreide 2000 LiterSchaumglasteilchen mit einem Durchmesser
von 1-2 mm  500 kgNatriumsilikat.

Diese Pulvermischung wurde a) ohne Zusatz von Wasser zu einem Formkörper verpreßt und b) unter Zusatz eines Ge­ misches aus Wasser, Zellulose und Wasserglas vermischt, worauf der erhaltene Brei in einer Form zu einem Formkörper ausgeformt wurde, der dann getrocknet wurde.

Beispiel 2

Folgende Bestandteile wurden zu einer Mischung vermischt:

300 kgCalciumsulfat (Gips) 800 Literhydrophobierte Perliteteilchen 100 kgMagnesiumoxid  50 kgNatriumtrisilikat in Kugelform  10 LiterCarboxymethylcellulose (0,4%ig) RestWasser

Diese Mischung wurde zu einem Formkörper verformt und anschließend getrocknet. Bei einem anderen Versuch wurde dieser Mischung Ammoniumdicarbonat als Blähmittel zuge­ setzt, das beim Trocknen durch Erhitzen durch Kohlendioxid­ freisetzung eine Aufblähung bewirkte, wodurch viele ge­ schlossene Poren entstanden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Entsäuerung von Wasser durch Neutralisation mit einer in wässrigen Medien alkalisch reagierenden Substanz, gekennzeichnet durch einen aus einer sich in Wasser langsam auflösenden alkalischen Substanz oder eine derartige Substanz enthaltenden schwimmfähigen Körper.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper porös ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper aus einem porösen Träger, der mit der alkalisch reagierenden Substanz beladen ist, besteht.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper aus einer Mischung aus porösen Teilchen, einer alkalisch reagierenden Substanz und ge­ gebenenfalls einem Bindemittel hergestellt worden ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die alkalisch reagierende Substanz aus Wasser­ glas besteht.