DE4313769C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entsäuerung, Enteisenung und Entmanganung von Wasser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pH-Wert-Anhebung und Aufhärtung von Wasser in einer Eigenwasserversorgung, basierend auf einer Filtration des zu behandelnden Wassers über eine ein Kalk-Filtermaterial enthaltende Schüttung.

Ein solches Verfahren und eine dazu geeignete Vorrichtung mit einem Kalk-Filtermaterial enthaltenden Behälter zur Fil­ tration des zu behandelnden Wassers ist beispielsweise aus den Firmenprospekten "JUDO-Planung", Seiten 13 bis 17; WD 1015 01/87; WD 10/88 3022, 3023, 3046, 3047; Ausschreibungs­ texte "Filtration 1.10" und "Zubehör für E-Reihe-Filter JEF 1-10" sowie "JUDO-Preisliste 93", Blatt 1.10 der Firma JUDO Wasseraufbereitung GmbH von Januar 1993 bekannt.

Wasser, das als Trinkwasser verwendet werden soll, darf ent­ sprechend der Trinkwasserverordnung nicht kalkaggressiv sein, d. h., der pH-Wert des Wassers darf nicht kleiner als der Gleichgewichts-pH-Wert sein. Üblicherweise wird im Haus­ wasserbereich (z. B. bei der Eigenwasserversorgung) ein sol­ ches aggressives Wasser durch ein Kalk-bzw. Marmorfilterbett geleitet. Das Wasser löst hierbei Calciumkarbonat (CaCO₃), bis sich im Idealfall eine gesättigte Lösung gebildet hat, d. h., das Wasser befindet sich im Kalk-Kohlensäure-Gleichge­ wicht.

Hierfür muß jedoch beim üblichen einmaligen Durchlauf des Wassers durch das Filterbett die Verweilzeit groß genug sein. Es können je Stunde ca. 1-5 Filterbettvolumina an Wasser behandelt werden. Dies bedingt jedoch ein Filterbett­ volumen von ca. 200-500 Liter für 1-2 m³/h Nenndurch­ fluß. Frisches, für die Entsäuerung verwendetes Kalk-Materi­ al muß zunächst gründlich gespült werden, um den Feinkorn­ anteil auszuwaschen, der ansonsten in das Installationsnetz hinein befördert würde. Nach einer bestimmten Betriebszeit muß das Filterbett mit einem Spülstrom (bestehend aus Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch oder beiden alternierend) rückgespült werden, wobei dieser Spülstrom ein Vielfaches des Nennvolumenstromes der Anlage sein muß, um das Filter­ bett anzuheben, den sich gebildeten Feinkornanteil sowie ab­ filtrierte Verunreinigungen auszuspülen.

Befinden sich mehr als 0,2 mg/l Eisen in einem Wasser, das als Trinkwasser verwendet werden soll, so muß eine Enteisung durchgeführt werden. Diese erfolgt durch Ausfällung des Ei­ sens über eine Oxidationsreaktion. Realisiert wird diese Re­ aktion z. B. entweder durch die Zugabe von gasförmigem Sauer­ stoff (Belüftung) oder durch Zugabe von Kaliumpermanganat, letzteres bevorzugt in Verbindung mit einer nachgeschalteten "Greensand"-Stufe.

Befinden sich mehr als 0,05 mg/l Mangan in einem Wasser, das als Trinkwasser verwendet werden soll, so muß eine Entmanga­ nung durchgeführt werden. Die Entmanganung wird ähnlich der Enteisenung durchgeführt. Hier spielen jedoch nach einer ge­ wissen Anlaufphase biologische (bakteriologische) Entmanga­ nungsvorgänge eine entscheidende Rolle. Prinzipiell erfolgt die Enteisenung und die Entmanganung jedoch in baugleichen Apparaturen - bei gleichzeitiger Entmanganung und Enteise­ nung in derselben Apparatur. Die bei der Enteisenung und Entmanganung gebildeten Fällungsprodukte müssen dem Stand der Technik entsprechend in einem Tiefenfilter abgeschieden und dieser Tiefenfilter periodisch rückgespült werden, wie in den oben zitierten Firmenprospekten der Firma JUDO Was­ seraufbereitung GmbH beschrieben ist.

Da in sauren, d. h. aggressiven Wässern naturgemäß überwie­ gend auch überhöhte Eisen- und/oder Mangankonzentrationen auftreten, muß sehr häufig eine Entsäuerung mit einer Entei­ senung und/oder Entmanganung gekoppelt werden.

Diese Enteisenung und/oder Entmanganung muß der für die Ent­ säuerung verwendeten Kalkschüttung vorgeschaltet werden, da ansonsten Eisen und Mangan auf den Kalkpartikeln der Schüt­ tung ausgefällt werden und somit deren Oberfläche irreversi­ bel verblocken, wodurch sie inaktiv werden.

Dem Stand der Technik entsprechend ist also für die Entsäu­ erung ein großvolumiger, mit einer Kalkschüttung befüllter Filterbehälter erforderlich, der mit einer Rückspülvorrich­ tung bestehend aus einer Vielzahl von Ventilen, einem Was­ serspeicher mit Spülpumpe für große Volumenströme sowie ge­ gebenenfalls mit einem Druckluftkompressor für die Was­ ser-/Luftrückspülung ausgerüstet ist.

Muß zusätzlich auch noch Eisen und/oder Mangan aus dem zu behandelnden Wasser entfernt werden, so ist eine zweite, ebenso aufwendige Anlage mit Dosierpumpe bzw. Belüftungsvor­ richtung für die Oxidation und einer anschließenden, rück­ spülbaren Tiefenfiltereinheit für die Abscheidung der gebil­ deten Fällungsprodukte erforderlich.

Von der Umkehrosmose, insbesondere von Zapfstellenanlagen (mit in der Regel weniger als 50 Liter Produktwasser pro Tag) für den Einbau in der Küche, insbesondere unter dem Spültisch, ist die Verwendung von kleinen mit CaCO₃-Material befüllten Behälter bekannt. Hierbei wird das durch den Um­ kehrosmosevorgang nahezu vollständig entsalzte und daher na­ turgemäß kalkaggressive Wasser durch die o.g. Kalkschüttung geleitet. Hierdurch wird der pH-Wert des für Trink- und Kochzwecke gedachten, als VE-Wasser hierfür jedoch nicht ge­ eigneten Wassers angehoben. Die Kohlensäurekonzentration des Wassers wird reduziert und es wird mit Kalzium aufgehärtet. Die Kalk-Schüttung wird hierbei aufgelöst und bestimmungsge­ mäß immer weniger. Nach einer bestimmten behandelten Wasser­ menge muß die Schüttung erneuert werden (siehe Firmenpros­ pekt "Gesundes, wohlschmeckendes Trinkwasser" der Firma Berkefeld Filter von 1992).

Aus der EP 0 001 101 B1 ist ein Verfahren zum Reinigen von Abwässern in einer mehrstufigen Großanlage bekannt, bei dem das zu behandelnde Abwasser unter anderem zur pH-Wert-Anhe­ bung über eine Marmorschüttung geleitet wird. Das Marmor- Filtermaterial löst sich dabei in Abhängigkeit von der Ag­ gressivität und dem Volumen des hindurch geleiteten Abwas­ sers im Laufe der Zeit auf und muß daher in bestimmten zeit­ lichen Abständen nachgefüllt bzw. ausgetauscht werden. Wei­ terhin ist eine Rückspülung vorgesehen, die zum Austrag ab­ filtrierter Feststoffe und der hierfür erforderlichen regel­ mäßigen Auflockerung des Schüttungsmaterials dient.

Aus E. Gross, "Handbuch der Wasserversorgung", Verlag R. Ol­ denbourg, München, 1928, Seiten 276-277 und 285-289, ist die Fähigkeit von Marmorfiltern zur Enteisenung von Wasser an sich bekannt. Es wird jedoch in dem Handbuch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß eisenhaltiges Wasser vorher entei­ sent werden muß, ehe es auf das Marmorkiesfilter gebracht wird.

In der DE 36 31 218 C2 schließlich ist ein Verfahren zur Aufbereitung von sauren, schwermetall- und/oder aluminium­ haltigen Rohwässern beschrieben, bei dem ein Volumenstrom von 180 l/h verarbeitet werden kann, wobei das Volumen des Kalk-Filtermaterials etwa 106 l beträgt. Es handelt sich da­ bei jedoch nicht um ein Verfahren zum Betrieb einer Eigen­ wasserversorgungsanlage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzustellen, bei der auf einfache und kostengünstige Weise sowohl eine Entsäue­ rung als auch eine Enteisenung und/oder Entmanganung von zu Trinkwasser aufzubereitendem Wasser erfolgen kann, wobei sich ein Rückspülen der Wasseraufbereitungsanlage erübrigt.

Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren da­ durch gelöst, daß eine Enteisenung und/oder eine Entmanga­ nung des zu behandelnden Wassers in der gleichen Vorrichtung und gleichzeitig mit der pH-Wert-Anhebung und Aufhärtung vorgenommen wird, daß statt einer periodischen Rückspülung das Filtermaterial, nachdem es verbraucht ist, ganz oder teilweise verworfen wird, wobei verbraucht bedeutet, daß das Filtermaterial sich aufgelöst hat, aus hygienischen Gründen nicht länger benutzt werden soll und/oder mit ausgefällten Eisen- und Manganreaktionsprodukten verblockt ist, und daß der Volumenstrom des behandelten Wassers kleiner als 100 l/h ist.

Dadurch kann das Volumen des erforderlichen Kalk-Filtermate­ rials kleiner als 50 l, insbesondere kleiner als 20 l sein, und der gewünschte Behandlungseffekt kann trotzdem bei ein­ maligem Durchlauf des zu behandelnden Wassers durch die Schüttung erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird der Filtration des zu behandelnden Wassers durch die Kalkfilter-Schüttung eine Feinfiltration nachgeschaltet, in der ein eventuell ausgewaschener Feinkornanteil der Fil­ terschüttung zurückgehalten wird. Dadurch kann ein Spülen von neuem Filtermaterial entfallen und der Schlupf von auf diesem Feinkornanteil abgeschiedenen Eisen- und Mangan Fäl­ lungsprodukten wird minimiert.

Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird das behandelte Wasser in einem Speicher gesammelt und von dort an eine Haus­ installation abgegeben. Dadurch kann die Anlage so klein dimensioniert werden, daß nicht mehr der momentane Wasserbe­ darf im Durchfluß (on-line) behandelt werden muß, sondern daß der gesamte Tagesbedarf im Haushalt über 24 Stunden hin­ weg kontinuierlich bei kleiner Durchflußmenge durch die Was­ seraufbereitungsanlage hergestellt werden kann.

Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der eine gedachte oder körperliche Aufteilung der Kalkfilter-Schüt­ tung in Schichten senkrecht zur Flußrichtung des zu behan­ delnden Wassers vorgenommen wird, wobei die in Flußrichtung gesehen erste Schicht, sobald das Filtermaterial dieser Schicht verbraucht ist, verworfen und eine neue Schicht zu­ gegeben wird. Auf diese Weise wird immer nur der tatsächlich verbrauchte Teil des Filtermaterials ausgetauscht.

Bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Verfahrensvariante, bei der die neue Schicht ebenfalls wieder als erste Schicht mit dem zu behandelnden Wasser in Kontakt kommt. Dadurch muß über längere Zeit immer nur die gleiche, nämlich die erste Schicht ausgetauscht werden.

Alternativ dazu kann bei einer anderen Verfahrensvariante die neue Schicht den bisher bereits im Betrieb befindlichen Schichten nachgeschaltet werden, wobei die bisher als zweite Schicht mit dem zulaufenden Wasser in Kontakt kommende Schicht nunmehr die erste mit dem zulaufenden Wasser in Kon­ takt kommende Schicht wird. Bei dieser Verfahrensvariante werden also sämtliche Schichten zyklisch erneuert.

Bei einer anderen Verfahrensvariante wird nach einer be­ stimmten, festgelegten Betriebsdauer oder Standzeit der Kalkfilter-Schüttung, vorzugsweise nach 1 bis 3 Monaten, die gesamte Schüttung verworfen und gegen eine frische Schüttung ausgetauscht. Bei dieser Verfahrensvariante erübrigen sich komplizierte apparative Aufbauten, da das verbrauchte Mate­ rial als ganzes ersetzt wird.

Die verworfenen Kalkfilter-Schüttungen können gesammelt und als Dünger und/oder zum Neutralisieren des sauren Regens in der Landwirtschaft verwendet werden. Auf diese Weise ist ei­ ne besonders umweltfreundliche Entsorgung des verbrauchten Materials sichergestellt.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, bei der das Volumen der Kalkfilter-Schüttung 1 l bis 50 l, vorzugsweise zwischen 5 l und 20 l beträgt, wobei dem Behälter mit dem Kalk-Filtermaterial ein Speichertank für das im Behälter behandelte Wasser nachgeschaltet ist, und wobei gleichzeitig eine Enteisenung und/oder eine Manganung des zu behandelnden Wassers im Behälter erfolgen kann. Bei einer derartigen Dimensionierung der Anlage erübrigt sich ein periodisches Rückspülen des verbrauchten Kalk-Filterma­ terials, wobei durch die gleichzeitige Anlagerung von Eisen und Mangan an der Oberfläche des Materials eine irreversible Belegung der Kornoberfläche der Kalkpartikel und somit eine Inaktivierung des Entsäuerungsmaterials erfolgt. Dies kann jedoch bei der außerordentlich kleinen eingesetzten Menge an Kalk ohne weiteres in Kauf genommen werden, da die kleine Menge an Filtermaterial nach ihrem Verbrauch regelmäßig ver­ worfen werden kann.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dem Behälter ein mechanischer Vorfilter vorgeschaltet. Dadurch können mittlere und größere Partikel aus dem zu be­ handelnden Wasser von dem Behälter mit dem Kalk-Filtermate­ rial ferngehalten werden.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der dem Behälter ein Feinfilter nachgeschaltet ist. Dadurch kann auf das Spülen von frischem Kalk-Filtermaterial zur Beseitigung des normalerweise darin enthaltenen Feinkornanteils verzich­ tet werden. Durch die Abscheidung kleiner, in der Regel im­ mer vorhandener Kalkpartikel, an deren Oberfläche Eisen­ und/oder Manganreaktionsprodukte abgeschieden sind, verhin­ dert das Feinfilter einen Eisen- und/oder Manganschlupf durch die Behandlungsanlage.

Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform weist das Feinfilter eine Maschenweite von weniger als 150 µm, vor­ zugsweise sogar von weniger als 100 µm auf. Bei den mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu behandelnden geringen Volu­ menströmen kann selbst bei diesen relativ feinen Maschenwei­ ten und auch bei belegter Filterfläche der durch das Filter hervorgerufene Druckverlust in der Leitung mit dem behandel­ ten Wasser vernachlässigt werden.

Bevorzugt ist auch eine Weiterbildung, bei der ein Drossel­ organ dem Feinfilter nachgeschaltet ist. Damit kann der Vo­ lumenstrom des zu behandelnden Wassers auf einen beliebigen, konstanten Wert eingestellt werden, wobei durch das dem Drosselorgan vorgeschaltete Feinfilter ein Zuwachsen des freien Querschnitts des Drosselorgans durch Ablagerungen von Eisen- und/oder Manganprodukten verhindert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Drosselorgan dem Behälter vorgeschaltet. Dadurch kann das gleiche wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht werden, wenn in dem das Drosselorgan durchströmenden Wasser nur kleine Ei­ sen- und/oder Mangankonzentrationen vorhanden sind. Ein Vor­ teil dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Behälter mit dem Kalk-Filtermaterial nahezu drucklos beschickt werden kann.

Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Speichertank einen freien Überlauf oder ein Überströmventil aufweist. Da­ durch wird das aufbereitete Wasser im Speicher kontinuier­ lich erneuert.

Als Kalk-Filtermaterial kann bei einer Ausführungsform ein CaCO₃-Material verwendet werden. Bei einer anderen Ausfüh­ rungsform ist das Kalk-Filtermaterial ein dolomitisches Ma­ terial bestehend aus CaCO₃ und MgO.

Das Kalk-Filtermaterial kann aber auch ein Gemisch aus CaCO₃- und dolomitischem Material sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entneh­ menden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Er­ findung einzeln, für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 2 eine Variante des Behälters für das Filtermate­ rial, der aus mehreren Segmenten aufgebaut ist;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit verschiedenen Behälterseg­ menten;

Fig. 4 eine besonders druckfeste Ausführungsform des segmentierten Behälters mit

• a) einheitlichen Schüttungsmaterialien bzw.
• b) unterschiedlichen Schüttungsmaterialien je Behältersegment.

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren sowie ei­ ne Vorrichtung, mit deren Hilfe auf ebenso überraschend ein­ fache wie kostengünstige und betriebssichere Weise sowohl eine Entsäuerung als auch eine Entmanganung und/oder eine Enteisenung eines Wassers durchgeführt werden kann und zwar nicht nur für eine Zapfstelle, sondern zentral für die ge­ samte Wasserversorgung eines Haushaltes oder mehrerer Haus­ halte.

Im Gegensatz zum bisherigen Stand von Wissenschaft und Tech­ nik wird auf die bei Entsäuerungsanlagen für die Hauswasser­ versorgung als erforderlich angesehene Rückspülung verzich­ tet. Die Anlage wird vielmehr so klein dimensioniert, daß nicht mehr der momentane Wasserbedarf im Durchfluß (on-line) behandelt wird, sondern über 24 Stunden hinweg der Tagesbe­ darf im Haushalt. Dieser bevorzugt konstant eingestellte Vo­ lumenstrom von ca. 10 l-100 l je Stunde (besonders bevor­ zugt 10 l-50 l je Stunde) wird in einem Speichertank ange­ sammelt und kann bei Bedarf mit normalen Volumenströmen von z. B. 600-2000 l/h daraus entnommen werden. Hierdurch ist es möglich, das erforderliche Volumen des Kalk-Filterma­ terials auf ca. 2 l-40 l (bevorzugt auf 5 l-20 l) zu re­ duzieren.

Gleichzeitig wird jedoch auch der an und für sich bekannte, jedoch bisher tunlichst vermiedene Effekt des Kalk-Filter­ materials verwendet, nämlich im Wasser gelöst vorhandenes Eisen und Mangan an seiner Oberfläche auszufällen. Dies führt, wie bereits beschrieben, zu einer irreversiblen Bele­ gung der Kornoberflächen der Kalkpartikel mit Eisen- und/oder Manganfällungsprodukten und somit zu einer Inakti­ vierung des Entsäuerungsmaterials. Bei einer herkömmlichen Entsäuerungsanlage wäre dies fatal. Da die erfindungsgemäß eingesetzte Menge an Entsäuerungsmaterial (Kalk) jedoch au­ ßerordentlich klein ist und nicht rückgespült werden muß, kann sie ohne weiteres vollständig oder bevorzugt zumindest teilweise verworfen werden. Dieses Kalkmaterial fällt dann nicht einmal als Müll an, da es ohne weiteres als Dünger und zum Neutralisieren des sauren Regens z. B. in der Landwirt­ schaft eingesetzt werden kann. Die ausgefällten, schwer lös­ lichen Eisen- und Manganprodukte stellen hierbei keine rele­ vanten Verunreinigungen dar.

Auf das Spülen des neuen Kalk-Filtermaterials zur Beseiti­ gung des Feinkornanteils kann bei der vorgestellten Erfin­ dung ebenfalls verzichtet werden, wenn ein Feinfilter dem Entsäuerungsbehälter nachgeschaltet wird. Dies ist bei den o.g. kleinen Volumenströmen - anders als bei Anlagen, die das zu behandelnde Wasser on-line aufbereiten - ohne weite­ res möglich, da der Druckverlust auch bei belegter Filter­ fläche und Maschenweiten kleiner als 150 µm (bevorzugt klei­ ner als 100 µm) vernachlässigbar ist. Dieser durch den Ein­ bau des Feinfilters mögliche Verzicht auf das Ausspülen des Feinanteils verbessert naturgemäß durch die relativ große Oberfläche des Feinanteils die Reaktionsgeschwindigkeit des Kalk-Filtermaterials. Ein weiterer positiver Effekt dieses Feinfilters beruht auf der Abscheidung kleiner (auch nach dem Ausspülen) immer vorhandener Kalkpartikel, an deren Oberfläche Eisen- und/oder Manganreaktionsprodukte abge­ schieden sind und die durch diesen "partikelgebundenen" Eisen- und/oder Mangantransport zu einem nicht zu ver­ nachlässigenden Schlupf dieser Stoffe beitragen würden.

Wie oben bereits ausgeführt, wird das Kalk-Filtermaterial erfindungsgemäß nicht rückgespült, sondern verworfen und er­ neuert, wenn es verbraucht ist. Verbraucht kann in diesem Zusammenhang bedeuten:

• - Es ist länger als eine vorbestimmte Zeit (bevorzugt 1-3 Monate) im Einsatz, eine Verkeimung kann nicht mehr aus­ geschlossen werden.
• - Das Kalk-Filtermaterial hat sich zu einem erheblichen Teil bei der Wasserbehandlung bestimmungsgemäß aufgelöst. Der verbleibende Rest der Schüttung ist für das Einstel­ len des Gleichgewichts-pH-Wertes nicht ausreichend.
• - Die Oberfläche des Kalk-Filtermaterials ist mit Eisen- und/oder Mangan-Fällungsprodukten belegt.

Der letzte Punkt zeichnet sich dadurch aus, daß diese Fäl­ lungsprodukte insbesondere im Bereich des Zulaufs des zu be­ handelnden Wassers entstehen. Hierdurch ergibt sich ein Be­ reich der Kalk-Filterschüttung, der beim Vorhandensein von Eisen und/oder Mangan im zu behandelnden Wasser mit Fäl­ lungsprodukten dieser Stoffe überproportional belegt ist.

Besonders günstig ist, daß in diesem Fall nur der betroffene Teil der Schüttung ausgewechselt werden muß. Es kann jedoch ebenso vorteilhaft sein, immer die gesamte Schüttung zu er­ neuern, da dies z. B. zu einem geringeren apparativen Aufwand führt und unter Umständen hygienischer ist.

Beispiel 1

Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtanlage ist beispielhaft für einen 4-Personenhaushalt mit einem Tagesbedarf von ca. 600 Liter Trinkwasser ausgelegt. Eine Brunnenpumpe 1 fördert das zu behandelnde Wasser aus einem Brunnen 2 über ein Vorfilter 3 und einen Zulauf 12 in einen mit ca. 8 l Kalk-Filtermate­ rial 4 befüllten Behälter 5. In diesem Behälter wird das Wasser gleichzeitig entsäuert, enteisent und entmangant. Das Filtermaterial 4 ruht auf einem Siebboden 6, durch den der Feinkornanteil des Filtermaterials zumindest teilweise hin­ durchwandern kann. Dieser Feinkornanteil wird jedoch von ei­ nem Feinfilter 7 mit 70 µm Maschenweite abgeschieden. Dies führt gleichzeitig zu einer deutlichen Reduzierung des Eisen- und Manganschlupfes, da partikelgebundenes Eisen und Mangan nicht mehr mit den Partikeln des Feinkornanteils aus­ getragen werden kann. Eine Drosselstelle 8 begrenzt den Vo­ lumenstrom des zu behandelnden Wassers auf annähernd kon­ stante 25 Liter pro Stunde. Das behandelte Wasser wird in einem Speichertank 9 (ca. 300 l Inhalt) geleitet und kann bei Bedarf mit Hilfe einer Pumpe 10 in ein Trinkwasserlei­ tungsnetz 11 gepumpt werden, über das es je nach Bedarf mit bis zu ca. 5 m³/h entnommen werden kann. Der Speichertank 9 hat einen Überlauf 20, wodurch auf eine Füllstandsmessung verzichtet werden kann und das gespeicherte Wasser konti­ nuierlich erneuert wird.

Ist das Filtermaterial verbraucht, so wird die gesamte Schüttung erneuert. Bei höheren Eisen- und/oder Mangangehal­ ten bietet sich jedoch auch eine vorteilhafte Alternative an.

Da sich die Fällungsprodukte des Eisens und des Mangans zu­ nächst im Bereich des Rohwasserzulaufs auf den Partikeln des Kalk-Filtermaterials ablagern und das Filtermaterial sowieso periodisch ausgetauscht werden muß, ist bei höheren Eisen- und Mangankonzentrationen im zu behandelnden Wasser ein teilweiser Austausch der Schüttung 4 und zwar gerade des Teiles der Schüttung, der dem Zulauf 12 am nächsten ist, be­ sonders vorteilhaft.

Beispiel 2

Die Fig. 2 zeigt eine besonders vorteilhafte Variante des Behälters 5, die sowohl druckfest, als auch nicht druckfest ausgeführt sein kann. Im letzteren Fall muß die Drosselstel­ le 8 jedoch auf der Seite des Behälterzulaufes angeordnet sein. Ist die Drosselstelle vor dem Behälter 5, so wird er bevorzugt von unten nach oben durchströmt, damit eventuell durch den Drosselvorgang freiwerdendes zuvor im Rohwasser gelöstes Gas nach oben durch den Behälter 5 aufsteigen und diesen in einem Auslauf 13 verlassen kann. Der Behälter 5 besteht aus einem Zulaufteil 5a und einem Auslaufteil 5b und aus einem oder mehreren besonders bevorzugt identisch aufge­ bauten Behältersegmenten 5c, 5d, 5e. Ein Behältersegment be­ steht aus einer Behälterwandung 14c, 14d, 14e und einem die Kalk-Filterschüttung 4c, 4d, 4e tragenden Siebboden 6c, 6d, 6e. Die einzelnen Behälterteile 5a-5e sind über O-Ringe 5f miteinander gegen die Umgebung dichtend verbunden.

In der Fig. 2 sind beispielhaft 3 Segmente 5c, 5d, 5e darge­ stellt. Das zu behandelnde Wasser strömt nun über den Zulauf 12 in das unterste Behältersegment 5c ein. Dort wird ein Großteil des im Zulaufwasser enthaltenen Eisens und Mangans ausgefällt. Zeigen sich verstärkt Fällungsprodukte im mittleren Behältersegment 5d, so wird das unterste Segment 5c ausgebaut, die Schüttung 4c verworfen, der Behälter 14c, 6c gereinigt und mit frischem Kalk-Filtermaterial befüllt. Besonders bevorzugt wird nun der Behälter 5d zum untersten (Zulauf-)Segment der Behälteranordnung 5 und das frisch be­ füllte Segment 5c dem Segment 5e nachgeschaltet. Das Fein­ filter 7 verhindert wiederum ein Ausspülen des Feinkornan­ teils aus der Behälteranordnung 5. Es ist jedoch ebenso mög­ lich, das frisch befüllte Segment 5c wieder an seiner ur­ sprünglichen Stelle zu positionieren.

Beispiel 3

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 3 darge­ stellt. Der Volumenstrom des zulaufenden Wassers 19 wird an der Drosselstelle 8 eingestellt, das Wasser strömt durch den Siebboden 6c, durch die Schüttung 4c, den Siebboden 6d, die Schüttung 4d sowie den Siebboden 6e und die Schüttung 4e und verläßt den zylindrischen Behälter 5. Eventuell mitgerissene Partikel der Kalk-Filterschüttung werden am Feinfilter 7 ab­ geschieden. Ist nun die Schüttung 4c im untersten Filterseg­ ment 5c mit Fällungsprodukten des Eisens und Mangans ver­ blockt, so wird der Behälter 5 im unteren Zulaufbereich 12 geöffnet, der von einer Abstützung 15 getragene Siebboden 6c wird durch diese Öffnung nach unten aus dem Behälter 5 ent­ fernt, die verbrauchte Schüttung 4c rutscht ebenfalls aus dem Behälter und die Siebböden 6d und 6e sowie die Schüttung 4d und 4e rutschen nach unten, bis der Siebboden 6d auf der Abstützung 15 zu liegen kommt. Anschließend wird der Behäl­ ter 5 am oberen (Auslauf-)Ende 13 geöffnet, ein (nicht dar­ gestellter) Siebboden 6c′ eingelegt und eine neue Schüttung 4c′ eingefüllt. Die Schüttung 4d wird jetzt also als erste Schüttung vom zu behandelnden Wasser durchströmt und die frische Schüttung 4c′ wird nachgeschaltet. Dieser Vorgang wird bei Verschmutzung der Schüttung 4d entsprechend wieder­ holt.

Beispiel 4

In Fig. 4a ist eine besonders vorteilhafte, druckfeste Vari­ ante des Beispiels 2 dargestellt. Dies ermöglicht eine nach­ geschaltete Drosselstelle 8 sowie eine Durchströmung der Be­ hälteranordnung 5 von oben nach unten. Die Nachschaltung der Drosselstelle 8 hat den besonderen Vorteil, daß Eisen- und Manganablagerungen im Drosselorgan nicht stattfinden können (diese Stoffe sind ja bereits aus dem Wasser entfernt). So­ mit tritt bei einer fest eingestellten Drossel, d. h. also bei einem vorgewählten konstanten Durchfluß keine kontinu­ ierliche Verkleinerung des freien Querschnitts auf, was zwangsläufig zu einer kontinuierlichen Abnahme des Volumen­ stromes führen würde.

Die Behälteranordnung besteht aus mehreren druckfesten Ein­ zelbehältern 5c, 5d und 5e. Beispielhaft sind drei Behälter dargestellt. Jeder dieser Einzelbehälter hat einen Siebboden 6c, 6d, 6e und trägt eine Schüttung 4c, 4d, 4e. Der unterste Behälter ist mit dem Anschlußteil 5a verschlossen und der oberste Behälter mit dem Anschlußteil 5b, welches besonders vorteilhaft baugleich ist mit den Verbindungsteilen 5b′ und 5b′′, welche die Behälter nach außen dichtend miteinander verbinden. Die Einzelbehälter 5c-e haben unterhalb der Sieb­ böden 6c-e jeweils eine Auslaßöffnung 16c, 16d, 16e und ober­ halb der Schüttungen 4c-4e eine relativ große Zulauföff­ nung 17c, 17d, 17e, durch die auch das verbrauchte Kalk-Fil­ termaterial 4c-4e aus den Behältern entfernt bzw. neues Filtermaterial eingefüllt werden kann.

Das zu behandelnde Wasser 19 strömt über den Zulauf 12 und das Anschlußteil 5b in den Behälter 5e, durch diesen hin­ durch, über das Verbindungsteil 5b′ in den Behälter 5d, durch diesen hindurch, über das Verbindungsteil 5b′′ in den Behälter 5c, durch diesen hindurch und über das Anschlußteil 5a zum Feinfilter 7 und zur Drossel 8. Das behandelte Wasser 18 steht dann z. B. zur Speicherung zur Verfügung.

Beispiel 5

Als Drosselorgan 8 wird bevorzugt ein leitungsdruckunabhän­ giger Durchflußkonstanthalter verwendet und besonders vor­ teilhaft eine Schlauchleitung mit kapillarartigen Dimen­ sionen. Über die Leitungslänge wird beim jeweiligen Lei­ tungsdruck der vorgewählte Volumenstrom eingestellt. Bei ei­ nem Leitungsinnendurchmesse von ca. 2 mm benötigt man z. B. etwa 5 m Schlauchleitung, um den Volumenstrom bei 2 bar Netzdruck auf 20 l/h einzustellen.

Beispiel 6

Als Kalk-Filtermaterial 4, 4c, 4d, 4e kann bevorzugt ein CaCO₃-Material verwendet werden. Da der Durchsatz durch die Behälteranordnung 5 und damit die Verweildauer des zu behan­ delnden Wassers in der Schüttung 4, 4c, 4d, 4e über das Drosselorgan 8 immer konstant gehalten wird, kann im Gegen­ satz zu herkömmlichen Entsäuerungsfiltern im Hauswasser­ bereich auch sogenanntes dolomitisches Filtermaterial ver­ wendet werden. Dieses enthält neben CaCO₃ auch MgO und kann daher zu einer Anhebung des pH-Wertes über den Gleichge­ wichts-pH-Wert der CaCO₃-Sättigung führen. Dies führt bei zu großer Verweildauer des zu behandelnden Wassers (z. B. Stag­ nation) im Behälter 5 zu unzulässig hohen pH-Werten im Pro­ duktwasser. Bei einem konstanten Behandlungsvolumenstrom kann der pH-Wert im behandelten Wasser jedoch vorgewählt werden. Das dolomitische Filtermaterial hat den Vorteil, daß es reaktionsfreudiger ist, sich schneller auflöst und die Behälter 5, 5c, 5d, 5e dadurch kleiner gebaut werden können, weil das erforderliche Schüttungsvolumen im Gegensatz zur reinen CaCO₃-Schüttung kleiner sein kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 4b dargestellt und zwar die Verwendung zweier unterschiedlicher Schüttungsmaterialien in einem Behälter 5c, 5d, 5e. Bevor­ zugt ist eine Schicht dolomitisches Filtermaterial 4e′, 4d′, 4c′ einer CaCO₃-Schicht 4e, 4d, 4c in Strömungsrichtung vor­ gelagert.

Eine weitere vorteilhafte Variante besteht darin, ein dolo­ mitisches mit einem CaCO₃-Filtermaterial zu mischen 4c, 4d, 4e.

Beispiel 7

Bei größeren zu versorgenden Einheiten können besonders be­ vorzugt mehrere Behälteranordnungen 5 parallel geschaltet werden, um somit in Modulbauweise eine höhere Tagesleistung zu erreichen.

Beispiel 8

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform ist in der Fig. 5 dargestellt. Das zu behandelnde Wasser strömt über den Zulauf 12′ des Anschlußstückes 20c des zulaufseitig ersten Behälters 5′ in diesen ein und wird über das Tauch­ rohr 21c und den Verteiler 22c in die in der Behälterglocke 5c befindliche Kalk-Filterschüttung 4c eingeleitet. Das Was­ ser durchströmt diese Schüttung 4c und verläßt den Behälter 5′ über den Auslaß 13′ des Anschlußstückes 20c. Danach strömt das Wasser über den Zulauf 12′′ des Anschlußstückes 20d in den nächsten Behälter 5′′ ein und wird über das Tauchrohr 21d und den Verteiler 22d in die in der Behälter­ glocke 5d befindliche Kalk-Filterschüttung 4d eingeleitet. Das Wasser durchströmt diese Schüttung 4d und verläßt den Behälter 5′′ über den Auslaß 13′′ des Anschlußstückes 20d. Danach strömt das Wasser in den dritten Behälter 5′′′ etc. Ein nachgeschalteter Feinfilter sowie eine Drosselstelle vervollständigen die Anlage. Die Durchströmungsrichtung der Behälter kann natürlich auch umgekehrt sein.

Claims (18)

1. Verfahren zur pH-Wert-Anhebung und Aufhärtung von Was­ ser in einer Eigenwasserversorgung, basierend auf einer Filtration des zu behandelnden Wassers über eine ein Kalk-Filtermaterial enthaltende Schüttung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Enteisenung und/oder eine Entmanganung des zu behandelnden Wassers in der gleichen Vorrichtung und gleichzeitig mit der pH-Wert-Anhebung und Aufhärtung vorgenommen wird, daß statt einer periodischen Rückspü­ lung das Filtermaterial, nachdem es verbraucht ist, ganz oder teilweise verworfen wird, wobei verbraucht bedeutet, daß das Filtermaterial sich aufgelöst hat, aus hygienischen Gründen nicht länger benutzt werden soll und/oder mit ausgefällten Eisen- und Manganreakti­ onsprodukten verblockt ist, und daß der Volumenstrom des behandelten Wassers kleiner als 100 l/h ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtration des zu behandelnden Wassers durch die Kalkfilter-Schüttung eine Feinfiltration nachgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das behandelte Wasser in einem Speicher gesam­ melt und von dort an eine Hausinstallation abgegeben wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei einer Aufteilung der Kalkfilter-Schüttung in Schichten senkrecht zur Fluß­ richtung des zu behandelnden Wassers die in Flußrich­ tung gesehen erste Schicht, sobald das Filtermaterial dieser Schicht verbraucht ist, verworfen und eine neue Schicht zugegeben wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Schicht ebenfalls wieder als erste Schicht mit dem zu behandelnden Wasser in Kontakt kommt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die neue Schicht den bisher bereits im Betrieb befind­ lichen Schichten nachgeschaltet wird und die bisher als zweite Schicht mit dem zulaufenden Wasser in Kontakt kommende Schicht nun die erste mit dem zulaufenden Was­ ser in Kontakt kommende Schicht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gesamte Schüttung verworfen und gegen eine frische Schüttung ausgetauscht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch nach 1 bis 3 Monaten erfolgt.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kalk-Filtermaterials (4) 1 l bis 50 l beträgt; daß dem Behälter (5) mit dem Kalk-Filterma­ terial (4) ein Speichertank (9) für das im Behälter (5) behandelte Wasser nachgeschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter (5) ein mechanisches Vorfilter (3) vorgeschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Behälter (5) ein Feinfilter (7) nachgeschaltet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinfilter (7) eine Maschenweite kleiner als 150 µm aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Drosselorgan (8) dem Feinfilter (7) nachgeschaltet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drosselorgan dem Behälter (5) vorgeschaltet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank (9) einen freien Überlauf oder ein Überströmventil (20) aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalk-Filtermaterial ein CaCO₃- Material ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalk-Filtermaterial ein dolomi­ tisches Material bestehend aus CaCO₃ und MgO ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalk-Filtermaterial ein Gemisch aus CaCO₃ - und dolomitischem Material ist.