DE614247C - Verfahren zur Bindung freier Kohlensaeure in Trink- und Brauchwaessern - Google Patents

Description

Wasser, das freie Kohlensäure enthält, übt einen zerstörenden Einfluß auf Metalle, insbesondere eiserne Wasserleitungsrohre, auf die Wandungen und Siederohre der Dampfkessel, auf abgebundenen Mörtel und Beton und andere Gegenstände aus, mit denen es in Berührung kommt und führt so unter Umständen zur Vernichtung erheblicher wirtschaftlicher Werte. Seit langer Zeit ist man daher bemüht, die freie Kohlensäure aus dem Wasser zu entfernen, bevor man es den Verwendungsstellen zuführt.

Bisher wurden dreierlei Verfahrensarten bekannt und angewendet, um eine Entsäuerung von Wasser, wie die Beseitigung der Kohlensäure im technischen Schrifttum vielfach genannt wird, herbeizuführen. Nach der einen Verfahrensgruppe wurde das Wasser in verschiedener Weise mit Luft behandelt,

z. B. geregnet, versprüht u. dgl., um so den Austritt der Kohlensäure aus dem Wasser in die Luft zu erleichtern. Andere Verfahren benutzen alkalische Flüssigkeiten, z. B. Kalkmilch oder Kalkwasser, die man dem Wasser zusetzt, um die Kohlensäure als Carbonate oder Bicarbonate der betreffenden Alkalien zu binden. Eine dritte Gruppe von Verfahren schließlich benutzt statt freier Alkalien feste Carbonate, ζ. Β. Marmor oder Dolomit bzw. Magnesit, die man in Form von Filtern verwendet und das Wasser durch diese Filter laufen läßt, wobei die freie Kohlensäure unter Lösung eines entsprechenden Teiles des Filtermaterials zu Bicarbonat des Calcium bzw. des Magnesiums gebunden wird.

Durch keines der vorbenannten bekannten Verfahren läßt sich das kohlensäurehaltige Wasser restlos entsäuern. Es stellt sich vielmehr in jedem Falle ein Gleichgewichtszustand her, der die weitere Abgabe der Kohlensäure vom Wasser an das zur Entsäuerung verwendete Mittel verhindert. Außerdem ist jedes dieser Verfahren mit technischen, sich letzten Endes wirtschaftlich auswirkenden Schwierigkeiten verbunden, die in dem Wesen des jeweiligen Verfahrens liegen.

Was zunächst die Behandlung mit Luft anbelangt, so kann Kohlensäure höchstens in solchem Maße aus dem Wasser entfernt werden, daß die Kohlensäuredampfspannung im Wasser und in der Luft sich ausgleichen. Zur Luftbehandlung des Wassers werden außerdem umfangreiche Anlagen erforderlich, deren Unterhaltung und Betrieb entsprechend kostspielig sind. Eine besondere Schwierigkeit entsteht dadurch, daß bei der Berührung des Wassers mit den großen in Frage kommenden Luftmengen je nach der Jahreszeit das Wasser entweder zu warm wird und daher an Frische und Trinkbarkeit verliert oder aber die Anlage vereist. Der Anwendungsbereich dieser Verfahrensgruppe ist daher auch beschränkt.

Auch bei den Verfahren, die auf dem Zusatz alkalischer Flüssigkeiten beruhen und von denen das Kalkwasserverfahren wohl technisch am weitesten durchgebildet ist, ist es nicht möglich, die Kohlensäure restlos aus dem Wasser zu entfernen, es sei denn, daß ein erheblicher Überschuß an Alkali ange-

wendet wird, was aber im Hinblick auf den Verwendungszweck des Wassers meist nicht zulässig ist. Bei diesem Verfahren erfordert zunächst die' Herstellung der Entsäuerungsflüssigkeit, ihre Einstellung, Kontrolle und Dosierung, Entfernung des Schlammes aus dem Behälter, eine Reihe umständlicher Einrichtungen und Arbeitshandlungen. Da wegen der Schwankungen des Kohlensäuregehalts ίο im Wasser einerseits und wegen der trotz aller Sorgfalt beim Herstellen der Entsäuerungslösung ebenfalls unvermeidlicher Schwankungen des Alkaligehalts der letzteren andererseits das entsäuerte Wasser entweder noch restliche Kohlensäure oder einen Alkaliüberschuß enthält, so wird entweder (im ersteren Fall) die Korrosionsfähigkeit des Wassers nicht gänzlich beseitigt oder (im zweiten Fall) das Wasser kann einen Iaugigen Geschmack annehmen und im Verteilungsnetz Schlamm absetzen und Krusten bilden, die den Querschnitt der Leitungen verengen und die Verteilung des Wassers an die Verbraucher erschweren. Die dritte Gruppe der Verfahren, bei denen Filter aus festen Carbonaten verwendet werden, hat gegenüber den Kalkwasser- und ähnlichen Verfahren den Vorteil, daß die Schwierigkeiten der Dosierung in Wegfall kommen; es wird nur so viel vom Filtermaterial gelöst, als es durch die anwesende Kohlensäuremenge bedingt ist. Jedoch wird auch bei Anwendung gekörnter Carbonate als Entsäuerungsfilter die Kohlensäure nicht restlos, sondern nur bis zu einem Gleichgewichtszustand entfernt, indem neben einem Gehalt an Calcium- bzw. Magnesiumbicarbonat noch ein Rest freier, nicht abgebundener Kohlensäure verbleibt, dessen Höhe von der Temperatur, der Zusammensetzung des Wassers sowie anderen Umständen abhängt. Dieser Restgehalt an freier Kohlensäure bildet nach wie vor ein korrosives Agens im Wasser, wenn auch naturgemäß in vermindertem Maße gegenüber dem ursprünglichen Kohlensäuregehalt des betreffenden Wassers.

Wichtig ist ferner, daß man mittels gekörnter Carbonate nicht jedes Wasser entsäuern kann. Aus der Fachliteratur ist es bekannt, daß, falls nach dem Abbinden der aggressiven Kohlensäure mehr als 60 mg/1 gebundener Kohlensäure vorhanden wären, eine Entsäuerung durch Marmor nicht mehr zu erzielen ist. Die Entsäuerungsgeschwindigkeit wird bei einem solchen Calciumcarbonatgehalt des Wassers so gering, daß etwa noch vorhandene aggressive Kohlensäure nicht mehr in praktisch ins Gewicht fallender Menge gebunden wird, auch falls ein Filter von außerordentlich großen Abmessungen in Anwendung käme. Ist demnach das Wasser nicht ganz weich, so kann darin durch Marmoranwendung die aggressive Kohlensäure nicht zum völligen Verschwinden gebracht werden. Gewöhnlich bleiben 1 bis 3 mg/1 aggressive Kohlensäure zurück.

Die Anwendung des Marmorfilterverfahrens u. dgl. setzt eine recht umfangreiche Anlage voraus, das Filtermaterial ist nur in bestimmter Körnung verwendbar und wird in großen Mengen benötigt, deren Beschaffung und Handhabung auch wegen des hohen Gewichts des benötigten Materials wesentliche Kosten verursacht. Unvermeidlich ist der Abrieb des Materials in den Filtern und die dadurch bedingte Verschlammung, die von Zeit zu Zeit beseitigt werden muß.

Gegenüber diesen bekannten Verfahren wird erfindungsgemäß ein wesentlicher Fortschritt dadurch erzielt, daß man zur Bindung der Kohlensäure des Wassers metallisches Magnesium in geeigneter großoberflächiger Form, z. B. als Bkchringe, Drehspäne, Granalien usw., verwendet. Besonders eignen sich hierzu Abfälle, die sich bei der Verarbeitung von Magnesiummetall und seine'n Legierungen zti Gebrauchsgegenständen ergeben. Diese in großen Mengen verfügbaren Abfälle weisen infolge stofflicher Übereinstimmung dieselben Eigenschaften auf, wie das unverarbeitete Metall, sind jedoch erheblich wohlfeiler. Man läßt nun das zu entsäuernde Wasser durch mit solchem Material beschickte Filter laufen und erreicht eine sofortige Beseitigung der freien Kohlensäure, die auch dann restlos verläuft, wenn das Wasser erhebliche Gehalte an kohlensauren Salzen aufweist. Als Reaktionsprodukt entsteht lediglich Magnesiunibicarbonat, das im Wasser gelöst bleibt. Die langsame Schrumpfung des Magnesiumfilters wird in angemessenen Zeitabständen durch Nachfüllung von Magnesium ausgeglichen. Im übrigen ist eine Bedienung des Filters, nachdem die geeignete Durchflußzeit des Wassers eingestellt wurde, so gut wie nicht erforderlich. Daß Magnesiummetall mittels Wassers und Kohlendioxyds ohne Abscheidung von Magnesiumcarbonat in Lösung gebracht wird, ist an sich aus der Fachliteratur bekannt. Diese Eigenschaft des Magnesiums ist bisher jedoch nicht zur Entsäuerung von Wasser benutzt oder vorgeschlagen worden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen außer in der bereits betonten restlosen Bindung der im Wasser anwesenden Kohlensäure auch in dem geringen Raum, den Magnesiummetallfilter beanspruchen, in dem leichten Gewicht dieses Materials, seiner sauberen Beschaffenheit und der Einfachheit der Handhabung der Filtereinrichtung. Natur-

produkte, wie Magnesit, Dolomit, Marmor u. dgl., lassen sich wohl körnen, aber nicht in so großoberflächigeForm bringen wie Magnesiummetall. Die große Oberfläche des Metails gestattet aber sowohl seine besonders wirkungsvolle Ausnutzung wie auch eine Beschleunigung des Reaktionsvorganges. Magnesiummetall unterliegt weiterhin nicht oder jedenfalls nicht in dem Maße wie sein bisher

ίο als Filtermaterial verwendetes Carbonat dem Abrieb. Enthält das Wasser schwefelsaure Salze, dann überziehen sich die Körner der Marmorfilter mit einer Gipshaut, die die weitere Reaktion zwischen dem Filtermaterial und der Kohlensäure des Wassers behindert. Dies ist auch bei Naturmagnesiumcarbonaten der Fall, da solche praktisch nie frei von Calciumcarbonat sind. Bei Magnesiummetallfiltern kommt auch diese Schwierigkeit in Wegfall.

Gegenüber Verfahren, die auf der Zufuhr alkalischer Flüssigkeiten zum Wasser mittels umfänglicher Vorrichtungen, wie sie z. B. zur Herstellung von Kalkmilch oder KaIkwasser und zu deren Dosierung erforderlich sind, beruhen, weist die Verwendung von Filtern aus Magnesiummetall den Vorteil der Einfachheit der Bauweise und der Betriebsweise der erforderlichen Vorrichtung auf.

Statt reinen Magnesiummetalls können auch Magnesiumlegierungen mit überwiegendem Magnesiumgehalt verwendet werden, die unter Umständen in mechanischer Hinsicht ein vorteilhafteres Verhalten zeigen als reines Magnesium. Lediglich solche Magnesiumlegierungen, die Stoffe, wie z. B. Blei oder Kupfer, enthalten, deren Lösung im Wasser zu hygienischen oder technischen Mißständen Anlaß geben könnte, sind verfahrensgemäß nicht verwendbar. Vielmehr werden zumeist Legierungen mit Aluminium, Zinn oder Zink in Betracht kommen. Diese in geringen Mengen dem Magnesium zugesetzten Legierungsmetalle nehmen an der Kohlensäurebindungsreaktion nicht oder doch nicht nennenswert teil, sie dienen lediglich dazu, dem Metall gewisse vorteilhafte mechanische Eigenschaften zu verleihen.

Mitunter kann es zweckmäßig sein, das Magnesiummetall bzw. die aus solchem geformten Körper, wie Drehspäne u. dgl., mit einem anderen Filtermaterial, wie Sand, Kies u. dgl., zu vermengen oder die verschiedenen Filterstoffe lagenweise übereinanderzuschichten. Arbeitsweisen dieser Art kommen dann in Betracht, wenn neben der Bindung der Kohlensäure auch noch andere Reinigungswirkungen erreicht werden sollen, z. B. Beseitigung von Schwebestoffen, Enteisenung, Beseitigung unangenehmen Geruches oder Geschmackes und anderes mehr.

Sind jedoch die unerwünschten Stoffe, die das zu behandelnde Wasser noch äußer der gelösten Kohlensäure enthält, in erheblichen Mengen vorhanden, so daß die gemeinsame Behandlung in einem Filteraggregat nicht zum Ziele führen kann, dann können besondere Anlagen bekannter Art zur Beseitigung oder Unschädlichmachung der betreffenden Stoffe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in zweckentsprechender Weise kombiniert werden. So kann z. B., wenn es sich um hartes Wasser handelt, eine Enthärtungsanlage bekannter Art, besonders vorteilhaft eine Permutitanlage, dem magnesiumhaltigen Filter nachgeschaltet werden. Handelt es sich um Beseitigung unangenehmen Geruchs oder Geschmacks des Wassers, so kann z. B. ein Filter aus aktiver Kohle dem magnesiumhaltigen Filter vor- oder nachgeschaltet werden. Soll aus dem Wasser gelöstes Eisen beseitigt werden, so ist zweckmäßig eine entsprechende Anlage bekannter Art dem Magnesiummetallfilter vorzuschalten. Bekanntlich ist das Eisen im Wasser in Form von Bicarbonat gelöst; bei der Enteisenung wird die Kohlensäure frei gemacht und verbleibt zum Teil im Wasser. Diese Kohlensäure wird dann durch das nachgeschaltete Magnesiumfilter entfernt. Ist das Wasser bakteriell nicht einwandfrei, so daß eine Entkeimung notwendig wird, dann läßt sich die Entsäuerung vorteilhaft mit dem Verfahren zur Entkeimung und Reinigung von Wasser für Trink- und Brauchzwecke durch Hochchlorung und anschließende Entchlorung mittels Magnesiummetalls verbinden, indem ein Magnesiumfilter von solchen Abmessungen angewendet wird, daß beim Durchfließen des Wassers sowohl die Entchlorung als auch die Bindung der Kohlensäure erreicht wird.

Es kann sich unter Umständen vorteilhaft erweisen, ein weniger leistungsfähiges bekanntes Kohlensäurebindungsverfahren mitdem erfindungsgemäßen Verfahren zu verbinden. So kann z. B. ein Teil der Kohlensäure durch Belüftung (Regnung, Sprühung u. dgl.) beseitigt und der Rest durch das Magnesiumfilter gebunden werden.

Zur Erläuterung der Wirksamkeit des Verfahrens dient noch folgendes Beispiel:

In einem Glaszylinder von 44 mm 1. W. wurden 70 g Magnesiumdrehspäne gefüllt, die in dem Zylinder eine Filterschicht von IS¹Z₂ ^cm Höhe bildeten. Leitungswasser wurde durch Einleiten von Kohlensäure auf einen Gehalt von 70 mg/1 C O₂ gebracht; ein solcher Kohlensäuregehalt ist außerordentlich hoch und kommt in der Praxis nur selten vor. Dieses Wasser wurde nun von unten nach oben durch die Magnesiumschicht filtriert, wobei 87 cm³/sec. des Wassers während lan-

gerer Zeit das Filter durchströmten. Das ablaufende Wasser war stets völlig frei von Kohlensäure, wie die jeweils entnommenen Proben ergaben, die sich nach Zusatz von ι Tropfen Phenolphthaleinlösung sofort rosarot färbten. Rechnet man die oben angeführte Leistung auf ι kg Magnesiummetall und 24 Stunden um, so ergibt sich, daß durch ein Filter mit einem Inhalt von 1 kg Magnesiumdrehspänen 107 m³ Wasser in 24 Stunden restlos entsäuert werden, so lange, bis das ganze Magnesium als Bicarbonat gelöst ist.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Bindung freier Kohlensäure in Trink- und Brauchwässern als Magnesiumbicarbonat, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser mit Magnesium oder Magnesiumlegierungen in großoberflächiger Form in Berührung gebracht wird.
2. 2. Filtervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht Magnesium oder Magnesiumlegierungen in großoberflächiger Form gemeinsam mit oder schichtenweise abwechselnd mit geeigneten Stoffen, wie Sand oder Kies, angewendet werden.
3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, gemeinsam mit bekannten Wasserreinigungsverfahren in beliebiger Reihenfolge.