DE69727114T2

DE69727114T2 - Methode und Apparat zur Verhinderung von Kesselsteinbildung bei der Produktion von deionisiertem Wasser

Info

Publication number: DE69727114T2
Application number: DE69727114T
Authority: DE
Inventors: Qingquan Su; Syu Kamakura-shi Nakanishi; Takayuki Hiratsuka-shi Saito; Masato Yokohama-shi Nakatsu
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2017-10-30
Also published as: EP0839762A2; US5837124A; EP0839762A3; KR19980033214A; DE69727114D1; EP0839762B1; JPH10128338A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern der Abscheidung von Kesselstein bzw. Kalk bei der Erzeugung entionisierten Wassers. Die vorliegende Erfindung kann angewandt werden beim Entfernen von Ionen aus Wasser, beispielsweise auf den Gebieten der elektrischen Leistungserzeugung, Kernenergieerzeugung, elektronischen Industrie, pharmazeutischen Industrie, Nahrungsmittelindustrie, chemischen Industrie und dergleichen.
Zur Erzeugung von entionisiertem Wasser wurde eine Elektrodialysevorrichtung verwendet. Die Elektrodialyse bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Ionen über eine Membran hinweg aus einer Lösung in eine andere und zwar unter dem Einfluss von Gleichstrom. Eine mehrere Abteilungen aufweisende Elektrodialyse wurde vorgeschlagen, bei der eine Vielzahl von Anionenaustauschmembranen sich mit einer Vielzahl von Kationenaustauschmembranen abwechselt.
Die Elektrodialysevorrichtung erzeugt nicht nur entionisiertes Wasser in Verdünnungsabteilen, sondern auch konzentriertes Wasser in Konzentrationsabteilen. Da das konzentrierte Wasser eine erhöhte Konzentration an Salzen aufweist, besteht die Tendenz für die Abscheidung von Kesselstein bzw. Kalk, und zwar an den Oberflächen der Ionenaustauschmembranen und an einer Elektrode, die in Kontakt mit dem konzentrierten Wasser stehen, und die Konzentrationsabteile bilden. Wenn sich der Kesselstein abscheidet, so erhöht sich der elektrische Widerstand der Elektrodialysevorrichtung. In extremen Fällen tritt auf, dass eine beträchtlicher elektrischer Strom nicht durch die elektrische Elektrodialysevorrichtung fließt und was weiterhin kein entionisiertes Wasser erzeugt werden kann, bis die Abscheidung entfernt ist.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Abscheidung von Kesselstein zu verhindern. Derartige Vorschläge umfassen Folgendes: Hinzugabe eines Agens (Mittels) zur Verhinderung des Kesselsteins, beispielsweise Zugabe von Natriumhexametaphosphat zu dem zu behandelnden Wasser; Umkehr der Polarität der Elektroden; Einstellen einer niedrigen elektrischen Stromdichte um so einen Konzentrationsunterschied zwischen dem entionisierten Wasser in den Verdünnungsabteilen und dem konzentrierten Wasser in den Konzentrationsabteilen zu vermindern; und Vorbehandlung des zu behandelnden Wassers, um beispielsweise Karbonationen zu entfernen und ein chemisches Agents zur Weichmachung des zu behandelnden Wassers hinzuzufügen.
Die Zugabe des Agens oder Mittels zur Verhinderung der Kesselsteinabscheidung macht jedoch die ständige Ergänzung und die Steuerung bzw. Kontrolle des Agens erforderlich. Darüber hinaus verbleibt das Mittel oder Agens zur Verhinderung der Abscheidung im Abfallwasser und das Mittel muss daraus entfernt werden, wodurch Arbeiten und Kosten erhöht werden. Die Umkehr der Polarität der Elektroden tauscht die Verdünnungsabteil und die Konzentrationsabteile aus, wodurch die Effizienz zur Entfernung von Ionen verringert wird. Das Einstellen der niedrigeren elektrischen Stromdichte macht in den Ionenaustauschmembranen eine vergrößerte Fläche erforderlich, und zwar für eine zu behandelnde Wassermenge, wodurch die Vorrichtung vergrößert wird und die Kosten erhöht werden. Die Vorbehandlung vergrößert die Vorrichtung und erhöht die Kosten.
US-A-4 089 760 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines verbrauchten Entwicklers, der dazu verwendet wurde, um photographisches Silberhalogenid-Materialien zu verarbeiten, wobei die Elektrolyse des verbrauchten Entwicklers vorgesehen ist, und zwar unter Verwendung einer elektrolytischen Zelle einschließlich einer Ionenaustauschmembran, und zwar bestehend aus einem Kathodenabteil und einem Anodenabteil, wobei Anode und Kathode voneinander durch eine Anionenaustauschmembran getrennt sind, wohingegen der verbrauchte Entwickler in das Kathodenabteil eingebracht wird, und eine elektrolytische Lösung in das Anodenabteil.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben genannten Probleme zu lösen und ein neues Verfahren und eine Vorrichtung vorzusehen, um die Abscheidung von Kalk bei der Herstellung von entionisiertem Wasser zu verhindern.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Verhinderung der Abscheidung von Kalk vorgesehen und zwar bei der Erzeugung von entionisiertem Wasser, wobei die Schritte gemäß Anspruch 1 vorgesehen sind.
Vorzugsweise besitzt das saure Wasser einen pH-Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 5. Ferner besitzt das saure Wasser vorzugsweise einen pH-Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 4.
Erfindungsgemäß kann das Verfahren die folgenden Schritte vorsehen: Einführung eines ionenenthaltenden Wassers in einen kontinuierliche Entionisierungseinheit; Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Paar der ersten Elektroden in der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit und so entionisiertes Wasser in dem Verdünnungsabteil und ein konzentriertes Wasser in dem Konzentrierungsabteil zu erzeugen; und Abgabe des entionisierten Wassers aus dem Verdünnungsabteil.
Das Verfahren kann vorzugsweise ferner den folgenden Schritt vorsehen: Einführen des konzentrierten Wassers in das Konzentrationsabteil in das Anodenabteil und oder das Kathodenabteil in der Elektrolyseeinheit.
Das ionenenthaltende Wasser hat vorzugsweise eine Kalziumkonzentration im Bereich von 0,01 bis 100 mg pro Liter, eine Magnesiumkonzentration, im Bereich von 0,01 bis 80 mg pro Liter und einen Siliziumgehalt von bis zu 40 mg pro Liter. Vorzugsweise besitzt das ionenenthaltende Wasser ferner folgende Konzentration: einen Kalziumkonzentrationsbereich von 0,01 bis 40 mg pro Liter, eine Magnesiumkonzentrationsbereich von 0,01 bis 30 mg pro Liter und einen Siliziumgehalt von bis zu 30 mg pro Liter.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von entionisiertem Wasser gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung ferner eine erste Sammelleitung aufweisen, welche das Anodenabteil in der Elektrolyseeinheit mit dem Konzentrationsab teil in der Kontinuierlichen Entionisierungseinheit verbindet. Vorzugsweise steht das Konzentrationsabteil in der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit mit dem Anodenabteil und/oder dem Kathodenabteil in der Elektrolyseeinheit in Verbindung.
Die Vorrichtung kann ferner eine zweite Sammelleitung aufweisen, und zwar das Konzentrationsabteil in der kontinuierlich arbeitenden Entionisienangseinheit mit dem Anodenabteil und/oder dem Kathodenabteil in der Elektrolyseeinheit verbindend.
Ferner kann die Vorrichtung eine elektrische Quelle umfassen, und zwar zum Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Paar der ersten Elektroden und das Paar der zweiten Elektroden.
Erfindungsgemäß wird das in dem Anodenabteil erzeugte saubere Wasser in das Konzentrationsabteil eingeführt, um so den pH-Wert des darinnen befindlichen konzentrierten Wassers zu vermindern wodurch die Ausscheidung oder Ausffällung von Kalk oder Kesselstein verhindert wird.
1 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;
2 ist einen schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung.
In 1 ist eine Einheit 10 zur kontinuierlichen Entionisierung und eine Elektrolyseeinheit 30 dargestellt. Die kontinuierlich arbeitende Entionisierungseinheit 10 besitzt ein Gehäuse 12 und ein Paar von Elektroden 14, 15, als Anode bzw. Kathode dienen. Die Elektroden können plattenförmig sein obwohl die Konfiguration der Elektroden darauf nicht beschränkt ist. Die Materialien für die Elektrode sind nicht beschränkt, solange nur die Materialien elektrisch leitend sind. Eine elektrische Quelle 13 ist vorgesehen um einen elektrischen Gleichstrom an das Paar von Elektroden 14, 15 zu liefern. Die Elektroden 14, 15 weisen zu den Elektrodenabteilen 14a bzw. 15a hin, in die Wasser eingegeben werden kann. In den Elekt rodenabteilen 14a, 15a steigen die Ionenkonzentrationen des Wassers an und in diesem Sinne können die Elektrodenabteile als Konzentrationsabteile angesehen werden.
Eine Vielzahl von Kationenaustauschmembranen 16 ist abwechselnd mit einer Vielzahl von Anionenaustauschmembranen 17 zwischen dem Paar von Elektroden 14, 15 in dem Gehäuse 12 angeordnet. Das Gehäuse 12, die Kationenaustauschmembranen 16 und die Anionenaustauschmembranen 17 definieren mindestens ein Verdünnungsabteil 18 und mindestens ein Konsulationsabteil 19, und zwar abwechselnd miteinander.
Vorzugsweise füllen ein Kationenaustauscher und/oder ein Anionenaustauscher die Verdünnungsabteile 18 zur weiteren Entfernung von Ionen, wodurch entionisiertes Wasser erzeugt wird mit einer weiter verminderten Ionenkonzentration.
Die Verdünnungsabteile 18 sind mit einer Versorgungsleitung 22 zur Lieferung eines zu behandelnden Wassers verbunden und sie sind ferner mit einer Abgabeleitung 24 verbunden, um das entionisierte Wasser abzugeben. Andererseits sind die Konzentrationsabteile 19 mit einer Abgabeleitung 25 zur Abgabe konzentrierten Wassers verbunden.
Die Elektrolyseeinheit 30 besitzt ein Gehäuse 32 und ein Paar von Elektroden 34, 35, die als eine Anode und eine Kathode wirken. Eine elektrische Quelle 33 ist derart vorgesehen, dass ein elektrischer Gleichstrom an das Paar von Elektroden 34, 35 geliefert wird. Wie in 1 gezeigt, kann die elektrische Quelle 33 unterschiedlich von der elektrischen Quelle 14 sein. Alternativ kann eine einzige elektrische Quelle durch Serien oder Parallelschaltung geteilt benutzt werden.
Eine Ionenaustauschmembran 36 ist im Gehäuse 32 angeordnet und trennt die Elektrode 34 von der Elektrode 35. Das Gehäuse 32 und die Ionenaustauschmembran 36 definieren ein Anodenabteil 38 und ein Kathodenabteil 39.
Erfindungsgemäß weist die Ionenaustauschmembran 36 vorzugsweise die Kationenaustauschmembran auf oder bildet diese, um so ferner eine Abscheidungskomponente, wie beispielsweise ein Kalziumion, ein Magnesiumion aus dem sauren Wasser 38, erzeugt in dem Anodenabteil 38, zu entfernen.
Das Anodenabteil 38 und das Kathodenabteil 39 sind mit einer Versorgungsleitung 42 verbunden, um Wasser dahinein einzuführen. Die Versorgungsleitung kann mit einer Wasserversorgungsleitung 44 verbunden sein, und zwar zur Lieferung von beispielsweise Leitungswasser.
Wie in 1 gezeigt, ist die Abgabe- oder Abflussleitung 25 der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10 vorzugsweise mit einer Versorgungsleitung 42 der Elektrolyseeinheit 10 verbunden, um das konzentrierte Wasser erzeugt in den Konzentrationsabteilen 19 der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10 in das Anodenabteil 38 und das Kathodenabteil 39 der Elektrolyseeinheit 30 derart einzuführen, umso eine Rückführung des konzentrierten Wassers vorzunehmen und um eine hinreichende Leitfähigkeit in dem Wasser der Anoden- und Kathodenabteile 38, 39 vorzusehen.
Erfindungsgemäß steht das Anodenabteil 38 der Elektrolyseeinheit 30 mit den Konzentrationsabteil 19 in der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10 in Verbindung, um ein saures Wasser erzeugt in dem Anodenabteil 38 in das Konzentrationsabteil 19 einzuführen, um so den pH-Wert des darinnen befindlichen konzentrierten Wassers zu vermindern, wodurch die Ausfällung oder Ausscheidung von Kalk und dergleichen verhindert wird. Gemäß 1 dient eine Sammelleitung 26 als die Versorgungsleitung für die Konzentrationsabteile 19 und verbindet das Anodenabteil 38 in der Elektrolyseeinheit 30 mit dem konzentrationsabteil 19 in der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden erläutert.
Die elektrische Quelle 13 legt einen Gleichstrom an die Anode 14 und die Kathode 15 an und Kationen im Wasser haben die Tendenz sich zu der negativ geladenen Kathode 15 zu bewegen. Die Kationen sind in der Lage die Kationenaustauschmembranen 16 zu durchdringen aber nicht die Anionenaustauschmembranen 17. Andererseits haben die Anionen die Tendenz sich zu der positiv geladenen Anode 14 hin zu bewegen. Die Anionen sind in der Lage die Anionenaustauschmembranen 17 zu durchdringen aber nicht die Kationenaustauschmembrane 18. Infolgedessen wird das Wasser in den Verdünnungsabteilen 18 ionenmäßig verarmt, wodurch ein entionisiertes Wasser erzeugt wird. Andererseits wird das Wasser in den Konzentrationsabteilen 10 ionenmäßig angereichert, wodurch ein konzentriertes Wasser erzeugt wird. Da das konzentrierte Wasser eine erhöhte Salzkonzentration besitzt, hat Kesselstein die Tendenz sich an Oberflächen der Ionenaustauschmembranen abzuscheiden oder dort auszufällen, und zwar an Oberflächen der Ionenaustauschmembranen, die zu den Konzentrationsabteil 19 hinweisen. Das entionisierte Wasser in den Verdünnungsabteilen 18 wird von dort durch die Ausgangs- oder Abflussleitung 24 abgegeben, wohingegen das konzentrierte Wasser in den Konzentrationsabteil 19 von dort durch die Abflussleitung 25 abgegeben wird.
Wasser, vorzugsweise ein elektrolytenthaltendes Wasser wird in das Anodenabteil 38 und das Kathodenabteil 39 der Elektrolyseeinheit 30 eingeführt. Beispielsweise kann das konzentrierte Wasser erzeugt in dem Konzentrationsabteil 19 in mindestens eines der Anodenabteile 38 und/oder der Kathodenabteile 39 in der Elektrolyseeinheit 30 eingeführt werden, um so das konzentrierte Wasser rückzuführen und um so eine hinreichende Leitfähigkeit des Wassers in den Anoden- und Kathodenabteilen 38, 39 vorzusehen.
Die elektrische Quelle 13 legt einen Gleichstrom an die Anode 34 und die Kathode 35 derart an, dass das Wasser in dem Anodenabteil 38 und in dem Katodenabteil 39 der Elektrolyseeinheit 30 elektrolysiert wird. Infolgedessen durchdringen die Kationen und die Anionen die Ionenaustauschmembran 36 umso ein saures Wasser in dem Anodenabteil 38 und ein basisches Wasser in dem Kathodenabteil 39 zu erzeugen.
Erfindungsgemäß ist das in dem Anodenabteil 38 erzeugte saure Wasser mit einem pH-Wert im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 5 ausgestattet. Ferner hat vorzugsweise das in dem Anodenabteil 38 erzeugte saure Wasser einen pH-Wert im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 4. Wenn das saure Wasser einen pH-Wert von mehr als 5 besitzt, so ist eine große Menge an saurem Wasser erforderlich, um den pH-Wert des konzentrierten Wassers in den Konzentrationsabteil 19 abzusenken. Wenn andererseits das saure Wasser einen pH-Wert besitzt, der kleiner ist als 2, dann sind spezielle Materialien die der Säure Widerstand entgegen setzen für das Gehäuse 32 notwendig und ferner auch für die Abflussleitung 46 und dergleichen, die in Kontakt mit dem sauren Wasser stehen. Darüber hinaus erhöhen sich die Kosten für die Erzeugung des sauren Wassers durch die Elektrolyse.
Das auf diese Weise erzeugte saure Wasser wird in die Konzentrationsabteile 19 in der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10 eingeführt, und zwar beispielsweise durch die Abgabe oder Abflussleitung 46 und die Versorgungsleitung 26. Das saure Wasser vermindert den pH-Wert des konzentrierten Wassers in dem Konzentrationsabteil 19, wodurch verhindert wird, dass Kalk oder Kesselstein sich darinnen abscheidet. Das basische Wasser in dem Kathodenabteil 39 wird durch die Abflussleitung 48 abgegeben. Im Gegensatz zu der bekannten Technik des Umkehrens der Polarität der Entionisierungseinheit 10 vertauschen sich die Verdünnungsabteile und die Konzentrationsabteile nicht.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen in 2 beziehen sich auf die gleichen Elemente wie diejenigen der 1.
Gemäß 2 wird nur das saure Wasser erzeugt in dem Anodenabteil 38 der Elektrolyseeinheit 30 in die Verdünnungsabteile 18 und die Konzentrationsabteile 19 der kontinuierlich arbeitenden Entionisierungseinheit 10 eingeführt, und zwar mittels beispielsweise der Abflussleitung 46 und der Versorgungsleitung 27, umso Wasser den Verdünnungsabteilen 18 und den Konzentrationsabteilen 19 zuzuführen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Kationenaustauschmembran 37 in der Elektrolyseeinheit 30 verwendet, umso ein saures Wasser zu erzeugen, welches frei von Kationen ist, wie beispielsweise frei von Kalziumionen, Magnesiumionen und dergleichen. Kalziumverbindungen und Magnesiumverbindungen sind die Hauptbeteiligten im Kesselstein. Daher wird saures Wasser frei von solchen auscheidungsbildenden Komponenten in die Verdünnungsabteile 18 und die Konzentrationsabteile 19 eingeführt, umso die Verhinderung der Abscheidung von Kesselstein weiter zu verhindern.
Der Abgeschiedene Kesselstein enthält im Allgemeinen Folgendes: Kalziumverbindungen, beispielsweise Kalziumcarbonat; Magnesiumverbindungen, beispielsweise Magnesiumhydroxid und Gelmaterialien, beispielsweise Siliziumdioxid. Die vorliegende Erfindung kann bei Leitungswasser angewandt werden und bei Wasser, welches durch eine reversible Osmosemembran erhalten wurde. Obwohl Seewasser bzw. Meerwasser durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet werden können, wird das Meerwasser vorzugsweise, beispielsweise durch die reversible Osmosemembran verarbeitet, umso die Konzentrationen der Salze zu vermindern und sodann wird das sich ergebende verdünnte Wasser ferner durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verarbeitet. Andererseits kann es unnötig erscheinen, dass Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für Wasser zu verwenden, welches einer Ionenaustauschung unterlag, d. h. welches frei von Ionen ist und Kesselsteinkomponenten, wie Kalziumverbindungen und Magnesiumverbindungen.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen sei Folgendes bemerkt: das Wasser, das in die Verdünnungsabteile 18 eingeführt wird, kann Ionen enthalten und kann eine Kalziumkonzentration im Bereich von 0,01 bis 100 mg pro Liter aufweisen, und zwar vorzugsweise von 0,01 bis 40 mg pro Liter und eine Magnesiumkonzentration im Bereich von 0, 01 bis 80 mg pro Liter, vorzugsweise von 0,01 bis 30 mg pro Liter.
Das ionenenthaltende Wasser kann eine Leitfähigkeit von bis zu 1000 μS/cm besitzen, vorzugsweise bis zu 300 μS/cm. Das ionenenthaltende Wasser kann einen Siliziumgehalt von bis zu 40 mg pro Liter, vorzugsweise bis zu 30 mg pro Liter aufweisen.
Erfindungsgemäß sind die Kationenaustauschmembranen und die Anionenaustauschmembranen nicht begrenzt, bzw. einschränkend zu verstehen.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen erläutert. Die Beispiele veranschaulichen die Erfindung, sollen aber nicht als den Rahmen der Erfindung einschränkend verstanden werden.
Die kontinuierlich arbeitende Entionisierungsvorrichtung der 1 wird verwendet. Im Gegensatz zu 1 war jedoch die Abflussleitung 24 nicht mit der Versorgungsleitung 42 verbunden. Die Vorrichtung besaß zwei Verdünnungsabteile 18, ein Konzentrationsabteil 19 und zwei Elektrodenabteile 14a, 15a. Ein nicht gewebter Stoff mit dem Handelsnamen „EPIX FILTER", hergestellt von der Ebara Corporation in Japan enthielt einen Ionenaustauscher in Faserkonfiguration und einen Anionenaustauscher in Faserkonfiguration und zwar beide eingefüllt in die Verdünnungsabteile 18. Jede der Elektroden 14, 15 besaß eine Platte bestehend im Wesentlichen aus einer Titan- und Platinbeschichtung elektroplattiert auf die Hauptoberfläche der Platte. Kationenaustauschmembranen mit dem Handelsnahmen „CMX" von Tokuyama Inc. (Japan) und die Anionenaustauschmembran mit einem Handelsnahmen AMX von Tokuyama Inc. (Japan) wurden verwendet.
Leitungswasser mit einer Leitfähigkeit von ungefähr 200 μS/cm wurde in das Verdünnungsabteil 18 eingeführt und zwar über die Versorgungsleitung 22 mit einer Rate von 30 Litern pro Stunde. Das Leitungswasser hatte einen Kalziumgehalt von 20 mg pro Liter einen Sodiumgehalt von 9 mg pro Liter, einen Chlorgehalt von 15 mg pro Liter, einen Sulfatgehalt von 20 mg pro Liter und ein Siliziumdioxidgehalt von 20 mg pro Liter. Das Leitungswasser wird in das Anodenabteil 38 und das Kathodenabteil 39 der Elektrolyseeinheit 30 durch die Versorgungsleitung 44 eingeführt und zwar mit einer Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate LV von 0,1 bis 3,0 cm/s.
In dem Anodenabteil 38 erzeugtes saures Wasser wurde in das Konzentrationsabteil 19 und die Elektrodenabteile 14a, 15a eingeführt, und zwar mit einer Rate bzw. Geschwindigkeit von 10 Litern pro Stunde. Elektrischer Gleichstrom von 0,75 Ampere wurde an die kontinuierlich arbeitende Entionisierungseinheit 10 angelegt, wohingegen ein elektrischer Gleichstrom von 1,0 Ampere an die Elektrolyseeinheit 30 angelegt wurde. Unter diesen Bedingungen hatte das saure Wasser einen pH-Wert von ungefähr 3.
Als ein Vergleichsbeispiel wurde das gleiche Experiment unter Verwendung der Vorrichtung ausgeführt, die einen kontinuierlich arbeitende Entionisierungseinheit 10 besitzt, aber keine Elektrolyseeinheit 30. In der Vorrichtung wurde das Leitungswasser nicht nur in das Verdünnungsabteil 18 eingeführt sondern auch in das Konzentrationsabteil 19 und die Elektrodenabteile 14a, 15a.
Selbst nach dem Betrieb der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung über eine Periode von 200 Stunden hinweg, wurde keine Kesselsteinausfällung auf den Oberflächen der Kationenaustauschmembranen 16, der Anionaustauschmembran 17 und den Elektroden 14, 15 beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde nach dem Betrieb der Vorrichtung des Vergleichsbeispiels für eine Periode von ungefähr 50 Stunden eine große Menge an ausgeschiedener Kesselstein Abscheidung an den Oberflächen der Kationenaustauschmembranen 16, der Anionenaustauschmembran 17 und den Elektroden 14, 15 gefunden, und eine hinreichende Menge an elektrischen Gleichstrom floss nicht mehr.

Claims

Verfahren zum Verhindern der Abscheidung von Kesselstein bzw. Kalk bei der Erzeugung von entionisiertem Wasser, wobei das Verfahren der folgenden Schritte aufweist: Vorsehen einer Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung mit: einem ersten Gehäuse (12); einem Paar von ersten Elektroden (14, 15), die als eine Anode und eine Kathode dienen; einer Vielzahl von Anionenaustauschmembranen (17), die zwischen dem Paar der ersten Elektroden in dem ersten Gehäuse angeordnet sind; und einer Vielzahl von Kationenaustauschmembranen (16), die zwischen dem Paar der ersten Elektroden in dem ersten Gehäuse abwechselnd mit den Anionenaustauschmembranen angeordnet sind; wobei das erste Gehäuse (12), die Anionenaustauschmembranen (17) und die Kationenaustauschmembranen (16) mindestens ein Verdünnungsabteil (18) und mindestens ein Konzentrationsabteil (19) definieren, die abwechselnd angeordnet sind; Vorsehen einer Elektrolyse-Einheit (30) mit: einem zweiten Gehäuse (32); einem Paar zweiter Elektroden (34, 35), die als eine Anode und eine Kathode dienen; und einer Ionenaustauschmembran (36), die in dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und eine der zweiten Elektroden von der anderen trennt; wobei das zweite Gehäuse (32) und die Ionenaustauschmembran (36) ein Anodenabteil (38) und ein Kathodenabteil (39) definieren; Einbringen von Wasser in das Anodenabteil (38) und das Kathodenabteil (39) in der Elektrolyse-Einheit (30); Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Paar zweiter Elektroden (34, 35), um saures Wasser in dem Anodenabteil zu erzeugen; und Einbringen des sauren Wassers in das Konzentrationsabteil (19) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das saure Wasser einen pH-Wert hat im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 5.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das saure Wasser einen pH-Wert hat im Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 4.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Einbringen von Ionen enthaltendem Wasser in die Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung; Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Paar erster Elektroden (14, 15) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung, um entionisiertes Wasser in dem Verdünnungsabteil (18) zu erzeugen und um konzentriertes Wasser in dem Konzentrationsabteil (19) zu erzeugen; und Ablassen des entionisierten Wassers aus dem Verdünnungsabteil (18).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Einbringen des konzentrierten Wassers in dem Konzentrationsabteil (19) in das Anodenabteil (38) und/oder das Kathodenabteil (39) in der Elektrolyse-Einheit (30).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ionen enthaltende Wasser eine Kalzium-Konzentration im Bereich von 0,01 bis 100 Milligramm pro Liter, eine Magnesium-Konzentration im Bereich von 0,01 bis 80 Milligramm pro Liter und einen Silizium-Gehalt von bis zu 40 Milligramm pro Liter besitzt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ionen enthaltende Wasser eine Kalzium-Konzentration im Bereich von 0,01 bis 40 Milligramm pro Liter, eine Magnesium-Konzentration im Bereich von 0,01 bis 30 Milligramm pro Liter und einen Silizium-Gehalt von bis zu 30 Milligramm pro Liter besitzt.
Vorrichtung zu Erzeugung von entionisiertem Wasser, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung mit: einem ersten Gehäuse (12); einem Paar von ersten Elektroden (14, 15), die als eine Anode und eine Kathode dienen; einer Vielzahl von Anionenaustauschmembranen (17), die zwischen dem Paar der ersten Elektroden in dem ersten Gehäuse angeordnet sind; und einer Vielzahl von Kationenaustauschmembranen (16), die zwischen dem Paar der ersten Elektroden in dem ersten Gehäuse abwechselnd mit den Anionenaustauschmembranen angeordnet sind; wobei das erste Gehäuse (12), die Anionenaustauschmembranen (17) und die Kationenaustauschmembranen (16) mindestens ein Verdünnungsabteil (18) und mindestens ein Konzentrationsabteil (19) definieren, die abwechselnd angeordnet sind; und eine Elektrolyse-Einheit (30) mit: einem zweiten Gehäuse (32); einem Paar zweiter Elektroden (34, 35), die als eine Anode und eine Kathode dienen; und einer Kationenaustauschmembran (36), die in dem zweiten Gehäuse angeordnet ist und eine der zweiten Elektroden von der anderen trennt; wobei das zweite Gehäuse (32) und die Kationenaustauschmembran (36) ein Anodenabteil (38) und ein Kathodenabteil (39) definieren, wobei das Anodenabteil (38) mit dem Konzentrationsabteil (19) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung in Verbindung steht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ferner eine erste Sammelleitung (20) aufweist, die das Anodenabteil (38) in der Elektrolyse-Einheit (30) mit dem Konzentrationsabteil (19) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung verbindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Konzentrationsabteil (19) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung mit dem Anodenabteil (38) und/oder dem Kathodenabteil (39) in der Elektrolyse-Einheit (30) in Verbindung steht.
Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ferner eine zweite Sammelleitung (25) aufweist, die das Konzentrationsabteil (19) in der Einheit (10) zur kontinuierlichen Entionisierung mit dem Anodenabteil (38) und/oder dem Kathodenabteil (39) in der Elektrolyse-Einheit (30) verbindet.
Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ferner eine Stromquelle (13, 33) aufweist zum Anlegen eines elektrischen Gleichstroms an das Paar der ersten Elektroden und an das Paar der zweiten Elektroden.