DE880878C

DE880878C - Process for the partial softening of water using the base exchange process

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Publication number: DE880878C
Application number: DENDAT880878D
Authority: DE
Original assignee: Permutit Aktiengesellschaft, Berlin-Schmargendorf
Publication date: 1953-05-07

Description

(WiGBI. S. 175)(WiGBI. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 25. JUNI 1953ISSUED JUNE 25, 1953

P 1275 IVb j 85 bP 1275 IVb j 85 b

(Ges. v. 15. 7. 51)(Ges. V. July 15, 51)

Die mehr oder weniger große Härte, welche Wässer, die für die Versorgung weiter Kreise dienen, häufig aufweisen wird aus dem Grunde sehr störend empfunden, weil bei der häuslichen oder industriellen Verwendung eines solchen Wassers durch die Härtebildner wertvolle Stoffe zerstört oder unwirksam gemacht, gewünschte Reaktionen verhindert oder erschwert werden, ohne daß diesem Nachteil irgendwelche Vorteile gegenüberständen, zumal die Annahme einer günstigen Einwirkung der im Wasser !gelöstem Kalk- und Magnesiumsalze auf den menschlichen Organismus heute nicht mehr aufrechterhalten wird. Im Haushalt z. B. führen solche Wässer insbesondere bei der Wäsche, einen sehr viel stärkeren Seifenverbrauch herbei oder verlangen, daß dem Wasser die Wäsche verteuernde Weichtmachungsmittel zugesetzt werden. Daß harte Wässer auch in der Küche beim Kochen, insbesondere von Hülsenfrüchten, das Weichkochen dieser Früchte erheblich erschweren, sei nur kurz erwähnt. Für industrielle Betriebe, z. B. Wäschereien, trifft es gleichfalls z!u, daß die harten Wässer einen sehr viel größeren Seifenverbrauch bzw. die Anwendung von zusätzlichen Weichmachungsmitteln bedingen und daß die Wäschereien ebenso wie andere weite Industriezweige, z. B. Färbereien,The more or less great hardness which waters are responsible for the supply of wider circles serve, often have is felt very annoying for the reason, because in the domestic or industrial use of such water by the hardness builders valuable substances destroyed or made ineffective, desired reactions prevented or made more difficult without this Disadvantage facing any advantages, especially since the assumption of a favorable effect the lime and magnesium salts dissolved in the water on the human organism is no longer maintained today. In the household z. B. lead Such waters, especially when washing, cause a much higher consumption of soap or demand that softening agents which make the laundry more expensive are added to the water. That hard Water also in the kitchen when cooking, especially of pulses, the soft boiling make this fruit much more difficult, it should only be mentioned briefly. For industrial companies, e.g. B. Laundries, It is also true that the hard waters consume much more soap or the Condition the use of additional softening agents and that the laundries as well other wide industries, e.g. B. dye works,

Textilindustrie usw., dazu übergehen mußten, mehr oder weniger kostspielige Apparaturen und Verfahren einzurichten, um das für ihren Betrieb "notwendige Weichwasser herzustellen. Dadurch tritt eine erhebliche zusätzliche Belastung derjenigen Industrien ein, die auf hartes Wasser angewiesen sind, während Industrien, denen weiches Wasser zur Verfügung steht bzw. bei welchen die Härte des Wassers gleichgültig ist, von diesen zusätzlichen Belastungen in diesem Vers'orgungsgebiet mit hartem Wasser verschont bleiben. Hingewiesen sei nur noch auf die Notwendigkeit der Aufbereitung von Wasser, das zur Speisung von Dampfkesseln benötigt wird. Auch hier sind die Kosten für die Herstellung von für die Kesselspeisung geeignetem Wasser von der Härte des Wassers abhängig, so daß auch hier bei hartem. Wasser eine erheblich größere Belastung auftritt, als wenn ein Wasser von Natur nur eine geringe Härte aufweist.Textile industry, etc., had to switch to more or less expensive equipment and processes set up in order to produce the soft water necessary for their operation a significant additional burden on those industries that rely on hard water, during industries in which soft water is available or in which the hardness of the water is indifferent from these additional burdens in this supply area with hard Water spared. The only thing left to point out is the need to process Water that is needed to feed steam boilers. Again, the cost is for that Production of water suitable for the boiler feed depending on the hardness of the water, see above that even here with hard. Water has a significantly greater exposure than when a water has a low hardness by nature.

Die Nachteile solch harter Wasser werden bekanntlich aber schon im wesentlichen vermieden, wenn eine ausreichende Teilenthärtung erfolgt, so daß es unnötig ist, solche harten Wässer im Wasserwerk vollständig ziu enthärten. Für die teilweise Enthärtung des Wassers bieten sich als naheliegend vor allem diejenigen Verfahren an, welche mit Zusatz von Chemikalien Fällungsreaktionen im Wasser hervorrufen, wodurch Teile der Härte in unlöslicher Form zur Ausscheidung gelangen. Insbesondere wurden hier solche Verfahren als naheliegend erscheinen, bei welchen unter Zusatz von Kalk oder von Kalk und Soda oder ähnlich wirkenden Stoffen und Mischungen der Kalk in der schwerlöslichen Form des Calciumcarbonats zur Abscheidung gelangt. Diese Verfahren haben für die Verwendung in Zentralwasserversorgungsstellen den sehr großen Nachteil, daß die Abfallstoffe, die sich bei diesen Verfahren bilden, also die unlöslich sich ausscheidenden Kalksalze, durch ihre mechanische Beseitigung aus -dem Wasser, insbesondere aber durch die große Verdünnung, in welcher sie anfallen, erhebliche Schwierigkeiten bereiten, da sehr große Filteranlagen notwendig werden, insbesondere aber, daß die Aufstapelung der Abfallstoffe sehr große Räume beansprucht und zusätzliche mechanische Arbeit. An diesen Schwierigkeiten muß deshalb die Verwendung solcher an sich naheliegender Verfahren scheitern.The disadvantages of such hard water are known to be largely avoided, if there is sufficient partial softening so that it is unnecessary to use such hard water in the waterworks soften ziu completely. For the partial softening of the water are obvious especially those processes which, with the addition of chemicals, produce precipitation reactions in the Produce water, whereby parts of the hardness get to the excretion in insoluble form. In particular such procedures would appear obvious here, in which with the addition of Lime or of lime and soda or similar substances and mixtures of lime in the poorly soluble form of calcium carbonate arrives at the deposition. These procedures have for the use in central water supply places the very big disadvantage that the waste materials that are formed in these processes, i.e. the insoluble calcium salts that precipitate, due to their mechanical properties Elimination from the water, in particular but because of the great dilution in which they occur, they cause considerable difficulties very large filter systems are necessary, but in particular that the stacking of waste materials takes up very large spaces and additional mechanical work. In these difficulties the use of such inherently obvious methods must therefore fail.

Für die Wasserenthärtung wird bekanntermaßen auch die Austauschenthärtung in sehr großem Umfang verwendet, bei welcher keinerlei feste Abfallstoffe 'entstehen und 'die Beseitigung hierbei entstehender Salzlösungen und Waschwässer keinerlei Schwierigkeiten bereitet. Das Verfahren der Basenaustauschenthärtung hat aber auch den wenigstens für den vorliegenden Fall bestehenden Nachteil, daß vollständig enthärtetes Wasser erhalten wird und daß die Betriebskosten, insbesondere bei Wässern mit hoher Carbonathärte, .die Einführung dieses Verfahrens gegenüber dem Kalk-Soda-Verfahren erschweren.As is known, exchange softening is also used to a very large extent for water softening used, in which no solid waste 'arises and' the disposal of this arising Salt solutions and washing water poses no difficulties whatsoever. The process of base exchange softening but also has the disadvantage, at least for the present case, that completely softened water is obtained and that the operating costs, especially in the case of water with high carbonate hardness, the introduction of this process compared to the soda-lime process make more difficult.

Es wurde nun die Beobachtung gemacht, daß man diese Schwierigkeiten dadurch beseitigen kann, daß man die Basenaustauschstoffe nur mit einem Teil derjenigen Kochsalzmenge regeneriert, wie sie zur Gewinnung von härtefreiem Wasser bislang angewendet werden. Dadurch wird der Enthärtungsvorgang in zweierlei Weise verändert:It has now been observed that these difficulties can be eliminated by that the base exchangers are regenerated only with a part of that amount of table salt as they do have so far been used to obtain hardness-free water. This will start the softening process changed in two ways:

Erstens erhält man dadurch ein Wasser, welches eine gewisse Resthärte aufweist und welches diese Resthärte fast gleichbleibend über eine lange Laufzeit hin aufrechterhält. Das war auf Grund der bisherigen Erfahrungen in keiner Weise vorauszusehen, man konnte vielmehr annehmen, daß bei dieser Art der Regeneration nur zu Beginn, der Enthärtung völlig enthärtetes Wasser 'erhalten und daraufhin ein Wasser mit .dauernd steigender Resthärte erhalten, oder daß von vornherein eine gewisse Resthärte auftreten würde, die aber dauernd im Laufe des Betriebes zunehmen würde. Eine solche wechselnde Beschaffenheit des Wassers hätte eine .dauernde Beobachtung während der gesamten Laufzeit der Filter notwendig gemacht, wodurch das Verfahren für die Einführung in die Technik vollständig ungeeignet geworden wäre.Firstly, you get a water which has a certain residual hardness and which this Maintains almost constant residual hardness over a long period of time. That was because of the In no way to foresee previous experiences, one could rather assume that with this type of regeneration only get completely softened water at the beginning of the softening process and then a water with a permanently increasing residual hardness is obtained, or that a certain amount from the start Residual hardness would occur, but would increase continuously in the course of operation. One Such a changing nature of the water would have a continuous observation during the whole Runtime of the filter made necessary, thereby the procedure for the introduction to the technology would have become completely unsuitable.

Zweitens geht die Kapazität des Austauschstoffes zurück. Das hat zur Folge, daß die zur Beseitigung einer bestimmten Menge von Härtebildnem notwendig© Menge Austauschstoff etwa umgekehrt proportional dein Rückgang der Kapazität erhöht werden muß. Dadurch wird eine gewisse Steigerung der Anlagekosten bedingt, der aber eine beträchtliche Einsparung an Betriebskosten gegenübersteht. Während nämlich zur Erzielung eines völlig hartefreien Wassers auf eine Gewichtsmenge Kalk die 6- bis 7fache Gewichtsmenge Kochsalz zur Regeneration des Austauschstoffes aufgewendet werden muß, benötigt man bei dem Verfahren gemäß der Erfindung nur etwa die 3,5fache Gewichtsmenge Kochsalz auf eine Gewichtsmenge Kalk. Damit werden die Betriebskosten, die sich im wesentlichen aus den Kosten für die zur Regeneration notwendige Kochsalzbeschaffung zusammensetzen, auf die Hälfte oder darunter gemindert.Second, the capacity of the substitute decreases. This has the consequence that the elimination a certain amount of hardness components necessary © amount of exchange material roughly the other way around proportionately your decrease in capacity must be increased. This will give some boost the investment costs, but this is offset by a considerable saving in operating costs. While namely to achieve a completely hard-free water on a weight amount of lime the 6- to 7 times the weight of table salt are used to regenerate the substitute material must, you only need about 3.5 times the amount by weight in the method according to the invention Table salt to an amount by weight of lime. This will reduce the operating costs, which are essentially from the costs for the procurement of table salt necessary for regeneration, by half or less.

Das Wesen des neuen Verfahrene sei durch folgende Ausführungen erläutert: Zum Zweck der Herstellung eines teilenthärteten Wassers von praktisch gleichbleibender Resthärte wird das Basenaustauschmaterial mit nur einem Bruchteil der zur Enthärtung auf o° erforderlichen Salzmeinge regeneriert. Bezieht man die zur Regeneration erforderliche Salzmengie auf die zu beseitigende Härtelmenge, ausgedrückt in Kilogramm Kalk, so hat man beispielsweise bei Enthärtung auf o° 7 kg Kochsalz pro Kilogramm Kalk für die Regeneration des Materials aufzuwenden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung hätte man zur Gewinnung eines teilenthärteten Wassers nur mit einem Bruchteil .dieser Salzmenge, z. B. der Hälfte, zu regenerieren, wodurch sich die zur Regeneration notwendige Salzmenge auf das 3,5fache der zu beseitigenden Kalkmenge vermindert.The essence of the new procedure is explained by the following statements: For the purpose of The base exchange material is used to produce partially softened water with practically constant residual hardness regenerated with only a fraction of the amount of salt required for softening to 0 °. If you relate the amount of salt required for regeneration to that to be removed Hardening amount, expressed in kilograms of lime, for example, with softening to o ° 7 kg To use table salt per kilogram of lime for the regeneration of the material. In the process According to the invention, only a fraction would be needed to obtain partially softened water .this amount of salt, e.g. B. half to regenerate, whereby the necessary for regeneration The amount of salt reduced to 3.5 times the amount of lime to be removed.

Die genannten Vorteile des Verfahrens, die Gewinnung eines Wassers von konstanter Resthärte und die Verminderung des Salzbedarfs pro Kilogramm Kalk, gehen also einher mit einer Ver-The mentioned advantages of the process, the production of a water of constant residual hardness and the reduction in the need for salt per kilogram of lime, thus go hand in hand with

minderung der Kapazität des Austauschmaterials, so daß man allgemein aluch das Verfahren wie folgt darstellen kann:reduction in the capacity of the exchange material, so that one generally aluch the procedure like can represent:

Während bei der Enthärtung eines Wassers auf 5 o° λ: kg Kalk bei der Regeneration von j/cbm Material mit 2 kg Kochsalz notwendig sind, sind zur Beseitigung von λ: kg Kalk nach dem Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise ι y cbm Basenaustauschmaterial notwendig, die mit beispielsweiseWhile in the softening of a water to 50 ° λ: kg of lime are necessary for the regeneration of j / cbm of material with 2 kg of table salt, for the removal of λ: kg of lime according to the method according to the invention, for example ι y cbm of base exchange material are necessary, those with, for example

ίο nur 2/2 kg Kochsalz regeneriert werden müssen. Bezieht man die zur Regeneration notwendige Kochsalzmenge auf das zur Enthärtung .dienende Materialvolumen, so beträgt bei dem Verfahren geanaß der Erfindung die zu Regeneration eines bestimmten Volumens Basenaustauschmaterial notwendige Kochsalzmenge dem Beispiel entsprechend ein Viertel derjenigen, die man zur Enthärtung auf o° anwenden muß.ίο only 2/2 kg of table salt need to be regenerated. Relates the amount of common salt required for regeneration is added to that for softening Volume of material, so is in the process According to the invention, the necessary for the regeneration of a certain volume of base exchange material The amount of table salt in the example corresponds to a quarter of that used for softening must apply to o °.

Durch das folgende Beispiel sei das Verfahren, erläutert: Es sollen 100cbm eines Wassers von 43° d. H. zum Teil, z.B. auf 4°d, enthärtet werden, d.h. es muß auf 100cbm Wasser eine 39kg Kalk entsprechende Menge von Härtebildnem beseitigt werden. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik würde man wie folgt vorgehen: Man würde 90,7 cbm auf o° enthärten und diese Menge mit 9,3 cbm Rohwasser mischen. Bei einem Basenaustauscher mit einer Kapazität von 9 g CaO pro Liter Material wären dazu 4,33 cbm Basenaustauscher notwendig¹. Die zur Regeneration des Materials benötigte Kochsalzmenge beträgt 60 g Kochsalz pro Liter Material; es müssen also zur Entfernung von 39kg Kalk 260kg Kochsalz, d.h. die 6,7fache Gewichtsmenge Kochsalz aufgewendet werden.The following example explains the process: 100 cbm of water of 43 ° d. H. to be partially softened, for example to 4 ° d, ie an amount of hardness components corresponding to 39 kg of lime must be removed for 100 cbm of water. According to the current state of the art, one would proceed as follows: One would soften 90.7 cbm to 0 ° and mix this amount with 9.3 cbm of raw water. For a base exchanger with a capacity of 9 g CaO per liter of material, 4.33 cbm of base exchanger would be required ¹ . The amount of common salt required to regenerate the material is 60 g of common salt per liter of material; To remove 39 kg of lime, 260 kg of table salt, ie 6.7 times the weight of table salt, must be used.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung regeneriert man den Basenaustauscher niur mit 15g Salz pro Liter Material. In der Weichwasserperiode lauft dann ein teilenthärtetes Wasser mit einer praktisch konstanten Resthärte von 40⁰ d ab. Unter diesen Regenenationsbedingungen hat der Basenaustauscher eine auf 4,3 g CaO pro Liter Material geminderte Kapazität. Um eine 39 kg Kalk entsprechende Härtemenge beseitigen zu können, müssen nun 9,07 cbm Basenaustauscher angewendet werden, die mit 136 kg Kochsalz regeneriert werden. Die zur Beseitigung von 39 kg Kalk aufzuwendende Kochsalzmenge sinkt also auf das 3,sfache. Die Ersparnis an Betriebskosten beträgt nahezu 500/0. Man bann ferner in diesem Fall auf die Mischapparatur mit Rohwasser und ihre Wartung verziehten, wodurch sowohl eine Ersparnis an Anlagewie an Betriebskosten eintritt.In the process according to the invention, the base exchanger is only regenerated with 15 g of salt per liter of material. In the soft water period, a partially softened water then run with a practically constant residual hardness of 40 ⁰ from d. Under these regeneration conditions, the base exchanger has a capacity reduced to 4.3 g CaO per liter of material. In order to be able to remove an amount of hardness corresponding to 39 kg of lime, 9.07 cbm of base exchanger must now be used, which are regenerated with 136 kg of table salt. The amount of table salt that has to be used to remove 39 kg of lime is three times lower. The saving in operating costs is almost 500/0. Furthermore, in this case the mixing apparatus with raw water and its maintenance were forbidden, which results in savings in both plant and operating costs.

Wird eine weitergehende Enthärtung, z. B. auf 2 bis 2,5°, angestrebt, so kann man das durch Erhöhung der Salzmenge erreichen, wobei die Kapazität des Materials gegenüber dem! vorigen Beispiel ansteigt, der Kochsalzverbrauch aber immer noch erheblich unter dem liegt, der zur Enthärtung des Wassers auf o° benötigt wird.If further softening, e.g. B. strived to 2 to 2.5 °, you can do that by increasing the amount of salt, with the capacity of the material compared to the! previous example increases, but the consumption of table salt is still considerably below that required for softening of the water to o ° is required.

Die Einstellung 'einer höheren Resthärte, z. B. 12 bis 15⁰, die in gewiesen Fällen erwünscht sein kann, wird man dann so vornehmen, daß main das Wasser erfindungsgemäß teilenthärtet und dann mit Rohwasser in einem Verhältnis mischt, das der gewünschten Resthärte entspricht. Will man irgendeinen anderen Härtegrad für das Wasser, das in das Rohrnetz geschickt werden soll, einstellen, so ist ohne weiteres ersichtlich, daß dann lediglich eine andere Einstellung der Mischung mit Rohwasiser notwendig¹ ist. Will man unmittelbar härteres oder weicheres Wasser haben, so kann man auch die Kochsalzmenge weiter vermindern oder erhöhen.The setting 'a higher residual hardness, z. B. 12 to 15 ⁰ , which may be desirable in certain cases, you will then make so that main the water according to the invention partially softened and then mixed with raw water in a ratio that corresponds to the desired residual hardness. If one wants to any other degree of hardness of the water that is to be sent into the pipe network, adjust, as is readily apparent that only then a different setting of the mixture with necessary Rohwasiser ^1. If you want to have harder or softer water immediately, you can further reduce or increase the amount of table salt.

Claims

Claim.

Process for softening water using the base exchange process, characterized in that Z ^{1, in order to} achieve a substantially constant residual hardness, is reduced to a fraction of that amount, the amount of common salt required to regenerate the base exchanger, based on a certain amount of hardness to be removed, which is necessary for softening to o °.

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