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Verfahren zur Wasserenthärtung mittels Alkaliseifen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren, um in möglichst einfacher Weise und vollständig die Härtebildner
Calcium und Magnesium aus dem Wasser zu entfernen.
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Die in der Technik vorwiegend üblichen Verfahren zur Wasserenthärtung
mit Hilfe von Soda, Ätznatron, Ätzkalk, Trinatriumphosphat oder auch Natriumoxalat
bewirken bekanntlich keine vollständige Enthärtung; stets bleiben einige Härtegrade
im Wasser zurück.
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Die ebenfalls sehr gebräuchliche Wasserenthärtung mit Hilfe von Basenaustauschern
ermöglicht zwar die Gewinnung eines Wassers von weniger als I ° dH. Dabei ist aber
stets eine Regenerierung der nach einiger Zeit unwirksam gewordenen Austauscher
nötig. Außerdem kommt man bei dieser Methode in der Regel ohne Vorschaltapparaturen
nicht aus.
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Ferner sind Methoden zur Härtebestimmung in Wasser mit Hilfe von Seifenlösungen
bekannt, z. B. nach Clark oder Blacher. Bei diesen Methoden werden zwar die Härtebildner
quantitativ gefällt, jedoch in nicht filtrierbarer bzw. nicht absetzbarer Form.
Diese Methoden sind daher für die industrielle Wasserenthärtung nicht verwendbar.
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Schließlich ist die Verwendung seifenhaltiger Bleichsoda zum Weichmachen
von Wasser für Waschzwecke bekannt. Auch hierbei setzen sich aber die entstehenden
Kalkseifen nicht ab, sondern werden lediglich im Waschwasser dispergiert; ein
völlig
kalk- und magnesiafreies Wasser läßt sich auf diesem Wege also nicht gewinnen.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, daß
man das Rohwasser entweder direkt oder besser nach Vorenthärtung in bekannter Weise
mit Ätzkalk und Soda oder mit Trinatriumphosphat oder mit Oxalat und vorzugsweise
nach anschließender Filtration mit Natriumhydroxyd versetzt und dann mit Natriumstearat
oder -palmitat oder im wesentlichen hieraus bestehenden Seifen behandelt, die aber
durch einen möglichst geringen Gehalt an Oleaten ausgezeichnet sind. Hierdurch werden
die Erdalkalien als fettsaure Salze abgeschieden, ohne daß kolloidale Lösungen auftreten;
vielmehr entstehen Niederschläge, die sich durch gewöhnliche Filter unter Erzielung
einer völlig klaren Flüssigkeit gut filtrieren lassen.
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Zu den Seifen mit solchen Eigenschaften gehört das Natriumsalz der
handelsüblichen, auch Palmitinsäure enthaltenden Stearinsäure.
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Die Seifen werden nicht in Form einer wäßrigen Auflösung dem Wasser
zugesetzt, sondern in fester Form angewendet. Entweder wird das zu enthärtende Wasser
mit den feingepulverten Seifen, z. B. mit Natriumstearat, verrührt; oder man läßt
das Wasser durch eine ausreichend hohe Schicht von Natriumstearatbrocken langsam
herabfließen. Auch kann man das Wasser in einem waagerecht liegenden, langsam rotierenden
Zylinder mit gröberen Natriumstearatbrocken in Berührung bringen. Dabei werden alle
Härtebildner als fettsaure Salze abgeschieden, und man erhält nach Filtration ein
klares Wasser vom Härtegrad Null.
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Von wesentlicher Bedeutung für das Gelingen der Operation ist, daß
die Fällung der fettsauren Salze bei Gegenwart von genügend Natriumhydroxyd erfolgt,
das die Aufgabe hat, die Bildung von saurem Stearat oder saurem Palmitat zu verhindern.
Es genügt in allen Fällen eine Menge von o,6 bis o,8 g NaOH auf I 1 Flüssigkeit.
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Aus den folgenden Versuchen geht die Bedeutung des Natriumhydroxydzusatzes
hervor. Das hierzu verwendete Wasser enthielt im Liter o,o9 g Ca 0 und 0,007 g Mg
0. Gesamthärte Io°, temporäre Härte I°.
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Versuch I. In 11 Wasser von I7° C wurden o,8 g Natriumhydroxyd gelöst.
Hinzugegeben wurde im Laufe von 2 Minuten unter mäßigem Rühren die berechnete Menge
feingepulverten Natriumstearats. Es wurde dann noch 5 Minuten gerührt und die Flüssigkeit
Io Minuten stehengelassen. Dann wurde filtriert. Die Filtration ging rasch vor sich.
Das Filtrat war vollkommen klar und hatte die Härte Null.
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Versuch 2. Arbeitete man in der gleichen Weise, jedoch ohne Zusatz
von Natriumhydroxyd, so ging die Filtration langsam vor sich. Das Filtrat hatte
5,5 ° dH.
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Versuch 3. Das Wasser wurde mit Soda und so viel Natriumhydroxyd enthärtet,
wie zur Fällung von Magnesium, zur Bindung freier Kohlensäure und zur Beseitigung
der temporären Härte nötig war. Die von der Fällung klar abgezogene Flüssigkeit
hatte die Härte 2,7°. In I 1 hiervon wurden o,8 g Natriumhydroxyd gelöst. Dann wurde
unter Rühren im Laufe von 2 Minuten die berechnete Menge feingepulverten Natriumstearats
hinzugegeben. Die Flüssigkeit wurde weiter 5 Minuten gerührt, Io Minuten der Ruhe
überlassen und dann filtriert. Die Filtration ging glatt vor sich. Das Filtrat war
vollkommen klar und hatte die Härte o°.
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Versuch 4. Wurde ganz analog wie bei Versuch 3 verfahren, jedoch kein
Natriumhydroxyd bei der Nachenthärtung mit Natriumstearat zugesetzt, so verlief
die Filtration wesentlich langsamer als bei Versuch 3. Das Filtrat hatte die Härte
o,9°.
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Die Temperatur des mittels Seife zu enthärtenden Wassers liegt am
besten unter 2o° C. Wärmezufuhr ist auch bei niedriger Wassertemperatur nicht erforderlich,
wenn auch die Reaktion naturgemäß bei höherer Temperatur ein wenig schneller verläuft.
Sollte ein Wasser von z. B. 30 oder 40° nachzuenthärten sein, so wäre auch bei solchen
Temperaturen das Natriumstearat ohne weiteres verwendbar; jedoch wäre hier nur die
Verwendung des feingepulverten Produktes angebracht.
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Hat man das Wasser auf die eine oder andere Art vorenthärtet, so wird
die Nachenthärtung durch Seife erfindungsgemäß am besten nach Abtrennung der betreffenden
Niederschläge durch Filtration oder durch Dekantieren vorgenommen. Man erhält aber
auch gute Resultate, wenn man die Nachenthärtung ohne vorherige Filtration ausführt,
natürlich ebenfalls bei Gegenwart von genügend Natriumhydroxyd. An Stelle der genannten
Seifen lassen sich auch innige, am besten auf feuchtem Wege herzustellende Gemische
derselben mit solchen stearat- oder palmitathaltigen Seifen verwenden, die für sich
allein nicht zur Enthärtung gemäß der Erfindung geeignet sind. Ferner können statt
der Seifen die entsprechenden Fettsäuren zusammen mit der zur Seifenbildung erforderlichen
Alkalimenge benutzt werden.
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In der deutschen Patentschrift 94 494 ist bereits ein Verfahren zur
vollständigen Abscheidung der Härtebildner mit Hilfe von Natriumoleat beschrieben,
bei welchem die Härtebildner bei gewöhnlicher Temperatur als Oleate gefällt werden.
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Auch diesem Verfahren gegenüber hat die vorliegende Arbeitsweise wesentliche
Vorteile aufzuweisen.
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Beide Verfahren unterscheiden sich zunächst wesentlich dadurch, daß
bei der Fällung der Erdalkalien gemäß der Patentschrift 94494 ein Alkalihydroxydüberschuß
sorgfältig vermieden werden muß, während ein solcher Überschuß bei dem vorliegenden
Verfahren gerade wesentlich für das Gelingen der Enthärtung ist.
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Das ältere Verfahren verwendet als Fällungsmittel ausschließlich reines
Alkalioleat, also nicht Seifen im industriellen Sinne des Wortes. Seifen, die neben
Oleat auch Stearat und Palmitat enthalten, werden hingegen verworfen.
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Demgegenüber sind beim vorliegenden Verfahren sehr viel billigere
technische Seifen bzw. Fettsäugen
durchaus verwendbar, z. B. technische
Stearinsäure mit bis zu 40% Palmitinsäure und bis zu Io% Ölsäure, ferner eine aus
Preßtalg oder Talg gewonnene Fettsäure mit hohem Stearin- und Palmitinsäuregehalt,
ebenso eine aus Palmöl oder Palmkernöl hergestellte technische Fettsäure mit hohem
Palmitinsäuregehalt.
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Zwar kann man, wie auch die Patentschrift 94,494 besagt, aus den bei
der Enthärtung anfallenden Erdalkalioleaten durch Salzsäure die Ölsäure zurückgewinnen.
Dies verursacht aber stets mehr Mühe und Kosten als die Wiedergewinnung der Fettsäuren
beim vorliegenden Verfahren. Denn die Menge der anfallenden Erdalkalioleate ist
sehr viel größer als diejenige der beim vorliegenden Verfahren gebildeten Erdalkalistearate.
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Wird nämlich bei dem Oleatverfahren die Gesamthärte des Wassers durch
Seife allein fortgenommen, so bietet das vorliegende Verfahren dagegen die Möglichkeit,
den weitaus größten Teil der Härtebildner vorweg durch anorganische Chemikalien,
z. B. Ätzkalk und Soda, auszufällen, so daß nur noch zwei bis drei Härtegrade durch
Seife zu entfernen sind.
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Würde man z. B. Ioo cbm Wasser von 40° dH. nach dem Verfahren der
Patentschrift 94 494 völlig enthärten, so würden dabei 43o kg trockenes Calciumoleat
entstehen, während bei der totalen Enthärtung von Ioo cbm des gleichen Wassers mit
Natriumstearat nach Vorenthärtung mit Ätzkalk und Soda bis auf 21/2° dH. nur 27
kg Calciumstearat gebildet würden. In Betrieben mit nicht sehr großem Weichwasserbedarf
wird man daher in vielen Fällen bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens von einer
Wiedergewinnung der Fettsäure ganz absehen können.
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Weiter zeichnet sich das vorliegende Verfahren vor dem Oleatverfahren
dadurch aus, daß es stets und ohne Schwierigkeit zu einem vollständig klaren, opaleszenzfreien
Wasser führt. Bei dem Oleatverfahren hingegen kommt es vor, daß das enthärtete Wasser
getrübt ist, so daß je nach Bedarf eine Nachbehandlung mit Ferri- oder Aluminiumsalz
nötig wird, gegebenenfalls bei Gegenwart von Klärmitteln, wie Sägemehl und Papiermasse,
mit anschließender Filtration durch ein Sandfilter. Eine derartige Nachbehandlung
des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren enthärteten Wassers ist in keinem Falle
nötig.
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Schließlich bietet das vorliegende Verfahren im Gegensatz zu demjenigen
gemäß der Patentschrift 94 494 noch den besonderen Vorteil, unter Verwendung einer
festen Mischung auch in einer einzigen Operation Wasser völlig enthärten zu können.