RU2569094C2

RU2569094C2 - Определение жесткости сырой воды в установке для водоподготовки по электропроводимости умягченной или смешанной воды

Info

Publication number: RU2569094C2
Application number: RU2012130341/05A
Authority: RU
Inventors: Ральф ЗЕКНИК
Original assignee: Юдо Вассерауфберайтунг Гмбх
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2015-11-20
Also published as: EP2512994A2; ES2484045T3; WO2011080075A3; DE102009055007A1; CN102666399B; RU2012130341A; PL2512994T3; JP2013514166A; ZA201204366B; AU2010338452A1; NZ600381A; JP5809162B2; CA2782923C; US8696912B2; CN102666399A; WO2011080075A2; US20120261346A1; AU2010338452B2; EP2512994B1; CA2782923A1

Abstract

Изобретения могут быть использованы при эксплуатации установки водоподготовки для умягчения воды в системах водоснабжения. Установка (1) для водоподготовки включает устройство для умягчения (4), содержащее ионообменную смолу (7), датчик электропроводности (9), электронное управляющее устройство (13) с запоминающим устройством (18) для выполнения способа эксплуатации установки для водоподготовки, автоматически регулируемое разбавительное устройство (11) для смешения потока смешанной воды V(t)_verschnitt из первого, умягченного частичного потока V(t)_teil1weich, и второго, выведенного из сырой воды частичного потока V(t)_teil2roh.Датчик электропроводности (9) размещен в области умягченной воды или смешанной воды, при этом экспериментально определяют электропроводность LF_weich умягченной воды или электропроводность LF_verschnitt смешанной воды и рассчитывают электропроводность LF_roh сырой воды и/или общую жесткость сырой воды по установленным расчетным формулам. Изобретения обеспечивают экономичное и долговременно надежное управление установкой для водоподготовки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к способу эксплуатации установки для водоподготовки, с

- устройством для умягчения, в частности, включающим ионообменную смолу,

- датчиком электропроводности,

- электронным управляющим устройством и

- автоматически регулируемым разбавительным устройством для смешения потока смешанной воды V(t)_verschnitt из первого, умягченного частичного потока V(t)_teil1weich, и второго, выведенного из сырой воды частичного потока V(t)_teil2roh, причем экспериментально определяют электропроводность LF_weich умягченной воды или электропроводность LF_verschnitt смешанной воды.

Такой способ был известен из патентного документа DE 10 2007 013 203 А1.

Умягчение воды повсеместно применяется там, где для обычных систем водоснабжения (таких как сеть распределения питьевой воды) в распоряжении имеется только относительно жесткая вода, однако по техническим причинам или из соображений удобства желательна мягкая вода.

При умягчении воды применяются устройства для снижения жесткости воды, которые главным образом действуют по способу ионного обмена. При этом содержащиеся в воде соли жесткости (ионы кальция и магния) заменяются в ионообменной смоле на ионы натрия. При истощении ионообменной смолы она должна быть регенерирована, например, промыванием рассолом.

Из технических или экономических соображений часто оказывается необходимым или желательным иметь в распоряжении не полностью умягченную воду, а воду со средней, однако точно определенной жесткостью воды. Так, полностью умягченная вода может обусловливать проблемы коррозии, когда уже невозможно образование защитного слоя в расположенном ниже по потоку трубопроводном оборудовании. К тому же при полном умягчении быстро истощается емкость умягчителя, и его необходимо преждевременно регенерировать. Это связано с большим расходом соли и тем самым с высокими затратами. Для проведения частичного умягчения необходимо устройство (разбавительное устройство) для смешения умягченной воды (также называемой чистой водой или мягкой водой) и сырой воды. Как правило, желательно устанавливать и регулировать жесткость воды в смешанной воде, которая представляет собой смесь умягченной воды и сырой воды.

Патентный документ DE 10 2007 059 058 В3 описывает установку для умягчения воды, в которой измеряют электропроводность сырой воды с помощью датчика электропроводности. Общую жесткость сырой воды, которую используют для регулирования регенерации или разбавительного устройства, выводят посредством калибровочных характеристических кривых F1 и F2 из значений электропроводности сырой воды.

Датчики электропроводности являются экономически выгодными и простыми в применении, однако имеют тот недостаток, что они в качестве измерительных зондов используют электроды, которые при применении в жесткой воде могут покрываться известью. Образование слоя извести на поверхностях электродов может привести к неправильной работе датчиков электропроводности.

Патентный документ DE 100 11 692 А1 описывает бытовой прибор, в частности посудомоечную машину, в которой сырая вода поступает к подводящему трубопроводу моечного отсека с разбавительным клапаном частично через умягчитель и частично напрямую. В подводящем трубопроводе размещен датчик электропроводности для определения жесткости.

Патентный документ DE 10 2007 013 203 А1 показывает устройство для водоподготовки, в котором зонды для измерения проводимости размещены на стороне входа и на стороне выхода, чтобы измерять качество сырой воды и качество смешанной воды. В зависимости от степени истощения регулируют смесевое соотношение. В альтернативном варианте, смесевое соотношение может быть отрегулировано также непосредственно по величине проводимости, определяемой зондом на стороне выхода.

Патентный документ ЕР 1 002 495 А1 описывает способ умягчения воды и определения срока регенерации в посудомоечной машине с программным управлением. Сырая вода и мягкая вода смешиваются в зависимости от жесткости сырой воды и жесткости мягкой воды; для этого установлены датчики степени жесткости. Когда жесткость мягкой воды повышается, происходит регенерация.

Задача изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности экономичного и долговременно надежного управления установкой для водоподготовки, в частности регенерацией и разбавлением.

Краткое описание изобретения

Эта задача решена с помощью способа указанного в начале типа, который отличается тем, что из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды или LF_verschnitt смешанной воды выводится электропроводность LF_roh сырой воды и/или общая жесткость сырой воды,

причем при выведении электропроводности LF_roh сырой воды и/или общей жесткости сырой воды из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды или LF_verschnitt смешанной воды с помощью одной или более функций вносится поправка на различную электропроводность иона кальция или магния, с одной стороны, и двух ионов натрия, с другой стороны,

и что выведенная электропроводность LF_roh сырой воды и/или общая жесткость сырой воды используется для того, чтобы отрегулировать жесткость потока V(t)_verschnitt смешанной воды путем соответствующего регулирования смесевого соотношения обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh до предварительно заданного значения (SW).

Согласно настоящему изобретению, для определения жесткости сырой воды, которая, в свою очередь, обычно получается из измерения электропроводности сырой воды, используется датчик электропроводности. Однако этот датчик электропроводности должен быть размещен не в области установки для водоподготовки, где подводится сырая вода, а может быть размещен в области подведения мягкой или смешанной воды установки для водоподготовки. Благодаря этому датчик электропроводности хорошо защищен от отложений извести, и обеспечивается долговременная работоспособность экономичного датчика электропроводности.

Электропроводность, регистрируемая датчиком электропроводности, представляет собой суммарный параметр, который учитывает растворенные в воде ионы. Электропроводность неумягченной воды (сырой воды) приблизительно пропорциональна жесткости воды, то есть, содержанию ионов кальция и магния.

При умягчении воды содержащиеся в воде соли жесткости (ионы кальция и магния) заменяются в ионообменной смоле на ионы натрия. При этом ион кальция или, соответственно, магния замещается двумя ионами натрия, и соответственно изменяется электропроводность умягченной воды.

Умягченная вода (мягкая вода) не содержит ионов кальция и магния. Несмотря на это, измеренная в умягченной воде электропроводность ведет себя пропорционально содержанию солей жесткости в предшествующей сырой воде. В умягченной воде соли жесткости заменяются на ионы натрия исключительно стехиометрически; однако состав и концентрация остальных ионов остаются неизменными. Поэтому по измеренной электропроводности умягченной воды можно судить об электропроводности сырой воды и тем самым о жесткости сырой воды. В настоящем изобретении использовано именно это обстоятельство.

Кроме того, в рамках изобретения из измеренного значения электропроводности в умягченной воде с помощью подходящей функции или многих подходящих функций (часто заложенных в управляющее устройство в виде характеристических кривых) выводится электропроводность сырой воды и/или общая жесткость сырой воды. Функция или функции вносят поправки в различную электропроводность иона кальция или, соответственно, магния, с одной стороны, и двух ионов натрия, с другой стороны. Если экспериментально определяется электропроводность смешанной воды вместо полностью умягченной воды, то поправка должна иметь значение соответственно процентным долям обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh.

Следует отметить, что выведение электропроводности LF_roh сырой воды и общей жесткости сырой воды соответственно изобретению обычно проводится без предшествующего определения жесткости смешанной воды. Жесткость смешанной воды может быть определена по выведенной жесткости сырой воды и относительным долям частичных потоков.

В условиях экспериментального определения электропроводности в умягченной или частично умягченной воде можно в течение длительного времени сохранять поверхности измерительных электродов свободными от известковых отложений. Благодаря этому датчики электропроводности не нуждаются в обслуживании и всегда дают правильные результаты измерений.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Варианты с определением электропроводности мягкой воды

В рамках изобретения датчик электропроводности может быть размещен в области мягкой воды. В этом случае для определения свойств сырой воды, таких как электропроводность сырой воды или жесткость сырой воды, не нужно проводить оценки соответственно частичным потокам; тогда способ является особенно простым. Для определения жесткости сырой воды сначала электропроводность LF_roh сырой воды может быть выведена из электропроводности LF_weich умягченной воды и затем электропроводность LF_roh сырой воды с помощью известных калибровочных функций пересчитана в жесткость сырой воды. В альтернативном варианте также можно напрямую определить жесткость сырой воды из электропроводности LF_weich умягченной воды.

В предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению способа из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды с использованием пересчетной функции UF выводится электропроводность LF_roh сырой воды, причем LF_roh=UF(LF_weich). Пересчетные функции могут быть заложены в электронном управляющем устройстве, например, как характеристическая кривая, полиномиальная функция или как таблица значений. Из электропроводности сырой воды с использованием известных калибровочных функций может быть легко определена общая жесткость в сырой воде; для разнообразных аспектов регулирования без труда возможно применение различных калибровочных функций.

В особенности предпочтительным является усовершенствование этого варианта, в соответствии с чем пересчетная функция UF выбирается как постоянный коэффициент UFK пересчета, при LF_roh=UFK*LF_weich, причем 0,90≤UFK≤0,99 и предпочтительно 0,93≤UFK≤0,97. При умягчении, то есть при стехиометрической замене ионов кальция и магния в солях жесткости на ионы натрия, электропроводность слегка возрастает. Исследование различных вод показало, что повышение электропроводности в процентном отношении вследствие умягчения независимо от качества воды почти постоянно составляет около 5%, соответственно значению UFK около 0,95, что представляет предпочтительное значение. С этим усовершенствованием расчетные операции для определения электропроводности LF_roh сырой воды значительно упрощаются.

Согласно другому усовершенствованию вышеуказанного варианта предусматривается, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства для умягчения, выводится с помощью первой калибровочной функции К1 из выведенного значения LF_roh сырой воды

и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится с помощью второй калибровочной функции К2 из выведенного значения LF_roh сырой воды.

Обе калибровочных функции К1 и К2 учитывают, что зарегистрированная электропроводность представляет собой суммарный параметр, который охватывает все растворенные в воде ионы, и электропроводность лишь приблизительно пропорциональна жесткости воды, то есть содержанию ионов кальция и магния.

Первая калибровочная функция К1 (чаще всего сохраняемая в управляющем устройстве как калибровочная кривая или калибровочная характеристическая кривая) предпочтительно определяется так, что определяемая по ней жесткость воды, по меньшей мере в хорошем приближении, соответствует максимальной жесткости воды, имеющей место при этой электропроводности. Тем самым избегают того, что процесс регенерации начнется слишком поздно, так что надежно устраняется проскок жесткости. Первая калибровочная функция К1 обычно применяет калибровку по 28-35 μСм/см на ºdH, в частности 30-33 μСм/см на ºdH (причем ºdH: немецкий градус жесткости).

Жесткость воды, определенная из второй калибровочной функции К2 (также чаще всего сохраняемой в управляющем устройстве как калибровочная кривая или калибровочная характеристическая кривая), получается предпочтительно как усредненное значение всех величин жесткости воды, имеющих место при этой электропроводности. С использованием этой второй калибровочной функции можно получить большее согласование между определенной по электропроводности жесткостью сырой воды и фактической жесткостью воды в сырой воде. Тем самым установка и, соответственно, регулирование значения жесткости воды в смешанной воде, являются более точными. Вторая калибровочная функция К2 обычно применяет калибровку по 35-44 μСм/см на ºdH, в частности 38-41 μСм/см на ºdH.

Применением обеих калибровочных функций обеспечивается точное разбавление, причем одновременно надежно устраняется проскок жесткости.

К1 и К2 предпочтительно различаются, в частности, в том, что общая жесткость I, выведенная из первой калибровочной функции К1, по меньшей мере частично является большей, чем общая жесткость II, выведенная из второй калибровочной функции К2. Жесткость сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации и разбавительным устройством, может быть определена из измеренной электропроводности только приближенно. Для процесса регенерации и разбавительного устройства действительны различные требования, которые регламентированы Стандартами DIN EN 14743 и DIN 19636-100. Применением различных калибровочных функций получаются два приближенных значения для общей жесткости сырой воды. С помощью одного приближенного значения можно управлять процессом регенерации таким образом, что исключается проскок жесткости и одновременно соблюдается предписанная в стандарте DIN EN 14743 минимальная обменная емкость ионита в 4 моля (400 г СаСО₃) на килограмм используемой регенерационной соли, тогда как второе приближенное значение точно регулирует разбавительное устройство таким образом, что исполняются установленные стандартом DIN 19636-100 предельные допуски для смешанной воды.

Равным образом предпочтителен вариант соответствующего изобретению способа, который отличается тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства для умягчения, непосредственно выводится посредством первой общей калибровочной функции GK1 из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды

и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, непосредственно выводится посредством второй общей калибровочной функции GK2 из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды. Подобно тому, как описано выше, применением обеих общих калибровочных функций GK1 и GK2 может быть обеспечено точное разбавление, причем одновременно надежно исключается проскок жесткости. Непосредственное определение жесткости сырой воды (без промежуточного определения электропроводности сырой воды) является особенно быстрым. В частности, общая калибровочная функция может соответствовать комбинации пересчетной функции и калибровочной функции или также напрямую назначать эмпирически определенное значение. GK1 и GK2 предпочтительно различаются, в частности, в том, что общая жесткость I, выведенная из первой общей калибровочной функции GK1, по меньшей мере частично является большей, чем общая жесткость II, выведенная из второй общей калибровочной функции GK2.

Варианты с определением электропроводности смешанной воды

В рамках изобретения электропроводность LF_roh сырой воды может быть определена также из электропроводности LF_verschnitt смешанной воды, как правило, с учетом соотношения частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh. При этом может быть проведен подлинный перерасчет электропроводности LF_weich, содержащейся в смешанной воде умягченной воды, принимая во внимание соответствующие частичные потоки. В альтернативном варианте, для определения электропроводности LF_roh сырой воды также может быть применен упрощенный множитель для электропроводности LF_verschnitt смешанной воды, который зависит от частичных потоков и возрастает с увеличением доли сырой воды; обычно множитель при доле сырой воды 0% составляет около 0,95 (или другое значение, соответствующее локальным соотношениям, в области от 0,90 до 0,99, предпочтительно в области от 0,93 до 0,97), при 100%-ной доле сырой воды множитель имеет значение 1 и промежуточные значения множителя линейно интерполируются. Наряду с этим в рамках изобретения возможны также другие приближения. Из (приближенно) определенной электропроводности LF_roh сырой воды тогда с помощью известных калибровочных функций может быть простым путем определена (рассчитана) жесткость сырой воды. Также возможно определение жесткости сырой воды непосредственно из электропроводности LF_verschnitt смешанной воды, как правило, с учетом соотношения частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh.

В предпочтительном варианте исполнения соответствующего изобретению способа предусматривается, что электропроводность LF_roh сырой воды выводится из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды по формуле

В частности, формула решается по LF_roh, причем UF означает пересчетную функцию, посредством которой из электропроводности LF_weich умягченной воды получается электропроводность LF_roh сырой воды, при LF_roh=UF(LF_weich), и UF^-1 означает обратную функцию для UF. По формуле может быть проведено очень точное определение электропроводности LF_roh сырой воды с учетом (относительных) частичных потоков. С использованием обратной функции UF^-1 для пересчетной функции в формуле можно заменить электропроводность LF_weich умягченной воды согласно UF^-1(LF_roh)=LF_weich. Насколько это необходимо, может быть проведено определение LF_roh также в численной форме, в частности, когда решение формулы по LF_roh затруднено. (Относительные) частичные потоки могут быть определены с помощью расходомера непосредственно или косвенно или же оценены по состояниям регулировки разбавительного устройства.

Особенно предпочтительное усовершенствование вышеуказанного варианта исполнения способа предусматривает, что пересчетная функция UF выбирается как постоянный коэффициент UFK пересчета, с LF_roh=UFK*LF_weich, причем 0,90≤UFK≤0,99 и предпочтительно 0,93≤UFK≤0,97, так что справедливо выражение

При постоянном коэффициенте пересчета упрощается определение LF_roh, в частности вышеуказанная формула может быть легко решена по LF_roh.

В равной мере предпочтительное усовершенствование отличается тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства для умягчения, выводится с помощью первой калибровочной функции К1 из выведенного значения LF_roh сырой воды

и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится с помощью второй калибровочной функции К2 из выведенного значения LF_roh сырой воды. Применением обеих калибровочных функций К1 и К2, как уже описано выше, может быть обеспечено точное разбавление, причем одновременно надежно исключается проскок жесткости. К1 и К2 предпочтительно различаются, в частности, в том, что общая жесткость I, выведенная из первой калибровочной функции К1, по меньшей мере частично является большей, чем общая жесткость II, выведенная из второй калибровочной функции К2.

Также предпочтителен вариант способа, который предусматривает, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства для умягчения, выводится непосредственно с помощью первой взвешенной общей калибровочной функции GGК1 из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды и обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh

и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится непосредственно с помощью второй взвешенной общей калибровочной функции GGК2 из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды и обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh. Подобно тому, как описано выше, применением обеих взвешенных общих калибровочных функций GGK1 и GGK2 может быть обеспечено точное разбавление, причем одновременно надежно исключается проскок жесткости. Непосредственное определение жесткости сырой воды (без промежуточного определения электропроводности сырой воды) является особенно быстрым. GGK1 и GGK2 предпочтительно различаются, в частности, в том, что общая жесткость I, выведенная из первой взвешенной общей калибровочной функции GGK1, по меньшей мере частично является большей, чем общая жесткость II, выведенная из второй взвешенной общей калибровочной функции GGK2. В частности, взвешенная общая калибровочная функция может соответствовать комбинации вышеуказанной формулы для определения LF_roh (для которой нужна пересчетная функция или, соответственно, ее обратная функция) и калибровочной функции или также напрямую назначать эмпирически определенное значение.

Соответствующие изобретению установки для водоподготовки

В рамках настоящего изобретения находится также установка для водоподготовки, с

- датчиком электропроводности,

- электронным управляющим устройством и

- автоматически регулируемым разбавительным устройством для смешения потока смешанной воды V(t)_verschnitt из первого, умягченного частичного потока V(t)_teil1weich, и второго, выведенного из сырой воды частичного потока V(t)_teil2roh,

причем датчик электропроводности размещен в области умягченной воды или смешанной воды,

которая отличается тем,

что управляющее устройство предназначено для исполнения вышеописанного, соответствующего изобретению способа. Соответствующая изобретению установка для водоподготовки имеет простую конструкцию. Датчик электропроводности может не подвергаться известковым отложениям и не нуждается в обслуживании. Регулярное удаление известковых отложений не требуется. Управляющее устройство может сохранять все функции, необходимые для проведения технологического процесса, например пересчетную функцию UF или калибровочную функцию.

В предпочтительном варианте исполнения соответствующей изобретению установки для водоподготовки электронное управляющее устройство имеет запоминающее устройство с множеством сохраняемых калибровочных функций (К1, К2), и/или с множеством сохраняемых общих калибровочных функций (GK1, GК2), и/или с множеством сохраняемых взвешенных общих калибровочных функций (GGK1, GGК2) для расчета электропроводности LF_roh сырой воды и/или общей жесткости сырой воды из электропроводности LF_weich умягченной воды или электропроводности LF_verschnitt смешанной воды. Сохранение многочисленных вышеуказанных функций позволяет основывать управление регенерацией и регулирование разбавления на различных значениях жесткости сырой воды и тем самым одновременно повышать надежность своевременной регенерации и точность разбавления.

В равной мере предпочтителен вариант исполнения, в котором имеются по меньшей мере два прибора для измерения величин расхода потока, для непосредственного или опосредованного экспериментального определения частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh. Тем самым управление разбавлением и регенерацией проводится особенно точно; в частности, размещением датчика электропроводности в смешанной воде может быть проведена точная оценка частичных потоков. В альтернативном варианте можно оценить относительные доли частичных потоков на основе знания о положении регулировки разбавительного устройства.

Соответствующая изобретению вышеописанная установка для водоподготовки может быть использована в соответствующем изобретению, описанном выше способе.

Дополнительные преимущества изобретения следуют из описания и чертежа. В равной степени могут найти применение вышеуказанные и далее приведенные признаки, в каждом случае по отдельности или в совокупности в любых комбинациях. Показанные и описанные варианты исполнения не должны пониматься как исчерпывающее перечисление, а скорее имеют характер примеров для описания изобретения.

Подробное описание изобретения и чертежей

Изобретение представлено на чертежах и подробнее разъясняется с помощью примеров исполнения. Как показано:

Фиг. 1 схематически представляет конструкцию соответствующей изобретению установки для водоподготовки;

Фиг. 2 представляет диаграмму измеренной электропроводности сырой воды (LF_roh) в зависимости от измеренной электропроводности после умягчения (LF_weich) для различных образцов питьевой воды;

Фиг. 3 представляет диаграмму измеренной электропроводности сырой воды (LF_roh) в зависимости от титриметрически измеренной общей жесткости сырой воды для различных образцов питьевой воды.

Фиг. 1 показывает пример соответствующей изобретению установки 1 для водоподготовки, которая через впускной канал 2 подключена к местной системе водоснабжения, такой как сеть распределения питьевой воды. Протекающий (общий) по впускному каналу 2 поток V(t)_rohсырой воды сначала проходит через расходомер 3 и затем разделяется на два частичных потока.

Первая часть (общего) потока V(t)_rohсырой воды протекает в устройство 4 для умягчения, которое, в частности, имеет распределительную головку 5, а также два бака 6а, 6b с ионообменной смолой 7. Вторая часть протекает в обводной трубопровод 8.

Сырая вода, поступающая в устройство 4 для умягчения, протекает через оба бака 6а, 6b с ионообменной смолой 7, причем она полностью умягчается (V(t)_teil1weich). При этом ионы кальция и магния в солях жесткости стехиометрически заменяются на ионы натрия. Умягченная вода затем протекает через датчик 9 электропроводности, с помощью которого определяется электропроводность умягченного частичного потока.

Вторая часть сырой воды (V(t)_teil2roh) в обводном трубопроводе 8 проходит через автоматически управляемое разбавительное устройство, в данном случае регулируемый сервомотором 10 разбавительный вентиль 11.

Первый частичный поток V(t)_teil1weich и второй частичный поток V(t)_teil2roh наконец объединяются в поток V(t)_verschnitt смешанной воды, который поступает в выпускной канал 12. Выпускной канал 12 присоединен к последующему водопроводу, такому как трубопроводы с холодной водой в здании.

Результаты измерений датчика 9 электропроводности и расходомера 3 передаются на электронное управляющее устройство 13.

В качестве соответствующей изобретению особенности управляющее устройство 13 имеет запоминающее устройство 18 для (в данном случае) множества функций (предпочтительно заложенных в виде характеристических кривых), с помощью которых из результатов измерений датчика 9 электропроводности в потоке V(t)_teil1weich умягченной воды определяется моментальная жесткость воды WH_roh ^mom сырой воды. Функции учитывают, что в умягченном частичном потоке V(t)_teil1weich ионы кальция и магния заменяются стехиометрически, то есть в каждом случае один ион образователя жесткости на два иона натрия, в результате чего электропроводность специфически изменяется. В примере исполнения в управляющем устройстве 13 и, соответственно, запоминающем устройстве 18 заложена пересчетная функция UF, с помощью которой измеренная электропроводность LF_weich умягченной воды пересчитывается в соответственную электропроводность LF_roh сырой воды. Далее, заложены две калибровочных функции К1 и К2, посредством которых электропроводность LF_roh сырой воды может быть пересчитана в жесткость сырой воды для целей управления регенерацией (с помощью калибровочной функции К1) и в жесткость сырой воды для целей регулирования разбавления (с помощью калибровочной функции К2).

В управляющем устройстве также заложено желательное заданное значение (SW) жесткости воды для смешанной воды. Из заданного значения (SW) жесткости смешанной воды и моментальных значений WH_roh ^mom жесткости воды в сырой воде управляющее устройство 13 определяет моментальное заданное соотношение частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh, из которого получается желательная жесткость воды в смешанной воде. Доли обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh определяются регулированием разбавительного устройства. В показанном примере исполнения относительные доли частичных потоков оцениваются по (известному) положению регулирования разбавительного вентиля 11; в альтернативном варианте, может быть также предусмотрен дополнительный расходомер, такой как в обводном трубопроводе 8, так что второй частичный поток V(t)_teil2roh непосредственно и первый частичный поток V(t)_teil1weich опосредованно могут быть определены как разность V(t)_roh (общего) и V(t)_teil2roh.

Электронное управляющее устройство 13 также следит за состоянием истощения ионообменной смолы 7 в обоих баках 6а, 6b. При этом, при водозаборе, отбираемое количество воды в каждом случае оценивается сообразно конкретной моментальной жесткости сырой воды и соотносится с реальной остаточной емкостью. Если бак истощен, то электронное управляющее устройство 13 отключает израсходованный бак от сети и подвергает его регенерации. Для этого электронным управляющим устройством 13 автоматически приводится в действие регенерационный вентиль 14 с сервомотором 15, в результате чего раствор 16 регенерационного средства (предпочтительно рассол) протекает из сборника 17 через истощенный бак.

Фиг. 2 показывает схематический график измеренной электропроводности LF_roh сырой воды в зависимости от измеренной электропроводности LF_weich соответственной умягченной воды для различных образцов питьевой воды.

Для составления графика на Фиг. 2 были исследованы образцы питьевой воды из различных сетей водоснабжения и экспериментально определена их электропроводность. Затем образцы питьевой воды были полностью умягчены с использованием соответствующей изобретению установки 1 для водоподготовки, и вновь была экспериментально определена электропроводность образцов умягченной воды.

Фиг. 2 показывает, что электропроводность LF_weich в умягченной воде вследствие умягчения незначительно повысилась и что отношение F1 электропроводности LF_roh сырой воды к электропроводности LF_weich в умягченной воде для всех без исключения образцов воды составляет примерно F1=LF_roh/LF_weich=0,95. Из этого с хорошим приближением следует пересчетная функция UF с линейным возрастанием итогового F1, то есть пересчетная функция UF имеет постоянный коэффициент пересчета UFK=F1, соответственно LF_roh=UFK*LF_weich. Все без исключения экспериментальные значения укладываются внутри узкой области, которая ограничена обеими обозначенными пунктиром прямыми. При этом нижняя обозначенная пунктиром прямая имеет наклон 0,90, тогда как наклон верхней обозначенной пунктиром прямой составляет 0,99.

Незначительное повышение электропроводности умягченной воды обусловлено тем, что двухвалентный носитель заряда (иона кальция и, соответственно, магния) в каждом случае заменяются на два одновалентных носителя заряда.

Приблизительно линейная взаимосвязь между электропроводностью сырой воды и умягченной воды позволяет согласно изобретению в хорошем приближении определить электропроводность сырой воды из экспериментально найденной электропроводности умягченной воды с помощью пересчетной функции UF, представимой в виде простой характеристической линии.

Датчики электропроводности, которые введены в умягченную воду, при этом могут не утрачивать свою функциональность вследствие известковых отложений, так что возможна эксплуатация без технического обслуживания.

Фиг. 3 показывает схематический график измеренной электропроводности LF_roh в сырой воде в зависимости от титриметрически определенной общей жесткости сырой воды для различных образцов питьевой воды.

Для графика на Фиг. 3 были исследованы около 300 различных образцов питьевой воды в Федеративной Республике Германии и определена их электропроводность, а также общая жесткость. Измерение электропроводности проводилось с использованием кондуктометра, тогда как общая жесткость была определена титриметрическим анализом.

Выведение общей жесткости из электропроводности, в отличие от титриметрического метода определения, может быть проведено быстро и просто и поэтому широко распространено для управления установками для водоподготовки. Но на Фиг. 3 обнаруживается, что, в общем, из электропроводности воды можно сделать вывод не о точном значении жесткости, а только об области, в которой фактически находится жесткость воды.

Для процесса регенерации и разбавительного устройства действительны различные требования, которые регламентированы Стандартами DIN EN 14743 и DIN 19636-100. Применением различных калибровочных функций К1 и К2 (здесь калибровочных характеристических кривых) получаются два различных приближенных значения для общей жесткости сырой воды как функция электропроводности LF_roh сырой воды. С помощью одного приближенного значения можно управлять процессом регенерации таким образом, что исключается проскок жесткости и одновременно соблюдается предписанная в стандарте DIN EN 14743 минимальная обменная емкость ионита в 4 моля (400 г СаСО₃) на килограмм используемой регенерационной соли, тогда как второе приближенное значение точно регулирует разбавительное устройство таким образом, что исполняются установленные стандартом DIN 19636-100 предельные допуски для смешанной воды.

К1 имеет на Фиг. 3 наклон примерно в 31 μСм/смºdH и проходит как прямая, пересекающая начало координат, тогда как К2 имеет наклон около 39 μСм/смºdH и тоже проходит как прямая, пересекающая начало координат.

Электропроводность сырой воды согласно Фиг. 2 выводится с помощью (здесь линейной) пересчетной функции UF из экспериментально найденной электропроводности умягченной воды. Тогда из электропроводности сырой воды согласно Фиг. 3 с помощью калибровочной функции К1 или, соответственно, К2 выводятся значения общей жесткости I и, соответственно, II сырой воды. Значения общей жесткости I и, соответственно, II сырой воды могут быть также выведены с использованием комбинации пересчетной функции UF и калибровочных функций К1 или, соответственно, К2 непосредственно из электропроводности LF_weich умягченной воды.

Если экспериментально определяется электропроводность LF смешанной воды вместо полностью умягченной воды, то пересчетная функция UF должна быть взвешена соответственно процентным долям обоих частичных потоков.

Следует обратить внимание на то, что пересчетная функция UF и калибровочные функции К1 и К2 в показанном примере проходят как прямые линии, что облегчает математическое описание функций. В принципе же согласно изобретению представимы также нелинейные функции для определения значений общей жесткости I и II, которые, например, приближенно представляются как многочлены.

Claims

1. Способ эксплуатации установки (1) для водоподготовки с
- устройством (4) для умягчения, включающим ионообменную смолу (7),
- датчиком (9) электропроводности,
- электронным управляющим устройством (13) и
- автоматически регулируемым разбавительным устройством для смешения потока смешанной воды V(t)_verschnitt из первого, умягченного частичного потока V(t)_teil1weich, и второго, выведенного из сырой воды частичного потока V(t)_teil2roh,
причем экспериментально определяют электропроводность LF_weichумягченной воды или электропроводность LF_verschnitt смешанной воды,
отличающийся тем,
что из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды или LF_verschnitt смешанной воды выводят электропроводность LF_roh сырой воды и/или общую жесткость сырой воды,
причем при выведении электропроводности LF_roh сырой воды и/или общей жесткости сырой воды из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды или LF_verschnitt смешанной воды с помощью одной или множества функций вносится поправка на различную электропроводность иона кальция или магния, с одной стороны, и двух ионов натрия, с другой стороны,
и что выведенная электропроводность LF_roh сырой воды и/или общая жесткость сырой воды используется для того, чтобы отрегулировать жесткость потока V(t)_verschnitt смешанной воды путем соответствующего регулирования смесевого соотношения обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh до предварительно заданного значения (SW).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из экспериментально определенной электропроводности LF_weich умягченной воды с помощью пересчетной функции UF выводят электропроводность LF_roh сырой воды, при LF_roh=UF (LF_weich).

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что пересчетную функцию UF выбирают как постоянный коэффициент UFK пересчета, при LF_roh=UFK*LF_weich,
причем 0,90≤UFK≤0,99 и предпочтительно 0,93≤UFK≤0, 97.

4. Способ по одному из пп. 2 или 3, отличающийся тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства (4) для умягчения, выводится с помощью первой калибровочной функции К1 из выведенного значения LF_roh сырой воды
и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится с помощью второй калибровочной функции К2 из выведенного значения LF_roh сырой воды.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства (4) для умягчения, непосредственно выводится посредством первой общей калибровочной функции GK1 из экспериментально определенной электропроводности LF_weichумягченной воды
и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, непосредственно выводится посредством второй общей калибровочной функции GK2 из экспериментально определенной электропроводности LF_weichумягченной воды.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электропроводность LF_roh сырой воды выводится из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды по формуле

в частности, формула решается по LF_roh, причем UF означает пересчетную функцию, посредством которой из электропроводности LF_weich умягченной воды получается электропроводность LF_roh сырой воды, при LF_roh=UF(LF_weich), и UF^-1 означает обратную функцию для UF.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что пересчетная функция UF выбирается как постоянный коэффициент UFK пересчета, с LF_roh=UFK*LF_weich,
причем 0,90≤UFK≤0,99 и предпочтительно 0,93≤UFK≤0,97, так что справедливо выражение

8. Способ по одному из пп. 6 или 7, отличающийся тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства (4) для умягчения, выводится с помощью первой калибровочной функции К1 из выведенного значения LF_roh сырой воды
и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится с помощью второй калибровочной функции К2 из выведенного значения LF_roh сырой воды.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общая жесткость I сырой воды, которая применяется для управления процессом регенерации устройства (4) для умягчения, выводится непосредственно с помощью первой взвешенной общей калибровочной функции GGK1 из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды и обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh
и что общая жесткость II сырой воды, которая применяется для регулирования разбавительного устройства, выводится непосредственно с помощью второй взвешенной общей калибровочной функции GGK2 из экспериментально определенной электропроводности LF_verschnitt смешанной воды и обоих частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh.

10. Установка (1) для водоподготовки с
- устройством (4) для умягчения, включающим ионообменную смолу (7),
- датчиком (9) электропроводности,
- электронным управляющим устройством (13) и
- автоматически регулируемым разбавительным устройством для смешения потока смешанной воды V(t)_verschnitt из первого, умягченного частичного потока V_{(t)teil1weich}, и второго, выведенного из сырой воды частичного потока V(t)_teil2roh,
причем датчик (9) электропроводности размещен в области умягченной воды или смешанной воды,
отличающаяся тем,
что управляющее устройство (13) предназначено для исполнения способа по одному из предшествующих пунктов.

11. Установка (1) для водоподготовки по п. 10, отличающаяся тем, что электронное управляющее устройство (13) имеет запоминающее устройство (18) с множеством сохраняемых калибровочных функций (К1, К2), и/или с множеством сохраняемых общих калибровочных функций (GK1, GK2), и/или с многочисленными сохраняемыми взвешенными общими калибровочными функциями (GGK1, GGK2) для расчета электропроводности LF_roh сырой воды и/или общей жесткости сырой воды из электропроводности LF_weichумягченной воды или электропроводности LF_verschnitt смешанной воды.

12. Установка (1) для водоподготовки по п. 10 или 11, отличающаяся тем, что имеются по меньшей мере два прибора (3) для измерения величин расхода потока для непосредственного или опосредованного экспериментального определения частичных потоков V(t)_teil1weich и V(t)_teil2roh.