WO2011080075A2 - Rohwasserhärtebestimmung in einer wasserbehandlungsanlage über die leitfähigkeit des weich- oder verschnittwassers - Google Patents

Rohwasserhärtebestimmung in einer wasserbehandlungsanlage über die leitfähigkeit des weich- oder verschnittwassers Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a
  • a softening device in particular comprising a
  • softening softening devices which operate mostly by the ion exchange method.
  • the hardness constituents contained in the water (calcium and magnesium ions) are exchanged in an ion exchange resin for sodium ions.
  • the ion exchange resin When the ion exchange resin is exhausted, it must be regenerated, for example by rinsing with a brine.
  • Conductive sensors are inexpensive and easy to use, but have the disadvantage of using electrodes as probes that can calcify when used in hard water. The formation of a lime layer on the electrode surfaces can lead to malfunction of the conductivity sensors.
  • Raw water is obtained, a conductivity sensor used.
  • the conductivity sensor does not need to be arranged in the raw-water-conducting area of the water treatment plant, but can be arranged in the soft or mixed-water-conducting area of the water treatment plant.
  • the conductivity sensor is well protected against calcification, and the functionality of the cost-effective conductivity sensor is permanently ensured.
  • the conductivity detected by a conductivity sensor provides a
  • conductivity is approximately proportional to the water hardness, i. to the content of calcium and magnesium ions.
  • the hardness-forming agents (calcium and magnesium ions) contained in the water are exchanged for sodium ions in an ion exchange resin.
  • a calcium or magnesium ion is replaced by two sodium ions, and the conductivity in the softened water changes accordingly.
  • the softened water (soft water) is free of calcium and magnesium ions. Nevertheless, the measured in the softened water behaves
  • the derivation of the conductivity LF r0 h of the raw water and the total hardness of the raw water is typically carried out without a prior determination of the blended water hardness.
  • Blending water hardness can be determined by the derived raw water hardness and the relative proportions of the partial flows.
  • the conductivity sensor in the context of the invention in the context of the invention, the conductivity sensor in the
  • Soft water area can be arranged. In this case, no weighting corresponding to the partial flows need be carried out for the determination of the raw water properties such as raw water conductivity or raw water hardness; the procedure is then particularly simple.
  • the conductivity can be derived LF r0 h of raw water from the conductivity LF we i C h of the softened water first, and then the Conductivity LF r0 h of the raw water with known calibration functions are converted into a raw water hardness .
  • the electronic control device For example, be stored as a characteristic, polynomial function or as a value table in the electronic control device. From the raw water conductivity can easily be determined by means of known calibration functions, the total hardness in the raw water; the application of different
  • softening ie with stoichiometric exchange of the hardness formers calcium and magnesium ions for sodium ions
  • the conductivity increases slightly. Examination of different waters has shown that the percentage increase in conductivity due to softening is nearly constant around 5% regardless of the water quality, corresponding to a UFK of about 0.95, which is a preferred value.
  • the arithmetic operations for determining the conductivity LF r0 h of the raw water can be greatly simplified.
  • Regeneriervorgangs the softening device is used, by means of a first calibration function K1 from the derived conductivity LF r0 h of Raw water is derived,
  • Blending device is used, is derived by means of a second calibration function K2 from the derived conductivity LF r0h of the raw water.
  • the two calibration functions K1 and K2 take into account that the detected conductivity represents a sum parameter that detects all ions dissolved in the water, and the conductivity is only approximately proportional to the water hardness, i. to the content of calcium and magnesium ions.
  • the first calibration function K1 (usually stored in the control device as calibration curve or calibration curve) is preferably defined such that the water hardness determined from it corresponds at least to a good approximation to the maximum water hardness occurring in this conductivity. This avoids that a regeneration process is started too late, so that a hardness breakthrough is reliably avoided.
  • the first calibration function K1 typically uses a calibration of 28-35 pS / cm per ° dH, in particular 30-33 pS / cm per ° dH (with ° dH: degree of German hardness).
  • Control device deposited as a calibration curve or calibration curve certain water hardness is preferably obtained as the mean value of all water hardnesses occurring in this conductivity.
  • Calibration function K2 typically uses a calibration of 35-44 pS / cm per ° dH, in particular 38-41 pS / cm per ° dH. By using the two calibration functions is an accurate
  • K1 and K2 are preferably different, in particular wherein the total hardness I derived from the first calibration function K1 is at least partially greater than the total hardness II derived from the second calibration function K2.
  • the raw water hardness used to control the regeneration process and the blending device can be derived from the measured
  • the blending device controls so accurately that the specified in DIN 19636-100 tolerance limits for the blended water are met.
  • a total hardness I of the raw water which is used to control a regeneration process of the softening device, directly by means of a first Automatkalibrierfunktion GK1 from the experimentally determined conductivity LF we i C h of the softened water is derived
  • Blending device is used, directly by means of a second
  • Total calibration function GK2 from the experimentally determined conductivity It is derived from the softened water. Similar as described above, by using the two overall calibration functions GK1 and GK2, accurate blending can be ensured, while at the same time hardness breakthroughs are reliably prevented. The direct determination of the raw water hardness (without interim determination of the
  • Anomkalibrierfunktion can in particular a combination of conversion function and
  • Calibration function correspond, or assign directly empirically determined values.
  • GK1 and GK2 are preferably different, in particular wherein the total hardness I derived from the first overall calibration function GK1 is at least partially larger than that from the second one
  • the conductivity LF can raw of raw water also from the conductivity LF ve rschnitt the blending water, usually taking into account the ratio of the partial flows V (t) t e ni soft and V (t) te be ii2roh determined. In this case can be carried out according to the sub-streams a real conversion of the conductivity LF we i C h of the blended water contained in the softened water with weighting.
  • a multiplier on the conductivity LF ve rêt of the waste water be applied which depends on the partial streams and increases with increasing proportion of raw water;
  • the multiplier at a raw water content of 0% is about 0.95 (or another value corresponding to the local conditions in the range 0.90 to 0.99, preferably in the range 0.93 to 0.97), at a
  • Raw water content of 100% is the multiplier 1, and the intermediate values of the multiplier are linearly interpolated. There are others besides
  • LF r0 h can also be done numerically, especially if it is difficult to solve the formula according to LF rori .
  • the (relative) partial flows can be determined via flow meters directly or indirectly, or via the adjustment position of the
  • Blending device can be estimated.
  • Regeneriervorgangs the softening device is used, by means of a first calibration function K1 from the derived conductivity LF r0 h of
  • Blending device is used, is derived by means of a second Kaiibrierfunktion K2 from the derived conductivity LF raw raw water.
  • K1 and K2 are preferably different, especially where from the first
  • Kaiibrierfunktion K1 derived total hardness I at least in sections is greater than the derived from the second Kaiibrierfunktion K2 total hardness
  • Blending device is used, directly by means of a second
  • the weighted total calibration function can in particular be a combination of the above formula for determining LF r0 h (which the conversion function or
  • a softening device in particular comprising a
  • an automatically adjustable blending device for mixing a blended water stream V (t) ve ent cut from a first, softened substream V (t) tein soft and a second, raw water-carrying substream V (t) te ii2roh, which is characterized
  • the conductivity sensor is arranged in the region of the softened water or the blended water
  • control device for carrying out an above-described, inventive method is set up.
  • Conductivity sensor can not calcify and is maintenance free.
  • the controller can do all for the
  • Execute the operating method necessary functions, such as a conversion function UF or a calibration function, store.
  • the electronic control device has a memory with a plurality of stored calibration functions (K1, K2) and / or with several stored Automatkalibrierfunktionen (GK1, GK2) and / or with several stored weighted Automatkalibrierfunktionen (GGK1, GGK2) for calculating the conductivity LF r0 h of the raw water and / or I we the softened water or conductivity LF ve rsc Nitt of waste water on the total hardness of the raw water from the conductivity LF.
  • Fig. 2 is a diagram of the measured conductivity of
  • Fig. 3 is a diagram of the measured conductivity of
  • Raw water ( raw LF) as a function of the titrimetrically determined total hardness of the raw water at various drinking waters.
  • FIG. 1 shows an example of a water treatment plant 1 according to the invention, which is connected via an inlet 2 to a local water supply system, such as the drinking water network.
  • the (total) raw water flow V (t) r0 h flowing at the inlet 2 first passes through a flow meter 3 and then divides into two partial flows.
  • Softening device 4 which in particular a control head 5 and two tanks 6a, 6b with ion exchange resin 7 has. A second part flows into a bypass line 8.
  • the flowing into the softening device 4 raw water flows through the two tanks 6a, 6b with ion exchange resin 7, wherein it is fully softened (V (t) te in soft) - In this case, the hardness of calcium and magnesium ions are stoichiometrically exchanged for sodium ions.
  • the Softened water then flows through a conductivity sensor 9, with which the conductivity is determined in the softened partial flow.
  • the second part of the raw water V (t) te iS2roh in the bypass line 8 passes an automatically operable Verschneide issued, here an adjustable with a servomotor 10 blending valve 1 first
  • the first partial flow V (t) te iii soft and the second partial flow V (t) te ii2roh are finally united together to a blended water flow V (t), which flows to a drain 12.
  • the drain 12 is connected to a subsequent water installation, such as the fresh water pipes of a building.
  • control means comprises a memory 18 (here) a plurality of functions (preferably stored as a characteristic lines), with which from the measurement results of the conductivity sensor 9 in the softened water flow V (t) te in weic the instantaneous water hardness of the
  • Raw water WH raw mom is determined.
  • the functions take into account that in the softened partial flow V (t) t ei the calcium and magnesium ions soft n stoichiometric, ie one hardeners against two sodium ions have been exchanged, whereby the conductivity is specifically changed.
  • a conversion function UF is stored in the control device 13 or in the memory 18, with which the measured conductivity LFweich the softened water is converted into an associated conductivity LF raw raw water.
  • two calibration functions K1 and K2 are deposited, by means of which the conductivity LF crude of the raw water into a raw water hardness for the purpose of regeneration control (via the
  • Calibration function K1 and a raw water hardness for the purposes of Intersection control can be converted.
  • a desired set point (SW) of the water hardness of the blended water is deposited. From the set point (SW) of the mixture water hardness and the instantaneous water hardness WH r o mom im
  • the controller 13 determines a current target ratio of the partial flows V (t) te in soft and V (t) te ii2roh, through which the desired water hardness results in the waste water.
  • the proportions of the two substreams (t) tain and V (t) te ii2roh are determined by the setting of the
  • Blending device set In the embodiment shown, the relative proportions of the partial flows from the (known) adjustment position of the Verschneideventils 1 1 are estimated; alternatively, may also be provided an additional flow meter as in the bypass line 8, so that the second Teiisstrom V (t) te ii2roh directly and the first partial flow V (t) t e itiweich indirectly as the difference between V (t) r0 h (total ) and V (t) can be determined te ii2roh.
  • the electronic control device 13 also monitors the
  • Fatigue state of the ion exchange resin 7 in the two tanks 6a, 6b In the case of water withdrawals, the amount of water taken is weighted in each case with the associated instantaneous raw water hardness and subtracted from the current residual capacity. If a tank is exhausted, the electronic control device 13 takes the exhausted tank from the network and subjects it to regeneration. For this purpose, a regeneration valve 14 with a
  • Servomotor 15 is automatically actuated by the electronic control device 13, whereby regenerant solution (preferably brine) 16 flows from a storage vessel 17 through the exhausted tank.
  • Fig. 2 shows a diagram representation of the measured conductivity LF r0 h of raw water depending on the measured conductivity LF I we the associated softened water at various drinking waters.
  • drinking waters from various supply networks were investigated and their conductivity was determined experimentally.
  • the drinking waters were then completely softened with a water treatment plant 1 according to the invention and the conductivity of the softened waters determined experimentally again.
  • F1 LF r oh LF we I 0.95.
  • the slight increase in conductivity in the softened water is due to the fact that divalent charge carriers (calcium and magnesium ions, respectively) are exchanged for two monovalent charge carriers.
  • the approximately linear relationship between the conductivity of the raw water and the softened water according to the invention allows the determination of the conductivity of the raw water from the experimentally determined conductivity of the softened water by means of a simple characteristic curve as a conversion function UF to a good approximation.
  • Conductivity sensors that are used in softened water can not be impaired by lime deposits in their function, so that a maintenance-free operation is possible.
  • FIG 3 shows a diagram of the measured conductivity LF r0 h in the raw water as a function of the titrimetrically determined total hardness in the raw water at various drinking waters.
  • Calibration functions K1 and K2 are given two different approximate values for the total hardness of the raw water as a function of the conductivity LF r0 h of the raw water. With an approximate value, the regeneration process can be controlled such that a breakthrough is avoided and at the same time the specified in DIN EN 14763 minimum exchange capacity of 4 mol (400 g CaCO 3) per kilo of used regenerating salt is maintained, while the second
  • the blending device controls so accurately that the in the DIN 19636-100 specified tolerance limits for the waste water are met.
  • K1 has a slope of approximately 31 pS / cm ° dH and runs as the straight line of origin
  • K2 has a slope of approximately 39 S / cm ° dH and also runs as the straight line of origin.
  • the conductivity of the raw water is derived according to FIG. 2 by means of the (here linear) conversion function UF from the experimentally determined conductivity of the softened water. From the conductivity of the raw water are then shown in FIG. 3 by means of the calibration functions K1 and K2 the
  • Total hardness I or II derived from the raw water.
  • the total hardnesses I and II of the raw water can also be calculated directly from the measured value by combining the conversion function UF and the calibration functions K1 and K2
  • the conversion function UF must be weighted in accordance with the percentage proportions of the two partial flows.

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage (1), mit - einer Enthärtungsvorrichtung (4), insbesondere umfassend ein lonentauscherharz (7) - einem Leitfähigkeitssensor (9), - einer elektronischen Steuereinrichtung (13) und - einer automatisch verstellbaren Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstromes V(t)verschnitt aus einem ersten, enthärteten Teilstrom V(t)teil1weich und einem zweiten, rohwasserführenden Teilstrom V(t)teil2roh, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers oder die Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers experimentell bestimmt wird, und dass aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers oder LFverschnitt des Verschnittwassers die Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers und/oder die Gesamthärte des Rohwassers abgeleitet wird. Mit der Erfindung wird eine kostengünstige und dauerhaft zuverlässige Steuerung einer Wasserbehandlungsanlage, insbesondere der Regeneration und der Verschneidung, ermöglicht.

Description

Rohwasserhärtebestimmung in einer Wasserbehandiungsanlage über die Leitfähigkeit des Weich- oder Verschnittwassers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer
Wasserbehandiungsanlage, mit
- einer Enthärtungsvorrichtung, insbesondere umfassend ein
lonentauscherharz,
- einem Leitfähigkeitssensor,
- einer elektronischen Steuereinrichtung und
- einer automatisch verstellbaren Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstromes V(t)verSc nitt aus einem ersten, enthärteten Teilstrom (t)tei weich und einem zweiten, rohwasserführenden Teilstrom V(t)teii2roh. Ein solches Verfahren ist bekannt geworden aus der DE 10 2007 059 058 B3.
Wasserenthärtung wird überall da eingesetzt, wo über die üblichen
Versorgungssysteme (etwa das Trinkwassernetz) lediglich relativ hartes
Wasser zur Verfügung steht, jedoch aus technischen Gründen oder
Komfortgründen ein weicheres Wasser erwünscht ist.
Bei der Wasserenthärtung werden Enthärtungsvorrichtungen eingesetzt, die meist nach dem lonenaustauschverfahren arbeiten. Die im Wasser enthaltenen Härtebildner (Calcium- und Magnesium-Ionen) werden dabei in einem lonentauscherharz gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Bei Erschöpfung des lonentauscherharzes muss dieses regeneriert werden, etwa durch Spülung mit einer Salzsole.
Aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen ist es oft notwendig oder erwünscht, kein vollenthärtetes Wasser, sondern Wasser mit einer mittleren, jedoch eng definierten Wasserhärte zur Verfügung zu haben. So kann vollständig enthärtetes Wasser zu Korrosionsproblemen führen, wenn eine Schutzschichtbildung in der nachgeschalteten Rohrleitungsinstallation nicht mehr möglich ist. Zudem wird bei einer Vollenthärtung die Kapazität des Enthärters schnell erschöpft, und es muss frühzeitig regeneriert werden. Dies ist mit einem hohen Salzverbrauch und damit hohen Kosten verbunden. Zur Durchführung einer Teilenthärtung ist eine Vorrichtung
(Verschneideeinrichtung) zum Mischen von enthärtetem Wasser (auch als Reinwasser oder Weichwasser bezeichnet) und Rohwasser notwendig. In der Regel ist es erwünscht, die Wasserhärte im Verschnittwasser, das ist das Gemisch von enthärtetem Wasser und Rohwasser, einzustellen und zu steuern.
Die DE 10 2007 059 058 B3 beschreibt eine Wasserenthärtungsanlage, bei der die Leitfähigkeit des Rohwassers mittels eines Leitfähigkeitssensors gemessen wird. Die Gesamthärte des Rohwassers, die zur Steuerung der Regeneration bzw. der Verschneideeinrichtung verwendet wird, wird anhand der
Kalibrierkennlinien F1 bzw. F2 aus der gemessenen Leitfähigkeit des
Rohwassers abgeleitet.
Leitfähigkeitssensoren sind kostengünstig und einfach in ihrer Anwendung, haben jedoch den Nachteil, dass sie als Messsonden Elektroden verwenden, die beim Einsatz in hartem Wasser verkalken können. Durch Bildung einer Kalkschicht auf den Elektrodenoberflächen kann es zu Fehlfunktionen der Leitfähigkeitssensoren kommen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und dauerhaft zuverlässige Steuerung einer Wasserbehandlungsanlage, insbesondere der Regeneration und der Verschneidung, zu ermöglichen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers oder die Leitfähigkeit LFverSchnitt des Verschnittwassers experimentell bestimmt wird,
und dass aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers oder LFverschnitt des Verschnittwassers die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers und/oder die Gesamthärte des Rohwassers abgeleitet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung der Härte des Rohwassers, die typischerweise ihrerseits über die Leitfähigkeit des
Rohwassers erhalten wird, ein Leitfähigkeitssensor eingesetzt. Dieser Leitfähigkeitssensor braucht jedoch nicht im rohwasserführenden Bereich der Wasserbehandlungsanlage angeordnet werden, sondern kann im weich- oder verschnittwasserführenden Bereich der Wasserbehandlungsanlage angeordnet werden. Dadurch ist der Leitfähigkeitssensor gut vor Verkalkung geschützt, und die Funktionsfähigkeit des kostengünstigen Leitfähigkeitssensors ist dauerhaft sichergestellt.
Die von einem Leitfähigkeitssensor erfasste Leitfähigkeit stellt einen
Summenparameter dar, der die im Wasser gelösten Ionen erfasst. Die
Leitfähigkeit ist bei nicht enthärtetem Wasser (Rohwasser) näherungsweise proportional zur Wasserhärte, d.h. zum Gehalt an Calcium- und Magnesium- Ionen.
Bei der Wasserenthärtung werden die im Wasser enthaltenen Härtebildner (Calcium- und Magnesium-Ionen) in einem lonentauscherharz gegen Natrium- Ionen ausgetauscht. Dabei wird ein Calcium- bzw. Magnesium-Ion durch zwei Natrium-Ionen ersetzt, und die Leitfähigkeit im enthärteten Wasser ändert sich entsprechend.
Das enthärtete Wasser (Weichwasser) ist frei von Calcium- und Magnesium- Ionen. Trotzdem verhält sich die im enthärteten Wasser gemessene
Leitfähigkeit proportional zum Gehalt an Härtebildnern im ursprünglichen Rohwasser. Im enthärteten Wasser sind lediglich die Härtebildner
stöchiometrisch gegen Natrium-Ionen ausgetauscht; die Zusammensetzung und Konzentration der übrigen Ionen bleibt jedoch unverändert. Daher kann aus der gemessenen Leitfähigkeit des enthärteten Wassers auf die
Leitfähigkeit des Rohwassers und somit auf die Härte des Rohwassers rückgeschlossen werden. Dies macht sich die vorliegende Erfindung zu nutze.
Hierzu wird im Rahmen der Erfindung aus dem gemessenen Wert der
Leitfähigkeit im enthärteten Wasser mittels einer geeigneten Funktion oder mehreren geeigneten Funktionen (oft in der Steuerung hinterlegt als
Kennlinien) die Leitfähigkeit des Rohwassers und/oder die Gesamthärte des Rohwassers abgeleitet. Die Funktion bzw. die Funktionen korrigieren die unterschiedliche Leitfähigkeit eines Calcium- bzw. Magnesium-Ions einerseits und zweier Natrium-Ionen andererseits. Wird die Leitfähigkeit im
Verschnittwasser statt im voll enthärteten Wasser experimentell bestimmt, so muss die Korrektur entsprechend den prozentualen Anteilen der beiden Teilströme V(t)tein weich und V(t)teii2roh gewichtet werden.
Es wird angemerkt, dass erfindungsgemäß das Ableiten der Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers und der Gesamthärte des Rohwassers typischerweise ohne eine vorherige Bestimmung der Verschnittwasserhärte erfolgt. Die
Verschnittwasserhärte kann über die abgeleitete Rohwasserhärte und die relativen Anteile der Teilströme ermittelt werden.
Durch die experimentelle Bestimmung der Leitfähigkeit im enthärteten bzw. teilenthärteten Wasser ist es möglich, die Oberflächen der Messelektroden dauerhaft kalkfrei zu halten. Die Leitfähigkeitssensoren sind dadurch
wartungsfrei und liefern stets korrekte Messwerte.
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Varianten mit Bestimmung der Leitfähigkeit des Weichwassers
Im Rahmen der Erfindung kann der Leitfähigkeitssensor im
Weichwasserbereich angeordnet werden. In diesem Fall braucht für die Bestimmung der Rohwassereigenschaften wie Rohwasserleitfähigkeit oder Rohwasserhärte keine Gewichtung entsprechend der Teilströme durchgeführt werden; das Verfahren ist dann besonders einfach. Zur Bestimmung der Rohwasserhärte kann zunächst die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers aus der Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers abgeleitet werden, und dann die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers mit bekannten Kalibrierfunktionen in eine Rohwasserhärte umgerechnet werden. Alternativ ist es auch möglich, die Rohwasserhärte direkt aus der Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers zu bestimmen.
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers mittels einer Umrechnungsfunktion UF die Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers abgeleitet, mit LFr0h = UF(LFweiCh)- Die Umrechnungsfunktion kann
beispielsweise als Kennlinie, Polynomfunktion oder als Wertetabelle in der elektronischen Steuereinrichtung hinterlegt sein. Aus der Rohwasser- Leitfähigkeit kann leicht mittels bekannter Kalibrierfunktionen die Gesamthärte im Rohwasser bestimmt werden; die Anwendung unterschiedlicher
Kalibrierfunktionen für verschiedene Steuerungsaspekte ist leicht möglich.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterentwicklung dieser Variante, wonach die Umrechnungsfunktion UF als ein konstanter Umrechnungsfaktor UFK gewählt ist, mit LFroh = UFK*LFweich, wobei 0,90 < UFK < 0,99, und bevorzugt 0,93 < UFK < 0,97. Bei der Enthärtung, d.h. bei stöchiometrischem Tausch der Härtebildner Calcium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen, steigt die Leitfähigkeit leicht an. Die Untersuchung verschiedener Wässer hat gezeigt, dass der prozentuale Anstieg der Leitfähigkeit durch Enthärtung unabhängig von der Wasserqualität nahezu konstant um die 5% beträgt, entsprechend einem UFK von ca. 0,95, was einen bevorzugten Wert darstellt. Mit dieser Weiterentwicklung können die Rechenoperationen zur Bestimmung der Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers stark vereinfacht werden.
Gemäß einer anderen Weiterentwicklung der obigen Variante ist vorgesehen, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines
Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung verwendet wird, mittels einer ersten Kalibrierfunktion K1 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der
Verschneideeinrichtung verwendet wird, mittels einer zweiten Kalibrierfunktion K2 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers abgeleitet wird.
Die beiden Kalibrierfunktionen K1 und K2 berücksichtigen, dass die erfasste Leitfähigkeit einen Summenparameter darstellt, der alle im Wasser gelösten Ionen erfasst, und die Leitfähigkeit lediglich näherungsweise proportional zur Wasserhärte, d.h. zum Gehalt an Calcium- und Magnesium-Ionen, ist.
Die erste Kalibrierfunktion K1 (meist in der Steuereinrichtung hinterlegt als Kalibrierkurve oder Kalibrierkennlinie) ist bevorzugt so definiert, dass die aus ihr bestimmte Wasserhärte zumindest in guter Näherung der maximalen, bei dieser Leitfähigkeit vorkommenden Wasserhärte entspricht. Damit wird vermieden, dass ein Regeneriervorgang zu spät gestartet wird, so dass ein Härtedurchbruch zuverlässig vermieden wird. Die erste Kalibrierfunktion K1 verwendet typischerweise eine Kalibrierung von 28-35 pS/cm pro °dH, insbesondere 30-33 pS/cm pro °dH (mit °dH: Grad deutscher Härte).
Die aus der zweiten Kalibrierfunktion K2 (ebenfalls meist in der
Steuereinrichtung hinterlegt als Kalibrierkurve oder Kalibrierkennlinie) bestimmte Wasserhärte ergibt sich bevorzugt als mittlerer Wert aller bei dieser Leitfähigkeit vorkommenden Wasserhärten. Mit dieser zweiten Kalibrierfunktion ist es möglich, eine größere Übereinstimmung zwischen der aus der
Leitfähigkeit bestimmten Härte des Rohwassers und der tatsächlichen
Wasserhärte im Rohwasser zu erhalten. Damit wird auch die Einstellung bzw. Steuerung der Wasserhärte im Verschnittwasser genauer. Die zweite
Kalibrierfunktion K2 verwendet typischerweise eine Kalibrierung von 35-44 pS/cm pro °dH, insbesondere 38-41 pS/cm pro °dH. Durch die Verwendung der beiden Kalibrierfunktionen ist eine genaue
Verschneidung gewährleistet, wobei gleichzeitig Härtedurchbrüche zuverlässig vermieden werden.
K1 und K2 sind bevorzugt unterschiedlich, insbesondere wobei die aus der ersten Kalibrierfunktion K1 abgeleitete Gesamthärte I zumindest abschnittweise größer ist als die aus der zweiten Kalibrierfunktion K2 abgeleitete Gesamthärte II. Die Rohwasserhärte, die zur Steuerung des Regeneriervorgangs und der Verschneideeinrichtung verwendet wird, kann aus der gemessenen
Leitfähigkeit nur näherungsweise bestimmt werden. Für den Regeneriervorgang und die Verschneideeinrichtung gelten unterschiedliche Anforderungen, die in den Normen DIN EN 14743 und DIN 19636-100 festgelegt sind. Durch die Verwendung unterschiedlicher Kalibrierfunktionen werden zwei
Näherungswerte für die Gesamthärte des Rohwassers erhalten. Mit dem einen Näherungswert lässt sich der Regeneriervorgang derart steuern, dass ein Härtedurchbruch vermieden wird und gleichzeitig die in der DIN EN 14763 vorgegebene minimale Austauscherkapazität von 4 mol (400 g CaC03) pro Kilo eingesetztem Regeneriersalz eingehalten wird, während der zweite
Näherungswert die Verschneideeinrichtung derart genau steuert, dass die in der DIN 19636-100 festgelegten Toleranzgrenzen für das Verschnittwasser erfüllt sind.
Ebenfalls vorteilhaft ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung verwendet wird, direkt mittels einer ersten Gesamtkalibrierfunktion GK1 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der
Verschneideeinrichtung verwendet wird, direkt mittels einer zweiten
Gesamtkalibrierfunktion GK2 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers abgeleitet wird. Ähnlich wie oben beschrieben kann durch die Verwendung der beiden Gesamtkalibrierfunktionen GK1 und GK2 eine genaue Verschneidung gewährleistet werden, wobei gleichzeitig Härtedurchbrüche zuverlässig vermieden werden. Die direkte Bestimmung der Rohwasserhärte (ohne zwischenzeitliche Bestimmung der
Rohwasserleitfähigkeit) ist besonders schnell. Eine Gesamtkalibrierfunktion kann insbesondere einer Kombination von Umrechnungsfunktion und
Kalibrierfunktion entsprechen, oder auch unmittelbar empirisch ermittelte Werte zuweisen. GK1 und GK2 sind bevorzugt unterschiedlich, insbesondere wobei die aus der ersten Gesamtkalibrierfunktion GK1 abgeleitete Gesamthärte I zumindest abschnittweise größer ist als die aus der zweiten
Gesamtkalibrierfunktion GK2 abgeleitete Gesamthärte II.
Varianten mit Bestimmung der Leitfähigkeit des Verschnittwassers
Im Rahmen der Erfindung kann die Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers auch aus der Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers, in der Regel unter Berücksichtigung des Verhältnisses der Teilströme V(t)teni weich und V(t)teii2roh, bestimmt werden. Hierbei kann eine echte Umrechnung der Leitfähigkeit LFweiCh des im Verschnittwasser enthaltenen enthärteten Wassers unter Gewichtung entsprechend den Teilströmen erfolgen. Alternativ kann zur Bestimmung der Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers auch vereinfacht ein Multiplikator auf die Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers angewandt werden, welcher von den Teilströmen abhängt und mit zunehmendem Rohwasseranteil steigt;
typischerweise beträgt der Multiplikator bei einen Rohwasseranteil von 0% ca. 0,95 (oder einen anderen den lokalen Verhältnissen entsprechenden Wert im Bereich 0,90 bis 0,99, bevorzugt im Bereich 0,93 bis 0,97), bei einem
Rohwasseranteil von 100% beträgt der Multiplikator 1 , und die Zwischenwerte des Multiplikators werden linear interpoliert. Daneben sind auch andere
Näherungen im Rahmen der Erfindung möglich. Aus der (näherungsweise) ermittelten Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers kann dann mittels bekannter Kalibrierfunktionen auf einfache Weise die Rohwasserhärte bestimmt
(berechnet) werden. Es ist auch möglich, die Rohwasserhärte direkt aus der Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers, in der Regel unter
Berücksichtigung des Verhältnisses der Teilströme V(t)teiiiweich und V(t)teii2roh, zu bestimmen.
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers aus der experimentell bestimmten Leitfähi keit LFverschnitt des Verschnittwassers mit der Formel
Figure imgf000012_0001
abgeleitet wird, insbesondere wobei die Formel nach LFr0h aufgelöst ist, wobei UF eine Umrechnungsfunktion bezeichnet, mit der aus der Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers erhalten wird, mit LFr0h = UF(LFweiCh), und UF"1 die Umkehrfunktion von UF bezeichnet. Durch die Formel kann die Bestimmung der Rohwasserleitfähigkeit LFro sehr genau unter Berücksichtigung der (relativen) Teilströme erfolgen. Mit der Umkehrfunktion UF"1 der Umrechnungsfunktion kann in der Formel die Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers ersetzt werden gemäß
Figure imgf000012_0002
Soweit erforderlich kann die Bestimmung von LFr0h auch numerisch erfolgen, insbesondere wenn das Auflösen der Formel nach LFrori schwierig ist. Die (relativen) Teilströme können über Durchflussmesser direkt oder indirekt bestimmt werden, oder über die Verstellposition der
Verschneideeinrichtung abgeschätzt werden.
Eine besonders bevorzugte Weiterentwicklung der obigen Verfahrensvariante sieht vor, dass die Umrechnungsfunktion UF als ein konstanter
Umrechnungsfaktor UFK gewählt ist, mit LFroh = UFK*LFweiCh,
wobei 0,90 < UFK < 0,99, und bevorzugt 0,93 < UFK < 0,97,
so dass gilt j^p F F verschnitt
^ ( teill weich ^ ^ ieillroh
UFK ■ V(t) versclmitt V(t) versclmiu j
Bei konstantem Umrechnungsfaktor ist die Bestimmung von LFroh erleichtert, insbesondere kann die obige Formel leicht nach LFr0h aufgelöst werden.
Eine ebenfalls bevorzugte Weiterentwicklung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines
Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung verwendet wird, mittels einer ersten Kalibrierfunktion K1 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFr0h des
Rohwassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der
Verschneideeinrichtung verwendet wird, mittels einer zweiten Kaiibrierfunktion K2 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers abgeleitet wird. Durch die Verwendung der beiden Kalibrierfunktionen K1 und K2 kann wie bereits oben beschrieben eine genaue Verschneidung gewährleistet werden, wobei gleichzeitig Härtedurchbrüche zuverlässig vermieden werden. K1 und K2 sind bevorzugt unterschiedlich, insbesondere wobei die aus der ersten
Kaiibrierfunktion K1 abgeleitete Gesamthärte I zumindest abschnittweise größer ist als die aus der zweiten Kaiibrierfunktion K2 abgeleitete Gesamthärte
Ebenfalls bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, die vorsieht, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung verwendet wird, direkt mittels einer ersten gewichteten Gesamtkalibrierfunktion GGK1 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers und den beiden Teilströmen V(t)teinweich und V(t)teii2roh abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der
Verschneideeinrichtung verwendet wird, direkt mittels einer zweiten
gewichteten Gesamtkalibrierfunktion GGK2 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers und den beiden Teilströmen V(t)teinweich und V(t)teii2roh abgeleitet wird. Ähnlich wie oben beschrieben kann durch die Verwendung der beiden gewichteten Gesamtkalibrierfunktionen GGK1 und GGK2 eine genaue Verschneidung gewährleistet werden, wobei gleichzeitig Härtedurchbrüche zuverlässig vermieden werden. Die direkte Bestimmung der Rohwasserhärte (ohne zwischenzeitliche Bestimmung der Rohwasserleitfähigkeit) ist besonders schnell. GGK1 und GGK2 sind bevorzugt unterschiedlich, insbesondere wobei die aus der ersten gewichteten
Gesamtkalibrierfunktion GGK1 abgeleitete Gesamthärte I zumindest
abschnittweise größer ist als die aus der zweiten gewichteten
Gesamtkalibrierfunktion GGK2 abgeleitete Gesamthärte II. Die gewichtete Gesamtkalibrierfunktion kann insbesondere einer Kombination der obigen Formel zur Bestimmung von LFr0h (welche die Umrechnungsfunktion bzw.
deren Umkehrfunktion nutzt) und einer Kalibrierfunktion entsprechen, oder auch unmittelbar empirisch ermittelte Werte zuweisen.
Erfindungsgemäße Wasserhehandlungsanlagen
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine
Wasserbehandlungsanlage, mit
- einer Enthärtungsvorrichtung, insbesondere umfassend ein
lonentauscherharz,
- einem Leitfähigkeitssensor,
- einer elektronischen Steuereinrichtung und
- einer automatisch verstellbaren Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstromes V(t)verschnitt aus einem ersten, enthärteten Teilstrom V(t)tein weich und einem zweiten, rohwasserführenden Teilstrom V(t)teii2roh, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass der Leitfähigkeitssensor im Bereich des enthärteten Wassers oder des Verschnittwassers angeordnet ist,
und dass die Steuereinrichtung zur Durchführung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die erfindungsgemäße
Wasserbehandlungsanlage ist apparativ einfach aufgebaut. Der
Leitfähigkeitssensor kann nicht verkalken und ist wartungsfrei. Eine
regelmäßige Entkalkung entfällt. Die Steuereinrichtung kann alle für die
Durchführung des Betriebsverfahrens notwendigen Funktionen, beispielsweise eine Umrechnungsfunktion UF oder eine Kalibrierfunktion, speichern.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungemäßen
Wasserbehandlungsanlage weist die elektronische Steuereinrichtung einen Speicher mit mehreren abgespeicherten Kalibrierfunktionen (K1 , K2) und/oder mit mehreren abgespeicherten Gesamtkalibrierfunktionen (GK1 , GK2) und/oder mit mehreren abgespeicherten gewichteten Gesamtkalibrierfunktionen (GGK1 , GGK2) zur Berechnung der Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers und/oder der Gesamthärte des Rohwassers aus der Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers oder der Leitfähigkeit LFversc nitt des Verschnittwassers auf. Die
Speicherung mehrerer oben angegebener Funktionen gestattet es, der
Steuerung der Regeneration und der Steuerung der Verschneidung
unterschiedliche Rohwasserhärten zugrunde zu legen und so die Sicherheit einer rechtzeitigen Regeneration und die Genauigkeit der Verschneidung gleichzeitig zu steigern.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der wenigstens zwei
Durchflussmessgeräte zur direkten oder indirekten experimentellen
Bestimmung der Teilströme V(t)tein weich und V(t)teii2roh vorhanden sind. Dadurch kann die Steuerung der Verschneidung und der Regeneration besonders genau erfolgen; insbesondere kann bei Anordnung des Leitfähigkeitssensors im Verschnittwasser eine exakte Gewichtung der Teilströme vorgenommen werden. Alternativ ist es möglich, über die Kenntnis der Verstellposition der Verschneideeinrichtung die relativen Anteile der Teilströme abzuschätzen. In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt schließlich auch die
Verwendung einer erfindungsgemäßen, oben beschriebenen
Wasserbehandlungsanlage in einem erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Verfahren.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die
Schilderung der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig.1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Wasserbehandlungsanlage;
Fig. 2 eine Diagramm-Darstellung der gemessenen Leitfähigkeit von
Rohwasser (LFroh) in Abhängigkeit von der gemessenen Leitfähigkeit nach einer Enthärtung (LFweiCh) bei verschiedenen Trinkwässern;
Fig. 3 eine Diagramm-Darstellung der gemessenen Leitfähigkeit von
Rohwasser (LFroh) in Abhängigkeit von der titrimetrisch bestimmten Gesamthärte des Rohwassers bei verschiedenen Trinkwässern.
Die Fig.1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Wasserbehandlungsanlage 1 , die über einen Zulauf 2 an ein lokales Wasserversorgungssystem, etwa das Trinkwassernetz, angeschlossen ist. Der am Zulauf 2 fließende (gesamte) Rohwasserstrom V(t)r0h passiert zunächst einen Durchflussmesser 3 und teilt sich anschließend in zwei Teilströme auf.
Ein erster Tei! des (gesamten) Rohwasserstroms V(t)r0h fließt einer
Enthärtungsvorrichtung 4 zu, welche insbesondere einen Steuerkopf 5 sowie zwei Tanks 6a, 6b mit lonentauscherharz 7 aufweist. Ein zweiter Teil fließt in eine Bypassleitung 8 ein.
Das in die Enthärtungsvorrichtung 4 einfließende Rohwasser durchströmt die beiden Tanks 6a, 6b mit lonentauscherharz 7, wobei dieses vollständig enthärtet wird (V(t)tein weich)- Dabei werden die Härtebildner Calcium- und Magnesium-Ionen stöchiometrisch gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Das enthärtete Wasser fließt anschließend durch einen Leitfähigkeitssensor 9, mit dem die Leitfähigkeit im enthärteten Teilstrom bestimmt wird.
Der zweite Teil des Rohwassers V(t)teiS2roh in der Bypassleitung 8 passiert eine automatisch betätigbare Verschneideeinrichtung, hier ein mit einem Stellmotor 10 verstellbares Verschneideventil 1 1 .
Der erste Teilstrom V(t)teiiiweich und der zweite Teilstrom V(t)teii2roh werden schließlich zu einem Verschnittwasserstrom V(t)versohnitt vereint, welcher einem Ablauf 12 zufließt. Der Ablauf 12 ist an eine nachfolgende Wasserinstallation, etwa die Frischwasserleitungen eines Gebäudes, angeschlossen.
Die Messergebnisse des Leitfähigkeitssensors 9 und des Durchflussmessers 3 werden an eine elektronische Steuereinrichtung 13 übertragen.
Als erfindungsgemäße Besonderheit weist die Steuereinrichtung 13 einen Speicher 18 für (hier) mehrere Funktionen (bevorzugt hinterlegt als Kennlinien) auf, mit denen aus den Messergebnissen des Leitfähigkeitssensors 9 im enthärteten Wasserstrom V(t)tein weic die momentane Wasserhärte des
Rohwassers WHroh mom bestimmt wird. Die Funktionen berücksichtigen, dass im enthärteten Teilstrom V(t)tein weich die Calcium- und Magnesium-Ionen stöchiometrisch, d.h. jeweils ein Härtebildner gegen zwei Natrium-Ionen, ausgetauscht wurden, wodurch sich die Leitfähigkeit spezifisch geändert hat. Im Ausführungsbeispiel ist in der Steuereinrichtung 13 bzw. im Speicher 18 eine Umrechnungsfunktion UF hinterlegt, mit der die gemessene Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers in eine zugehörige Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers umgerechnet wird. Weiterhin sind zwei Kalibrierfunktionen K1 und K2 hinterlegt, mittels denen die Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers in eine Rohwasserhärte für die Zwecke der Regenerationssteuerung (über die
Kalibrierfunktion K1 ) und in eine Rohwasserhärte für die Zwecke der Verschneidungssteuerung (über die Kalibrierfunktion 2) umgerechnet werden kann.
In der Steuereinrichtung ist ebenfalls ein gewünschter Sollwert (SW) der Wasserhärte des Verschnittwassers hinterlegt. Aus dem Sollwert (SW) der Verschnittwasserhärte und der momentanen Wasserhärte WHro mom im
Rohwasser ermittelt die Steuereinrichtung 13 ein momentanes Soll-Verhältnis der Teilströme V(t)tein weich und V(t)teii2roh , durch welches sich die gewünschte Wasserhärte im Verschnittwasser ergibt. Die Anteile der beiden Teilströme (t)tein weic und V(t)teii2roh werden über die Einstellung der
Verschneideeinrichtung festgelegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die relativen Anteile der Teilströme aus der (bekannten) Verstellposition des Verschneideventils 1 1 abgeschätzt; alternativ kann auch ein zusätzlicher Durchflussmesser etwa in der Bypassleitung 8 vorgesehen sein, so dass sich der zweite Teiisstrom V(t)teii2roh direkt und der erste Teilstrom V(t)teitiweich indirekt als Differenz von V(t)r0h (gesamt) und V(t)teii2roh bestimmen lassen.
Die elektronische Steuereinrichtung 13 überwacht auch den
Erschöpfungszustand des lonentauscherharzes 7 in den beiden Tanks 6a, 6b. Bei Wasserentnahmen wird dabei die entnommene Wassermenge jeweils mit der zugehörigen momentanen Rohwasserhärte gewichtet und von der aktuellen Restkapazität abgezogen. Ist ein Tank erschöpft, so nimmt die elektronische Steuereinrichtung 13 den erschöpften Tank vom Netz und unterzieht diesen einer Regeneration. Hierfür wird ein Regenerationsventil 14 mit einem
Stellmotor 15 durch die elektronische Steuereinrichtung 13 automatisch betätigt, wodurch Regeneriermittellösung (bevorzugt Salzsole) 16 aus einem Vorratsgefäß 17 durch den erschöpften Tank strömt.
Fig. 2 zeigt eine Diagramm-Darstellung der gemessenen Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers in Abhängigkeit von der gemessenen Leitfähigkeit LFweich des zugehörigen enthärteten Wassers bei verschiedenen Trinkwässern. Zur Erstellung des Diagramms von in Fig. 2 wurden Trinkwässer aus verschiedenen Versorgungsnetzen untersucht und deren Leitfähigkeit experimentell bestimmt. Die Trinkwässer wurden anschließend mit einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage 1 vollständig enthärtet und die Leitfähigkeit der enthärteten Wässer erneut experimentell bestimmt.
Fig. 2 zeigt, dass die Leitfähigkeit LFweiCh im enthärteten Wasser durch die Enthärtung geringfügig zunimmt und dass das Verhältnis F1 der Leitfähigkeit LFroh im Rohwasser zur Leitfähigkeit LFweich im enthärteten Wasser für sämtliche Wasserproben etwa F1 = LFroh LFweich = 0,95 beträgt. Daraus resultiert in guter Näherung eine Umrechnungsfunktion UF mit einer linearen Steigung vom Betrag F1 , d.h. die Umrechnungsfunktion UF hat einen konstanten Umrechnungsfaktor UFK=F1 , entsprechend
Figure imgf000020_0001
Sämtliche experimentellen Werte liegen innerhalb eines schmalen Bereichs, der durch die beiden gestrichelt dargestellten Geraden begrenzt wird. Dabei weist die untere gestrichelt dargestellte Gerade eine Steigung von 0,90 auf, während die Steigung der oberen gestrichelt dargestellten Geraden 0,99 beträgt.
Der geringfügige Anstieg der Leitfähigkeit im enthärteten Wasser rührt daher, dass zweiwertige Ladungsträger (Calcium- bzw. Magnesium-Ionen) jeweils gegen zwei einwertige Ladungsträger ausgetauscht werden.
Der näherungsweise lineare Zusammenhang zwischen der Leitfähigkeit des Rohwassers und des enthärteten Wassers ermöglicht erfindungsgemäß die Bestimmung der Leitfähigkeit des Rohwassers aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit des enthärteten Wassers mittels einer als einfache Kennlinie darstellbaren Umrechnungsfunktion UF in guter Näherung. Leitfähigkeitssensoren, die im enthärteten Wasser eingesetzt werden, können dabei nicht durch Kalkablagerungen in ihrer Funktion beeinträchtigt werden, so dass ein wartungsfreier Betrieb möglich ist.
Fig. 3 zeigt eine Diagramm-Darstellung der gemessenen Leitfähigkeit LFr0h im Rohwasser in Abhängigkeit von der der titrimetrisch bestimmten Gesamthärte im Rohwasser bei verschiedenen Trinkwässern.
Zur Darstellung in Fig. 3 wurden ca. 300 verschiedene Trinkwässer in der Bundesrepublik Deutschland untersucht und deren Leitfähigkeit sowie die Gesamthärte bestimmt. Die Messung der Leitfähigkeit erfolgte mittels
Konduktometer, während die Gesamthärte titrimetrisch ermittelt wurde.
Die Ableitung der Gesamthärte aus der Leitfähigkeit ist im Gegensatz zur titrimetrischen Bestimmungsmethode schnell und einfach durchführbar und deshalb zur Steuerung in Wasserenthärtungsanlagen weit verbreitet. Man erkennt aber in Fig. 3, dass sich im Allgemeinen aus der elektrischen
Leitfähigkeit eines Wassers nicht auf einen exakten Härtewert schließen lässt, sondern nur auf einen Bereich, in dem die Wasserhärte tatsächlich liegen wird.
Für den Regeneriervorgang und die Verschneideeinrichtung gelten
unterschiedliche Anforderungen, die in den Normen DIN EN 14743 und DIN 19636-100 festgelegt sind. Durch die Verwendung unterschiedlicher
Kalibrierfunktionen K1 und K2 (hier Kalibrierkennlinien) werden zwei unterschiedliche Näherungswerte für die Gesamthärte des Rohwassers als Funktion der Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers erhalten. Mit dem einen Näherungswert lässt sich der Regeneriervorgang derart steuern, dass ein Härtedurchbruch vermieden wird und gleichzeitig die in der DIN EN 14763 vorgegebene minimale Austauscherkapazität von 4 mol (400 g CaC03) pro Kilo eingesetztem Regeneriersalz eingehalten wird, während der zweite
Näherungswert die Verschneideeinrichtung derart genau steuert, dass die in der DIN 19636-100 festgelegten Toleranzgrenzen für das Verschnittwasser erfüllt sind.
K1 besitzt hier in Fig. 3 eine Steigung von etwa 31 pS/cm°dH und verläuft als Ursprungsgerade, während K2 eine Steigung von etwa 39 S/cm°dH besitzt und ebenfalls als Ursprungsgerade verläuft.
Die Leitfähigkeit des Rohwassers wird gemäß Fig. 2 mittels der (hier linearen) Umrechnungsfunktion UF aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit des enthärteten Wassers abgeleitet. Aus der Leitfähigkeit des Rohwassers werden dann gemäß Fig. 3 mittels der Kalibrierfunktionen K1 bzw. K2 die
Gesamthärten I bzw. II des Rohwassers abgeleitet. Die Gesamthärten I bzw. II des Rohwassers können auch durch Kombination der Umrechnungsfunktion UF und der Kalibrierfunktionen K1 bzw. K2 direkt aus der gemessenen
Leitfähigkeit LFwetch des enthärteten Wassers abgeleitet werden.
Wird die Leitfähigkeit LF im Verschnittwasser statt im voll enthärteten Wasser experimentell bestimmt, so muss die Umrechnungsfunktion UF entsprechend den prozentualen Anteilen der beiden Teilströme gewichtet werden.
Man beachte, dass die Umrechnungsfunktion UF und die Kalibrierfunktionen K1 und K2 im gezeigten Beispiel als Geraden verlaufen, was die rechnerische Beschreibung der Funktionen erleichtert. Grundsätzlich sind aber
erfindungsgemäß auch nicht-lineare Funktionen für die Bestimmung der Gesamthärten I und II denkbar, die beispielsweise als Polynome angenähert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage (1 ), mit
- einer Enthärtungsvorrichtung (4), insbesondere umfassend ein lonentauscherharz (7),
- einem Leitfähigkeitssensor (9),
- einer elektronischen Steuereinrichtung (13) und
- einer automatisch verstellbaren Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstromes V(t)verschnitt aus einem ersten, enthärteten Teilstrom V(t)tein weich und einem zweiten, rohwasserführenden Teilstrom
dadurch gekennzeichnet, dass die Leitfähigkeit LFwei0h des enthärteten Wassers oder die
Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers experimentell bestimmt wird,
und dass aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFWeiGh des enthärteten Wassers oder LFverschnitt des Verschnittwassers die
Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers und/oder die Gesamthärte des Rohwassers abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers mittels einer Umrechnungsfunktion UF die Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers abgeleitet wird, mit LFr0h = UF(LFweich).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umrechnungsfunktion UF als ein konstanter Umrechnungsfaktor UFK gewählt ist, mit LFr0h = UFK*LFweiCh, wobei 0,90 < UFK < 0,99, und bevorzugt 0,93 < UFK < 0,97.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung (4) verwendet wird, mittels einer ersten Kalibrierfunktion K1 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der Verschneideeinrichtung verwendet wird, mittels einer zweiten
Kalibrierfunktion K2 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFr0h des
Rohwassers abgeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines
Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung (4) verwendet wird, direkt mittels einer ersten Gesamtkalibrierfunktion GK1 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFweiCh des enthärteten Wassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der Verschneideeinrichtung verwendet wird, direkt mittels einer zweiten
Gesamtkalibrierfunktion GK2 aus der experimentell bestimmten
Leitfähigkeit LFweiC des enthärteten Wassers abgeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Leitfähigkeit LFroh des Rohwassers aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers mit der Formel
r Vit
y '"' Vl ' abgeleitet wird, insbesondere wobei die Formel nach LFr0h aufgelöst ist, wobei UF eine Umrechnungsfunktion bezeichnet, mit der aus der
Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers die Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers erhalten wird, mit LFr0h = UF(LFweiC ), und UF"1 die
Umkehrfunktion von UF bezeichnet.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umrechnungsfunktion UF als ein konstanter Umrechnungsfaktor UFK gewählt ist, mit LFroh = UFK*LFweiCh,
wobei 0,90 < UFK < 0,99, und bevorzugt 0,93 < UFK < 0,97,
so dass gilt
UFK - Vit) versdmitt Vit ) vmclmit!
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung (4) verwendet wird, mittels einer ersten Kalibrierfunktion K1 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der Verschneideeinrichtung verwendet wird, mittels einer zweiten
Kalibrierfunktion K2 aus der abgeleiteten Leitfähigkeit LFroh des
Rohwassers abgeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine
Gesamthärte I des Rohwassers, die zur Steuerung eines
Regeneriervorgangs der Enthärtungsvorrichtung (4) verwendet wird, direkt mittels einer ersten gewichteten Gesamtkalibrierfunktion GGK1 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFverschnitt des
Verschnittwassers und den beiden Teilströmen V(t)teinweich und V(t)teii2roh abgeleitet wird,
und dass eine Gesamthärte II des Rohwassers, die zur Steuerung der Verschneideeinrichtung verwendet wird, direkt mittels einer zweiten gewichteten Gesamtkalibrierfunktion GGK2 aus der experimentell bestimmten Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers und den beiden Teiiströmen V(t)teinweich und V(t)teii2roh abgeleitet wird.
10. Wasserbehandlungsanlage (1 ), mit
- einer Enthärtungsvorrichtung (4), insbesondere umfassend ein lonentauscherharz (7),
- einem Leitfähigkeitssensor (9),
- einer elektronischen Steuereinrichtung (13) und
- einer automatisch verstellbaren Verschneideeinrichtung zum Mischen eines Verschnittwasserstromes V(t)verschnitt aus einem ersten, enthärteten Teilstrom V(t)tein weich und einem zweiten, rohwasserführenden Teilstrom
dadurch gekennzeichnet, dass der Leitfähigkeitssensor (9) im Bereich des enthärteten Wassers oder des Verschnittwassers angeordnet ist,
und dass die Steuereinrichtung (13) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
1 1. Wasserbehandlungsanlage (1 ) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (13) einen Speicher (18) mit mehreren abgespeicherten Kalibrierfunktionen (K1 , K2) und/oder mit mehreren abgespeicherten Gesamtkalibrierfunktionen (GK1 , GK2) und/oder mit mehreren abgespeicherten gewichteten
Gesamtkalibrierfunktionen (GGK1 , GGK2) zur Berechnung der
Leitfähigkeit LFr0h des Rohwassers und/oder der Gesamthärte des Rohwassers aus der Leitfähigkeit LFweich des enthärteten Wassers oder der Leitfähigkeit LFverschnitt des Verschnittwassers aufweist.
12. Wasserbehandlungsanlage (1 ) nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Durchflussmessgeräte (3) zur direkten oder indirekten experimentellen Bestimmung der Teilströme
V(t)teiiiweich und V(t)teii2roh vorhanden sind.
13. Verwendung einer Wasserbehandlungsanlage (1 ) nach einem der
Ansprüche 10 bis 12 in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
PCT/EP2010/069720 2009-12-18 2010-12-15 Rohwasserhärtebestimmung in einer wasserbehandlungsanlage über die leitfähigkeit des weich- oder verschnittwassers WO2011080075A2 (de)

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