WO2012034867A1 - Decarburizing method and device for obtaining clear process water having reduced carbonate hardness - Google Patents

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WO2012034867A1
WO2012034867A1 PCT/EP2011/065051 EP2011065051W WO2012034867A1 WO 2012034867 A1 WO2012034867 A1 WO 2012034867A1 EP 2011065051 W EP2011065051 W EP 2011065051W WO 2012034867 A1 WO2012034867 A1 WO 2012034867A1
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water
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Michael Eumann
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Definitions

  • Entcarfoos islanssverfafirers and apparatus for obtaining in its carbonate hardness reduced clear process water
  • the invention relates to a decarbonization process and to an apparatus for recovering (decarbonized) clear process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / l reduced in its carbonate hardness.
  • the raw water is added in a predetermined mixing ratio with an aqueous calcium hydroxide solution to precipitate calcium carbonate (CaCOs) by way of a precipitation reaction from the raw water.
  • the decarbonated raw water is supplied to a membrane filtration apparatus to filter out the calcium carbonate precipitated from the raw water.
  • the lime precipitation in the raw water occurs during the slow rising of the raw water and usually takes about one and a half hours.
  • the decarbonated water is withdrawn in the upper region of the reaction vessel, ie in the region of a water level, while the calcium carbonate precipitated from the raw water is sedimented and evacuated from the bottom of the reaction vessel and possibly recycled for recirculation of lime water or milk of lime and processed.
  • Kalkmedlungsanlagen In the limit load range of such Kalksocilungsanlagen or Mattersbenzoiter or even with frequent switching on and off of the facilities can lead to quality problems in the form of hazy processes that can lead to considerable difficulties in de this process step subsequent processes.
  • Such Kalkmedlungsanlagen also have due to the required size of the reaction vessel a lot of space and are, not least because of the required high degree of automation, in the purchase extremely cost-intensive.
  • the invention is based on the object, a decarbonation according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus for decarbonating raw water after the The preamble of claim 10 indicate that overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art.
  • the raw water mixed with the calcium hydroxide solution is passed within a mean residence time of T ⁇ 6 minutes at a defined pressure greater than atmospheric pressure within a pipeline system in which it decarbonates at the end of the precipitation reaction, ie is reduced in its carbonate hardness.
  • the associated advantage consists essentially in the fact that any amount of raw water can be reduced in an efficient and rapid manner flowing in its carbonate hardness continuously under pressure.
  • the large reaction vessels required for this in the prior art are omitted without replacement, as a result of which a space requirement required for carrying out the process is considerably reduced overall.
  • the course of the decarbonization reaction, ie the lime precipitation is below the pressure increased relative to an ambient pressure or Pressure gradient accelerated in the interior of the line system as a whole.
  • the piping system is aligned in its active length and its flow cross-section in total to a respective flow rate of the mixed with the calcium hydroxide solution and decarbonated raw water per unit time and may be formed in terms of wideniförmig in terms of minimum space requirements.
  • the precipitated when flowing through the raw water calcium carbonate is, as well as other floating particles filtered out by the device for membrane filtration from the decarbonated raw water, so that in its carbonate hardness reduced, ie at least partially decarbonated, clear process water can be provided.
  • the inventive method is particularly suitable for use in beer brewing or drinking water treatment.
  • the process water can be modified in further treatment steps or used directly as brewing water for the production of beer.
  • process water is understood to mean any water which has undergone treatment in any form. These can be additives, separations, changes that the raw or fresh water experiences.
  • the pipeline system according to the invention may also have one or more containers with and / or movable and / or stationary installations.
  • the predetermined mixing ratios of raw water with an aqueous calcium hydroxide solution in the context of the invention may be stoichiometric or unstoichiometric (under or over).
  • a pressure gradient of at least 1.5 bar preferably forms when flowing through the raw water to be decarbonized, which on the one hand accelerates the precipitation reaction over time and on the other hand allows a compact piping system, which is flowed through by the raw water in turbulent flow.
  • the raw water added with the calcium hydroxide solution is fed to the pipeline system on the inlet side at a pressure of 3 to 10 bar.
  • a particularly fast and effective decarbonization is possible.
  • the decarbonization of raw water provided via a public water supply network can optionally be carried out without additional pressure increase, for example by means of pumps, so as to provide service water with a defined carbonate hardness.
  • the raw water is mixed with the calcium hydroxide solution by means of a jet mixer, a static mixer, a dynamic mixer and / or a micromixer.
  • a jet mill the calcium hydroxide and the raw water are accelerated in a nozzle so far that the fluids in a subsequent mixing chamber flow turbulently and mix with each other.
  • the jet mixer can be formed directly by the feed device or can also be arranged in a downstream section of the line system or be formed by it.
  • the static mixer is a Naturalströmelement with internal structures, which lead to a swirling and mixing of the raw water and the added Calciumhydroxidiösung, There are the mixing elements a static mixer not, for example, electrically powered.
  • Such internal structures can be formed, for example, as inflow surfaces partially overlapping in the flow direction within the conduit system.
  • the calcium hydroxide solution according to the invention may be an undersaturated, saturated or supersaturated calcium hydroxide solution.
  • a sublimed or saturated calcium hydroxide solution there are advantages with respect to mixing the calcium hydroxide solution under pressure with the corresponding raw water, since, for example, injectors or the like can be added (blocked) only slightly or not at all to undissolved particles. As a result, overall the service life of the feed device can be improved without further maintenance.
  • a supersaturated calcium hydroxide solution so-called lime milk
  • calcium hydroxide is additionally present in its undissolved form and therefore only in the solution in a slit form, ie. suspended, before.
  • the calcium hydroxide solution is preferably prepared on-site, for example by adding lime, ie calcium oxide, with water ("lapping") or else introducing or dissolving calcium hydroxide in water.
  • the respective mixing ratio of the raw water with the calcium hydroxide solution is not empirical but by means of a control device, preferably as a function of a respective carbonate hardness of the raw water to be mixed with the calcium hydroxide solution and / or the (residual) Carbonate hardness of the device for membrane filtration on or discharged from this filtration plant process water, regulated.
  • the determination of the respective carbonate hardness can be effected, for example, by means of suitable sensors, for example by means of a pH measurement and / or a measurement of the electrical conductivity of the raw or service water.
  • the device for membrane filtration is advantageously a microfiltration, preferably an ultrafiltration, whereby a substantial or complete filtering of water-tainting lime particles (calcium carbonate particles) is made possible.
  • microfiltration preferably an ultrafiltration
  • ultrafiltration over the degree of separation. If particles with the size 0.5-0.1 pm separated, it is called microfiltration, the filtered-out particles are 0.1-0.01 pm large, then called the filtration process as ultrafiltration.
  • the device for membrane filtration can also be operated in particular in the so-called overflow method (crossflow) and, of course, comprise a plurality of membrane filters.
  • the (decarbonated) raw water reduced in its carbonate hardness is preferably fed to the device for membrane filtration at a mean pressure of not more than 1.5 bar, in particular 1 bar. As a result, damage to the device for membrane filtration can be effectively counteracted by excessively high pressures.
  • the advantage associated with the device according to the invention consists essentially in the fact that any untreated water flow can be reduced in an efficient and rapid manner under pressure and continuously within a pipeline in its carbonate hardness, without requiring the required in the prior art large and in the acquisition costly reaction vessel would be required.
  • the piping system can be made of pre-assembled on the market available metallic or plastic piping in a simple and inexpensive way. Even in the limit load range or even with frequent switching on and off the device quality problems, such as a not sufficiently reduced in its carbonate hardness or cloudy process water, reliably avoided.
  • flocculants or other chemicals added to the raw water and / or the process water can be that bind the particles and / or dissolved substances in the raw and / or operating water (for example, adsorb or absorb) and / or agglomerate or change the pH of these liquid chains, so that the particles and / or previously dissolved substances from the raw and / or service water are removable,
  • the raw water is supplied to the device 10 as raw water flow via a first wiring harness 12.
  • a calcium hydroxide solution of known molar concentration fed for the purpose of precipitation of the carbonate hardness contained in the raw water is metered into the raw water flow, wherein the calcium hydroxide solution is added to the raw water in a predetermined mixing ratio.
  • the calcium hydroxide solution can be present as undersaturated or else saturated lime water or else as a supersaturated solution in which calcium hydroxide is additionally suspended in undissolved form, ie as a so-called lime milk.
  • a control device 18 controls the metering of the quantity of calcium cadmium hydroxide to be added to the raw water flow in the feed device 14, ie a volume flow of the calcium hydroxide solution to be mixed in each time unit.
  • the control device 18 is in this connection connected to a sensor 20, which in the present case is provided for interval determination of the carbonate hardness of the raw water supplied via the first wiring harness 12, the control unit 18 metering the calcium hydroxide solution into the raw water on the basis of measured values of the sensor 20.
  • the sensor 20 or other sensors 20 can also be positioned at other regions downstream of the feed device 14, for example upstream or downstream of a device for membrane filtration.
  • the feed device 14 has an injector, not shown, via which the calcium hydroxide solution can be injected under high pressure into the raw water stream, so that already in the Feeding device 14 a thorough mixing of Calciumhydroxidiösung with the raw water flow takes place.
  • the untreated water stream thus added with the calcium hydroxide solution is fed immediately after the feeder 14 at a pressure of 3 to 10 bar to a piping system 22 in which the calcium hydroxide contained in the calcium hydroxide solution with the calcium ions contained in the raw water and the bicarbonate to calcium hydrogencarbonate and water according to the following Reaction equation is implemented. + Ga (OH) 2 * 2 CaCO s + 2 H 2 0
  • the pipeline system 22 has a meandering for reasons of space pipe section 24 and may be formed in a manner not shown in detail from a plurality of serially interconnected pipes.
  • the pipe system 22 is designed in its flowed through by the mixed with the Calciumhydroxidiösung raw water flow cross-sectional profile and its length such that the raw water stream flows through the conduit system 22 within a mean residence time of T ⁇ 6 minutes, preferably T ⁇ 4 minutes and during this period within the piping system 22 is reduced in the way of the above-explained precipitation reaction in its carbonate hardness to the desired carbonate hardness.
  • one or more containers with movable and / or stationary installations can be provided, via which the Speed or filling reaction, the efficiency of the reaction and the predetermined mean residence time of the operating water can be influenced in the piping system.
  • a static mixer 26 is provided in the pipe system 22, which is provided in a known manner with each other in the flow direction of the raw water to be decarbonated partially overlapping Anströmplatten 28.
  • the piping system 22 may also comprise further or other flow mixers, for example a dynamic mixer (for example a mixing pump) or else a jet mixer.
  • a dynamic mixer for example a mixing pump
  • a jet mixer the raw water mixed with the calcium hydroxide solution and to be decarbonated is accelerated in a nozzle to such an extent that the liquids in a subsequent mixing chamber flow turbulently and mix intensively with one another.
  • the raw water which is reduced in its carbonate hardness during the passage through the pipeline system 22 contains the precipitated lime (CaCO 3) in the form of small suspended particles or larger lime agglomerates and therefore becomes (immediately) after its passage through the pipeline system 22 via a feed leg 30 of a membrane filtration device 32 (Membrane filter) with a medium Pressure of up to a maximum of 1.5 bar, in particular about 1 bar supplied.
  • CaCO 3 precipitated lime
  • the device for membrane filtration 32 is formed in the present embodiment as a microfiltration, but may also be formed as ultrafiltration and has one or more, unspecified reproduced membrane filter, which may be connected in series and / or in parallel.
  • the untreated water flow which has been reduced in its carbonate hardness after flowing through the pipeline system 22, can be passed through at least one membrane filter of the membrane filtration device 32 in the flow-through method and be provided via a discharge line 34 as clear decarbonated process water.
  • the device for membrane filtration 32 can also be operated in the embodiment shown here in the so-called overflow.
  • a portion of the device for membrane filtration 32 via a feed line 30 from the piping system 22 fed entcarbonInstituten raw water stream via a drain line 34 as a filtrate, ie as process water withdrawn.
  • Another portion of the decarbonated raw water stream is added via a Studentsströmstrang 36 of the device for membrane filtration 32 and a controllable branch 38 either by means of a first return strand 40 again led out of the feeder 14 and mixed with the Calciumhydroxidnaps raw water stream upstream of the static mixer 26, or via a second Return strand 42 admixed to the led out of the pipe system 22 decarbonated raw water stream and fed again via the inlet leg 30 of the device for membrane filtration 32.
  • a filter cake of precipitated calcium hydrogencarbonate forming on the membrane filter or the membrane filter of the device for membrane filtration 32 during operation of the device 10 can be avoided or delayed.
  • Such a filter cake can also be removed by (possibly retrograde) rinsing of the device for membrane filtration 32 again from the membrane filter and optionally reused in a manner not shown in the preparation of a calcium hydroxide solution.
  • the process water withdrawn from the device for membrane filtration 32 via the drainage line 34 has a predetermined carbonate hardness which is reduced compared to that of the device 10 and is free of turbid particles, in particular calcium carbonate particles.
  • the process water can be used, for example, as beverage water in the production of beverages, such as for brewing beer, but possibly also as drinking water or water for technical applications where clear service water with a defined carbonate hardness is required.
  • a decarbonization process for obtaining, in its carbonate hardness, clear pure process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / l, with the following process steps; - Mixing the raw water with an aqueous Calciumhydroxidiösung in a predetermined mixing ratio to precipitate calcium carbonate (CaC0 3 ) by way of a precipitation reaction from the raw water,
  • the untreated water mixed with the calcium hydroxide solution is passed within a mean residence time of T ⁇ 6 minutes at a defined pressure greater than atmospheric pressure within a pipeline system (18) and decarbonated at the end of the precipitation reaction.
  • the invention further relates to a device (10) for carrying out the decarbonization process according to the invention.

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Abstract

The invention relates to a decarburizing method for obtaining clear process water having reduced carbonate hardness from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol/l, comprising the following method steps: adding an aqueous calcium hydroxide solution to the water at a predefined mixing ratio in order to precipitate calcium carbonate (CaCO3) from the raw water by means of a precipitation reaction, and feeding the decarburized raw water to a device for membrane filtration in order to filter the precipitated calcium carbonate out of the raw water. According to the invention, the raw water having added calcium hydroxide solution is fed in a flow within a pipeline system (18) at a defined pressure greater than atmospheric pressure within an average dwell time of T ≤ 6 minutes and is decarburized by means of the precipitation reaction. The invention further relates to a device (10) for carrying out the decarburizing method according to the invention.

Description

Entcarfoos islerungsverfafirers sowie Vorrichtung zum Gewinnen von In seiner Carbonathärte reduziertem klarem Betriebswasser  Entcarfoos islerungsverfafirers and apparatus for obtaining in its carbonate hardness reduced clear process water
Die Erfindung betrifft ein Entcarbonisierungsverfahren sowie eine Vorrichtung zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem (entcarbonisiertem) klarem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von zumindest 1,3 mmol/1. Das Rohwasser wird in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis mit einer wässrigen Calciumhydroxidlösung versetzt, um Calciumcarbonat (CaCOs) im Wege einer Fällungsreaktion aus dem Rohwasser auszufällen. Das entcarbonisierte Rohwasser wird einer Vorrichtung zur Membranfiltration zugeführt, um das aus dem Rohwasser ausgefällte Calciumcarbonat herauszufiltern. The invention relates to a decarbonization process and to an apparatus for recovering (decarbonized) clear process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / l reduced in its carbonate hardness. The raw water is added in a predetermined mixing ratio with an aqueous calcium hydroxide solution to precipitate calcium carbonate (CaCOs) by way of a precipitation reaction from the raw water. The decarbonated raw water is supplied to a membrane filtration apparatus to filter out the calcium carbonate precipitated from the raw water.
Derartige Entcarbonisierungsverfahren werden seit vielen Jahren bei der Trinkwasseraufbereitung oder auch speziell bei Getränkeherstellungs- verfahren, beispielsweise bei der Bierherstellung, d.h. beim Bierbrauen, angewandt. Durch die Zugabe der Calciumhydroxidlösung, die bei der industriellen Entcarbonisierung von Rohwasser aus Kostengründen üblicherweise vor Ort durch Lösen von Calciumhydroxid in Wasser hergestellt wird, wird vorrangig die Carbonathärte des Rohwassers verringert, indem Calciumhydroxid mit im Rohwasser enthaltenem Hydrogencarbonat und Caiciumionen zu Caiciumhydrogencarbonat und Wasser gemäß der nachstehenden Reaktionsgleichung umgesetzt wird: Such decarbonization processes have been used for many years in drinking water treatment or even in beverage production processes, for example in beer production, ie in beer brewing. By adding the calcium hydroxide solution used in the industrial decarbonization of raw water for cost reasons is usually produced locally by dissolving calcium hydroxide in water, the carbonate hardness of the raw water is primarily reduced by calcium hydroxide is reacted with bicarbonate contained in the raw water and Caiciumionen to Caiciumhydrogencarbonat and water according to the following reaction equation:
Ca2 + 2 HCO~■ + Ca(ÖH)2 2 CaC03 + 2 H2Ö Ca 2 + 2 HCO ~ + Ca (ÖH) 2 2 CaC0 3 + 2 H 2 E
Kar onatfa arte  Kar onatfa arte
Die Zugabe von Calciumhydroxid zur Wasserenthärtung ist beispielsweise aus der DE 692 00 371 T2 bekannt geworden. Die Ausfällung findet dabei an einem Filterkuchen aus Calciumcarbonatkristallen statt. The addition of calcium hydroxide for water softening has become known, for example, from DE 692 00 371 T2. The precipitation takes place on a filter cake of calcium carbonate crystals.
Auch in der EP 0 214 577 A2 wird eine Entcarbonisierung des Wassers durch Zugabe von Calciumhydroxid erreicht, wobei anfallendes Also in EP 0 214 577 A2 a decarbonization of the water is achieved by the addition of calcium hydroxide, wherein accumulating
Calciumcarbonat aus dem Wasser durch Filtrieren abgetrennt wird. Zum Abtrennen von ausgefälltem Calciumcarbonat wird in der DE 10 2008 039 447 AI die Verwendung eines Membranfilters vorgeschlagen. Calcium carbonate is separated from the water by filtration. For the separation of precipitated calcium carbonate, DE 10 2008 039 447 A1 proposes the use of a membrane filter.
Bei der industriellen Entcarbonisierung von Rohwasser müssen mitunter große Mengen Rohwasser pro Stunde entcarbonisiert werden. Bei den am Markt verfügbaren Kalkfällungsanlagen erfolgt die Entcarbonisierung dabei nach dem Prinzip der sogenannten offenen Entcarbonisierung in zylindrokonischen Reaktionsbehältern. Aufgrund der dabei niedrigen maximal möglichen Strömungsgeschwindigkeit müssen die Reaktionsbehälter entsprechend groß dimensioniert sein und erreichen daher teilweise die Höhe eines mehrstöckigen Gebäudes. Das Rohwasser wird in die Reaktionsbehälter in der Regel über ein Tauchrohr eingeleitet und die Calciumhydroxidlösung wird als unter- bzw. gesättigtes (klares) Kalkwasser oder auch als übersättigte Lösung, als sogenannte Kalkmilch, zugesetzt, bei der Calciumhydroxid zusätzlich aufgeschlämmt, d.h. suspendiert vorliegt. Die Kalkfällung im Rohwasser erfolgt während des langsamen Aufsteigens des Rohwassers und dauert üblicherweise etwa eineinhalb Stunden. Das entcarbonisierte Wasser wird im oberen Bereich des Reaktionsbehälters, d.h. im Bereich eines Wasserspiegels abgezogen, während das aus dem Rohwasser ausgefällte Calciumcarbonat sedimentiert und vom Boden des Reaktionsbehälters evakuiert und ggf. zur erneuten Herstellung von Kalkwasser bzw. Kalkmilch rückgeführt und aufbereitet wird. In the case of industrial decarbonization of raw water, large quantities of raw water must sometimes be decarbonated every hour. In the case of the lime precipitation plants available on the market, decarbonization takes place according to the principle of so-called open decarbonization in cylindroconical reaction vessels. Due to the thereby low maximum possible flow rate, the reaction vessel must be dimensioned correspondingly large and therefore reach partially the height of a multi-storey building. The raw water is introduced into the reaction vessel usually via a dip tube and the calcium hydroxide solution as under- or saturated (clear) lime water or as a supersaturated solution, as so-called milk of lime added, additionally slurried in the calcium hydroxide, that is suspended. The lime precipitation in the raw water occurs during the slow rising of the raw water and usually takes about one and a half hours. The decarbonated water is withdrawn in the upper region of the reaction vessel, ie in the region of a water level, while the calcium carbonate precipitated from the raw water is sedimented and evacuated from the bottom of the reaction vessel and possibly recycled for recirculation of lime water or milk of lime and processed.
Im Grenzbelastungsbereich derartiger Kalkfällungsanlagen bzw. Reaktionsbehäiter oder auch bei häufigem Ein- und Abschalten der Anlagen kann es zu Qualitätsproblemen in Form von trüben Abläufen kommen, die in de diesem Verfahrensschritt nachfolgenden Prozessen zu erheblichen Schwierigkeiten führen können. Solche Kalkfällungsanlagen weisen zudem aufgrund der erforderlichen Baugröße der Reaktionsbehälter einen hohen Platzbedarf auf und sind, nicht zuletzt aufgrund des erforderlichen hohen Automatisierungsgrades, in der Anschaffung ausgesprochen kosten-intensiv. In the limit load range of such Kalkfällungsanlagen or Reaktionsbehäiter or even with frequent switching on and off of the facilities can lead to quality problems in the form of hazy processes that can lead to considerable difficulties in de this process step subsequent processes. Such Kalkfällungsanlagen also have due to the required size of the reaction vessel a lot of space and are, not least because of the required high degree of automation, in the purchase extremely cost-intensive.
Der Erfindung lieg die Aufgabe zugrunde, ein Entcarbonisierungsverfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Entcarbonisieren von Rohwasser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10 anzugeben, die die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden. The invention is based on the object, a decarbonation according to the preamble of patent claim 1 and an apparatus for decarbonating raw water after the The preamble of claim 10 indicate that overcome the above-mentioned disadvantages of the prior art.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch ein Entcarbonisierungsverfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und die die Vorrichtung betreffende Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 10 angegebenen Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. The object of the method is achieved by a decarbonization with the features specified in claim 1 and the object relating to the device by a device having the features specified in claim 10. The dependent claims represent preferred embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß wird das mit der Calciumhydroxidlösung versetzte Rohwasser innerhalb einer mittleren Verweilzeit von T < 6 Minuten bei einem definierten Druck größer Atmosphärendruck innerhalb eines Rohrleitungssystems strömend geführt, in dem es unter Ablauf der Fällungsreaktion entcarbonisiert, d.h. in seiner Carbonathärte reduziert, wird. Der damit verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass beliebige Rohwassermengen auf effiziente und zügige Weise in ihrer Carbonathärte kontinuierlich unter Druck strömend reduziert werden können. Die dazu im Stand der Technik erforderlichen großen Reaktionsbehälter entfallen ersatzlos, wodurch ein für die Durchführung des Verfahrens erforderlicher Platzbedarf insgesamt erheblich reduziert ist. Der Ablauf der Entcarbonisierungsreaktion, d.h. die Kalkfällung, ist unter dem gegenüber einem Umgebungsdruck erhöhten Druck bzw. Druckgefälle im Inneren des Leitungssystems insgesamt beschleunigt. Das Rohrleitungssystem ist in seiner aktiven Länge sowie seinem Strömungsquerschnitt insgesamt auf einen jeweiligen Mengenfluss des mit der Calciumhydroxidlösung versetzten und zu entcarbonisierenden Rohwassers pro Zeiteinheit ausgerichtet und kann im Hinblick auf einen möglichst geringen Platzbedarf im Wesentlichen wendeiförmig ausgebildet sein. Das beim Durchströmen aus dem Rohwasser ausgefällte Calciumcarbonat wird, wie auch andere Schwebepartikel, durch die Vorrichtung zur Membranfiltration aus dem entcarbonisierten Rohwasser herausgefiltert, so dass ein in seiner Carbonathärte reduziertes, d.h. zumindest teilweise entcarbonisiertes, klares Betriebswasser bereitgestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Einsatz beim Bierbrauen oder der Trinkwasseraufbereitung. Das Betriebswasser kann dabei in weiteren Aufbereitungsschritten modifiziert werden oder auch direkt als Brauwasser zur Herstellung von Bier eingesetzt werden. Unter Betriebswasser wird im Rahmen dieser Erfindung jedwedes Wasser verstanden, das in irgendeiner Form eine Aufbereitung erfahren hat. Dies können Zusätze, Abtrennungen, Veränderungen sein, die das Roh- oder Frischwasser erfährt. Das erfindungsgemäße Rohrleitungssystem kann auch ein oder mehrere Behältnisse mit und/oder beweglichen und/oder ortsfesten Einbauten aufweisen. Die im Rahmen der Erfindung vorgegebenen Mischungsverhältnisse von Rohwasser mit einer wässrigen Calciumhydroxidlösung können stöchiometrisch oder unstöchiometrisch (unter- bzw. über-) sein. According to the invention, the raw water mixed with the calcium hydroxide solution is passed within a mean residence time of T <6 minutes at a defined pressure greater than atmospheric pressure within a pipeline system in which it decarbonates at the end of the precipitation reaction, ie is reduced in its carbonate hardness. The associated advantage consists essentially in the fact that any amount of raw water can be reduced in an efficient and rapid manner flowing in its carbonate hardness continuously under pressure. The large reaction vessels required for this in the prior art are omitted without replacement, as a result of which a space requirement required for carrying out the process is considerably reduced overall. The course of the decarbonization reaction, ie the lime precipitation, is below the pressure increased relative to an ambient pressure or Pressure gradient accelerated in the interior of the line system as a whole. The piping system is aligned in its active length and its flow cross-section in total to a respective flow rate of the mixed with the calcium hydroxide solution and decarbonated raw water per unit time and may be formed in terms of wideniförmig in terms of minimum space requirements. The precipitated when flowing through the raw water calcium carbonate is, as well as other floating particles filtered out by the device for membrane filtration from the decarbonated raw water, so that in its carbonate hardness reduced, ie at least partially decarbonated, clear process water can be provided. The inventive method is particularly suitable for use in beer brewing or drinking water treatment. The process water can be modified in further treatment steps or used directly as brewing water for the production of beer. In the context of this invention, process water is understood to mean any water which has undergone treatment in any form. These can be additives, separations, changes that the raw or fresh water experiences. The pipeline system according to the invention may also have one or more containers with and / or movable and / or stationary installations. The predetermined mixing ratios of raw water with an aqueous calcium hydroxide solution in the context of the invention may be stoichiometric or unstoichiometric (under or over).
Im Rohrleitungssystem bildet sich bevorzugt beim Durchströmen des zu entcarbonisierenden Rohwassers ein Druckgefälle von mindestens 1,5 bar aus, das einerseits die Fällungsreaktion zeitlich beschleunigt und andererseits ein kompaktes Rohrleitungssystem ermöglicht, das vom Rohwasser in turbulenter Strömung durchströmt wird. In the piping system, a pressure gradient of at least 1.5 bar preferably forms when flowing through the raw water to be decarbonized, which on the one hand accelerates the precipitation reaction over time and on the other hand allows a compact piping system, which is flowed through by the raw water in turbulent flow.
Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Entcarbonisierungsverfahrens wird das mit der Calciumhydroxidiösung versetzte Rohwasser dem Rohrleitungssystem eingangsseitig mit einem Druck von 3 bis 10 bar zugeführt. Dadurch ist einerseits eine besonders schnelle und effektive Entcarbonisierung möglich. Andererseits kann die Entcarbonisierung von über ein öffentliches Wasserversorgungsnetz bereitgestelltem Rohwasser gegebenenfalls ohne zusätzliche Druckerhöhung, beispielsweise mittels Pumpen, durchgeführt werden, um so Brauchwasser mit einer definierten Carbonathärte bereitzustellen. According to a particularly preferred development of the decarbonization process, the raw water added with the calcium hydroxide solution is fed to the pipeline system on the inlet side at a pressure of 3 to 10 bar. As a result, on the one hand a particularly fast and effective decarbonization is possible. On the other hand, the decarbonization of raw water provided via a public water supply network can optionally be carried out without additional pressure increase, for example by means of pumps, so as to provide service water with a defined carbonate hardness.
Zugleich wird bei diesen Drücken ein für eine Druckdichtigkeit des Leitungssystems erforderlicher konstruktiver Aufwand sowie Materialeinsatz gering gehalten. At the same time required for a pressure-tightness of the piping system design effort and material usage is kept low at these pressures.
Das Rohwasser wird insbesondere mittels eines Strahlmischers, einem statischen Mischer, einem dynamischen Mischer und/oder einem Mikromischer, mit der Calciumhydroxidiösung vermischt. Im Falle eines Strahlmisehers wird das Calciumhydroxid und das Rohwasser in einer Düse soweit beschleunigt, dass die Flüssigkeiten in einem nachfolgenden Mischraum turbulent strömen und sich dabei miteinander vermischen. Der Strahlmischer kann dabei direkt von der Zuführeinrichtung gebildet sein oder auch in einem nachgeschalteten Abschnitt des Leitungssystems angeordnet bzw. von diesem ausgebildet sein. Im Falle des statischen Mischers handelt es sich um ein Durchströmelement mit Innenstrukturen, die zu einem Verwirbeln und Vermischen des Rohwassers und der zugesetzten Calciumhydroxidiösung führen, Dabei sind die Mischelemente eines statischen Mischers nicht, z.B. elektrisch, angetrieben. Derartige Innenstrukturen können z.B. als sich in Strömungsrichtung teilweise überdeckende Anströmflächen innerhalb des Leitungssystems ausgebildet sein. In particular, the raw water is mixed with the calcium hydroxide solution by means of a jet mixer, a static mixer, a dynamic mixer and / or a micromixer. In the case of a jet mill, the calcium hydroxide and the raw water are accelerated in a nozzle so far that the fluids in a subsequent mixing chamber flow turbulently and mix with each other. The jet mixer can be formed directly by the feed device or can also be arranged in a downstream section of the line system or be formed by it. In the case of the static mixer is a Durchströmelement with internal structures, which lead to a swirling and mixing of the raw water and the added Calciumhydroxidiösung, There are the mixing elements a static mixer not, for example, electrically powered. Such internal structures can be formed, for example, as inflow surfaces partially overlapping in the flow direction within the conduit system.
Die Calciumhydroxidlösung kann nach der Erfindung eine untersättigte, gesättigte oder eine übersättigte Calciumhydroxidlösung sein. Im Falle einer unter- bzw. gesättigten Calciumhydroxidlösung ergeben sich Vorteile bezüglich eines Vermischens der Calciumhydroxidlösung unter Druck mit dem entsprechenden Rohwasser, da beispielsweise Einspritzdüsen oder dergl. nur geringfügig bzw. überhaupt nicht mit ungelösten Partikeln zugesetzt (verstopft) werden können. Dadurch kann insgesamt die Standzeit der Zuführeinrichtung ohne weitere Wartung verbessert werden. Bei Einsatz einer übersättigten Calciumhydroxidlösung (sog. Kalkmilch) liegt Calciumhydroxid zusätzlich in seiner ungelösten und daher lediglich in der Lösung aufgeschiämmten Form, d.h. suspendiert, vor. The calcium hydroxide solution according to the invention may be an undersaturated, saturated or supersaturated calcium hydroxide solution. In the case of a sublimed or saturated calcium hydroxide solution, there are advantages with respect to mixing the calcium hydroxide solution under pressure with the corresponding raw water, since, for example, injectors or the like can be added (blocked) only slightly or not at all to undissolved particles. As a result, overall the service life of the feed device can be improved without further maintenance. If a supersaturated calcium hydroxide solution (so-called lime milk) is used, calcium hydroxide is additionally present in its undissolved form and therefore only in the solution in a slit form, ie. suspended, before.
Die Calciumhydroxidlösung wird vorzugsweise vor Ort angesetzt, indem beispielsweise gebrannter Kalk, also Calciumoxid mit Wasser versetzt wird („Kalklöschen") oder aber Calciumhydroxid in Wasser eingebracht bzw. darin gelöst/suspendiert wird. The calcium hydroxide solution is preferably prepared on-site, for example by adding lime, ie calcium oxide, with water ("lapping") or else introducing or dissolving calcium hydroxide in water.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das jeweilige Mischungsverhältnis des Rohwassers mit der Calciumhydroxidlösung nicht empirisch, sondern mittels einer Steuereinrichtung, vorzugsweise in Abhängigkeit einer jeweiligen Carbonathärte des mit der Calciumhydroxidlösung zu versetzenden Rohwassers und/oder der (Rest-) Carbonathärte des der Vorrichtung zur Membranfiltration zu- bzw. des aus dieser Filtrationsanlage ausgeleiteten Betriebswassers, geregelt. Die Ermittlung der jeweiligen Carbonathärte kann beispielsweise mittels geeigneter Sensoren, beispielsweise im Wege einer pH-Wert Messung und/oder einer Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Roh- bzw. Betriebswassers erfolgen. According to a development of the invention, the respective mixing ratio of the raw water with the calcium hydroxide solution is not empirical but by means of a control device, preferably as a function of a respective carbonate hardness of the raw water to be mixed with the calcium hydroxide solution and / or the (residual) Carbonate hardness of the device for membrane filtration on or discharged from this filtration plant process water, regulated. The determination of the respective carbonate hardness can be effected, for example, by means of suitable sensors, for example by means of a pH measurement and / or a measurement of the electrical conductivity of the raw or service water.
Bei der Vorrichtung zur Membranfiltration handelt es sich vorteilhaft um eine Mikrofiltration, bevorzugt eine Ultrafiltration, wodurch eine weitgehende bzw. vollständige Ausfilterung von wassertrübenden Kalkpartikeln (Calciumcarbonatpartikeln) ermöglicht wird. Man unterscheidet eine Mikrofiltration und eine Ultrafiltration über den Grad der Abtrennung. Werden Partikel mit der Größe 0,5-0,1 pm abgetrennt, spricht man von Mikrofiltration, sind die ausgefilterten Partikel 0,1-0,01 pm groß, dann bezeichnet man den Filtrationsvorgang als Ultrafiltration. Die Vorrichtung zur Membranfiltration kann dabei insbesondere auch im sogenannten Überströmverfahren (Crossflow) betrieben werden und selbstverständlich mehrere Membranfilter umfassen. Das in seiner Carbonathärte reduzierte (entcarbonisierte) Rohwasser wird der Vorrichtung zur Membranfiltration vorzugsweise mit einem mittleren Druck von maximal 1,5 bar, insbesondere 1 bar zugeführt. Dadurch kann einer Beschädigung der Vorrichtung zur Membranfiltration durch zu hohe Drücke effektiv entgegengewirkt werden. In the device for membrane filtration is advantageously a microfiltration, preferably an ultrafiltration, whereby a substantial or complete filtering of water-tainting lime particles (calcium carbonate particles) is made possible. A distinction is made between microfiltration and ultrafiltration over the degree of separation. If particles with the size 0.5-0.1 pm separated, it is called microfiltration, the filtered-out particles are 0.1-0.01 pm large, then called the filtration process as ultrafiltration. The device for membrane filtration can also be operated in particular in the so-called overflow method (crossflow) and, of course, comprise a plurality of membrane filters. The (decarbonated) raw water reduced in its carbonate hardness is preferably fed to the device for membrane filtration at a mean pressure of not more than 1.5 bar, in particular 1 bar. As a result, damage to the device for membrane filtration can be effectively counteracted by excessively high pressures.
Vorteilhaft kann eine Rückführung von Retentat aus der Vorrichtung zur Membranfiltration zwecks dessen Wiederverwendung bei einer Herstellung der Calciumhydroxidlösung vorgenommen werden. Die Vorrichtung zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von zumindest 1,3 mmol/1 weist erfindungsgemäß eine der Zuführeinrichtung und der Vorrichtung zur Membranfiltration zwischengeschaltetes Leitungssystem auf, durch das das mit der Calciumhydroxidlösung versetzte Rohwasser innerhalb einer Verweilzeit von T < 6 Minuten, bevorzugt T < 4 Minuten, unter einem definieren Druck von 3-10 bar während des Ablaufs der Fällungsreaktion strömt. Advantageously, recycling of retentate from the membrane filtration apparatus for its reuse in manufacture the calcium hydroxide solution are made. The device for recovering reduced in its carbonate hardness of raw water with a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / 1 according to the invention on the feeder and the device for membrane filtration intermediate line system through which the mixed with the calcium hydroxide raw water within a residence time of T. <6 minutes, preferably T <4 minutes, flows under a defined pressure of 3-10 bar during the course of the precipitation reaction.
Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass ein beliebiger Rohwasserstrom auf effiziente und zügige Weise unter Druck und kontinuierlich innerhalb einer Rohrleitung in seiner Carbonathärte reduziert werden kann, ohne dass dafür die im dem Stand der Technik erforderlichen großen und in der Anschaffung kostspieligen Reaktionsbehälter erforderlich wären. Das Rohrleitungssystem kann aus am Markt vorkonfektioniert erhältlichen metallischen oder Kunststoff-Rohrleitungen auf einfache und wenig kostenintensive Weise gefertigt werden. Selbst im Grenzbelastungsbereich oder auch bei häufigem Ein- und Abschalten der Vorrichtung werden Qualitätsprobleme, wie beispielsweise ein nicht hinreichend in seiner Carbonathärte reduziertes oder auch trübes Betriebswasser, zuverlässig vermieden. Es versteht sich, dass neben oder zusätzlich zur Füllungsreaktion in beliebigen Verfahrensabschnitten dem Rohwasser und/oder dem Betriebswasser Flockungsmittel oder andere Chemikalien zugegeben werden können, die Partikel und/oder gelöste Stoffe im Roh- und/oder Betriebswasser binden (beispielsweise adsorbieren oder absorbieren) und/oder agglomerieren bzw. den pH-Wert dieser Flüssigketten verändern, so dass die Partikel und/oder die vormals gelösten Stoffe aus dem Roh- und/oder Betriebswasser entfernbar sind, The advantage associated with the device according to the invention consists essentially in the fact that any untreated water flow can be reduced in an efficient and rapid manner under pressure and continuously within a pipeline in its carbonate hardness, without requiring the required in the prior art large and in the acquisition costly reaction vessel would be required. The piping system can be made of pre-assembled on the market available metallic or plastic piping in a simple and inexpensive way. Even in the limit load range or even with frequent switching on and off the device quality problems, such as a not sufficiently reduced in its carbonate hardness or cloudy process water, reliably avoided. It is understood that in addition to or in addition to the filling reaction in any process sections flocculants or other chemicals added to the raw water and / or the process water can be that bind the particles and / or dissolved substances in the raw and / or operating water (for example, adsorb or absorb) and / or agglomerate or change the pH of these liquid chains, so that the particles and / or previously dissolved substances from the raw and / or service water are removable,
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Fig. eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawings. In the drawing, the only Fig. Shows an embodiment of an inventive
Vorrichtung zum Entcarbonisieren von Rohwasser nach dem erfindungsgemäßen Entcarbonisierungs- verfahren.  Apparatus for decarbonating raw water according to the decarbonization process according to the invention.
Die einzige Fig. der Zeichnung zeigt den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und ist nicht maßstäblich zu verstehen. Die einzelnen Bestandteile des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind so dargestellt, dass ihr Aufbau gut gezeigt werden kann. The sole Fig. The drawing shows the subject invention highly schematized and is not to scale. The individual components of the article according to the invention are shown so that their structure can be well shown.
In der Figur ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem klarem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von mindestens 1, 3 mmol/1 gezeigt. Über die in der Figur gezeigten Vorrichtung 10 wird die Carbonathärte des Rohwassers reduziert. Das Rohwasser wird der Vorrichtung 10 als Rohwasserstrom über einen ersten Leitungsstrang 12 zugeleitet. In einer Zuführeinrichtung 14 wird in den Rohwasserstrom eine über einen zweiten Leitungsstrang 16 zugeführte Calciumhydroxidlösung bekannter Stoffmengenkonzentration zwecks Fällung der in dem Rohwasser enthaltenen Carbonathärte dosiert, wobei die Calciumhydroxidlösung in einem vorgegeben Mischungsverhältnis dem Rohwasser zugemischt wird. Die Calciumhydroxidlösung kann als untersättigtes oder auch gesättigtes Kalkwasser oder aber als übersättigte Lösung, bei der Caiciumhydroxid zusätzlich auch in ungelöster Form suspendiert ist, d.h. als eine sogenannte Kalkmilch, vorliegen. Eine Steuereinrichtung 18 regelt die Dosierung der in der Zuführeinrichtung 14 dem Rohwasserstrom zuzusetzenden Stoffmenge an Caiciumhydroxid, d.h. einen pro Zeiteinheit jeweilig zuzumischenden Volumenstrom der Calciumhydroxidlösung. Die Steuereinrichtung 18 ist diesbezüglich mit einem Sensor 20 verbunden, der vorliegend zur intervallweisen Bestimmung der Carbonathärte des über den ersten Leitungsstrang 12 zugeführten Rohwassers vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit 18 die Calciumhydroxidlösung dem Rohwasser auf Grundlage von Messwerten des Sensors 20 zudosiert. Zur Bestimmung der Carbonathärte kann der Sensor 20 bzw. können weitere Sensoren 20 auch an anderen Bereichen stromabwärts der Zuführeinrichtung 14, beispielsweise vor oder stromabwärts einer Vorrichtung zur Membranfiltration, positioniert sein, Die Zuführeinrichtung 14 weist einen nicht näher dargestellten Injektor auf, über den die Calciumhydroxidlösung unter hohem Druck in den Rohwasserstrom eingespritzt werden kann, so dass bereits in der Zuführeinrichtung 14 eine weitgehende Durchmischung der Calciumhydroxidiösung mit dem Rohwasserstrom erfolgt. In the figure, a total designated 10 device according to the invention for recovering reduced in its carbonate hardness clear process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1, 3 mmol / 1 shown. About the device 10 shown in the figure, the carbonate hardness of the raw water is reduced. The raw water is supplied to the device 10 as raw water flow via a first wiring harness 12. In a feed device 14, a calcium hydroxide solution of known molar concentration fed for the purpose of precipitation of the carbonate hardness contained in the raw water is metered into the raw water flow, wherein the calcium hydroxide solution is added to the raw water in a predetermined mixing ratio. The calcium hydroxide solution can be present as undersaturated or else saturated lime water or else as a supersaturated solution in which calcium hydroxide is additionally suspended in undissolved form, ie as a so-called lime milk. A control device 18 controls the metering of the quantity of calcium cadmium hydroxide to be added to the raw water flow in the feed device 14, ie a volume flow of the calcium hydroxide solution to be mixed in each time unit. The control device 18 is in this connection connected to a sensor 20, which in the present case is provided for interval determination of the carbonate hardness of the raw water supplied via the first wiring harness 12, the control unit 18 metering the calcium hydroxide solution into the raw water on the basis of measured values of the sensor 20. For determining the carbonate hardness, the sensor 20 or other sensors 20 can also be positioned at other regions downstream of the feed device 14, for example upstream or downstream of a device for membrane filtration. The feed device 14 has an injector, not shown, via which the calcium hydroxide solution can be injected under high pressure into the raw water stream, so that already in the Feeding device 14 a thorough mixing of Calciumhydroxidiösung with the raw water flow takes place.
Der solchermaßen mit der Calciumhydroxidiösung versetzte Rohwasserstrom wird unmittelbar nach der Zuführeinrichtung 14 mit einem Druck von 3 bis 10 bar einem Rohrleitungssystem 22 zugeführt, in dem das in der Calciumhydroxidiösung enthaltene Calciumhydroxid mit den im Rohwasser enthaltenen Calciumionen und dem Hydrogencarbonat zu Calciumhydrogencarbonat und Wasser gemäß der nachstehenden Reaktionsgleichung umgesetzt wird. + Ga(OH)2 * 2 CaCOs + 2 H20The untreated water stream thus added with the calcium hydroxide solution is fed immediately after the feeder 14 at a pressure of 3 to 10 bar to a piping system 22 in which the calcium hydroxide contained in the calcium hydroxide solution with the calcium ions contained in the raw water and the bicarbonate to calcium hydrogencarbonate and water according to the following Reaction equation is implemented. + Ga (OH) 2 * 2 CaCO s + 2 H 2 0
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Das Rohrleitungssystem 22 weist einen aus Platzgründen mäanderförmig verlaufenden Rohrleitungsabschnitt 24 auf und kann in nicht näher wiedergegebener Weise aus einer Vielzahl seriell miteinander verbundener Leitungsrohre gebildet sein. Das Rohrleitungssystem 22 ist in seinem von dem mit der Calciumhydroxidiösung versetzten Rohwasserstrom durchströmbaren Querschnittsverlauf sowie seiner Länge derart ausgelegt, dass der Rohwasserstrom das Leitungssystem 22 innerhalb einer mittleren Verweilzeit von T < 6 Minuten, bevorzugt T < 4 Minuten durchströmt und während dieser Zeitdauer innerhalb des Rohrleitungssystems 22 im Wege der vorstehend erläuterten Fällungsreaktion in seiner Carbonathärte auf die gewünschte Carbonathärte reduziert wird. Im Rohrleistungssystem 22 können ein oder mehrere Behältnisse mit beweglichen und/oder ortsfesten Einbauten (Rührer, Mischer, Prallplatten) vorgesehen sein, über die die Geschwindigkeit oder Füllungsreaktion, der Wirkungsgrad der Reaktion und die vorgegebene mittlere Verweilzeit des Betriebswassers im Leitungssystem beeinflusst werden können. Zwecks eines möglichst hohen Durchmischungsgrads des Rohwasserstroms mit der Calciumhydroxidlösung und damit einer möglichst suffizienten und schnellen Kalkfäliung ist im Rohrleitungssystem 22 ein statischer Mischer 26 vorgesehen, der in bekannter Weise mit sich in Strömungsrichtung des zu entcarbonisierenden Rohwassers einander teilweise überdeckenden Anströmplatten 28 versehen ist. The pipeline system 22 has a meandering for reasons of space pipe section 24 and may be formed in a manner not shown in detail from a plurality of serially interconnected pipes. The pipe system 22 is designed in its flowed through by the mixed with the Calciumhydroxidiösung raw water flow cross-sectional profile and its length such that the raw water stream flows through the conduit system 22 within a mean residence time of T <6 minutes, preferably T <4 minutes and during this period within the piping system 22 is reduced in the way of the above-explained precipitation reaction in its carbonate hardness to the desired carbonate hardness. In the tube power system 22, one or more containers with movable and / or stationary installations (stirrers, mixers, baffles) can be provided, via which the Speed or filling reaction, the efficiency of the reaction and the predetermined mean residence time of the operating water can be influenced in the piping system. In order to achieve the highest possible degree of mixing of the raw water stream with the calcium hydroxide solution and thus the most efficient and fast Kalkfäliung a static mixer 26 is provided in the pipe system 22, which is provided in a known manner with each other in the flow direction of the raw water to be decarbonated partially overlapping Anströmplatten 28.
Nach in der Zeichnung nicht näher wiedergegebenen Ausführungsbeispielen kann das Rohrieitungssystem 22 auch weitere bzw. andere Strömungsmischer, wie zum Beispiel einen dynamischen Mischer (z.B. eine Mischpumpe) oder auch einen Strahlmischer aufweisen. Im Falle eines Strahlmischers wird das mit der Calciumhydroxidlösung versetzte und zu entcarbonisierende Rohwasser in einer Düse soweit beschleunigt, dass die Flüssigkeiten in einem nachfolgenden Mischraum turbulent strömen und sich dabei intensiv miteinander vermischen. According to embodiments not shown in detail in the drawing, the piping system 22 may also comprise further or other flow mixers, for example a dynamic mixer (for example a mixing pump) or else a jet mixer. In the case of a jet mixer, the raw water mixed with the calcium hydroxide solution and to be decarbonated is accelerated in a nozzle to such an extent that the liquids in a subsequent mixing chamber flow turbulently and mix intensively with one another.
Das während des Durchströmens des Rohrleitungssystem 22 in seiner Carbonathärte reduzierte Rohwasser enthält den ausgefällten Kalk (CaC03) in Form von kleinen Schwebepartikel oder auch größeren Kalkagglomeraten und wird daher (unmittelbar) nach seiner Passage durch das Rohrleitungssystem 22 über einen Zulaufschenkel 30 einer Vorrichtung zur Membranfiltration 32 (Membranfilter) mit einem mittleren Druck von bis zu maximal 1,5 bar, insbesondere ungefähr 1 bar, zugeführt. The raw water which is reduced in its carbonate hardness during the passage through the pipeline system 22 contains the precipitated lime (CaCO 3) in the form of small suspended particles or larger lime agglomerates and therefore becomes (immediately) after its passage through the pipeline system 22 via a feed leg 30 of a membrane filtration device 32 (Membrane filter) with a medium Pressure of up to a maximum of 1.5 bar, in particular about 1 bar supplied.
Die Vorrichtung zur Membranfiltration 32 Ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Mikrofiltration ausgebildet, kann aber auch als Ultrafiltration ausgebildet sein und weist ein oder mehrere, nicht näher wiedergegebene Membranfilter auf, die seriell und/oder parallel geschaltet sein können. Der nach dem Durchströmen des Rohrleitungssystems 22 in seiner Carbonathärte reduzierte Rohwasserstrom kann einerseits durch zumindest einen Membranfilter der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 im Durchströmverfahren hindurchgeführt und über einen Ablaufstrang 34 als klares entcarbonisiertes Betriebswasser bereitgestellt werden. The device for membrane filtration 32 is formed in the present embodiment as a microfiltration, but may also be formed as ultrafiltration and has one or more, unspecified reproduced membrane filter, which may be connected in series and / or in parallel. The untreated water flow, which has been reduced in its carbonate hardness after flowing through the pipeline system 22, can be passed through at least one membrane filter of the membrane filtration device 32 in the flow-through method and be provided via a discharge line 34 as clear decarbonated process water.
Die Vorrichtung zur Membranfiltration 32 kann bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel darüber hinaus auch im sogenannten Überströmverfahren betrieben werden. Hierbei wird nur ein Teil des der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 über einen Zulaufstrang 30 aus dem Rohrleitungssystem 22 zugeleiteten entcarbonisierten Rohwasserstroms über einen Ablaufstrang 34 als Filtrat, d.h. als Betriebswasser, abgezogen. Ein weiterer Teil des entcarbonisierten Rohwasserstroms wird über einen Überströmstrang 36 der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 und eine regelbare Abzweigung 38 entweder mittels eines ersten Rückführstrang 40 erneut dem aus der Zuführeinrichtung 14 herausgeführten und mit der CalciumhydroxidlÖsung versetzten Rohwasserstrom stromaufwärts des statischen Mischers 26 beigemischt, oder über einen zweiten Rückführstrang 42 dem aus dem Rohrleitungssystem 22 herausgeführten entcarbonisierten Rohwasserstrom beigemischt und erneut über den Zulaufschenkel 30 der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 zugeleitet. Ein sich auf dem Membranfilter bzw. den Membranfilter der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 während des Betriebs der Vorrichtung 10 bildender Filterkuchen aus ausgefälltem Calciumhydrogencarbonat kann dadurch vermieden bzw. verzögert werden. Ein solcher Filterkuchen kann zudem durch (ggf. retrogrades) Spülen der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 wieder von deren Membranfilter entfernt und ggf. in nicht näher dargestellter Weise bei der Herstellung einer Calciumhydroxidlösung wiederverwendet werden. The device for membrane filtration 32 can also be operated in the embodiment shown here in the so-called overflow. Here, only a portion of the device for membrane filtration 32 via a feed line 30 from the piping system 22 fed entcarbonisierten raw water stream via a drain line 34 as a filtrate, ie as process water withdrawn. Another portion of the decarbonated raw water stream is added via a Überströmstrang 36 of the device for membrane filtration 32 and a controllable branch 38 either by means of a first return strand 40 again led out of the feeder 14 and mixed with the Calciumhydroxidlösung raw water stream upstream of the static mixer 26, or via a second Return strand 42 admixed to the led out of the pipe system 22 decarbonated raw water stream and fed again via the inlet leg 30 of the device for membrane filtration 32. A filter cake of precipitated calcium hydrogencarbonate forming on the membrane filter or the membrane filter of the device for membrane filtration 32 during operation of the device 10 can be avoided or delayed. Such a filter cake can also be removed by (possibly retrograde) rinsing of the device for membrane filtration 32 again from the membrane filter and optionally reused in a manner not shown in the preparation of a calcium hydroxide solution.
Das aus der Vorrichtung zur Membranfiltration 32 über den Ablaufstrang 34 abgezogene Betriebswasser weist eine vorgegebene und gegenüber dem der Vorrichtung 10 zugeführten Rohwasser reduzierte Carbonathärte auf und ist frei von trübenden Partikeln, insbesondere Calciumcarbonatpartikeln . The process water withdrawn from the device for membrane filtration 32 via the drainage line 34 has a predetermined carbonate hardness which is reduced compared to that of the device 10 and is free of turbid particles, in particular calcium carbonate particles.
Das Betriebswasser kann beispielsweise als Getränkewasser bei der Herstellung von Getränken, wie zum Beispiel beim Brauen von Bier, aber ggf. auch als Trinkwasser bzw. Wasser für technische Einsatzzwecke verwendet werden, bei denen klares Betriebswasser mit einer definierten Carbonathärte erforderlich ist. The process water can be used, for example, as beverage water in the production of beverages, such as for brewing beer, but possibly also as drinking water or water for technical applications where clear service water with a defined carbonate hardness is required.
Vorgeschlagen wird ein Entcarbonisierungsverfahren zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem klarem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von zumindest 1,3 mmol/!, mit den folgenden Verfahrensschritten ; - Versetzen des Rohwassers mit einer wässrigen Calciumhydroxidiösung in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis, um Calciumcarbonat (CaC03) im Wege einer Fällungsreaktion aus dem Rohwasser auszufällen, A decarbonization process is proposed for obtaining, in its carbonate hardness, clear pure process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / l, with the following process steps; - Mixing the raw water with an aqueous Calciumhydroxidiösung in a predetermined mixing ratio to precipitate calcium carbonate (CaC0 3 ) by way of a precipitation reaction from the raw water,
- Zuführen des entcarbonisierten Rohwassers an eine Vorrichtung zur Membranfiltration, um das aus dem Rohwasser ausgefällte Calciumcarbonat herauszufiltern.  - Supplying the decarbonated raw water to a device for membrane filtration to filter out the precipitated from the raw water calcium carbonate.
Erfindungsgemäß wird das mit der Calciumhydroxidiösung versetzte Rohwasser innerhalb einer mittleren Verweilzeit von T < 6 Minuten bei einem definierten Druck größer Atmosphärendruck innerhalb eines Rohrleitungssystems (18) strömend geführt und unter Ablauf der Fällungsreaktion entcarbonisiert. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (10) zum Durchführen des erfindungsgemäßen Entcarbonisierungsverfahrens.  According to the invention, the untreated water mixed with the calcium hydroxide solution is passed within a mean residence time of T <6 minutes at a defined pressure greater than atmospheric pressure within a pipeline system (18) and decarbonated at the end of the precipitation reaction. The invention further relates to a device (10) for carrying out the decarbonization process according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Entcarbonisierungsverfahren zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem klarem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von zumindest 1,3 mmol/1, mit den folgenden Verfahrensschritten : A decarbonization process for recovering, in its carbonate hardness, clear purified process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / l, comprising the following process steps:
- Versetzen des Rohwassers mit einer wassrigen Caiciumhydroxidlösung in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis, um Calciumcarbonat (CaC03> im Wege einer Fällungsreaktion aus dem Rohwasser auszufällen,  - Mixing the raw water with an aqueous Caiciumhydroxidlösung in a predetermined mixing ratio to precipitate calcium carbonate (CaCO 3> by means of a precipitation reaction from the raw water,
- Zuführen des entcarbonisierten Rohwassers an eine Vorrichtung zur Membranfiltration (32), um das aus dem Rohwasser ausgefällte Calciumcarbonat herauszufiltern, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Caiciumhydroxidlösung versetzte Rohwasser innerhalb einer mittleren Verweilzeit von T < 6 Minuten bei einem definierten Druck > Atmosphärendruck innerhalb eines Rohrleitungssystems (22) strömend geführt und unter Ablauf der Fällungsreaktion entcarbonisiert wird. , Entcarbonisierungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang des Rohrleitungssystems (22) ein - Supplying the decarbonated raw water to a device for membrane filtration (32) to filter out the precipitated from the raw water calcium carbonate, characterized in that the mixed with the Caiciumhydroxidlösung raw water within a mean residence time of T <6 minutes at a defined pressure> atmospheric pressure within a Piping system (22) is guided and decarbonated at the end of the precipitation reaction. Decarbonization method according to claim 1, characterized in that along the pipeline system (22) a
Druckgefälie im strömenden Rohwasser von mindestens 1,5 bar ausbildet. Pressure gradient in flowing raw water of at least 1.5 bar is formed.
3. Entcarbonisierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit Caiciumhydroxidlösung versetzte Rohwasser dem Rohrleitungssystem (22) eingangsseitig mit einem Druck von 3 bis 10 bar zugeführt wird, 3. Entcarbonisierungsverfahren according to claim 1 or 2, characterized in that the treated with Caiciumhydroxidlösung raw water to the pipe system (22) is supplied on the input side with a pressure of 3 to 10 bar,
4. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohwasser mit der Caiciumhydroxidlösung mittels Einbauten und/oder eines Strömungsmischers, insbesondere mittels eines Strahlmischers, eines statischen Mischers (26), eines dynamischen Mischers und/oder eines Mikromischers, vermischt wird, 4. Entcarbonisierungsverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the raw water is mixed with the Caiciumhydroxidlösung by means of internals and / or a flow mixer, in particular by means of a jet mixer, a static mixer (26), a dynamic mixer and / or a micromixer
5. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, dass die Caiciumhydroxidlösung eine untersättigte, gesättigte oder eine übersättigte Caiciumhydroxidlösung ist. 5. decarbonation process according to any one of the preceding claims, characterized in that the Caiciumhydroxidlösung is an undersaturated, saturated or supersaturated Caiciumhydroxidlösung.
6. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnis des Rohwassers mit der Caiciumhydroxidlösung mittels einer Steuereinheit (18) in Abhängigkeit von Messwerten zumindest eines zur Bestimmung einer Carbonathärte des Rohwassers und/oder des Betriebswassers vorgesehenen Sensors (20) geregelt wird. 7. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, es sich bei der Vorrichtung zur Membranfiitration (32) um eine Mikrofiltration oder eine Ultrafiltration handelt und/oder dass die Vorrichtung zur Membranfiltration (32 ) im Überströmverfahren betrieben wird. 6. Entcarbonisierungsverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixing ratio of the raw water with the Caiciumhydroxidlösung by means of a control unit (18) in response to measured values of at least one provided for determining a carbonate hardness of the raw water and / or the service water sensor (20) is controlled , 7. Entcarbonisierungsverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the device for Membranfiitration (32) is a microfiltration or ultrafiltration and / or that the device for membrane filtration (32) is operated in the overflow.
8. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das entcarbonisierte Rohwasser der Vorrichtung zur Membranfiltration (32) mit maximal 1,5 bar, insbesondere mit ungefähr 1 bar zugeführt wird. 8. Entcarbonisierungsverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that the decarbonated raw water of the device for membrane filtration (32) with a maximum of 1.5 bar, in particular at about 1 bar is supplied.
9. Entcarbonisierungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführung von Retentat aus der Vorrichtung zur Membranfiltration (32) zwecks dessen Wiederverwendung bei einer Herstellung der Caiciumhydroxidlösung vorgenommen wird. 9. Entcarbonisierungsverfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that a return of retentate from the device for membrane filtration (32) for the purpose of its reuse in a preparation of Caiciumhydroxidlösung is made.
10. Vorrichtung (10) zum Gewinnen von in seiner Carbonathärte reduziertem klarem Betriebswasser aus Rohwasser mit einer Carbonathärte von zumindest 1,3 mmol/1, mit einer Zuführeinrichtung (14) zum Zusammenführen eines Rohwasserstroms mit einer Caiciumhydroxidlösung in einem vorgebbaren Mischungsverhältnis, um aus dem Rohwasser Calciumcarbonat im Wege einer Fällungsreaktion auszufällen, und mit einer Vorrichtung zur Membranfiltration (32) zum Ausfiltern des aus dem Rohwasser ausgefälltem Calciumcarbonats, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführeinrichtung (14) und der Vorrichtung zur Membranfiltration (32) ein Rohrleitungssystem (22) zwischengeschaltet ist, durch das das mit der Caiciumhydroxidlösung versetzte Rohwasser innerhalb einer Verweilzeit von T < 6 Minuten unter einem definierten Druck von 3-10 bar während des Ablaufs der Fällungsreaktion strömt. 10. A device (10) for obtaining in its carbonate hardness reduced clear process water from raw water having a carbonate hardness of at least 1.3 mmol / 1, with a feed device (14) for combining a raw water stream with a Caiciumhydroxidlösung in a predeterminable mixing ratio to from the Raw water to precipitate calcium carbonate by way of a precipitation reaction, and with a device for membrane filtration (32) for filtering the precipitated from the raw water calcium carbonate, characterized in that the feed device (14) and the device for membrane filtration (32) a piping system (22) is interposed through which the untreated water mixed with the Caiciumhydroxidlösung within a residence time of T <6 minutes under a defined pressure of 3-10 bar flows during the course of the precipitation reaction.
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