WO2023186541A1 - Wasserbehandlungsanlage und verfahren zum betrieb einer wasserbehandlungsanlage - Google Patents

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WO2023186541A1
WO2023186541A1 PCT/EP2023/056583 EP2023056583W WO2023186541A1 WO 2023186541 A1 WO2023186541 A1 WO 2023186541A1 EP 2023056583 W EP2023056583 W EP 2023056583W WO 2023186541 A1 WO2023186541 A1 WO 2023186541A1
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WO
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water
conductivity
measuring device
softening
softening device
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PCT/EP2023/056583
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Inventor
Martin Meinardus
Andrè D'AMICO
Alexander WIEMANN
Original Assignee
Grünbeck Wasseraufbereitung GmbH
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Publication date
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    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J49/00—Regeneration or reactivation of ion-exchangers; Apparatus therefor
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    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/22—Eliminating or preventing deposits, scale removal, scale prevention

Definitions

  • the invention relates to a water treatment system and a method for operating a water treatment system.
  • the hardness of water is determined by the concentration of the alkaline earth metal cations dissolved in the water and, in specific applications, also by the concentration of the associated anionic partners, in particular hydrogen carbonate.
  • the sum of the concentrations of all dissolved alkaline earth metals (which can be present as carbonates, sulfates, chlorides, nitrites, nitrates and phosphates) is referred to as total hardness.
  • the portion that is only bound to carbonic acid is called carbonate hardness (or temporary hardness) and the difference between total hardness and carbonate hardness is called non-carbonate hardness (or permanent hardness), whereby the majority of the total hardness in drinking water is usually present as carbonate hardness.
  • calcium and magnesium ions essentially contribute to the overall hardness of water.
  • the sum of the concentration of calcium and magnesium ions therefore corresponds to a good approximation of the total water hardness.
  • the other alkaline earth metals, such as strontium and barium are generally only present in water as trace substances and therefore hardly contribute to water hardness.
  • Carbonate hardness can be removed by removing calcium and magnesium carbonate from the water.
  • the dissolved hardness formers calcium and magnesium can form poorly soluble compounds in water, especially as carbonates, with the carbon dioxide dissolved in the water, corresponding to the lime-carbonic acid balance.
  • the calcium and Magnesium ions are partially or completely removed, for example by replacing them with sodium ions using a cation exchanger or - in the case of full desalination - completely removing them from the water together with all other dissolved ions, for example by a combination of cation and anion exchangers or by reverse osmosis.
  • ion exchangers Since the exchange capacity of ion exchangers is limited, softening devices in which ion exchangers are used must be regenerated in good time before the ion exchanger or ion exchangers are exhausted in order to avoid a hardness breakthrough.
  • An exhausted cation exchange resin is regenerated, for example, with a saline solution (sodium chloride solution).
  • saline solution sodium chloride solution
  • the time at which an ion exchanger is exhausted depends on the exchange capacity of the material of the ion exchanger (usually an ion exchange resin), the hardness of the raw water and the volume flow rate of the raw water.
  • regeneration material e.g. regeneration salt for producing a saline solution
  • the regeneration should take place as shortly as possible before the ion exchanger is completely exhausted. If the regeneration is premature, the consumption of regeneration material increases and if the regeneration is too late, the ion exchangers are no longer able to completely remove the hardness-forming ions from the water and a hardness breakthrough occurs.
  • a method and an arrangement for determining the regeneration time of a water softening device is known, in particular for water-carrying, program-controlled household appliances.
  • the conductance of the liquid determined by sensors is measured before and after the softener and a conductance difference is determined from this, with the regeneration of the softener being made dependent on a comparison with conductance values and conductance difference values from previous measurements stored in a memory of a program control.
  • a regeneration of the water softening device is initiated when the conductance difference is equal to zero and the conductance is greater than a predetermined limit or when the conductance difference is not equal to zero and tends towards zero.
  • the conductance determined in this known method is only partially suitable for calculating the optimal regeneration time.
  • a hardness breakthrough cannot be reliably prevented with this process, since the regeneration of the ion exchanger only takes place when the conductance difference is zero or tends towards zero, which means that the exchange capacity of the ion exchanger is already (almost) exhausted.
  • the known method is therefore not suitable for use in softening or desalination plants that are intended to permanently provide fully or partially softened water.
  • a water softening device with an ion exchange resin which splits an inflowing raw water stream into two partial streams and subjects one of the two partial streams to complete softening and then combines the two partial streams to form a blended water stream, whereby the water hardness is determined the electrical conductivity of the raw water, two different conversions are made from the measured electrical conductivity to the raw water hardness.
  • a conversion of the measured conductivity into a water hardness is provided with a first calibration curve, which is designed conservatively and reflects the maximum water hardness that occurs at different conductivities.
  • the conversion with a second calibration curve is designed to be realistic and reflects the average water hardness (ie with the smallest statistical error) at different conductivities, which is used to control the blending device. This allows experimentally determined variations in the water composition (and thus different relationships between conductivity and water hardness) to be taken into account in order to optimally determine the regeneration time and minimize tolerances of the blended water hardness compared to a target value.
  • the connection between the electrical conductivity and the overall hardness of the water must be recorded using characteristic curves, which must be created empirically and laboriously through titrimetric determination of the hardness of various water samples and a measurement of the electrical conductivity.
  • connection between the electrical conductivity and the overall hardness of the water is only weak and the replacement of the hardness generators with sodium ions during a softening process only leads to a slight change in the conductivity.
  • the water hardness that is actually present at a certain conductivity and can be determined titrimetrically can therefore deviate significantly from the hardness value determined using the characteristic curve, especially if the raw water has a relatively high non-carbonate hardness (permanent hardness).
  • hardness sensors are also known from the prior art, which contain a swelling or shrinking resin, the volume expansion of which is used as a measure of the degree of exhaustion of the ion exchanger.
  • Such a hardness sensor for water softening systems is known, for example, from DE 29 53 143 Al.
  • Such hardness sensors have insufficient accuracy for many applications.
  • complexometric titration methods can be used, for example with the disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) as a titrant, which can record the concentrations of alkaline earth ions dissolved in the water and thus the overall hardness of the water.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • measuring devices are known from the prior art which photometrically record the color change point of a titration and trigger a signal as soon as this occurs a hardness breakthrough is detected. These measuring devices are characterized by good measuring accuracy, but are complex and expensive to manufacture and require regular maintenance and generate high consumption costs due to the use of the titrant.
  • the invention is based on the object of demonstrating a water treatment system and a method for operating a water treatment system with a softening device, which enable the optimum time for regeneration of the softening device to be determined without the use of chemicals in an automated process during operation of the water treatment system and can reliably and as quickly as possible detect the beginning of a hardness breakthrough and prevent a complete hardness breakthrough, even if the quality or hardness of the raw water varies.
  • the water treatment system comprises a raw water inlet, a softening device with an inlet and an outlet and in particular with at least one regenerable or exchangeable ion exchanger, a regeneration device for regenerating the softening device and / or a signaling device which, when the softening device is exhausted, generates a signal in order to produce a required Regeneration of the softening device and in particular a required regeneration or a required replacement of the ion exchanger, and a control device which is coupled to the regeneration device and / or the signaling device in order to regenerate the softening device when exhausted and / or output the signal generated by the signaling device or display or stop the operation of the softening device, as well as at least one measuring device connected to the softening device and the control device for detecting a hardness breakthrough in the water provided at the outlet of the softening device.
  • the measuring device comprises at least one conductivity sensor and an electrolysis cell with at least two electrolysis electrodes.
  • the softening device is supplied with raw water at the inlet via the raw water inlet, from which the softening device produces softened water and provides it at the output, with the measuring device being supplied with water, which is provided at the output of the softening device, in order to ensure that the softening device is exhausted Softening device to detect a hardness breakthrough in the water provided at the output of the softening device and the control device then initiates a regeneration of the softening device by means of the regeneration device and / or outputs or displays a signal generated by the signaling device in order to achieve a required regeneration of the softening device and in particular a required regeneration or to indicate a required replacement of the ion exchanger, or to stop the operation of the water treatment system or the softening device in order to prevent non-softened water from being provided at the outlet.
  • a hardness breakthrough can be detected conductometrically via the at least one conductivity sensor.
  • the conductometric detection of a hardness breakthrough can be detected very quickly and reliably in the measuring device by determining the conductivity difference, which results in the electrolytic cell due to an electrolytic precipitation of the alkaline earth ions that are contained in the water when a hardness breakthrough has occurred.
  • the measuring device is used to record the electrical conductivity of the water supplied to the measuring device before entering the electrolytic cell or at an entrance of the electrolytic cell and the electrical conductivity of the water after exiting the electrolytic cell or at an exit of the electrolytic cell and the difference is formed therefrom to record the change in electrical conductivity caused by the precipitation of alkaline earth ions in the electrolytic cell.
  • the conductivity of the water at the inlet and outlet of the measuring device is at least essentially the same and the measuring device detects a conductivity difference between the input and output of the measuring device of zero or at least approximately zero.
  • the water contains alkaline earth ions, in particular calcium and magnesium ions, which are precipitated in the electrolysis cell of the measuring device and lead to a reduction in the electrical conductivity at the output of the measuring device compared to the conductivity at the input .
  • the method according to the invention and the water treatment system according to the invention have the advantage that the water provided at the outlet of the softening device is continuous Water (soft water) is continuously monitored.
  • a time lag in the monitoring is only due to the short distance over which the analyzed water flows through the measuring device, in particular from an entrance to an output of the measuring device, whereby this distance and thus the time lag can be kept very short.
  • the electrolytically effective residence time of the water (soft water) flowing through the electrolysis cell which is decisive for precipitation of the alkaline earth ions, is in the range from 10 to 120 seconds, preferably between 20 and 50 seconds.
  • a dead time of approximately 30 to 60 seconds is added due to the length of the supply lines, so that a change in conductivity when a hardness breakthrough begins is detected within a reaction time of 40 to 180 seconds, in particular 50 to 110 seconds can be. This means that the beginning of a hardness breakthrough can be detected very early. In order to detect an incipient hardness breakthrough, it is not necessary for all alkaline earth ions that are in the water supplied to the measuring device to be precipitated.
  • the concentration of alkaline earth metal ions in the water flowing through the electrolytic cell and, from this, the degree of exhaustion of the softening device can be deduced from the recorded difference in the conductivity of the water at the inlet and outlet of the measuring device.
  • the higher the conductivity difference the higher the degree of exhaustion or the lower the remaining capacity of the softening device, in particular of the ion exchanger or ion exchangers.
  • the electrolysis electrodes of the measuring device are expediently designed as flat electrodes which are arranged opposite each other in the electrolysis cell. This enables the water to flow evenly through the electrolysis cell between the electrolysis electrodes, which allows sufficient residence time for the alkaline earth metal ions to precipitate.
  • the electrolysis electrodes are expediently designed so that they can be connected to a direct voltage source.
  • the measuring device preferably comprises at least two conductivity sensors. Particularly preferably, at least one conductivity sensor is integrated in the electrolysis cell. This enables a compact and cost-effective design of the measuring device.
  • the measuring device comprises two conductivity sensors, a first conductivity sensor being provided at an input of the measuring device for measuring the conductivity of the water flowing into the electrolytic cell and a second conductivity sensor being provided at an output of the measuring device for measuring the conductivity of the water flowing out of the electrolytic cell .
  • the conductivity sensors can also be arranged outside the electrolysis cell. Here, for example, a first conductivity sensor is arranged upstream or at an entrance of the electrolysis cell and a second conductivity sensor is arranged downstream or at an exit of the electrolysis cell.
  • the measuring device comprises an input, at which water from the softening device is supplied to the measuring device, and an output, a first conductivity sensor being arranged at the input and a second conductivity sensor being arranged at the output, and the electrolysis cell being arranged between the input and the output .
  • Each conductivity sensor preferably comprises at least one pair of electrodes with two measuring electrodes, in particular designed as rod electrodes, which can be connected or are connected to an alternating voltage source. This enables a cost-effective measurement of the electrical conductivity by applying an alternating electrical voltage to the measuring electrodes with a compact design of the measuring device.
  • the measuring device comprises a first conductivity sensor and a second conductivity sensor, wherein the first conductivity sensor and the second conductivity sensor each comprise a pair of electrodes with two measuring electrodes and the measuring electrodes can be connected or are connected to an alternating voltage source.
  • the two conductivity sensors can be arranged inside the electrolytic cell or outside the electrolytic cell. If the conductivity sensors are arranged within the electrolysis cell, a first conductivity sensor is provided upstream and a second conductivity sensor downstream of the opposing electrolysis electrodes. Arranging the two conductivity sensors within the electrolytic cell enables a compact structure and the use of the measuring device to determine the hardness of the water in a water sample.
  • An arrangement outside the electrolytic cell has metrological advantages, since the measuring electrodes cannot interfere with the conductivity measurement due to the local decoupling of the measuring electrodes and the electrolytic electrodes.
  • alkaline earth metal ions can be concluded from the detected change in conductivity (ALf), especially if the detected change in conductivity (ALf) is above a predetermined limit value.
  • the existence of alkaline earth ions in the water supplied to the measuring device indicates an incipient hardness breakthrough in the softening device, which is why a regeneration process to regenerate the softening device is preferably initiated when a change in conductivity (ALf) above the specified limit value is detected and / or by the Signal device outputs a signal that indicates a required regeneration of the softening device and in particular a required regeneration or a required replacement of the ion exchanger.
  • the control device can also control the measuring device in such a way that first the original conductivity (Lf a ) of the water provided at the outlet of the softening device, in particular with a first conductivity sensor, is recorded and then the alkaline earth metal ions contained therein in the event of a hardness breakthrough are recorded in the measuring device are at least partially precipitated by applying a direct voltage to the electrolysis electrodes and the conductivity (Lfi,) of the water is measured during and / or after the precipitation of the alkaline earth ions, in particular with a second conductivity sensor.
  • control device If a hardness breakthrough is detected by the control device, it or the signal device can output a signal and/or control the regeneration device in order to initiate a regeneration process to regenerate the softening device.
  • An operator of the water treatment system is thus informed of a hardness breakthrough and, if necessary, instructed to either manually carry out a regeneration process to regenerate the To initiate a softening device or to replace the replaceable ion exchanger, which can be designed, for example, as a replaceable cartridge.
  • the control device or the signaling device is expediently set up to output a signal if, during the precipitation of the alkaline earth ions, in particular over a predetermined period of time (At) of the precipitation, there is a change in the measured conductivity compared to the original conductivity of the water provided at the outlet of the softening device is recorded, in particular if the change in conductivity (ALf) recorded over the specified period of time (At) is above a specified limit value.
  • the signal can be an acoustic signal, for example a warning tone, and/or an optical signal, for example a warning light, and/or a textual and/or symbolized representation of a warning on a display of the control device.
  • the control device or the signaling device can also be set up so that the operation of the softening device is switched off and the output of the softening device is closed when a hardness breakthrough is detected, for example by closing a valve at the output in order to ensure that insufficiently softened water is provided to prevent exit.
  • the control device is preferably set up in such a way that it directly initiates a regeneration process using the regeneration device depending on the detected change in conductivity (ALf), in particular when a predetermined limit value is exceeded. This enables fully automatic regeneration of the softening device without the operator of the water treatment system having to intervene manually in the event of a hardness breakthrough.
  • the softening device is designed as a multiple or double system with a first softening device and at least one second softening device, which can be operated in pendulum operation, wherein in the pendulum operation the first softening device is alternately operated in a softening or desalination mode, while the second softening device is operated in a regeneration mode in which regeneration takes place, and vice versa.
  • This pendulum operation of a first and a second softening device makes it possible to change the pendulum operation in the event of a hardness breakthrough detected with the measuring device during the softening or desalination mode of one softening device and, for example, in the first Softening device to initiate the regeneration mode while the second softening device is switched to the softening mode. This ensures that the water treatment system can provide partially or fully softened water at all times.
  • a water treatment system which comprises a raw water inlet for providing raw water, a softening device with an inlet and an outlet, a regeneration device for regenerating the softening device and / or a signal device which generates a signal when the softening device is exhausted, in order to indicate a required regeneration of the softening device and in particular a required regeneration or a required replacement of an ion exchanger, the softening device generating softened water from the raw water and providing it at the output and a control device being provided which is coupled to the regeneration device and/or the signaling device, in order to regenerate the softening device when it is exhausted and/or to output or display the signal generated by the signal device, and at least one measuring device connected to the softening device and the control device for detecting a hardness breakthrough in the water provided at the outlet of the softening device is present and the water provided at the outlet of the softening device is fed to the measuring device at least temporarily or continuously and an electrolytic precipitation of the
  • Raw water which contains alkaline earth metal ions, in particular calcium and/or magnesium ions, as well as hydrogen carbonate and/or carbonate ions, is fed to the inlet of the softening device via the raw water inlet.
  • alkaline earth metal ions in particular calcium and/or magnesium ions, as well as hydrogen carbonate and/or carbonate ions
  • the electrical conductivity of the water supplied to the measuring device is preferably measured at an input of the measuring device and an output of the Measuring device detected and the measuring device preferably comprises an electrolysis cell arranged in particular between the input and the output of the measuring device with at least two electrolysis electrodes, the water supplied to the measuring device being electrolyzed in the electrolysis cell in order to remove the alkaline earth metal present in the water if there is a hardness breakthrough in the softening device -Ions precipitate at least partially, preferably completely, in the water supplied.
  • the electrolysis cell comprises at least two electrolysis electrodes, which are subjected to direct voltage for the electrolytic precipitation of the alkaline earth metal ions.
  • the measuring device preferably contains at least one conductivity sensor with two measuring electrodes, which are subjected to alternating voltage in order to record the conductivity of the water supplied to the measuring device.
  • the measuring device In order to detect the conductivity of the water supplied to the measuring device both at the inlet and at the outlet of the electrolytic cell, the measuring device preferably contains a first conductivity sensor in front of or at the inlet and a second conductivity sensor after or at the outlet of the measuring device.
  • the water provided at the outlet of the softening device is preferably passed continuously from the inlet to the outlet through the measuring device and the conductivity of the water passed through is recorded at the inlet and at the outlet. If the conductivity changes between the input and the output of the measuring device, it can be concluded that a hardness breakthrough has already occurred at least partially or is beginning to occur, and a regeneration process for regenerating the softening device can be initiated via the regeneration device and/or a signal can be sent by the signaling device are output, in particular when a predetermined difference limit value of the change in conductivity detected by the measuring device is exceeded. If a difference limit value is exceeded, the water treatment system or the softening device can also be switched off in order to prevent non-softened water from being passed to a consumer.
  • FIG. 1 a schematic representation of a first exemplary embodiment of a water treatment system according to the invention with a softening device and a measuring device for detecting a hardness breakthrough in the softening device;
  • Fig- 2 schematic representations of various embodiments of a conductometric measuring device for detecting a hardness breakthrough a softening device which can be used in the water treatment plant and method according to the invention
  • Fig- 3 a diagram of the time course of the measurements in one of the measuring devices
  • Figure 2 recorded electrical conductivity of a water sample before, during and after an electrolytic precipitation of the alkaline earth ions
  • FIG. 4 a schematic representation of a second exemplary embodiment of a water treatment system according to the invention with a softening device and a measuring device for detecting a hardness breakthrough in the softening device;
  • Fig. 6A a schematic representation of a further exemplary embodiment
  • Electrolysis cell of the measuring device for detecting a hardness breakthrough in a softening device
  • Fig. 6B a representation of the time course of the electrical conductivity of the water supplied to the electrolysis cell of Figure 6A (soft water from the softening device) before the electrolysis cell (Lf a ) and after the electrolysis cell (Lfi,) as well as the titrimetrically determined hardness (H) of the water supplied in the event of a hardness breakthrough in the softening device ( Figure 6B);
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a water treatment system according to the invention with a softening device 12, the water treatment system 10 having a raw water inlet 11 connected to the softening device 12 via a distributor 24 for providing raw water R, a control device 14 and at least one conductometric measuring device 15 includes.
  • the control device 14 is coupled to the distributor 24 and the measuring device 15 in order to control them.
  • the control device 14 controls in particular the volume flows of the water supplied from the raw water inlet 11 into the softening device 12 and of the water W softened therein to the connecting line 20.
  • the softening device 12 is designed as a double system and includes a first softening device 12a and a second softening device 12b, which are operated in pendulum mode.
  • the first and second softening devices 12a, 12b each contain an ion exchanger 13, which is each arranged in an ion exchange container 8.
  • the ion exchange container 8 of the first and second softening devices 12a, 12b each comprises an inlet 1 la and an outlet 11b, the inlet 1 la each via an inlet line 7 and the outlet 11b each via an outlet line 7 'to the distributor
  • the water treatment system further comprises a regeneration device 18, which has a regeneration container 9 in which an aqueous regeneration solution, in particular a sodium chloride solution, is stored.
  • a regeneration container 9 in which an aqueous regeneration solution, in particular a sodium chloride solution, is stored.
  • the regeneration solution is passed into and through the ion exchange container 8 of the respective softening device 12a or 12b in a regeneration mode, as a result of which the calcium and magnesium absorbed in the ion exchanger 13 during the softening of the raw water R Ions are replaced by sodium ions.
  • the used regeneration solution is removed during the regeneration mode via a discharge line connected to the distributor 24
  • the other softening device 12b or 12a can work in the operating mode in which raw water R is fed into the ion exchange container 8 via the distributor 24 and therein by exchanging the hardness-forming calcium and magnesia ions is completely softened (at least largely) against sodium ions of the ion exchanger 13.
  • the softened water W is provided at the outlet 11b of the respective softening device 12a, 12b and led via the drain line 7 'to the distributor 24, which supplies the softened water W via the connecting line 20 on the one hand to the input 15a of the measuring device 15 and on the other hand into a consumer line 21 connected to the connecting line 20.
  • the volume flow of the softened water W which is supplied as a partial flow to the measuring device 15, is expediently significantly smaller than the total volume flow of the softened water W, which is introduced into the connecting line 20.
  • the majority of the total volume flow of the softened water W is introduced into the consumer line 21, which is connected to a consumer 22.
  • the consumer 22 can be, for example, the drinking water installation of a household or a business or a water device or a downstream water treatment system (e.g. a reverse osmosis system) to which the softened water W is fed directly for further treatment.
  • the supply of the softened water W to the measuring device 15 takes place continuously or intermittently in predetermined measuring cycles during the operation of the water treatment system 10.
  • the measurement cycles can in particular be carried out for the first time when a predicted degree of exhaustion of the ion exchanger 13 of the softening device 12 is reached, for example after reaching a predicted degree of exhaustion of 80%, and then regularly or continuously until complete exhaustion in order to detect a hardness breakthrough that is expected shortly.
  • the degree of exhaustion of the softening device 12 depends on the total (maximum) exchange capacity of the ion exchanger 13 as well as the hardness of the raw water R and the total volume of raw water that has flowed through the softening device 12 and can therefore be determined from the known data of the exchange capacity and the Volume flow and the hardness H of the raw water R that can be measured by the measuring device 15 can be predicted.
  • the water W supplied to the measuring device 15 is discharged through the outlet 15b of the measuring device into a drain line 26 which can be closed with a valve v1 and which drains the water into a channel 19.
  • the measuring device 15 comprises an electrolysis cell 1, which has a container 5 in which the input 15a and an output 15b are provided.
  • the softened water W supplied from the connecting line 20 is introduced into the container 5 of the measuring device 15 via the inlet 15a and passed through the container 5 to the outlet 15b.
  • the measuring device 15 further comprises a first conductivity sensor 2a at the input 15a and a second conductivity sensor 2b at the output 15b as well as two electrolysis electrodes A, K arranged opposite one another in the container 5, the electrolysis electrodes being connected to a DC voltage source and an electrolysis electrode as anode A and electrolysis electrodes is designed as a cathode K.
  • the electrolytic electrodes A, K are preferably designed as flat electrodes, which are arranged in the container 5 at a distance and parallel to one another are so that the water W passed through the container 5 can flow between the electrolysis electrodes A, K.
  • the measuring device 15 is controlled by the control device 14.
  • the control device 14 controls in particular the supply of the electrolysis electrodes A, K during predetermined measuring cycles or electrolysis cycles or permanently during operation of the water treatment system with electrical direct voltage.
  • the detection of the electrical conductivity of the water W supplied via the connecting line 20 at the input 15a and at the output 15b of the measuring device 15 is also controlled by the control device 14 by means of the two conductivity sensors 2a, 2b.
  • Each of the two conductivity sensors 2a, 2b comprises at least one pair of electrodes 3, to which an alternating electrical voltage is applied in defined measuring cycles or permanently during operation of the water treatment system and the current strength is measured in order to record the conductivity of the water W supplied.
  • a temperature sensor which can be arranged, for example, in the electrolysis cell 1 or can also be integrated in at least one of the conductivity sensors 2a, 2b, the temperature of the water is expediently recorded and when determining the conductivity, a temperature correction to a standard temperature of is carried out using a correction factor for example 25°C.
  • FIG. 2 shows further embodiments of the measuring device 15, in which the two conductivity sensors 2a, 2b are integrated in the container 5 of the electrolysis cell 1, with the first conductivity sensor 2a upstream of the electrolysis electrodes A, K at the input 15a and the second conductivity sensor 2b downstream of the Electrolysis electrodes A, K are arranged at the output 15b.
  • the two electrolysis electrodes A, K are connected to a direct voltage source DC connected and the electrode pair 3 of the two conductivity sensors 2a, 2b is each connected to an alternating voltage source AC, with which the measuring electrodes of the electrode pair 3 can be supplied with alternating electrical voltage of a predetermined frequency.
  • the two measuring electrodes of each conductivity sensor 2a, 2b are in the examples shown in Figure 2 each designed as rod electrodes, the longitudinal axis of which runs parallel to the plane of the two electrolysis electrodes A, K designed as flat electrodes.
  • the embodiment of the measuring device 15 shown in Figure 2A comprises two electrolysis electrodes A, K designed as flat electrodes, which are arranged in the electrolysis cell parallel and at a distance from one another and opposite one another.
  • the electrolysis electrodes include at least one anode, which is preferably made of platinized titanium sheet or a platinized titanium grid or a graphite film, and at least one cathode, which is preferably made of steel or titanium or graphite foil. Particularly preferred is the anode and the cathode made of the same material, in particular each made of platinized titanium.
  • the electrolysis cell 1 of the exemplary embodiment of FIG. 2B contains a cascade of electrolysis electrodes in the sequence of an outer anode A, a first cathode K, an inner anode A, a second cathode K and a further outer anode A, as can be seen from FIG. 2B.
  • a cation exchange membrane KAT is arranged between corresponding electrolysis electrodes A, K.
  • the efficiency of the electrolytic precipitation of the alkaline earth metal ions is increased by the precipitation in the form of alkaline earth metal carbonates on the cathodes K (in particular due to a larger electrode area). , which results in faster precipitation of the alkaline earth ions as the water flows through W.
  • the conductivity Lf a of the water flow at the input 15a and the conductivity Lfi> at the output 15b of the measuring device 15 are measured continuously in a measuring cycle with the two conductivity sensors 2a, 2b.
  • a change in the electrical conductivity of the supplied water W can be detected with the measuring device 15, which is based, for example, on a change in the water quality of the raw water R, which is supplied to the water treatment system 10 via the raw water inlet 11.
  • untreated raw water R can be supplied to the measuring device via a bypass line (not shown in FIG. 1), the conductivity of which is measured with at least one of the two conductivity sensors 2a, 2b. If the determined conductivity of the raw water R changes, it can be concluded that the composition and in particular a changed hardness of the raw water R is different.
  • FIG. 4 shows a second exemplary embodiment of a water treatment system 10 according to the invention with a softening device 12, which essentially corresponds to the first exemplary embodiment of FIG.
  • a softening device 12 which essentially corresponds to the first exemplary embodiment of FIG.
  • an additional return line 27 is provided in the second exemplary embodiment of FIG.
  • the water W whose conductivity has been recorded in the measuring device 15, can be introduced into the consumer line 21 in order to supply the water W to the consumer 22, whereby the loss of softened water W can be reduced.
  • a valve v2 is provided in the return line 27 and to open and close the consumer line 21, a further valve v3 is arranged in the consumer line 21 upstream of the connection point 28.
  • raw water R is first passed through the raw water inlet 11 via the distributor 24 and the inlet line 7 into the ion exchange container 8 of the first softening device 12a, whereby the calcium and magnesium ions in the first softening device 12a in the operating mode (softener operation).
  • Raw water R is exchanged for sodium ions of the ion exchanger 13 and thereby softened water W is produced, which is introduced into the connecting line 20 at the outlet 11b via the drain line 7 'and the distributor 24.
  • the softened water W is passed via the connecting line 20 and the consumer line 21 connected to it to a consumer 22, which is supplied with softened water W in this way.
  • the second softening device 12b can be operated in the regeneration mode during the operating mode of the first softening device 12a, in which the second softening device 12b receives the aqueous regeneration solution stored in the regeneration container 9 of the regeneration device 18, in particular a sodium chloride solution, via the regeneration line 17 and the distributor 24 is supplied.
  • the regeneration solution is passed through the ion exchanger 13 in the ion exchange container 8 of the second softening device 12b in order to regenerate this ion exchanger 13 by exchanging the calcium and magnesium ions bound therein for sodium ions of the regeneration solution.
  • the regeneration solution used is passed via the drain line 7 'and the distributor 24 into the drain line 25, which leads to a channel 19.
  • a partial flow of the softened water W provided at the output 11b of the first softening device 12a is conducted via the connecting line 20 to the measuring device 15.
  • the partial flow of water W which is supplied to the measuring device 15, flows through the container 5 of the measuring device 15 from the inlet 15a to the outlet 15b and becomes When the valve is open vl is discharged into a channel 19 via the drain line 26.
  • the electrolysis electrodes A, K of the measuring device 15 are supplied with direct electrical voltage while the water W flows through the container 5.
  • the electrical conductivity of the water W flowing through the container 5 is detected at the entrance 15a of the measuring device 15 with the first conductivity sensor 2a and at the exit 15b with the second conductivity sensor 2b.
  • the recorded measured values Lf a of the first conductivity sensor 2a and Lfi> of the second conductivity sensor 2b are sent to the control device 14.
  • the second softening device 12b is switched to the operating mode in which the second softening device 12b produces softened water W from the raw water R coming from the raw water inlet 11 and feeds it via the drain line 7 'and the distributor 24 into the connecting line 20 and the consumer line 21 connected thereto.
  • the first softening device 12a While the second softening device 12a is operated in the operating mode (softening operation), the first softening device 12a is in the regeneration mode, in which the regeneration solution is passed from the regeneration device 18 into the ion exchange container 8 in order to regenerate the ion exchanger 13 located therein.
  • the second softening device 12b In the operation of the second softening device 12b in the operating mode (softening operation), a partial flow of the softened water W fed from the second softening device 12b into the connecting line 20 is again directed to the measuring device 15 in order to detect a hardness breakthrough in the second softening device 12b. This is done in the same way as in the operating mode of the first softening device 12a.
  • the container 5 of the measuring device 15 is emptied by the water contained therein passing through the outlet 15b and, with the valve open, through the drain line 26 and/or through the opened process 15c is discharged into the channel 19.
  • the measuring device 15 is then ready for a subsequent measuring cycle.
  • the container 5 is automatically flushed through by the water flowing through.
  • FIG 5 shows an example of the time course of the measured values of the electrical conductivity Lf a and Lfi> recorded by the two conductivity sensors 2a and 2b during operation of the water treatment device 10 from FIG 12b is regenerated in the regeneration mode and a partial flow of the softened water W provided at the output 11b of the first softening device 12b is fed to the measuring device 15 in order to measure the electrical conductivity Lf a of the water W at the input 15a with the first conductivity sensor 2a and with the second conductivity sensor 2b to detect electrical conductivity Lfi> of the water W at the output 15b of the measuring device.
  • the electrolysis electrodes A, K are connected to a DC voltage source, so that the alkaline earth ions that may be contained in the water while the water flows through the electrolysis cell 1 are precipitated over a predetermined period of time At the precipitation, which depends on the flow velocity and the length of the electrolytic cell 1 in the direction of flow.
  • a drop in the conductivity Lfi> at the output 15b can be observed in FIG. 5, which indicates the existence of alkaline earth ions in the softened Water W and therefore indicates a hardness breakthrough.
  • the conductivity Lfi> at output 15b continues to fall until a time of t ⁇ 23 minutes and asymptotically approaches a minimum.
  • the amount of the difference between the electrical conductivity Lf a at the input 15a and the conductivity Lfi> at the output 15b becomes correspondingly larger and exceeds a predetermined limit value AG at t ⁇ 22 minutes, from which it is concluded that there is a hardness breakthrough and an exhaustion of the exchange capacity of the first softening devices 12a .
  • the second softening device 12b is switched to the operating mode, so that softened water W is now provided by the second softening device 12b and fed into the connecting line 20, which is why the measured value of the conductivity Lfi> at the output 15b of the measuring device 15 the original measured value before the hardness breakthrough was recorded and returned to the original measured value of 730 pS/cm at t ⁇ 24 minutes.
  • the electrolytic cell 1 comprises a container 5 with a length L, an input 15a and an output 15b as well as an anode A arranged centrally in the container 5 and two cathodes K arranged at a predetermined distance d therefrom and running parallel to the anode A.
  • the length L of the container is 6.7 cm in the example and the volume of the container 5 is 8.7 ml.
  • the distance d between the cathodes K and the anode A is 0.2 cm.
  • the water (soft water) provided by a softening device is passed through the container 5 in a predetermined volume flow of preferably 0.6 1/h to 1.4 1/h in a flow direction v along the length L.
  • a direct voltage of preferably less than 12 V, in particular in the range from 6 to 10 V, is applied to the electrolysis electrodes A, K.
  • the electrolysis current is expediently between 200 and 1000 mA, in particular between 400 and 700 mA.
  • the electrical conductivity of the water supplied to the electrolysis cell 1 (soft water that was provided by the softening device) is measured at the entrance 15a of the electrolysis cell (Lf a ) and at the exit 15b of the electrolysis cell (Lfi,).
  • FIG. 6B shows the time course of the electrical conductivity measured with the two conductivity sensors as well as the titrimetrically determined hardness H of the water supplied to the electrolytic cell 1 of FIG. 6A in the event of a hardness breakthrough in the softening device shown.
  • the hardness (H) of the water supplied was determined titrimetrically.
  • a direct current of 700 mA was generated at electrodes A, K (“current on”). From Figure 6B it can be seen that from the time 10:55 the hardness H of the water increases from initially 0°dH to approx. 22°dH within approx. 30 minutes, due to a hardness breakthrough in the softening device.
  • a desalination device can be used, for example a reverse osmosis system or a desalination device with a cation and an anion exchanger.
  • a signaling device can also be provided, which generates a signal when the softening device is exhausted to indicate a required regeneration of the softening device.
  • the signaling device is expediently coupled to the control device 14 and forwards the signal to the control device 14, which then emits an acoustic warning signal, for example a warning tone, or displays an optical warning signal.
  • an acoustic warning signal for example a warning tone
  • Such a signaling device is useful, for example, if the softening device does not contain a regenerable ion exchanger and/or a regeneration device for regenerating the softening device but (at least) one replaceable ion exchanger, for example in the form of an ion exchange cartridge arranged replaceably in the softening device.
  • a signal generated by the signaling device when a hardness breakthrough is detected indicates to an operator of the wastewater treatment plant 10 that the ion exchanger is exhausted and must be replaced by a new ion exchanger, in particular by a new ion exchanger cartridge. It is also possible for the signaling device or the control device to automatically stop the operation of the entire system when a hardness breakthrough is detected Turns off the water treatment system or the softening device or at least stops the provision of water at the output by closing the output of the softening device in order to prevent the water treatment system from providing non-softened water at the output and directing it to a consumer coupled to the water treatment system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wasserbehandlungsanlage (10) umfassend einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R), eine Enthärtungsvorrichtung (12) mit einem Eingang (11a) und einem Ausgang (11b), wobei die Enthärtungsvorrichtung (12) aus dem Rohwasser (R) enthärtetes Wasser (W) erzeugt und am Ausgang (11b) bereitstellt, eine Regeneriereinrichtung (18) zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung (12) und/oder eine Signaleinrichtung, welche bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung (12) ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) anzuzeigen, sowie eine Steuereinrichtung (14), welche mit der Regeneriereinrichtung (18) und/oder der Signaleinrichtung gekoppelt ist, um die Enthärtungsvorrichtung (12) bei einer Erschöpfung zu regenerieren, und mindestens eine mit der Enthärtungsvorrichtung (12) und der Steuereinrichtung (14) in Verbindung stehende Messvorrichtung (15) zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in dem am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellten Wasser (W). Zur Bestimmung des optimalen Zeitpunkts für eine Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage in einem automatisierten Prozess ohne den Einsatz von Chemikalien umfasst die Messvorrichtung (15) mindestens einen Leitfähigkeitssensor (2; 2a, 2b) und eine Elektrolysezelle (1) mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden (A, K).

Description

Wasserbehandlungsanlage und Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage
Die Erfindung betrifft eine Wasserbehandlungsanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Was serb ehandlungsanl age .
Die Härte von Wasser ist durch die Konzentration der im Wasser gelösten Kationen der Erdalkalimetalle und, in spezifischen Anwendungsfällen, auch durch die Konzentration der zugehörigen anionischen Partner, insbesondere des Hydrogencarbonats, bestimmt. Die Summe der Konzentrationen sämtlicher gelöster Erdalkalimetalle (die als Carbonate, Sulfate, Chloride, Nitrite, Nitrate und Phosphate vorliegen können) wird dabei als Gesamthärte bezeichnet. Der nur an Kohlensäure gebundene Anteil wird als Carbonathärte (oder temporäre Härte) und die Differenz von Gesamthärte und Carbonathärte als Nichtcarbonathärte (oder permanente Härte) bezeichnet, wobei der überwiegende Teil der Gesamthärte im Trinkwasser in der Regel als Carbonathärte vorliegt. Als sogenannte Härtebildner tragen im Wesentlichen Calcium- und Magnesium-Ionen zur Gesamthärte von Wasser bei. Die Summe der Konzentration von Calcium- und Magnesium- Ionen entspricht daher in guter Näherung der Gesamtwasserhärte. Die übrigen Erdalkalimetalle, wie Strontium und Barium, sind regelmäßig nur als Spurenstoffe im Wasser vorhanden und tragen daher kaum zur Wasserhärte bei. Die Carbonathärte kann durch Beseitigung von Calcium- und Magnesiumcarbonat aus dem Wasser entfernt werden. Die gelösten Härtebildner Calcium und Magnesium können im Wasser schwer lösliche Verbindungen ausbilden, insbesondere als Carbonate, mit dem im Wasser gelösten Kohlendioxid, entsprechend dem Kalk-Kohl ensäure-Glei chge wi cht .
Die Ausbildung von in Wasser schwer löslichen Verbindungen durch die Härtebildner führt insbesondere beim Erhitzen des Wassers zur Bildung von Kesselstein in Haushaltsgeräten, Heizungen und Heißwasserbereitern und vermindert die Wirksamkeit von Spül- und Waschmitteln in (Geschirr)- Spülmaschinen und Waschmaschinen. Weiterhin beeinflusst die Wasserhärte den Geschmack von mit Wasser zubereiteten Speisen und Getränken. Zur Vermeidung oder Minderung dieser nachteiligen Folgen von hartem Wasser, d.h. Wasser mit einer hohen Konzentration von Erdalkalimetall-Ionen, werden dem Wasser bspw. in Enthärtungsanlagen oder in Anlagen zur Vollentsalzung die Calcium- und Magnesiumionen teilweise oder vollständig entzogen, indem diese bspw. mittels Kationenaustauscher durch Natriumionen ersetzt oder - bei einer Vollentsalzung - zusammen mit allen anderen gelösten Ionen vollständig aus dem Wasser entfernt werden, bspw. durch eine Kombination von Kationen- und Anionenaustauscher oder durch eine Umkehrosmose.
Da die Austauschkapazität von Ionenaustauschern begrenzt ist, müssen Enthärtungsvorrichtungen, in denen Ionenaustauscher eingesetzt werden, rechtzeitig vor einer eintretenden Erschöpfung des oder der Ionenaustauscher regeneriert werden, um einen Härtedurchbruch zu vermeiden. Die Regenerierung eines erschöpften Kationen- Austauscherharzes erfolgt bspw. mit einer Kochsalzlösung (Natriumchlorid-Lösung). Bei der Regenerierung werden die vom Ionenaustauscher während der Enthärtung von Wasser aufgenommenen Härtebildner (Calcium- und Magnesium- Ionen) gegen Natriumionen der Kochsalzlösung ausgetauscht. Der Zeitpunkt der Erschöpfung eines Ionenaustauschers hängt von der Austauschkapazität des Materials des Ionenaustauschers (in der Regel ist dies ein lonenaustauscherharz), der Härte des Rohwassers und vom Volumendurchsatz des Rohwassers ab. Um einerseits den Verbrauch von Regeneriermaterial (bspw. Regeneriersalz zur Herstellung einer Kochsalzlösung) möglichst niedrig zu halten und andererseits einen Härtedurchbruch nach Eintritt einer Erschöpfung des Ionenaustauschers zu verhindern, sollte die Regenerierung möglichst kurz vor Eintritt der vollständigen Erschöpfung des Ionenaustauschers erfolgen. Bei einer vorzeitigen Regenerierung steigt der Verbrauch von Regeneriermaterial und bei einer zu späten Regenerierung sind die Ionenaustauscher nicht mehr in der Lage, die härtebildenden Ionen vollständig aus dem Wasser zu entfernen und es erfolgt ein Härtedurchbruch.
Aus der DE 198 41 568 Al ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung des Regenerierzeitpunktes einer Wasserenthärtungseinrichtung insbesondere für wasserführende, programmgesteuerte Haushaltsgeräte bekannt. Dabei wird zur Härtebestimmung einer Spülflüssigkeit der von Sensoren ermittelte Leitwert der Flüssigkeit vor und nach dem Enthärter gemessen und daraus eine Leitwertdifferenz ermittelt, wobei das Regenerieren des Enthärters von einem Vergleich mit in einem Speicher einer Programmsteuerung abgespeicherten Leitwerten und Leitwertdifferenzwerten aus vorangegangenen Messungen abhängig gemacht wird. Eine Regenerierung der Wasserenthärtungseinrichtung wird dabei eingeleitet, wenn die Leitwertdifferenz gleich Null und der Leitwert größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist oder wenn die Leitwertdifferenz ungleich Null ist und gegen Null strebt. Bei der Geräteaufstellung ist dabei keine Härteeinstellung auf das vorhandene Frisch- oder Brauchwasser notwendig und schwankende Netz- Wasserhärten können automatisch berücksichtigt werden.
Da die elektrische Leitfähigkeit von Wasser durch alle im Wasser gelösten Ionen bestimmt wird und nicht nur durch die im Wasser gelösten Härtebildner (insbesondere Calcium- und Magnesium-Ionen) und weil der Austausch der Härtebildner durch Natrium-Ionen beim Enthärten nur zu einer geringfügigen Änderung der Leitfähigkeit führt, ist der in diesem bekannten Verfahren ermittelte Leitwert nur bedingt geeignet, um den optimalen Regenerationszeitpunkt zu berechnen. Darüber hinaus kann bei diesem Verfahren ein Härtedurchbruch nicht zuverlässig verhindert werden, da die Regenerierung des Ionenaustauschers erst dann erfolgt, wenn die Leitwertdifferenz null ist oder gegen Null tendiert, was bedeutet, dass die Austauschkapazität des Ionenaustauschers bereits (nahezu) erschöpft ist. Das bekannte Verfahren ist daher nicht für den Einsatz in Enthärtungs- oder Entsalzungsanlagen geeignet, die permanent voll- oder teil-enthärtetes Wasser bereitstellen sollen.
Aus der WO 2009/071066 A2 ist eine Wasserenthärtungsvorrichtung mit einem lonenaustauscherharz bekannt, welche einen zufließenden Roh wasser ström in zwei Teilströme aufspaltet und einen der beiden Teilströme einer Vollenthärtung unterzieht und danach die beiden Teilströme zu einem Verschnittwasserstrom vereint, wobei für die Ermittlung der Wasserhärte aus der elektrischen Leitfähigkeit des Rohwassers zwei verschiedene Umrechnungen von der gemessenen elektrischen Leitfähigkeit auf die Rohwasserhärte vorgenommen werden. Dabei ist zur automatischen Steuerung der Regeneration des lonenaustauscherharzes eine Umrechnung der gemessenen Leitfähigkeit in eine Wasserhärte mit einer ersten Kalibrierkurve vorgesehen, die konservativ ausgelegt ist und die maximal auftretenden Wasserhärten bei verschiedenen Leitfähigkeiten wiedergibt. Die Umrechnung mit einer zweiten Kalibrierkurve ist realitätsnah ausgelegt und gibt die mittlere (d.h. mit dem kleinsten statistischen Fehler behaftete) Wasserhärte bei verschiedenen Leitfähigkeiten wieder, welche zur Steuerung der Verschneidevorrichtung verwendet wird. Dadurch können experimentell ermittelte Variationen in der Wasserzusammensetzung (und damit unterschiedliche Zusammenhänge von Leitfähigkeit und Wasserhärte) berücksichtigt werden, um den Regenerationszeitpunkt optimal zu bestimmen und Toleranzen der Verschnittwasserhärte gegenüber einem Sollwert zu minimieren. Der Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Gesamthärte des Wassers muss dabei anhand von Kennlinien erfasst werden, welche empirisch und aufwendig durch titrimetrische Bestimmung der Härte von verschiedenen Wasserproben und eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit erstellt werden müssen. Darüber hinaus ist der Zusammenhang zwischen der elektrischen Leitfähigkeit und der Gesamthärte des Wassers nur schwach ausgeprägt und der Austausch der Härtebildner durch Natrium-Ionen während eines Enthärtungsvorgangs führt nur zu einer geringfügigen Änderung der Leitfähigkeit. Die bei einer bestimmten Leitfähigkeit tatsächlich vorliegende, titrimetrisch bestimmbare Wasserhärte kann deshalb erheblich von dem über die Kennlinie ermittelten Härtewert abweichen, insbesondere wenn das Rohwasser eine relativ hohe Nichtcarbonathärte (permanente Härte) aufweist. Bei einer Abweichung der aus der Kalibrierkennlinie bestimmten Wasserhärte des Rohwassers von der tatsächlichen Härte des Rohwassers kann es daher zu einer vorzeitigen Regenerierung und damit zu einem erhöhten Verbrauch an Regeneriermittel oder zu einer verspäteten Regenerierung mit einem daraus folgenden Härtedurchbruch kommen, je nachdem, ob die über die Kennlinie bestimmte Rohwasserhärte größer oder kleiner als die tatsächliche Gesamthärte des Rohwassers ist. Deshalb und auch aufgrund der Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser ist diese Methode zur Steuerung der Regenerierung einer Wasserenthärtungsvorrichtung ungenau und kann nur auf Rohwasserqualitäten angewandt werden, die einen Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit von der Gesamthärte des Wassers aufweisen, der zumindest ungefähr der verwendeten Kennlinie entspricht.
Zur Überwachung der Austauschkapazität von Ionenaustauschern sind aus dem Stand der Technik weiterhin Härtefühler bekannt, die ein Quell- oder Schrumpfharz enthalten, dessen Volumenausdehnung als Maß für den Erschöpfungsgrad des Ionenaustauschers benutzt wird. Ein solcher Härtefühler für Wasserenthärtungsanlagen ist bspw. aus der DE 29 53 143 Al bekannt. Derartige Härtefühler weisen allerdings eine für viele Anwendungsfälle ungenügende Genauigkeit auf.
Zur genauen Bestimmung der Wasserhärte können komplexometrische Titrationsmethoden, bspw. mit dem Dinatriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) als Titranten, eingesetzt werden, welche die Konzentrationen der im Wasser gelösten Erdalkali-Ionen und damit die Gesamthärte des Wassers erfassen können. Zur Überwachung des Erschöpfungsgrads von Ionenaustauschern sind aus dem Stand der Technik Messgeräte bekannt, welche den Farbumschlagpunkt einer Titration fotometrisch erfassen und ein Signal auslösen, sobald dabei ein Härtedurchbruch erfasst wird. Diese Messgeräte zeichnen sich durch eine gute Messgenauigkeit aus, sind aber aufwendig und teuer in der Herstellung und erfordern eine regelmäßige Wartung und erzeugen wegen der Verwendung des Titranten hohe Verbrauchskosten. Bei der Erfassung eines Härtedurchbruchs mit der gängigen Titrationsmethode gibt es ferner einen erheblichen Zeitversatz zwischen dem Härtedurchbruch und dessen Erkennung. Es wird üblicherweise nur alle ca. 5 - 30 Minuten eine Weichwasserprobe gezogen und analysiert, um den Reagenzienverbrauch gering zu halten. Dies dauert weitere ca. 3 - 5 Minuten. In dieser Zeit strömt Weichwasser mit unklarer Qualität bzw. bereits erheblichem Härtedurchbruch der nachgeschalteten Anwendung zu. Ein Härtedurchbruch kann deshalb nicht verhindert werden, da das Signal, das eine erforderliche Regenerierung des Ionenaustauschers anzeigt, erst erzeugt wird, wenn die Austauaschkapazität bereits erschöpft ist.
Bei der Bestimmung des optimalen Zeitpunkts für die Regenerierung einer Wasserenthärtungs Vorrichtung, der Rohwasser aus dem Netz der öffentlichen Trinkwasserversorgung zur Verfügung gestellt wird, besteht darüber hinaus das Problem, dass der Wasserversorger in der Regel eine begrenzte Anzahl verschiedener Trinkwasserqualitäten aus unterschiedlichen Quellen und mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Härte in das Netz der öffentlichen Trinkwasserversorgung einspeist, wobei die Einleitung dieser unterschiedlichen Trinkwasserqualitäten innerhalb eines Tages oder auch innerhalb längerer Zeiträume wechseln kann, so dass sich die Zusammensetzung und die Härte des einer Enthärtungsvorrichtung zugeführten Rohwassers entsprechend der Qualität des von der öffentlichen Trinkwasserversorgung zur Verfügung gestellten Trinkwassers ändern kann. Derartige Änderungen in der Wasserqualität, die während eines Tages durchaus mehrmals auftreten können, verändern die verbleibende Austauschkapazität der Enthärtungsvorrichtung und damit den optimalen Zeitpunkt für die Durchführung einer Regenerierung. Um bei einer Änderung der Wasserqualität des zugeführten Rohwassers eine schnelle Anpassung des optimalen Zeitpunkts für die Durchführung einer Regenerierung vornehmen zu können, ist es erforderlich, während des Betriebs einer Wasserbehandlungsanlage mit einer Wasserenthärtungsvorrichtung eine schnelle Erfassung etwaiger Änderungen in der Zusammensetzung bzw. der Qualität des Rohwassers zu ermöglichen und den prognostizierten Zeitpunkt einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung daran anzupassen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Wasserbehandlungsanlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage mit einer Enthärtungsvorrichtung aufzuzeigen, die eine Bestimmung des optimalen Zeitpunkts für eine Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung ohne den Einsatz von Chemikalien in einem automatisierten Prozess während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage ermöglichen und dabei auch bei wechselnder Qualität oder Härte des zugeführten Rohwassers zuverlässig und möglichst schnell einen beginnenden Härtedurchbruch erkennen und einen vollständigen Härtedurchbruch verhindern kann.
Diese Aufgaben werden mit der Wasserbehandlungsanlage gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Wasserbehandlungsanlage und des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Wasserbehandlungsanlage umfasst einen Rohwasserzulauf, eine Enthärtungsvorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang und insbesondere mit mindestens einem regenerierbaren oder austauschbaren Ionenaustauscher, eine Regeneriereinrichtung zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung und/oder eine Signaleinrichtung, welche bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch des Ionenaustauschers anzuzeigen, und eine Steuereinrichtung, welche mit der Regeneriereinrichtung und/oder der Signaleinrichtung gekoppelt ist, um die Enthärtungsvorrichtung bei einer Erschöpfung zu regenerieren und/oder das von der Signaleinrichtung erzeugte Signal auszugeben oder anzuzeigen oder den Betrieb der Enthärtungsvorrichtung einzustellen, sowie mindestens eine mit der Enthärtungsvorrichtung und der Steuereinrichtung in Verbindung stehende Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in dem am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellten Wasser. Erfmdungsgemäß umfasst die Messvorrichtung dabei mindestens einen Leitfähigkeitssensor und eine Elektrolysezelle mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden.
Dabei wird der Enthärtungsvorrichtung am Eingang über den Rohwasserzulauf Rohwasser zugeführt, aus dem die Enthärtungsvorrichtung enthärtetes Wasser erzeugt und am Ausgang bereitstellt, wobei der Messvorrichtung Wasser, welches am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellt wird, zugeführt wird, um bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung einen Härtedurchbruch in dem am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellten Wasser zu erfassen und die Steuereinrichtung daraufhin eine Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung mittels der Regeneriereinrichtung einleitet und/oder ein von der Signaleinrichtung erzeugtes Signal ausgibt oder darstellt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch des Ionenaustauschers anzuzeigen, oder um den Betrieb der Wasserbehandlungsanlage oder der Enthärtungsvorrichtung einzustellen, um zu verhindern, dass am Ausgang nicht-enthärtetes Wasser bereit gestellt wird.
Mit der Messvorrichtung kann dabei über den mindestens einen Leitfähigkeitssensor konduktometrisch ein Härtedurchbruch erfasst werden. Die konduktometrische Erfassung eines Härtedurchbruchs kann dabei in der Messvorrichtung sehr schnell und zuverlässig durch Bestimmung der Leitfähigkeitsdifferenz erfasst werden, die sich aufgrund einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen, die bei einem erfolgten Härtedurchbruch in dem Wasser enthaltenen sind, in der Elektrolysezelle ergibt. Hierfür wird mit der Messvorrichtung die elektrische Leitfähigkeit des der Messvorrichtung zugeführten Wassers vor Eintritt in die Elektrolysezelle oder an einem Eingang der Elektrolysezelle und die elektrische Leitfähigkeit des Wassers nach einem Austritt aus der Elektrolysezelle oder an einem Ausgang der Elektrolysezelle erfasst und daraus die Differenz gebildet, um die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit zu erfassen, die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle hervorgerufen wird. Solange das der Messvorrichtung zugeführte Wasser, bei ordnungsgemäßem Betrieb der Wasserbehandlungsanlage und insbesondere bei nicht erschöpftem Ionenaustauscher, vollständig enthärtet ist und folglich keine Erdalkali-Ionen enthält, ist die Leitfähigkeit des Wassers am Eingang und am Ausgang der Messvorrichtung zumindest im Wesentlichen gleich groß und die Messvorrichtung erfasst eine Leitfähigkeitsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang der Messvorrichtung von Null oder zumindest annähernd Null. Bei einem (beginnenden) Härtedurchbruch der Enthärtungsvorrichtung sind allerdings Erdalkali-Ionen, insbesondere Calcium- und Magnesium-Ionen im Wasser enthalten, welche in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung ausgefällt werden und zu einer Erniedrigung der elektrischen Leitfähigkeit am Ausgang der Messvorrichtung gegenüber der Leitfähigkeit am Eingang führen.
Das Verfahren gemäß der Erfindung und die erfindungsgemäße Wasserbehandlungsanlage haben den Vorteil, dass pausenlos das am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellte Wasser (Weichwasser) kontinuierlich überwacht wird. Ein Zeitversatz der Überwachung ist lediglich durch die geringe Strecke begründet, über die das analysierte Wasser durch die Messvorrichtung strömt, insbesondere von einem Eingang zu einem Ausgang der Messvorrichtung, wobei diese Strecke und damit der zeitliche Versatz sehr kurz gehalten werden kann. In bevorzugten Ausführungsbeispielen liegt die für eine Ausfällung der Erdalkali- lonen maßgebliche, elektrolytisch wirksame Verweilzeit des durch die Elektrolysezelle strömenden Wassers (Weichwasser) im Bereich von 10 bis 120 Sekunden, bevorzugt zwischen 20 und 50 Sekunden. Für die Erfassung eines Härtedurchbruchs kommt noch eine durch die Länge der Zufuhrleitungen bedingte Totzeit von ca. 30 bis 60 Sekunden hinzu, so dass innerhalb einer Reaktionszeit von 40 bis 180 Sekunden, insbesondere von 50 bis 110 Sekunden eine Änderung der Leitfähigkeit bei einem beginnenden Härtedurchbruch erfasst werden kann. Dadurch kann ein beginnender Härtedurchbruch sehr frühzeitig detektiert werden. Dabei ist es zur Erfassung eines beginnenden Härtedurchbruchs nicht erforderlich, dass alle Erdalkali- lonen, die sich in dem der Messvorrichtung zugeführten Wasser befinden, ausgefällt werden. Es reicht aus, wenn in der Messvorrichtung eine nur teilweise Fällung der Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser erfolgt, weil die durch und während der Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene und erfasste Änderung der Leitfähigkeit auch bereits dann auf eine Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung und einen dadurch bedingten, beginnenden Härtedurchbruch hinweisen kann, wenn nur ein Teil der sich bereits im Wasser befindlichen Erdalkali-Ionen ausgefällt wird. Zweckmäßig erfolgt jedoch in der Messvorrichtung eine zumindest im Wesentlichen vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser, wodurch ein Härtedurchbruch bei beginnender Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung noch für eine gewisse Zeit verzögert werden kann.
Bei einem beginnenden Härtedurchbruch kann dabei aus der erfassten Differenz der Leitfähigkeit des Wassers am Eingang und am Ausgang der Messvorrichtung auf die Konzentration der Erdalkali-Ionen in dem durch die Elektrolysezelle strömenden Wasser und daraus auf den Erschöpfungsgrad der Enthärtungsvorrichtung geschlossen werden. Je höher die Leitfähigkeitsdifferenz, desto höher ist der Erschöpfungsgrad bzw. desto niedriger ist die Restkapazität der Enthärtungsvorrichtung, insbesondere des Ionenaustauschers oder der Ionenaustauscher. Bei einem beginnenden Härtedurchbruch in dem durch die Elektrolysezelle geleiteten Wasser ist die Konzentration der Erdalkali-Ionen noch sehr gering, so dass selbst bei einer vollständigen Ausfällung der Erdalkali-Ionen zunächst nur eine geringe Änderung der Leitfähigkeit zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung gemessen wird. Bei einem Härtedurchbruch, der bei vollständiger Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung eintritt, sind jedoch so viele Erdalkali-Ionen im Wasser vorhanden, so dass diese aufgrund der begrenzten Verweilzeit in der Elektrolysezelle nicht mehr vollständig ausgefällt werden können, weshalb die mit der Messvorrichtung erfasste Leitfähigkeitsdifferenz bei einer vollständigen Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung asymptotisch auf ein Maximum zuläuft, dessen Betrag weiterhin von der Verweilzeit des Wassers in der Elektrolysezelle und damit von der Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und der Länge der Elektrolysezelle abhängt.
Zweckmäßig sind die Elektrolyseelektroden der Messvorrichtung als Flachelektroden ausgebildet, die in der Elektrolysezelle gegenüberliegend angeordnet sind. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Durchströmung des Wassers durch die Elektrolysezelle zwischen den Elektrolyseelektroden, wodurch eine ausreichende Verweilzeit für eine Ausfällung der Erdalkali-Ionen ermöglicht ist. Die Elektrolyseelektroden sind dabei zweckmäßig so ausgebildet, dass sie an eine Gleichspannungsquelle anschließbar sind.
Zur Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit des durch die Elektrolysezelle strömenden Wassers umfasst die Messvorrichtung bevorzugt mindestens zwei Leitfähigkeitssensoren. Besonders bevorzugt ist dabei mindestens ein Leitfähigkeitssensor in der Elektrolysezelle integriert. Dies ermöglicht einen kompakten und kostengünstigen Aufbau der Messvorrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung zwei Leitfähigkeitssensoren, wobei ein erster Leitfähigkeitssensor an einem Eingang der Messvorrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des in die Elektrolysezelle einströmenden Wassers und ein zweiter Leitfähigkeitssensor an einem Ausgang der Messvorrichtung zur Messung der Leitfähigkeit des aus der Elektrolysezelle ausströmenden Wassers vorgesehen ist. Die Leitfähigkeitssensoren können auch außerhalb der Elektrolysezelle angeordnet sein. Hierbei ist bspw. ein erster Leitfähigkeitssensor stromaufwärts oder an einem Eingang der Elektrolysezelle und ein zweiter Leitfähigkeitssensor ist stromabwärts oder an einem Ausgang der Elektrolysezelle angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung einen Eingang, an dem der Messvorrichtung Wasser von der Enthärtungsvorrichtung zugeführt wird, und einen Ausgang, wobei am Eingang ein erster Leitfähigkeitssensor und am Ausgang ein zweiter Leitfähigkeitssensor angeordnet sind und die Elektrolysezelle zwischen dem Eingang und dem Ausgang angeordnet ist. Dieser Aufbau ermöglicht eine störungsfreie Messung der elektrischen Leitfähigkeit des am Eingang in die Elektrolysezelle einströmenden und des am Ausgang aus der Elektrolysezelle ausströmenden Wassers.
Jeder Leitfähigkeitssensor umfasst bevorzugt mindestens ein Elektrodenpaar mit zwei insbesondere als Stabelektroden ausgebildeten Messelektroden, welche an eine Wechselspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen sind. Dies ermöglicht eine kostengünstige Messung der elektrischen Leitfähigkeit durch eine Beaufschlagung der Messelektroden mit einer elektrischen Wechsel Spannung bei einer kompakten Ausbildung der Messvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung einen ersten Leitfähigkeitssensor und einen zweiten Leitfähigkeitssensor, wobei der erste Leitfähigkeitssensor und der zweite Leitfähigkeitssensor jeweils ein Elektrodenpaar mit zwei Messelektroden umfasst und die Messelektroden an eine Wechselspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen sind. Die beiden Leitfähigkeitssensoren können dabei innerhalb der Elektrolysezelle oder außerhalb der Elektrolysezelle angeordnet sein. Wenn die Leitfähigkeitssensoren innerhalb der Elektrolysezelle angeordnet sind, ist ein erster Leitfähigkeitssensor stromaufwärts und ein zweiter Leitfähigkeitssensor stromabwärts der einander gegenüberliegenden Elektrolyseelektroden vorgesehen. Eine Anordnung der beiden Leitfähigkeitssensoren innerhalb der Elektrolysezelle ermöglicht einen kompakten Aufbau sowie eine Verwendung der Messvorrichtung zur Bestimmung der Härte des Wassers einer Wasserprobe. Eine Anordnung außerhalb der Elektrolysezelle hat messtechnische Vorteile, da es aufgrund der örtlichen Entkopplung der Messelektroden und der Elektrolyseelektroden nicht zu einer Störung der Leitfähigkeitsmessung durch die Messelektroden kommen kann. Bei einer Anordnung der Messelektroden innerhalb der Elektrolysezelle kann es zur Vermeidung von Messstörungen zweckmäßig sein, die Leitfähigkeitsmessungen mittels der Messelektroden und die elektrolytische Ausfällung der Erdalkali-Ionen mittels der Elektrolyseelektroden zeitlich zu entkoppeln, d.h. in zeitlich aufeinanderfolgenden Messzyklen und Elektrolysezyklen durchzuführen.
Die Steuereinrichtung der Wasserbehandlungsanlage ist bevorzugt so zur Ansteuerung der Messvorrichtung eingerichtet, dass das am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellte Wasser der Messvorrichtung an dem Eingang der Messvorrichtung zugeführt und die Leitfähigkeit (Lfa) des am Eingang zugeführten Wassers mit dem einen Leitfähigkeitssensor oder mit dem ersten Leitfähigkeitssensor erfasst und danach das Wasser durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden elektrolysiert und schließlich die Leitfähigkeit (Lft) des elektrolysierten Wassers am Ausgang der Messvorrichtung mittels des einen Leitfähigkeitssensors oder mit dem zweiten Leitfähigkeitssensor gemessen und dabei insbesondere eine durch die Elektrolyse des Wassers hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ALf = |Lfi> - Lfa|) des Wassers zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung erfasst wird. Aus der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ALf) kann auf die Existenz von Erdalkali-Ionen geschlossen werden, insbesondere wenn die erfasste Änderung der Leitfähigkeit (ALf) über einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Die Existenz von Erdalkali- Ionen in dem der Messvorrichtung zugeführten Wasser deutet auf einen beginnenden Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung hin, weshalb bevorzugt bei der Erfassung einer Änderung der Leitfähigkeit (ALf) über dem vorgegeben Grenzwert ein Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung eingeleitet und/oder durch die Signaleinrichtung ein Signal ausgegeben wird, das eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch des Ionenaustauschers anzeigt.
Dabei kann die Steuereinrichtung die Messvorrichtung auch so ansteuern, dass zunächst die ursprüngliche Leitfähigkeit (Lfa) des am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellten Wassers, insbesondere mit einem ersten Leitfähigkeitssensor, erfasst und danach die ggf. bei einem Härtedurchbruch darin enthaltenen Erdalkali-Ionen in der Messvorrichtung durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden zumindest teilweise ausgefällt werden und die Leitfähigkeit (Lfi,) des Wassers während und/oder nach der Fällung der Erdalkali-Ionen gemessen wird, insbesondere mit einem zweiten Leitfähigkeitssensor. Aus der Differenz der gemessenen Leitwerte wird dann von der Steuereinrichtung die durch die elektrolytische Ausfällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi, - Lfa) ermittelt und auf einen Härtedurchbruch geschlossen, wenn der Betrag von ALf über dem vorgegebenen Grenzwert liegt.
Wenn durch die Steuereinrichtung ein Härtedurchbruch erfasst wird, kann diese oder die Signal einrichtung ein Signal ausgeben und/oder die Regeneriereinrichtung ansteuern, um einen Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung einzuleiten. Ein Bediener der Wasserbehandlungsanlage wird somit über einen Härtedurchbruch informiert und ggf. angewiesen, entweder manuell einen Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung einzuleiten oder einen Austausch des austauschbaren Ionenaustauschers, der bspw. als austauschbare Kartusche ausgebildet sein kann, vorzunehmen.
Die Steuereinrichtung oder die Signaleinrichtung ist dabei zweckmäßig zur Ausgabe eines Signals eingerichtet, wenn während der Fällung der Erdalkali-Ionen, insbesondere über einen vorgegebenen Zeitraum (At) der Fällung, eine Änderung der gemessenen Leitfähigkeit gegenüber der ursprünglichen Leitfähigkeit des am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellten Wassers erfasst wird, insbesondere wenn die über den vorgegebenen Zeitraum (At) erfasste Änderung der Leitfähigkeit (ALf) über einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Das Signal kann dabei ein akustisches Signal, bspw. ein Warnton, und/oder ein optisches Signal, bspw. ein Warnlicht, und/oder eine textliche und/oder symbolisierte Darstellung eines Warnhinweises auf einer Anzeige der Steuereinrichtung sein. Die Steuereinrichtung oder die Signaleinrichtung kann auch so eingerichtet sein, dass der Betrieb der Enthärtungseinrichtung abgestellt und der Ausgang der Enthärtungsvorrichtung geschlossen wird, wenn ein Härtedurchbruch detektiert wird, indem bspw. ein Ventil am Ausgang geschlossen wird, um die Bereitstellung von nicht ausreichend enthärtetem Wasser am Ausgang zu verhindern.
Bevorzugt ist die Steuereinrichtung so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ALf), insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts, einen Regeneriervorgang mittels der Regeneriereinrichtung direkt einleitet. Dies ermöglicht eine vollautomatische Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung, ohne dass der Bediener der Wasserbehandlungsanlage bei einem Härtedurchbruch noch manuell eingreifen muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage ist die Enthärtungsvorrichtung als Mehrfach- oder Doppelanlage mit einer ersten Enthärtungsvorrichtung und mindestens einer zweiten Enthärtungsvorrichtung ausgebildet, welche im Pendelbetrieb betrieben werden können, wobei in dem Pendelbetrieb wechselweise die erste Enthärtungsvorrichtung in einem Enthärtungs- oder Entsalzungsmodus betrieben wird, während die zweite Enthärtungsvorrichtung in einem Regeneriermodus betrieben wird, in dem eine Regenerierung erfolgt, und umgekehrt. Dieser Pendelbetrieb einer ersten und einer zweiten Enthärtungsvorrichtung ermöglicht es, bei einem mit der Messvorrichtung erfassten Härtedurchbruch während des Enthärtungs- oder Entsalzungsmodus der einen Enthärtungsvorrichtung den Pendelbetrieb zu wechseln und bspw. in der ersten Enthärtungsvorrichtung den Regeneriermodus einzuleiten, während die zweite Enthärtungsvorrichtung auf den Enthärtungsmodus umgestellt wird. Dies stellt sicher, dass von der Wasserbehandlungsanlage zu jeder Zeit teil- oder voll-enthärtetes Wasser bereitgestellt werden kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage, welche einen Rohwasserzulauf zur Bereitstellung von Rohwasser, eine Enthärtungsvorrichtung mit einem Eingang und einem Ausgang, eine Regeneriereinrichtung zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung und/oder eine Signal einrichtung umfasst, welche bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch eines Ionenaustauschers anzuzeigen, wobei die Enthärtungsvorrichtung aus dem Rohwasser enthärtetes Wasser erzeugt und am Ausgang bereitstellt und eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Regeneriereinrichtung und/oder der Signaleinrichtung gekoppelt ist, um die Enthärtungsvorrichtung bei einer Erschöpfung zu regenerieren und/oder das von der Signal einrichtung erzeugte Signal auszugeben oder anzuzeigen, und mindestens eine mit der Enthärtungsvorrichtung und der Steuereinrichtung in Verbindung stehende Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in dem am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellten Wassers vorhanden ist und das am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellte Wasser zumindest zeitweise oder kontinuierlich der Messvorrichtung zugeführt und in der Messvorrichtung zumindest zeitweise eine elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser durchgeführt wird, wobei zumindest vor und während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen die elektrische Leitfähigkeit des zugeführten Wassers erfasst und miteinander verglichen wird, insbesondere durch Bildung der Differenz (ALF = |Lfi> - Lfa|) der vor der elektrolytischen Fällung erfassten Leitfähigkeit (Lfa) und der während oder nach der Fällung erfassten Leitfähigkeit (Lfb).
Dem Eingang der Enthärtungsvorrichtung wird dabei über den Rohwasserzulauf Rohwasser, welches Erdalkali-Ionen, insbesondere Calcium- und/oder Magnesium-Ionen, sowie Hydrogencarbonat- und/oder Carbonat-Ionen enthält, zugeführt.
In dem Verfahren wird die elektrische Leitfähigkeit des der Messvorrichtung zugeführten Wassers bevorzugt an einem Eingang der Messvorrichtung und einem Ausgang der Messvorrichtung erfasst und die Messvorrichtung umfasst bevorzugt eine insbesondere zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung angeordnete Elektrolysezelle mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden, wobei das der Messvorrichtung zugeführte Wasser in der Elektrolysezelle elektrolysiert wird, um die ggf. bei einem Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung im Wasser vorhandenen Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, auszufällen. Die Elektrolysezelle umfasst hierfür mindestens zwei Elektrolyseelektroden, welche zur elektrolytischen Fällung der Erdalkali- Ionen mit Gleichspannung beaufschlagt werden. Bevorzugt enthält die Messvorrichtung mindestens einen Leitfähigkeitssensor mit zwei Messelektroden, welche zur Erfassung der Leitfähigkeit des der Messvorrichtung zugeführten Wassers mit Wechsel Spannung beaufschlagt werden. Um die Leitfähigkeit des der Messvorrichtung zugeführten Wassers sowohl am Eingang als auch am Ausgang der Elektrolysezelle zu erfassen, enthält die Messvorrichtung bevorzugt einen ersten Leitfähigkeitssensor vor dem oder am Eingang und einen zweiten Leitfähigkeitssensor nach dem oder an dem Ausgang der Messvorrichtung.
Dadurch wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits eine zuverlässige Erfassung eines Härtedurchbruchs bei Feststellung einer Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi> - Lfa) des zugeführten Wassers zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung ermöglicht und andererseits werden die Wirkungen eines zumindest teilweise bereits erfolgten Härtedurchbruchs zumindest teilweise unschädlich gemacht, indem die Erdalkali-Ionen des zugeführten Wassers zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, ausgefällt werden. Aus dem Betrag der durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufenen Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi, - Lfa) kann dabei auf die Konzentration der Erdalkali-Ionen in dem der Messvorrichtung zugeführten Wasser und dadurch auf den Härteschlupf der Enthärtungsvorrichtung, insbesondere des Ionenaustauschers, geschlossen werden.
Um einen beginnenden Härtedurchbruch rechtzeitig zu erfassen, wird das am Ausgang der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellte Wasser bevorzugt kontinuierlich vom Eingang zum Ausgang durch die Messvorrichtung geleitet und es wird die Leitfähigkeit des durchgeleiten Wassers am Eingang und am Ausgang erfasst. Bei einer Änderung der Leitfähigkeit zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung kann auf einen zumindest teilweise bereits erfolgten oder einen beginnenden Härtedurchbruch geschlossen werden und es kann über die Regeneriereinrichtung ein Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung eingeleitet und/oder durch die Signaleinrichtung ein Signal ausgegeben werden, insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Differenz-Grenzwerts der mit der Messvorrichtung erfassten Änderung der Leitfähigkeit. Bei Überschreiten eines Differenz-Grenzwerts kann die Wasserbehandlungsanlage bzw. die Enthärtungsvorrichtung auch abgestellt werden, um zu verhindern, dass nicht-enthärtetes Wasser zu einem Verbraucher geleitet wird.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt in Abhängigkeit der durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufenen Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi - Lfa) automatisch ein Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung eingeleitet und/oder ein Signal ausgegeben, wenn die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Differenz der Leitfähigkeit (ALf = Lfi - Lfa) einen vorgegebenen Differenz-Grenzwert AG überschreitet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass bei Feststellung eines beginnenden oder bereits erfolgten Härtedurchbruchs rechtzeitig vor einer schädlichen Erhöhung der Wasserhärte des von der Wasserbehandlungsanlage für einen Verbraucher bereitgestellten Wassers eine Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung erfolgt. Dabei bleibt bei einem beginnenden Härtedurchbruch, der sich insbesondere bei einer niedrigen Differenz der Leitfähigkeit (ALf = Lfi - Lfa) des der Messvorrichtung zugeführten Wassers zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Messvorrichtung zeigt, die Wasserhärte des von der Wasserbehandlungsanlage am Ausgang der Messvorrichtung bereitgestellten Wassers niedrig und ist idealerweise bei oder nahe Null, aufgrund der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen in der Elektrolysezelle der Messvorrichtung.
Diese und weitere Vorteile und Anwendungen sowie bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Dabei zeigen:
Fig- 1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage mit einer Enthärtungsvorrichtung und einer Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in der Enthärtungsvorrichtung;
Fig- 2: schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen einer konduktometrischen Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in einer Enthärtungsvorrichtung, die in der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann;
Fig- 3: ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der in einer der Messvorrichtungen von
Figur 2 erfassten elektrischen Leitfähigkeit einer Wasserprobe vor, während und nach einer elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen;
Fig. 4: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage mit einer Enthärtungssvorrichtung und einer Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in der Enthärtungsvorrichtung;
Fig- 5: ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der in dem erfindungsgemäßen Verfahren erfassten elektrischen Leitfähigkeit des der Messvorrichtung der Wasserbehandlungsanlage von Figur 1 zugeführten Wassers mit einem Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung;
Fig. 6A: eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Elektrolysezelle der Messvorrichtung zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in einer Enthärtungsvorrichtung,
Fig. 6B: eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs der elektrischen Leitfähigkeit des der Elektrolysezelle von Figur 6A zugeführten Wassers (Weichwasser von der Enthärtungsvorrichtung) vor der Elektrolysezelle (Lfa) und nach der Elektrolysezelle (Lfi,) sowie der titrimetrisch bestimmten Härte (H) des zugeführten Wassers bei einem Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung (Figur 6B);
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage mit einer Enthärtungsvorrichtung 12 dargestellt, wobei die Wasserbehandlungsanlage 10 einen mit der Enthärtungsvorrichtung 12 über einen Verteiler 24 verbundenen Rohwasserzulauf 11 zur Bereitstellung von Rohwasser R, eine Steuereinrichtung 14 und mindestens eine konduktometrische Messvorrichtung 15 umfasst. Die Messvorrichtung
15 ist dabei stromabwärts des Verteilers 24 angeordnet und an einem Eingang 15a der Messvorrichtung 15 über eine Verbindungsleitung 20 mit dem Verteiler 24 verbunden. Die Steuereinrichtung 14 ist dabei mit dem Verteiler 24 sowie der Messvorrichtung 15 gekoppelt, um diese zu steuern. Die Steuereinrichtung 14 steuert insbesondere die Volumenströme des vom Rohwasserzulauf 11 zugeführten Wassers in die Enthärtungsvorrichtung 12 und des darin enthärteten Wassers W zur Verbindungsleitung 20.
Die Enthärtungsvorrichtung 12 ist dabei als Doppelanlage ausgebildet und umfasst eine erste Enthärtungsvorrichtung 12a und eine zweite Enthärtungsvorrichtung 12b, die im Pendelbetrieb betrieben werden. Die erste und die zweite Enthärtungsvorrichtung 12a, 12b enthält jeweils einen Ionenaustauscher 13, der jeweils in einem lonenaustauschbehälter 8 angeordnet ist.
Der lonenaustauschbehälter 8 der ersten und der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12a, 12b umfasst jeweils einen Eingang 1 la und einen Ausgang 11b, wobei der Eingang 1 la jeweils über eine Zulaufleitung 7 und der Ausgang 11b jeweils über eine Ablaufleitung 7‘ mit dem Verteiler
24 in Verbindung steht. Zur Regenerierung des Ionenaustauschers 13 der Enthärtungsvorrichtungen 12a, 12b umfasst die Wasserbehandlungsanlage weiterhin eine Regeneri ereinrichtung 18, welche einen Regenerierbehälter 9 aufweist, in dem eine wässrige Regenerierlösung, insbesondere eine Natriumchlorid-Lösung, bevorratet ist. Bei einer Erschöpfung des Ionenaustauschers 13 einer der beiden Enthärtungsvorrichtungen 12a, 12b wird in einem Regeneriermodus die Regenerierlösung in und durch den lonenaustauschbehälter 8 der jeweiligen Enthärtungsvorrichtung 12a oder 12b geleitet, wodurch die in dem Ionenaustauscher 13 beim Enthärten des Rohwassers R aufgenommenen Calzium- und Magnesium-Ionen durch Natrium-Ionen ersetzt werden. Die verbrauchte Regenerierlösung wird während des Regeneriermodus über eine am Verteiler 24 angeschlossene Abfuhrleitung
25 in einen Kanal 19 geleitet. Während sich eine der beiden Enthärtungsvorrichtungen 12a oder 12b in einem Regeneriermodus befindet, kann die andere Enthärtungsvorrichtung 12b oder 12a im Betriebsmodus arbeiten, in dem über den Verteiler 24 Rohwasser R in den lonenaustauschbehälter 8 geleitet und darin durch Austausch der härtebildenden Calcium- und Magnesiom-Ionen gegen Natrium-Ionen des Ionenaustauschers 13 (zumindest weitgehend) vollständig enthärtet wird. Das enthärtete Wasser W wird im Betriebsmodus am Ausgang 11b der jeweiligen Enthärtungsvorrichtung 12a, 12b bereitgestellt und über die Ablaufleitung 7‘ zum Verteiler 24 geleitet, der das enthärtete Wasser W über die Verbindungsleitung 20 einerseits zum Eingang 15a der Messvorrichtung 15 und anderseits in eine mit der Verbindungsleitung 20 in Verbindung stehende Verbraucherleitung 21 leitet. Der Volumenstrom des enthärteten Wassers W, welcher als Teilstrom der Messvorrichtung 15 zugeführt wird, ist dabei zweckmäßig wesentlich kleiner als der gesamte Volumenstrom des enthärteten Wassers W, der in die Verbindungsleitung 20 eingeleitet wird. Der überwiegende Teil des gesamten Volumenstroms des enthärteten Wassers W wird in die Verbraucherleitung 21, welche mit einem Verbraucher 22 verbunden ist, eingeleitet. Bei dem Verbraucher 22 kann es sich beispielsweise um die Trinkwasserinstallation eines Haushalts oder eines Gewerbes oder auch um ein Wassergerät oder eine nachgeschaltete Wasserbehandlungsanlage (bspw. eine Umkehrosmoseanlage) handeln, der das enthärtete Wasser W direkt zur Weiterbehandlung zugeführt wird.
Die Zuführung des enthärteten Wassers W zur Messvorrichtung 15 erfolgt dabei während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage 10 kontinuierlich oder zeitweise in vorgegebenen Messzyklen. Die Messzyklen können insbesondere erstmalig bei Erreichen eines prognostizierten Erschöpfungsgrads des Ionenaustauschers 13 der Enthärtungsvorrichtung 12, bspw. nach Erreichen eines prognostizierten Erschöpfungsgrads von 80%, und danach regelmäßig oder kontinuierlich bis zur vollständigen Erschöpfung durchgeführt werden, um einen in Kürze zu erwartenden Härtedurchbruch zu detektieren. Der Erschöpfungsgrad der Enthärtungsvorrichtung 12 hängt dabei von der gesamten (maximalen) Austauschkapazität des Ionenaustauschers 13 sowie der Härte des Rohwassers R und dem gesamten Volumen des Rohwassers, der durch die Enthärtungsvorrichtung 12 geströmt ist, ab und kann folglich aus den bekannten Daten der Austauschkapazität und des Volumenstroms sowie der mittels der Messvorrichtung 15 erfassbaren Härte H des Rohwassers R prognostiziert werden.
Nach Beendigung einer Messung in der Messvorrichtung wird das der Messvorrichtung 15 zugeführte Wasser W durch den Ausgang 15b der Messvorrichtung in eine mit einem Ventil vl verschließbare Ablauflaufleitung 26 abgeführt, welche das Wasser in einen Kanal 19 ableitet.
Die Messvorrichtung 15 umfasst eine Elektrolysezelle 1, die über einen Behälter 5 verfügt, in dem der Eingang 15a und ein Ausgang 15b vorgesehen sind. Das von der Verbindungsleitung 20 zugeführte enthärtete Wasser W wird über den Eingang 15a in den Behälter 5 der Messvorrichtung 15 eingebracht und durch den Behälter 5 zum Ausgang 15b geleitet. Zum vollständigen Entleeren des Behälters 5 verfügt dieser, bevorzugt am Boden, über einen Ablauf 15c. Die Messvorrichtung 15 umfasst weiterhin einen ersten Leitfähigkeitssensor 2a am Eingang 15a und einen zweiten Leitfähigkeitssensor 2b am Ausgang 15b sowie zwei in dem Behälter 5 einander gegenüberliegend angeordnete Elektrolyseelektroden A, K, wobei die Elektrolyseelektroden an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und eine Elektrolyseelektrode als Anode A und Elektrolyseelektroden als Kathode K ausgebildet ist. Der Behälter 5 und die darin angeordneten Elektrolyseelektroden A, K, an welche von der Gleichspannungsquelle eineGleichspannung angelegt wird, bilden die Elektrolysezelle 1. Die Elektrolyseelektroden A, K sind dabei bevorzugt als Flachelektroden ausgebildet, welche im Abstand und parallel zueinander verlaufend in dem Behälter 5 angeordnet sind, so dass das durch den Behälter 5 geleitete Wasser W zwischen den Elektrolyseelektroden A, K durchströmen kann.
Die Messvorrichtung 15 wird von der Steuereinrichtung 14 gesteuert. Die Steuereinrichtung 14 steuert insbesondere die Versorgung der Elektrolyseelektroden A, K während vorgegebener Messzyklen bzw. Elektrolysezyklen oder dauerhaft während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage mit elektrischer Gleichspannung. Weiterhin wird auch die Erfassung der elektrischen Leitfähigkeit des über die Verbindungsleitung 20 zugeführten Wassers W am Eingang 15a und am Ausgang 15b der Messvorrichtung 15 mittels der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b durch die Steuereinrichtung 14 gesteuert. Jeder der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b umfasst dabei mindestens ein Elektrodenpaar 3, an welches in definierten Messzyklen oder dauerhaft während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage eine elektrische Wechsel Spannung angelegt und die Stromstärke gemessen wird, um die Leitfähigkeit des zugeführten Wassers W zu erfassen. Mittels eines Temperatursensors, der bspw. in der Elektrolysezelle 1 angeordnet oder auch in zumindest einem der Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b integriert sein kann, wird dabei zweckmäßig die Temperatur des Wassers erfasst und bei der Bestimmung der Leitfähigkeit erfolgt mittels eines Korrekturfaktors eine Temperaturkorrektur auf eine Standardtemperatur von bspw. 25°C.
In Figur 2 sind weitere Ausführungsformen der Messvorrichtung 15 gezeigt, in denen die beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b in dem Behälter 5 der Elektrolysezelle 1 integriert sind, wobei der erste Leitfähigkeitssensor 2a stromaufwärts der Elektrolyseelektroden A, K am Eingang 15a und der zweite Leitfähigkeitssensor 2b stromabwärts der Elektrolyseelektroden A, K am Ausgang 15b angeordnet ist. Wie in der Ausführungsform der Messvorrichtung 15 von Figur 1 sind die beiden Elektrolyseelektroden A, K an eine Gleichspannungsquelle DC angeschlossen und das Elektrodenpaar 3 der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b ist jeweils an eine Wechsel Spannungsquelle AC angeschlossen, mit der die Messelektroden des Elektrodenpaars 3 mit elektrischer Wechsel Spannung einer vorgegebenen Frequenz versorgt werden können. Die beiden Messelektroden jedes Leitfähigkeitssensors 2a, 2b sind in den in Figur 2 gezeigten Beispielen jeweils als Stabelektroden ausgebildet, deren Längsachse parallel zu der Ebene der beiden als Flachelektroden ausgebildeten Elektrolyseelektroden A, K verläuft.
Die in Figur 2A gezeigte Ausführungsform der Messvorrichtung 15 umfasst dabei zwei als Flachelektroden ausgebildete Elektrolyseelektroden A, K, die in der Elektrolysezelle parallel und im Abstand zueinander verlaufend sowie einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Elektrolyseelektroden umfassen dabei mindestens eine Anode, die bevorzugt aus platiniertem Titanblech oder einem platinierten Titangitter oder aus einem Graphitfilm gefertigt ist, und mindestens eine Kathode, die bevorzugt aus Stahl oder Titan oder Graphitfolie gefertigt ist. Besonders bevorzugt ist die Anode und die Kathode aus demselben Material, insbesondere jeweils aus platiniertem Titan.
In der in Figur 2B gezeigten Ausführungsform der Messvorrichtung 15 sind in der Elektrolysezelle 1 mehrere Elektrolyseelektroden A, K angeordnet. Insbesondere enthält die Elektrolysezelle 1 des Ausführungsbeispiels von Figur 2B eine Kaskade von Elektrolyseelektroden in der Abfolge einer äußeren Anode A, einer ersten Kathode K, einer inneren Anode A, einer zweiten Kathode K sowie einer weiteren äußeren Anode A, wie aus Figur 2B ersichtlich. Zwischen korrespondierenden Elektrolyseelektroden A, K ist jeweils eine Kationenaustauschermembran KAT angeordnet. Durch die Mehrzahl von Elektrolyseelektroden A, K sowie der zwischen korrespondierenden Elektrolyseelektroden A, K angeordneten Kationenaustauschermembrane KAT wird die Effizienz der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen durch die Ausfällung in Form von Erdalkali-Carbonate an den Kathoden K (insbesondere aufgrund einer größeren Elektrodenfläche) erhöht, wodurch eine schnellere Ausfällung der Erdalkali-Ionen beim Durchströmen des Wassers W erzielt wird.
Sowohl die in Figur 1 als auch die in Figur 2 gezeigten Ausführungsformen der Messvorrichtung 15 können in einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage 10 zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in der Enthärtungsvorrichtung 12 eingesetzt werden, wobei das Wasser W bevorzugt im Durchflussbetrieb dauernd oder nur in den zeitlich definierten Messzyklen kontinuierlich vom Eingang 15a zum Ausgang 15b durch die Elektrolysezelle 1 strömt und die elektrische Leitfähigkeit des enthärteten Wassers W vor und nach der Elektrolysezelle 1 gemessen wird. Hierfür wird während des Durchströmens des Wassers W durch die Elektrolysezelle 1 die Leitfähigkeit Lfa des Wasserstroms am Eingang 15a und die Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b der Messvorrichtung 15 in einem Messzyklus kontinuierlich mit den beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b gemessen. Die Steuereinrichtung 14 berechnet aus den erfassten Messwerten der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b die Differenz ALf = Lfi> - Lfa und vergleicht den Betrag der berechneten Differenz der elektrischen Leitfähigkeit | ALf] mit einem vorgegebenen Grenzwert AG. Falls der Betrag der ermittelten Differenz der elektrischen Leitfähigkeit |ALf| über diesem Grenzwert AG liegt, kann darauf geschlossen werden, dass sich eine bestimmte Menge an härtebildenden Erdalkali-Ionen in dem Wasser befindet, was auf einen Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung 12 hinweist.
Weiterhin kann mit der Messvorrichtung 15 eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des zugeführten Wassers W detektiert werden, die bspw. auf eine Änderung der Wasserqualität des Rohwassers R, das der Wasserbehandlungsanlage 10 über den Rohwasserzulauf 11 zugeführt wird, beruht. Hierfür kann der Messvorrichtung über eine in Figur 1 nicht gezeigte Bypassleitung unbehandeltes Rohwasser R zugeführt werden, dessen Leitfähigkeit mit wenigstens einem der beiden Leitfähigkeitssensoren 2a, 2b gemessen wird. Bei einer Änderung der ermittelten Leitfähigkeit des Rohwassers R kann auf eine andere Zusammensetzung und insbesondere eine veränderte Härte des Rohwassers R geschlossen werden.
In Figur 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage 10 mit einer Enthärtungsvorrichtung 12 dargestellt, welches im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel von Figur 1 entspricht. Im Unterschied zum erstem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel von Figur 4 eine zusätzliche Rückführleitung 27 vorgesehen, welche die Ablauflaufleitung 26 mit der Verbraucherleitung 21 verbindet und an einem Verbindungspunkt 28 in die Verbraucherleitung 21 mündet. Durch die Rückführleitung 27 kann das Wasser W, dessen Leitfähigkeit in der Messvorrichtung 15 erfasst worden ist, in die Verbraucherleitung 21 eingeleitet werden, um das Wasser W dem Verbraucher 22 zuzuführen, wodurch der Verlust von enthärtetem Wasser W reduziert werden kann. Zum Öffnen und Verschließen der Rückführleitung 27 ist in der Rückführleitung 27 ein Ventil v2 vorgesehen und zum Öffnen und Verschließen der Verbraucherleitung 21 ist stromaufwärts des Verbindungspunkts 28 ein weiteres Ventil v3 in der Verbraucherleitung 21 angeordnet. Durch Schließen der Ventile vl und v3 und Öffnen des Ventils v2 ist es dabei möglich, nur den Teilstrom des Wassers W, der durch die Messvorrichtung 15 geführt worden ist, zum Verbraucher 22 zu leiten.
Nachfolgend wird ein in der Wasserbehandlungsanlage 10 von Figur 1 durchführbares Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert:
Zur Inbetriebnahme der Wasserbehandlungsanlage 10 wird zunächst Rohwasser R durch den Rohwasserzulauf 11 über den Verteiler 24 sowie die Zulaufleitung 7 in den lonenaustauschbehälter 8 der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a geleitet, wodurch im Betriebsmodus (Enthärterbetrieb) der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a die Calzium- und Magnesium-Ionen in dem Rohwasser R gegen Natrium-Ionen des Ionenaustauschers 13 ausgetauscht und dadurch enthärtetes Wasser W erzeugt wird, welches am Ausgang 11b der über die Ablaufleitung 7‘ und den Verteiler 24 in die Verbindungsleitung 20 eingeleitet wird. Das enthärtete Wasser W wird über die Verbindungsleitung 20 und die daran angeschlossene Verbraucherleitung 21 zu einem Verbraucher 22 geleitet, der auf diese Weise mit enthärteten Wasser W versorgt wird.
Die zweite Enthärtungsvorrichtung 12b kann während des Betriebsmodus der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a im Regeneriermodus betrieben werden, in dem der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b die in dem Regenerierbehälter 9 der Regeneri ereinrichtung 18 bevorratete wässrige Regenerierlösung, insbesondere eine Natriumchlorid-Lösung, über die Regenerierleitung 17 und den Verteiler 24 zugeführt wird. Die Regenerierlösung wird dabei in dem Regeneriermodus durch den Ionenaustauscher 13 in dem lonenaustauschbehälter 8 der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b geleitet, um diesen Ionenaustauscher 13 durch Austausch der darin gebundenen Calzium- und Magnesium-Ionen gegen Natrium-Ionen der Regenerierlösung zu regenerieren. Die dabei verbrauchte Regenerierlösung wird über die Ablaufleitung 7‘ und den Verteiler 24 in die Ablaufleitung 25 geleitet, die zu einem Kanal 19 führt.
Während des Betriebs der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a im Betriebsmodus wird ein Teilstrom des am Ausgang 11b der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a bereitgestellten enthärteten Wassers W über die Verbindungsleitung 20 zur Messvorrichtung 15 geleitet. Der Teilstrom des Wassers W, welcher der Messvorrichtung 15 zugeführt wird, durchströmt den Behälter 5 der Messvorrichtung 15 vom Eingang 15a zum Ausgang 15b und wird bei geöffnetem Ventil vl über die Ablaufleitung 26 in einen Kanal 19 abgeführt. Zumindest in definierten Messzyklen (oder kontinuierlich während des Betriebs der Wasserbehandlungsanlage) werden während des Durchströmen des Wassers W durch den Behälter 5 die Elektrolyseelektroden A, K der Messvorrichtung 15 mit elektrischer Gleichspannung beaufschlagt. Gleichzeitig wird die elektrische Leitfähigkeit des durch den Behälter 5 strömenden Wassers W am Eingang 15a der Messvorrichtung 15 mit dem ersten Leitfähigkeitssensor 2a und am Ausgang 15b mit dem zweiten Leitfähigkeitssensor 2b erfasst. Die erfassten Messwerte Lfa des ersten Leitfähigkeitssensors 2a und Lfi> des zweiten Leitfähigkeitssensors 2b werden der Steuereinrichtung 14 zugeleitet. In der Steuereinrichtung 14 wird die Differenz der beiden Messwerte Lfa und Lfi> der elektrischen Leitfähigkeit des ersten Leitfähigkeitssensors 2a und des zweiten Leitfähigkeitssensors 2b berechnet und mit einem vorgegebenen Grenzwert AG verglichen. Wenn bei diesem Vergleich festgestellt wird, dass der Betrag der Differenz der elektrischen Leitfähigkeit ALf = |Lfa - Lfb| des durch den Behälter 5 strömenden Wassers W größer ist als der vorgegebene Grenzwert AG, wenn also
ALf = |Lfa - Lfb| > AG gilt, wird auf einen Härtedurchbruch in der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a geschlossen und die Steuereinrichtung 14 leitet daraufhin einen Regeneriervorgang in der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a ein. Gleichzeitig kann über eine Signaleinrichtung ein Signal angezeigt werden, welches den von der Steuereinrichtung 14 erfassten Härtedurchbruch der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a anzeigt. Um während des eingeleiteten Regeneriermodus der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a enthärtetes Wasser W mit der Abwasserbehandlungsanlage 10 in der Verbraucherleitung 21 bereitstellen zu können, wird gleichzeitig mit der Umstellung der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a vom Betriebsmodus in den Regeneriermodus die zweite Enthärtungsvorrichtung 12b in den Betriebsmodus umgestellt, in dem die zweite Enthärtungsvorrichtung 12b aus dem vom Rohwasserzulauf 11 kommenden Rohwasser R enthärtetes Wasser W erzeugt und über die Ablaufleitung 7‘ und den Verteiler 24 in die Verbindungsleitung 20 und die damit in Verbindung stehende Verbraucherleitung 21 einspeist. Während die zweite Enthärtungsvorrichtung 12a im Betriebsmodus (Enthärtungsbetrieb) betrieben wird, befindet sich die erste Enthärtungsvorrichtung 12a im Regeneriermodus, in dem die Regenerierlösung aus der Regeneriervorrichtung 18 in den lonenaustauschbehälter 8 geleitet wird, um den darin befindlichen Ionenaustauscher 13 zu regenerieren. Während des Betriebs der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b im Betriebsmodus (Enthärtungsbetrieb) wird wiederum ein Teilstrom des von der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b in die Verbindungsleitung 20 eingespeisten enthärteten Wassers W zur Messvorrichtung 15 geleitet, um einen Härtedurchbruch in der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b zu detektieren. Dies erfolgt in derselben Weise, wie im Betriebsmodus der ersten Enthärtungsvorrichtung 12a.
Nach einer Erfassung eines Härtedurchbruchs in einer der beiden Enthärtungsvorrichtungen 12a bzw. 12b durch die Messvorrichtung 15 wird der Behälter 5 der Messvorrichtung 15 entleert, indem das sich darin befindliche Wasser durch den Ausgang 15b und bei geöffnetem Ventil vl durch die Ablaufleitung 26 und/oder durch den geöffneten Ablauf 15c in den Kanal 19 abgeführt wird. Die Messvorrichtung 15 steht dann für einen nachfolgenden Messzyklus bereit. Bei Einleitung des nachfolgenden Messzyklus erfolgt dabei automatisch ein Durchspülen des Behälters 5 durch das durchströmende Wasser.
In Figur 5 ist beispielhaft der zeitliche Verlauf der von den beiden Leitfähigkeitssensoren 2a und 2b erfassten Messwerte der elektrischen Leitfähigkeit Lfa und Lfi> beim Betrieb der Wasserbehandlungsvorrichtung 10 von Figur 1 gezeigt, wobei zunächst die erste Enthärtungsvorrichtung 12b im Betriebsmodus betrieben wird während die zweite Enthärtungsvorrichtung 12b im Regeneriermodus regeneriert wird und ein Teilstrom des am Ausgang 11b der ersten Enthärtungsvorrichtung 12b bereitgestellten enthärteten Wassers W der Messvorrichtung 15 zugeführt wird, um mit dem ersten Leitfähigkeitssensor 2a die elektrische Leitfähigkeit Lfa des Wassers W am Eingang 15a und mit dem zweiten Leitfähigkeitssensor 2b die elektrische Leitfähigkeit Lfi> des Wassers W am Ausgang 15b der Messvorrichtung zu erfassen. Während die elektrische Leitfähigkeit des Wassers W am Eingang 15a und am Ausgang 15b der Messvorrichtung erfasst wird, sind die Elektrolyseelektroden A,K an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, so dass die ggf. im Wasser enthaltenen Erdalkali-Ionen während des Durchströmens des Wassers durch die Elektrolysezelle 1 über einen vorgegebenen Zeitraum At der Fällung, der von der Strömungsgeschwindigkeit und der Länge der Elektrolysezelle 1 in Durchströmungsrichtung abhängt, ausgefällt werden.
Bei einem Zeitpunkt von t ~ 18 Minuten ist in Figur 5 ein Abfall in der Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b zu beobachten, der auf die Existenz von Erdalkali-Ionen in dem enthärteten Wasser W und daher auf einen Härtedurchbruch hinweist. Die Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b fällt bis zu einem Zeitpunkt von t ~ 23 Minuten weiter ab und nähert sich asymptotisch einem Minimum. Der Betrag der Differenz der elektrischen Leitfähigkeit Lfa am Eingang 15a und der Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b wird entsprechend größer und überschreitet bei t ~ 22 Minuten einen vorgegeben Grenzwert AG, woraus auf einen Härtedurchbruch und eine Erschöpfung der Austauschkapazität der ersten Enthärtungsvorrichtungen 12a geschlossen wird. Bei t = 23 Minuten wird die zweite Enthärtungsvorrichtung 12b in den Betriebsmodus umgestellt, so dass nun von der zweiten Enthärtungsvorrichtung 12b enthärtetes Wasser W bereitgestellt und in die Verbindungsleitung 20 eingespeist wird, weshalb sich der Messwert der Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b der Messvorrichtung 15 dem ursprünglichen Messwert vor Erfassung des Härtedurchbruchs wieder annähert und bei t ~ 24 Minuten wieder auf dem ursprünglichen Messwert von 730 pS/cm angelangt ist.
In Figur 6A ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrolysezelle 1 der Messvorrichtung 15 gezeigt, welche in einem Versuch zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in einer Enthärtungsvorrichtung eingesetzt wurde. Die Elektrolysezelle 1 umfasst dabei einen Behälter 5 mit einer Länge L, einem Eingang 15a und einem Ausgang 15b sowie eine zentral im Behälter 5 angeordnete Anode A und zwei in einem vorgegebenen Abstand d dazu angeordnete und parallel zur Anode A verlaufende Kathoden K. Die Länge L des Behälters beträgt in dem Beispiel 6,7 cm und das Volumen des Behälters 5 liegt bei 8,7 ml. Der Abstand d zwischen den Kathoden K und der Anode A liegt bei 0,2 cm. Das von einer Enthärtungsvorrichtung bereitgestellte Wasser (Weichwasser) wird in einem vorgegebenen Volumenstrom von bevorzugt 0,6 1/h bis 1,4 1/h in einer Durchflussrichtung v entlang der Länge L durch den Behälter 5 geleitet. An die Elektrolyseelektroden A, K wird eine Gleichspannung von bevorzugt weniger als 12 V, insbesondere im Bereich von 6 bis 10 V, angelegt. Der Elektrolyse ström liegt zweckmäßig zwischen 200 und 1000 mA, insbesondere zwischen 400 und 700 mA. Mittels in Figur 6A nicht gezeigter Leitfähigkeitssensoren wird die elektrische Leitfähigkeit des der Elektrolysezelle 1 zugeführten Wassers (Weichwasser, das von der Enthärtungsvorrichtung bereitgestellt wurde) am Eingang 15a der Elektrolysezelle (Lfa) und am Ausgang 15b der Elektrolysezelle (Lfi,) gemessen.
In Figur 6B ist der mit den beiden Leitfähigkeitssensoren gemessene zeitliche Verlauf der elektrischen Leitfähigkeit sowie die titrimetrisch bestimmte Härte H des der Elektrolysezelle 1 von Figur 6A zugeführten Wassers bei einem Härtedurchbruch in der Enthärtungsvorrichtung dargestellt. Dabei wurde die Härte (H) des zugeführten Wassers titrimetrisch bestimmt. Zum Zeitpunkt 10:50 wurde ein Gleichstrom von 700 mA an den Elektroden A, K erzeugt („Strom ein“). Aus Figur 6B ist zu erkennen, dass ab dem Zeitpunkt 10:55 die Härte H des Wassers von zunächst 0°dH innerhalb von ca. 30 Minuten auf ca. 22°dH zunimmt, aufgrund eines Härtedurchbruchs in der Enthärtungsvorrichtung. Bereits bei Beginn des Härtedurchbruchs zum Zeitpunkt 10:55 ist eine Erniedrigung der Leitfähigkeit Lfi> am Ausgang 15b der Elektrolysezelle 1 zu beobachten, welche innerhalb von ca. 30 Minuten auf ein Leitwertminimum absinkt. Daraus lässt sich der erfolgte Härtedurchbruch erkennen. Etwa zum Zeitpunkt 11 :38 wurde der Elektrolysestrom abgestellt („Strom aus“), weshalb der Wert der Leitfähigkeit am Ausgang 15b der Elektrolysezelle 1 wieder auf den ursprünglichen Wert anstieg, der in etwa dem Leitwert Lfa am Eingang 15a der Elektrolysezelle 1 entspricht.
Die Erfindung ist nicht auf die zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise ergänzend zu der Enthärtungsvorrichtung 12 eine Entsalzungsvorrichtung eingesetzt werden, beispielsweise eine Umkehrosmoseanlage oder eine Entsalzungsvorrichtung mit einem Kationen- und einem Anionenaustauscher.
Weiterhin kann ergänzend zu oder anstelle der Regeneriereinrichtung 18 auch eine Signaleinrichtung vorgesehen sein, welche bei einer detektieren Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung anzuzeigen. Hierfür ist die Signaleinrichtung zweckmäßig mit der Steuereinrichtung 14 gekoppelt und leitet das Signal an die Steuereinrichtung 14 weiter, welche daraufhin ein akustisches Warnsignal, bspw. einen Warnton, ausgibt oder ein optisches Warnsignal zur Anzeige bringt. Eine solche Signaleinrichtung ist beispielsweise dann zweckmäßig, wenn die Enthärtungsvorrichtung keinen regenerierbaren Ionenaustauscher und/oder keine Regeneriereinrichtung zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung sondern (mindestens) einen austauschbaren Ionenaustauscher enthält, beispielsweise in Form einer austauschbar in der Enthärtungsvorrichtung angeordneten lonentauscherkartusche. Ein von der Signaleinrichtung bei Detektion eines Härtedurchbruchs erzeugtes Signal zeigt einem Bediener der Abwasserbehandlungsanlage 10 dabei an, dass der Ionenaustauscher erschöpft ist und durch einen neuen Ionenaustauscher, insbesondere durch eine neue lonentauscherkartusche, ersetzt werden muss. Es ist auch möglich, dass die Signaleinrichtung oder die Steuereinrichtung bei Erfassung eines Härtedurchbruchs automatisch den Betrieb der gesamten Wasserbehandlungsanlage oder der Enthärtungsvorrichtung abstellt oder zumindest die Bereitstellung von Wasser am Ausgang einstellt, indem der Ausgang der Enthärtungsvorrichtung geschlossen wird, um zu verhindern, dass die Wasserbehandlungsanlage am Ausgang nicht-enthärtetes Wasser bereitstellt und zu einen mit der Wasserbehandlungsanlage gekoppelten Verbraucher leitet.

Claims

Ansprüche handlungsanlage (10) umfassend
- einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R),
- eine Enthärtungsvorrichtung (12) mit einem Eingang (11a), der mit dem Rohwasserzulauf (11) in Verbindung steht, und einem Ausgang (11b), wobei die Enthärtungsvorrichtung (12) aus dem Rohwasser (R) enthärtetes Wasser (W) erzeugt und am Ausgang (11b) bereitstellt und insbesondere mindestens einen regenerierbaren oder austauschbaren Ionenaustauscher (13) enthält,
- eine Regeneriereinrichtung (18) zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung (12), insbesondere des Ionenaustauschers (13) der Enthärtungsvorrichtung (12), und/oder eine Signal einrichtung, welche bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung (12) ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch des Ionenaustauschers (13) anzuzeigen, oder die Wasserbehandlungsanlage (10) abzustellen,
- eine Steuereinrichtung (14), welche mit der Regeneriereinrichtung (18) und/oder der Signaleinrichtung gekoppelt ist, um die Enthärtungsvorrichtung (12) bei einer Erschöpfung zu regenerieren und/oder das von der Signaleinrichtung erzeugte Signal auszugeben oder anzuzeigen, und
- mindestens eine mit der Enthärtungsvorrichtung (12) und der Steuereinrichtung (14) in Verbindung stehende Messvorrichtung (15) zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in dem am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellten Wasser (W), dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) mindestens einen Leitfähigkeitssensor (2; 2a, 2b) und eine Elektrolysezelle (1) mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden (A, K) umfasst.
2. Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyseelektroden (A, K) als in der Elektrolysezelle (1) gegenüberliegend angeordnete Flachelektroden ausgebildet sind, wobei die Elektrolyseelektroden (A, K) an eine Gleichspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen sind.
3. Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitfähigkeitssensor (2; 2a, 2b) in der Elektrolysezelle (1) integriert ist oder dass ein erster Leitfähigkeitssensor (2a) stromaufwärts und ein zweiter Leitfähigkeitssensor (2b) stromabwärts der Elektrolysezelle (1) angeordnet ist.
4. Wasserbehandlungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitfähigkeitssensor (2) in der Elektrolysezelle (1) integriert ist, wobei der integrierte Leitfähigkeitssensor (2) mindestens ein Elektrodenpaar (3) mit zwei insbesondere als Stabelektroden ausgebildeten Messelektroden umfasst, wobei die Messelektroden an eine Wechselspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen sind.
5. Wasserbehandlungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Leitfähigkeitssensor (2a) und ein zweiter Leitfähigkeitssensor (2b) in der Elektrolysezelle (1) integriert sind, wobei der erste Leitfähigkeitssensor (2a) und der zweite Leitfähigkeitssensor (2b) jeweils ein Elektrodenpaar (3) mit zwei Messelektroden umfasst, wobei die Messelektroden an eine Wechselspannungsquelle anschließbar oder angeschlossen sind und bevorzugt zwischen den einander gegenüberliegenden Elektrolyseelektroden (A, K) der Elektrolysezelle (1) angeordnet und bevorzugt als Stabelektroden ausgebildeten sind. Wasserbehandlungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) einen Eingang (15a), an dem der Messvorrichtung Wasser von der Enthärtungsvorrichtung (12) zugeführt wird, und einen Ausgang (15b) enthält, wobei am Eingang (15a) ein erster Leitfähigkeitssensor (2a) und am Ausgang (15b) ein zweiter Leitfähigkeitssensor (2b) angeordnet sind und die Elektrolysezelle (1) zwischen dem Eingang (15a) und dem Ausgang (15a) angeordnet ist. Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (14) die Messvorrichtung (15) so ansteuert, dass Wasser (W), welches am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellt ist, der Messvorrichtung (15) an dem Eingang (15a) zugeführt und die Leitfähigkeit (Lfa) des am Eingang (15a) zugeführten Wassers (W) mit dem ersten Leitfähigkeitssensor (2a) erfasst und danach das der Messvorrichtung (15) zugeführte Wasser (W) durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden (A, K) elektrolysiert und schließlich die Leitfähigkeit (Lfi) des elektrolysierten Wassers (W) am Ausgang (15b) der Messvorrichtung (15) mittels des zweiten Leitfähigkeitssensor (2b) gemessen und dabei insbesondere eine durch die Elektrolyse des Wassers (W) hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ALf = |Lfi - Lfa|) des Wassers (W) zwischen dem Eingang (15a) und dem Ausgang (15b) der Messvorrichtung (15) erfasst wird. Wasserbehandlungsanlage nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (14) die Messvorrichtung (15) so ansteuert, dass zunächst die ursprüngliche Leitfähigkeit (Lfa) des am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellten Wassers (W) erfasst und danach die in dem der Messvorrichtung (15) zugeführten Wasser (W) enthaltenen Erdalkali-Ionen in der Messvorrichtung (15) durch Anlegen einer Gleichspannung an die Elektrolyseelektroden (A, K) zumindest teilweise ausgefällt werden und die Leitfähigkeit (Lfi,) des der Messvorrichtung (15) zugeführten Wassers (W) während und/oder nach der Fällung der Erdalkali-Ionen gemessen wird. Wasserbehandlungsanlage nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) ein Signal ausgibt und/oder die Regeneriereinrichtung (18) ansteuert, um einen Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) einzuleiten, wenn eine erfasste Differenz (ALf = |Lfi>- Lfa|) zwischen der ursprünglichen Leitfähigkeit (Lfa) und der nach oder während der Fällung der Erdalkali-Ionen gemessenen Leitfähigkeit (Lft) des der Messvorrichtung (15) zugeführten Wassers (W) über einem vorgegebenen Grenzwert liegt. Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) ein Signal ausgibt, wenn über einen vorgegebenen Zeitraum (At) der Fällung eine Änderung der gemessenen Leitfähigkeit (ALf) gegenüber der ursprünglichen Leitfähigkeit des der Messvorrichtung (15) zugeführten Wassers (W) erfasst wird, insbesondere wenn die über dem vorgegebenen Zeitraum (At) erfasste Änderung der Leitfähigkeit (ALf) über einem vorgegebenen Grenzwert (AG) liegt. Wasserbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (14) so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ALf) einen Regeneriervorgang der Regeneriereinrichtung (18) einleitet, insbesondere bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts (AG) der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ALf). Verfahren zum Betrieb einer Wasserbehandlungsanlage (10) umfassend
- einen Rohwasserzulauf (11) zur Bereitstellung von Rohwasser (R), welches Erdalkali-Ionen, insbesondere Calcium- und/oder Magnesium- Ionen, sowie Hydrogencarbonat- und/oder Carbonat-Ionen enthält,
- eine Enthärtungsvorrichtung (12) mit einem Eingang (11a), der mit dem Rohwasserzulauf (11) in Verbindung steht, und einem Ausgang (11b), wobei die Enthärtungsvorrichtung (12) aus dem Rohwasser (R) enthärtetes Wasser (W) erzeugt und am Ausgang (11b) bereitstellt und insbesondere mindestens einen regenerierbaren oder austauschbaren Ionenaustauscher (13) enthält,
- eine Regeneriereinrichtung (18) zum Regenerieren der Enthärtungsvorrichtung (12), insbesondere des Ionenaustauschers (13), und/oder eine Signaleinrichtung, welche bei einer Erschöpfung der Enthärtungsvorrichtung (12) ein Signal erzeugt, um eine erforderliche Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) und insbesondere eine erforderliche Regenerierung oder einen erforderlichen Austausch des Ionenaustauschers (13) anzuzeigen oder die Bereitstellung von Wasser am Ausgang (11b) einstellt,
- eine Steuereinrichtung (14), welche mit der Regeneriereinrichtung (18) und/oder der Signaleinrichtung gekoppelt ist, um die Enthärtungsvorrichtung (12) bei einer Erschöpfung zu regenerieren und/oder das von der Signaleinrichtung erzeugte Signal auszugeben oder anzuzeigen,
- mindestens eine mit der Enthärtungsvorrichtung (12) und der Steuereinrichtung (14) in Verbindung stehende Messvorrichtung (15) zur Erfassung eines Härtedurchbruchs in dem am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellten Wasser (W), dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (W), welches am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellt wird, zumindest zeitweise, bevorzugt kontinuierlich der Messvorrichtung (15) zugeführt und in der Messvorrichtung (15) eine elektrolytische Fällung der Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser (W) durchgeführt wird, wobei zumindest vor und während der elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen die elektrische Leitfähigkeit des zugeführten Wassers (W) erfasst und miteinander verglichen wird, insbesondere durch Bildung der Differenz (ALF = |Lfi> - Lfa|) der vor der elektrolytischen Fällung erfassten Leitfähigkeit (Lfa) und der während oder nach der Fällung erfassten Leitfähigkeit (Lfb).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitfähigkeit des der Messvorrichtung (15) zugeführten Wassers (W) an einem Eingang (15a) der Messvorrichtung (15) und einem Ausgang (15b) der Messvorrichtung (15) erfasst wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) eine insbesondere zwischen dem Eingang (15a) und dem Ausgang (15b) der Messvorrichtung (15) angeordnete Elektrolysezelle (1) mit wenigstens zwei Elektrolyseelektroden (A, K) umfasst, wobei das der Messvorrichtung (15) zugeführte Wasser (W) in der Elektrolysezelle (1) elektrolysiert wird, um die Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser (W) zumindest teilweise auszufällen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messvorrichtung (15) eine teilweise oder eine zumindest im Wesentlichen vollständige Fällung der Erdalkali-Ionen in dem zugeführten Wasser (W) erfolgt und dass die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi> - Lfa) des zugeführten Wassers (W) erfasst wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) eine Elektrolysezelle (1) umfasst, welche mindestens zwei Elektrolyseelektroden (A, K) enthält, welche zur elektrolytischen Fällung der Erdalkali-Ionen in dem der Messvorrichtung (15) zugeführten Wasser mit einer Gleichspannung beaufschlagt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (15) mindestens einen Leitfähigkeitssensor (2) mit zwei Messelektroden enthält, welche zur Erfassung der Leitfähigkeit des der Messvorrichtung (15) zugeführten Wassers mit Wechselspannung beaufschlagt werden, wobei die Messvorrichtung (15) bevorzugt einen ersten Leitfähigkeitssensor (2a) und einen zweiten Leitfähigkeitssensor (2b) mit jeweils zwei Messelektroden enthält. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser (W), welches am Ausgang (11b) der Enthärtungsvorrichtung (12) bereitgestellt wird, kontinuierlich von einem Eingang (15a) zu einem Ausgang (15b) durch die Messvorrichtung (15) geleitet und die Leitfähigkeit des durchgeleiten Wassers am Eingang (15a) und am Ausgang (15b) erfasst und bei einer Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi - Lfa) zwischen dem Eingang (15a) und dem Ausgang (15b) ein Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) eingeleitet und/oder ein Signal ausgegeben oder die Wasserbehandlungsanlage abgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der erfassten Änderung der Leitfähigkeit (ALf = Lfi, - Lfa) der Regeneriervorgang zur Regenerierung der Enthärtungsvorrichtung (12) eingeleitet und/oder das Signal ausgegeben oder die Wasserbehandlungsanlage abgestellt wird, wenn die durch die Fällung der Erdalkali-Ionen hervorgerufene Differenz der Leitfähigkeit (ALf = Lfi - Lfa) einen vorgegebenen Differenz-Grenzwert (AG) überschreitet.
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