DE3532540C1

DE3532540C1 - Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern

Info

Publication number: DE3532540C1
Application number: DE19853532540
Authority: DE
Inventors: Hanns-Heinz 7034 Gärtringen Eumann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-12
Filing date: 1985-09-12
Publication date: 1986-10-30

Description

Die erfindungsgemäße Lösung zieht Nutzen aus dem Umstand, daß von den durch den lonenaustausch des Kationenaustauschers im Wasser gebildeten Säuren die Mineralsäuren vor der Kohlensäure durch das aus dem Kalksättiger hinzugeleitete Kalkwasser gebunden werden und sich die Erschöpfung der Mineralsäuren in einer markanten Änderung des pH-Wertes äußert. Die Nichtkarbonathärte des angelieferten Rohwassers kann schwanken, ohne die Einstellung der Karbonathärte zu beeinflussen. Die Aufteilung der Kalkwasserzufuhr auf zwei gesonderte Impfstellen bedeutet ein regeltechnisches Freilegen der linearen Beziehung zwischen der Durchflußmenge des Kationenaustauschers und der für eine konstante Karbonathärte benötigten Kalkwassermenge. Bei alledem wird ein Verlust an überschüssiger freier Kohlensäure vermieden, was selten stört und in einigen Fällen eine Wiederanreicherung des Gehalts an freier Kohlensäure überflüssig macht. Mit der Erfindung erzielte Vorteile bestehen aber insbesondere auch darin, daß es durch die Einstellvorrichtung im behandelten Wasser zu keiner Sauerstoffanreicherung und zu keinem Bakterieneintrag kommt.
Ein aufgrund der in den Unteransprüchen angegebenen Erfindungsausgestaltungen bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der beschriebenen Einstellvorrichtung, Fig. 2 eine genauere Darstellung einer der beiden übereinstimmenden Mischstrecken in F i g. 1, F i g. 3 einen Vertikalschnitt durch das Unterteil des Kalksättigers in F i g. 1 und F i g. 4 die Draufsicht auf das Unterteil des KalksättigersinFig.3.
Die in der Zeichnung wiedergegebene Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern enthält zwischen dem eingangsseitigen Rohwasseranschluß 10 und dem ausgangsseitigen Fertigwasseranschluß 11 einen unverzweigten Hauptstrang 12 für die Wasserbehandlung und einen Nebenstrang 13 für die Gewinnung und Zuleitung des Kalkwassers. Im Hauptstrang 12 folgen der Reihe nach aufeinander der Durchflußmengen-Messer 14, der Kationenaustauscher 15, die erste Impfstelle 16, die erste Mischstrecke 17, die Zwischenstrecke 18 mit dem pH-Wert-Messer 19, die zweite Impfstelle 20 und die zweite Mischstrecke 21.
Der Nebenstrang 13 zweigt vor dem Durchflußmengen-Messer 14 vom Hauptstrang 12 ab und teilt sich nach dem Kalksättiger 22 zu den beiden Impfstellen 16 und 20 hin auf. Vor den beiden Impfstellen 16 und 20 ist jeweils ein Motorventil 23 in die Kalkwasserleitung eingefügt.
Der Kationenaustauscher 15 enthält ein Bett aus körnigem Ionenaustauschharz, das vom Rohwasser von oben nach unten durchströmt wird. Sobald das Ionenaustauschharz bis auf eine untere Sicherheitsschicht erschöpft ist, wird im Gegenstrom von unten nach oben regeneriert Die dazu erforderlichen Einrichtungen sind in der Zeichnung fortgelassen worden, um die hier behandelten Zusammenhänge klarer hervortreten zu lassen. Auch steht der eine gezeichnete Kationenaustauscher 15 zumeist stellvertretend für eine umfangreichere Ionenaustauscherkombination, insbesondere für zwei abwechselnd benutzte zueinander parallele Kationenaustauscher.
Mit Hilfe des Kationenaustauschers 15 werden die mannigfaltigsten Kationen der im Rohwasser gelösten Salze durch Wasserstoffionen ersetzt. Somit enthält das Wasser am Ausgang des Kationenaustauschers 15 eine Vielzahl von Säuren. Diese werden anschließend durch das gelöste Calciumhydroxyd des aus dem Kalksättiger 22 zugeleiteten Kalkwassers gebunden, z. B. nach der Gleichung H2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2 H20 Die Kohlensäure reagiert überwiegend zu Calciumbikarbonat nach der Gleichung 2 CO2 + Ca(OH)2 = Ca(HCO3)2 Über die erste Impfstelle 16 wird dem säurehaltigen Wasser gerade so viel Kalkwasser aus dem Kalksättiger 22 zugegeben, daß die Mineralsäuren gebunden werden.
Diese Kalkwassermenge schwankt nicht nur mit der den Kationenaustauscher 15 durchströmenden Wassermenge, sondern auch mit dem sich ändernden Mineralsäuregehalt des Rohwassers. Die sich an die erste Impfstelle 16 anschließende erste Mischstrecke 17 ist so bemessen, daß sie noch im Extremfall als Reaktionsraum ausreicht.
Damit sind die ursprünglich im Rohwasser enthaltenen Nichtcalciumsalze der Mineralsäuren durch Calciumsalze der Mineralsäuren ersetzt. Der zur Regelung der der ersten Impfstelle 16 lediglich für die Nichtkarbonathärte zugeleiteten Kalkwassermenge eingerichtete pH~ Wert-Messer 19 steuert das der Impfstelle 16 zugeordnete Motorventil 23 auf einen pH-Sollwert von etwa 4,3.
Dagegen wird das der zweiten Impfstelle 20 zugeordnete andere Motorventil 23 von dem Durchflußmengen-Messer 14 gesteuert, so daß sich die für eine wählbare konstante Karbonathärte des Fertigwassers benötigte zusätzliche Kalkwassermenge proportional mit der Durchflußmenge an zu behandelndem Wasser ändert Die sich an die zweite Impfstelle 20 anschließende zweite Mischstrecke 21 ist wiederum so bemessen, daß sie noch im Extremfall als Reaktionsraum ausreicht. Einer schwankenden Karbonathärte am eingangsseitigen Rohwasseranschluß 10 der Einstellvorrichtung stehen am ausgangsseitigen Fertigwasseranschluß 11 der Einstellvorrichtung eine auf einen konstanten Wert erniedrigte Karbonathärte und ein schwankender Restgehalt an freier Kohlensäure gegenüber.
Jede der beiden Mischstrecken 17 und 21 besteht aus einem Rohrstück 24 größeren Durchmessers, zwei stirnseitig angeflanschten Reduktionsstücken 25 und zwei zwischen die beiden Flanschpaare 26 eingefügten Lochscheiben 27. Damit werden die in den Mischstrecken 17 und 21 ablaufenden Reaktionen beschleunigt, erhalten die Mischstrecken 17 und 21 eine kompaktere Bauform und wird die Wartung der Mischstrecken 17 und 21 erleichtert. Zur Bildung der Impfstelle 16 bzw. 20 ist an einem der beiden Reduktionsstücke 25 ein weit in das Reduktionsstück 25 hineinragendes Anschlußstück 28 für die jeweilige Kalkwasserleitung vorgesehen.
Um größere Schwankungen in der Kalkwasserabgabe aus dem Kalksättiger 22 zuzulassen, ohne eine unvollständige Kalksättigung oder einen Austrag von Kalkmilch befürchten zu müssen, sind im kreiskegelförmigen Unterteil 29 des Kalksättigers 22 über dem Rohwassereinlaß 30 zwei zur Kalksättigerachse 31 koaxiale Lenkkörper 32 und 33 mit der Form der Mantelfläche eines senkrechten Kreiskegelstumpfes und mit von der Wand des Unterteils 29 zum innersten Lenkkörper 32 kleiner werdenden Öffnungswinkeln vorgesehen. Kritisch sind insbesondere zu niedrige Strömungsgeschwindigkeiten des im Kalksättiger 22 von unten nach oben aufsteigenden Wassers. Die beiden Lenkkörper 32 und 33 bewirken, daß sich die nach oben gerichtete Strömung dem Kalkwasserbedarf entsprechend einengt oder verbreitert und die Strömungsgeschwindigkeit in etwa konstant bleibt.
Zur weiteren Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Kalksättiger 22 weisen die Lenkkörper 32 und 33 als radiale Raumteiler ausgebildete Abstandshalter 34 mit gleichen Winkelabständen auf. Damit wird der Wirbelbildung entgegengewirkt, die Aufwärtsrichtung der Strömung gefördert und letztlich mit aufwandsarmen Mitteln auch bei stärkeren Schwankungen in der Durchflußmenge und im Ionengehalt des Rohwassers durch die Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern ein genaueres Ergebnis erzielt.
Einen positiven Beitrag für ein genaueres Ergebnis beim Einstellen der Karbonathärte liefert zudem eine Maßnahme zur Verteilung der in den Kalksättiger 22 einzubringenden Kalkmilch über die von den Lenkkörpern 32 und 33 und den Abstandshaltern 34 gebildeten Strömungsschächte. Sie besteht darin, daß im kreiskegelförmigen Unterteil 29 des Kalksättigers 22 oberhalb der Lenkkörper 32 und 33 und knapp unterhalb des in der Kalksättigerachse 31 nach unten gerichteten Kalkmilcheinlasses 35 eine koaxiale Prallplatte 36 angebracht ist. Gehalten wird diese Prallplatte 36 von drei Haltestäbchen 37, deren eines Ende am Rand der Prallplatte 36 und deren anderes Ende am Kalkmilcheinlaß 35 angeschweißt ist.
Bezugszeichenliste 10 Rohwasseranschluß 11 Fertigwasseranschluß 12 Hauptstrang 13 Nebenstrang 14 Durchflußmengen-Messer 15 Kationenaustauscher 16 Impfstelle 17 Mischstrecke 18 Zwischenstrecke 19 pH-Wert-Messer 20 Impfstelle 21 Mischstrecke 22 Kalksättiger 23 Motorventil 24 Rohrstück 25 Reduktionsstück 26 Flanschpaar 27 Lochscheibe 28 Anschlußstück 29 Unterteil 30 Rohwassereinlaß 31 Kalksättigerachse 32 Lenkkörper 33 Lenkkörper 34 Abstandshalter 35 Kalkmilcheinlaß 36 Prallplatte 37 Haltestäbchen

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern, mit einem mit einem Rohwassereinlaß versehenen Kationenaustauscher, einer Rohrleitung vom Ausgang des Kationenaustauschers zu einer ersten Mischstrecke über eine erste Impfstelle zum Zuleiten von Kalkwasser aus einem Kalksättiger und mit einer Einrichtung zum Beseitigen von freier Kohlensäure, d a d u r c h gekennzeichn et, daß die Einrichtung zum Be seitigen von freier Kohlensäure als geschlossene, riesler-, luftgebläse- und pumpenfreie Einstellstrekke ausgebildet ist, die eine an die erste Mischstrecke (17) sich anschließende Zwischenstrecke (18), eine zweite, anschließend daran angebrachte Impfstelle (20) zum Zuleiten von Kalkwasser und eine der Impfstelle (20) nachgeschaltete, zweite Mischstrecke (21) aufweist, daß in der Zwischenstrecke (18) ein pH-Wert-Messer (19) zum Regeln der der ersten Impfstelle (16) lediglich für die Nichtkarbonathärte zugeleiteten Kalkmenge angeordnet ist und daß vor der Zwischenstrecke (18) ein Durchflußmengen-Messer (14) zwecks Regelung der Karbonathärte mittels der der zweiten Impfstelle (20) zugeleiteten Kalkwassermenge vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im kreiskegelförmigen Unterteil (29) des Kalksättigers (22) oberhalb der Rohwassereinlaßöffnung (30) zwei oder mehr zur Kalksättigerachse (31) koaxiale Lenkkörper (32; 33) mit der Form der Mantelfläche eines senkrechten Kreiskegelstumpfes und mit von der Wand des Unterteils (29) zum innersten Lenkkörper (32) kleiner werdenden Öffnungswinkeln vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkkörper (32; 33) als radiale Raumteiler ausgebildete Abstandshalter (34) mit gleichen Winkelabständen aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im kreiskegelförmigen Unterteil (29) des Kalksättigers (22) oberhalb der Lenkkörper (32; 33) und knapp unterhalb des in der Kalksättigerachse (31) nach unten gerichtete Kalkmilcheinlasses (35) eine koaxiale Prallplatte (36) angebracht ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Mischstrecken (17; 21) aus einem Rohrstück (24) größeren Durchmessers, zwei stirnseitig angeflanschten Reduktionsstücken (25) und zwei zwischen die beiden Flanschpaare (26) eingefügten Lochscheiben (27) besteht.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern, mit einem mit einem Rohwassereinlaß versehenen Kationenaustauscher, einer Rohrleitung vom Ausgang des Kationenaustauschers zu einer ersten Mischstrecke über eine erste Impfstelle zum Zuleiten von Kalkwasser aus einem Kalksättiger und mit einer Einrichtung zum Beseitigen von freier Kohlensäure.

Bei einer durch die AT-PS 3 13 817 bekannten Vorrichtung dieser Art wird die freie Kohlensäure eines nach dem Kationenaustauscher abgezweigten Teilstroms in einem Rieseler im Gegenstrom mit von einem Luftgebläse in konstantem Volumen zugeleiteter Luft vollständig entfernt und die aus der Mischstrecke des anderen Teilstroms austretende Karbonatlösung in der gewünschten Menge dem aus dem Rieseler strömenden Wasser zugeführt. Damit wird die Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern aufwandsärmer und genauer, als wenn über eine Regeleinrichtung die Drehzahl des Luftgebläses angepaßt und nur soviel Kohlensäure aus dem herunterrieselnden Wasser ausgetrieben würde, bis die erwünschte Karbonathärte erreicht ist.

Aus der AT-PS 2 93 294 ist es bekannt, einer einem Rieseler nachfolgenden Mischkammer Kalkwasser aus einem Kalksättiger mit Hilfe eines der Mischkammer nachfolgenden pH-Wert-Messer geregelt zuzuleiten.

Die Verwendung eines Rieselers in einer Vorrichtung zum Einstellen der Karbonathärte sowie des Salzgehaltes von Wässern hat auch eine Reihe von Nachteilen.

Neben dem großen Platzbedarf sind dies insbesondere der Druckverlust mit dem Erfordernis einer Zwischenpumpe und die Gefahr des Bakterieneintrags. Außerdem wird bisweilen die starke Sauerstoffanreicherung als störend empfunden, beispielsweise beim Brauwasser für helle Biere, wo ein hoher Sauerstoffgehalt ein Nachdunkeln verursacht Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, an einer Vorrichtung der eingangs angeführten Art unter Vermeidung einer Sauerstoffanreicherung und einer offenen Einstellstrecke mit aufwandsarmen und platzsparenden Mitteln auch bei stärkeren Schwankungen in der Durchflußmenge und im lonengehalt des Rohwassers genaue Einstellergebnisse zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dergestalt gelöst, daß die Einrichtung zum Beseitigen von freier Kohlensäure als geschlossene, riesler-, luftgebläse- und pumpenfreie Einstellstrecke ausgebildet ist, die eine an die erste Mischstrecke sich anschließende Zwischenstrecke, eine zweite, anschließend daran angebrachte Impfstelle zum Zuleiten von Kalkwasser und eine der Impfstelle nachgeschaltete, zweite Mischstrecke aufweist, daß in der Zwischenstrecke ein pH-Wert-Messer zum Regeln der der ersten Impfstelle lediglich für die Nichtkarbonathärte zugeleiteten Kalkmenge angeordnet ist und daß vor der Zwischenstrecke ein Durchflußmengen-Messer zwecks Regelung der Karbonathärte mittels der der zweiten Impfstelle zugeleiteten Kalkwassermenge vorgesehen ist.