DE3812413A1

DE3812413A1 - Verfahren zur gewinnung von wasser mit karbonathaerte aus kondensat- oder permeatwasser

Info

Publication number: DE3812413A1
Application number: DE19883812413
Authority: DE
Inventors: Herbert Woetzel
Original assignee: AQUACHEM IND WASSERBEHANDLUNG
Current assignee: AQUACHEM IND WASSERBEHANDLUNG
Priority date: 1988-04-14
Filing date: 1988-04-14
Publication date: 1989-10-26

Description

In Ländern mit geringen Grundwasserressourcen oder auch auf Schiffen wird Trinkwasser durch Verdampfung, durch reverse Osmose oder auch durch Elektrodialyse aus salz haltigem See- oder Brackwasser hergestellt. Wasser, das auf derartige Weise hergestellt wurde, enthält je nach Herstellungsverfahren noch mehr oder weniger große Mengen an Natriumionen oder anderen einwertigen Metallionen, wohingegen zweiwertige Ionen, wie z.B. Calcium oder Magnesium praktisch nicht mehr vorhanden sind.

Die EG-Richtlinie für Trinkwasser und die Bestimmungen der WHO schreiben jedoch vor, daß für die Trinkwasser versorgung eingesetztes Wasser einen Mindestgehalt an Calciumionen und im allgemeinen auch Magnesiumionen enthalten sollte. Das nach den oben beschriebenen Verfahren aus Seewasser oder Brackwasser gewonnene Wasser sollte daher aus gesundheitlichen Gründen nicht unmittelbar als Trinkwasser eingesetzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, ein Verfahren zur Gewinnung von Wasser mit Karbonathärte also von remineralisiertem Wasser aus Kondensat- oder Permeatwasser zu liefern, das für den Einsatz als Trinkwasser gesundheitlich unbedenklich ist und den Bestimmungen betreffend den Mindestgehalt an zweiwertigen Metallionen, insbesondere Calcium- und Magnesiumsalzen Rechnung trägt.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem man entweder dem Kondensat- und/oder Permeatwasser Alkalihydrogenkarbonat zusetzt und das so erhaltene Wasser über einen mit Calcium- und gegebenen falls auch Magnesiumionen beladenen Kationenaustauscher leitet, oder aber dem Kondensat- und/oder Permeatwasser ein wasserlös liches Calcium- und gegebenenfalls auch Magnesiumsalz zugibt und die so erhaltene Lösung über ein mit Hydro genkarbonationen beladenen Anionenaustauscher leitet oder auch ein Alkaliionen enthaltendes Permeatwasser oder ein Kon densatwasser, dem Alkaliionen zugesetzt wurden, über einen mit Calcium- und gegebenenfalls auch Magnesium ionen beladenen Kationenaustauscher und anschließend über einen mit Hydrogenkarbonat beladenen Anionenaus tauscher leitet.

Um ein den Auflagen entsprechendes Trinkwasser zu er halten, wird das erfindungsgemäße Verfahren jeweils in Abhängigkeit vom Ausgangswasser modifiziert, dessen Gehalt an Mineralsalzen je nach Herstellungsverfahren variiert. Vorzugsweise wird das in Verfahrensvariante A zugesetzte Alkalihydrogenkarbonat und/oder das in Ver fahrensvariante B zugegebene Calcium- und/oder Magnesium salz dem Kondensat- oder Permeatwasser als wäßrige Lö sung zudosiert.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Verfahrensva riante A wird vorzugsweise die gewünschte Karbonathärte durch die Menge des zugegebenen Alkalihydrogenkarbonats eingestellt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Verfahrensvariante B wird vorzugsweise die gewünschte Karbonathärte durch die Menge des Calcium- und gegebenen falls Magnesiumsalzes eingestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfin dungsgemäße Verfahren nach Verfahrensvariante C nur mit einem Teilstrom des Wassers durchgeführt und über die Menge dieses Teilstroms dann die gewünschte Karbonathärte in den vereinigten Strömen eingestellt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von beispielhaften Verfahrensvarianten unter Bezugnahme auf die schematische Darstellung der Fig. 1 und 2 näher beschrieben.

Beispiel 1

Durch Verdampfung von Seewasser erzeugtes Kondensatwasser wird mit einer Me⁺HCO⁻₃ Lösung versetzt, die über eine Dosierung in zu dem Kondensatwasser proportionaler Menge zugegeben wird und dann über den Kationenaustauscher 10 geleitet. Der Kationenaustauscher 10 wurde vorher mit Ca²⁺-Ionen oder Ca²⁺ und Mg²⁺-Ionen, deren Mischungsver hältnis frei wählbar ist, beladen. Am Ionenaustauscher harz erfährt das Wasser einen Kationenaustausch gemäß der nachfolgend dargestellten Gleichgewichtsreaktion:

Harz-Me²⁺+2 Me⁺HCO^-₃Harz-2 Me⁺+Me²⁺(HCO^-₃)₂ (I)

Durch geeignete Auswahl des Filterbetts und der Strö mungsgeschwindigkeit können die Gleichgewichtsverhält nisse nach Wunsch eingestellt werden. Es können auch Me⁺HCO⁻₃ und Me+HCl⁻ gemeinsam dosiert werden, wenn eine komplette Remineralisierung durch gleichzeitige Anreicherung mit Chloridionen erzielt werden soll. Wenn die Austauschkapazität des Harzbetts 11 erschöpft ist, wird eine in dem Regenerationsbehälter 12 enthal tene Salzlösung enthaltend Ca²⁺ oder Ca²⁺/Mg²⁺ Ionen über die Leitung 13 in den Kationenaustauschbehälter 10 geleitet und so das Harz regeneriert. Um ein kontinu ierliches Arbeiten des Verfahrens auch während der Regenerationszeit zu ermöglichen, kann man die Anlage wie in der Darstellung gemäß Fig. 1 als Doppelanlage mit zwei Austauschbehältern konzipieren. Von der Haupt zufuhrleitung 14 zweigt eine Nebenleitung 15 ab, die zu einem zweiten Kationenaustauschbehälter 16 führt, der analog zu dem Kationenaustauschbehälter 10 aufbe baut ist. Während der Regeneration des Harzes 11 in dem Behälter 10 wird daher das zu remineralisierende Wasser über die Leitung 15 und den Behälter 16 ge leitet. Das angereicherte Wasser mit Trinkwasserquali tät verläßt über die Leitung 17 den Behälter 16, wobei die Leitung 17 im Anschluß an den Behälter mit der Trinkwasserableitung 18 des anderen Behälters 10 zu sammengeführt ist. Die Zugabe der Me⁺HCO⁻₃ Lösung, in der Regel Natrium- oder Kaliumhydrogenkarbonat kann über den Durchflußmengenregler 19 erfolgen, der über die Leitung 20 mit einer Schleuse verbunden ist, in der eine gesättige Hydrogenkarbonatlösung gebildet wird, die über die Leitung 22 in die Zuleitung 14 zum Kationenaustauschbehälter 10 eingespeist wird.

Gemäß einer Alternative kann die Zugabe der Me⁺HCO⁻₃ Lösung auch über eine von dem Lösungsbehälter 23 gespeiste mengenproportional angesteuerte Dosier pumpe 24 über die Leitung 25 erfolgen, die an die Zuleitung 14 zu den Kationenaustauschbehältern 10 und 16 angeschlossen ist.

Beispiel 2

Analog ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Verwendung eines Anionenaustauschers. Zum Beispiel durch Verdampfung aus Seewasser erzeugtes Kondensat wasser wird mittels einer vorzugsweise mengenpropor tional dosierten Zugabe wie in Beispiel 1 beschrieben mit einer Ca²⁺ oder einer Ca²⁺ und Mg²⁺ enthaltenden Lösung versetzt und über einen Anionenaustauscher geleitet. Der Anionenaustauscher ist mit HCO⁻₃ Ionen beladen. Das Ca²⁺ oder Ca²⁺ und Mg²⁺ Ionen sowie Anionen, in der Regel Säurereste "SR" enthaltende Kondensatwasser wird am Anionenaustauscherharz gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Gleichgewichtsreaktion umgesetzt:

Harz-HCO^-₃ + Me²⁺SRHarz-SR=+Me²⁺(HCO^-₃)₂ (II)

Die Gleichgewichtsverhältnisse können wiederum durch Wahl des geeigneten Filterbetts und der Strömungsge schwindigkeit eingestellt werden. Bei Erschöpfung des Harzbetts wird das Anionenharz mit einer Hydrogenkar bonatlösung regeneriert.

Beispiel 3

Permeatwasser, das mittels reverser Osmose oder Elektro dialyse z.B. aus Seewasser gewonnen wurde, wird als Gesamtstrom oder nur in einem Teilstrom über einen Kationenaustauscher, wie er in Beispiel 1 beschrieben ist, geleitet. Das zu remineralisierende Permeatwasser enthält je nach Art der Erzeugungsanlage und des ein gesetzten Rohwassers noch mehr oder weniger große Men gen an Säureresten, insbesondere Chlorid- und Sulfat ionen. Die vorhandenen Gegenionen, in der Regel ein wertige Kationen Me⁺ werden in der Kationenaustausch reaktion in dem mit Ca²⁺ und/oder Mg²⁺ beladenen Kationenaustauscher gegen Ca²⁺ oder Mg²⁺ ausgetauscht gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Reaktionsglei chung:

Harz-Me⁺⁺+2 Me+SR-Harz=2 Me⁺+Me⁺⁺(SR-)₂ (III)

In der Regel wird somit bei dieser Umsetzung Calcium oder Magnesiumchlorid oder Sulfat gebildet. Zur Ein stellung der gewünschten Karbonathärte kann vor oder nach der Austauschreaktion eine Zugabe von Me⁺HCO⁻₃ erfolgen. Wichtig ist, daß bei diesem Verfahren die gesundheitlich bedenklichen hohen Anteile an einwerti gen Kationen, z.B. Natrium durch das unbedenkliche Calcium ersetzt werden. Bei Erschöpfung des Harzbetts wird das Kationenharz mit Ca²⁺ oder einer Mischung von Ca²⁺/Mg²⁺ regeniert, wobei im letzteren Fall durch die Wahl des Mischungsverhältnisses der Anteil an Ca²⁺ und Mg²⁺ im erhaltenen Trinkwasser festgelegt werden kann.

Beispiel 4

Es wird auf die beiliegende Fig. 2 Bezug genommen. Permeatwasser, das mittels reverser Osmose oder Elektrodialyse erzeugt wurde, wird als Gesamtstrom oder in einem Teilstrom sowohl einem Kationenaus tauschprozeß als auch einem Anionenaustauschprozeß unterworfen, wobei die jeweilige Reihenfolge belie big ist. Je nach Art des Gewinnungsprozesses sowie des Rohwassers, aus dem das Permeatwasser gewonnen wurde, enthält letzteres noch mehr oder weniger große Mengen an einwertigen Kationen Me⁺ und ein wertigen Anionen SR⁻. Das Permeatwasser gelangt aus der Zuleitung 30 über die Abzweigleitung 31 und ein Dosiersystem mit Durchflußmengenregler 32, Leitung 33, Schleuse 34 und Leitung 35 in die Teil stromleitung 45. Die Dosierung kann auch wie in Bei spiel 1 beschrieben, über den Lösungsmittelbehälter 36 und die Dosierpumpe 37 in die Leitung 45 erfol gen. Das Wasser wird dann über den Kationenaustauscher 40 geleitet, in dem in einer Gleichgewichtsreaktion Me⁺ aus dem Wasser gegen Me²⁺ des Austauschers ge tauscht wird:

Harz-Me⁺⁺+2 Me⁺SR^-Harz-2 Me⁺+Me⁺⁺(SR-)₂ (IV)

Wenn das Harzbett in dem Kationenaustauscher 40 er schöpft ist, erfolgt die Regenerierung mit einer Ca²⁺ Lösung oder einer Lösung, die Ca²⁺ und Mg²⁺ enthält aus dem Regeneriermittelbehälter 38 über die Leitung 46. Das Wasser, das den Kationenaustauscher 40 verläßt, wird nun im Gesamtstrom oder in einem Teilstrom über die Abzweigleitung 47 dem Anionenaus tauscher 41 zugeleitet. Der Anionenaustauscher 41 ist mit Hydrogenkarbonationen beladen. Im Anionentauscher werden in einer Gleichgewichtsreaktion gemäß der nachfolgenden Gleichung die Säurereste der Me²⁺ und Me⁺Ionen gegen HCO^-₃ ausgetauscht:

Harz-HCO^-₃x+x MeSRHarz-SR_x+Me (HCO₃)_x (V)

Wenn das Anionenaustauschharz erschöpft ist, erfolgt die Regenerierung über die Leitung 48 mit einer HCO⁻₃ Lösung aus dem Regenerierbehälter 39.

Wichtig ist, daß durch das erfindungsgemäße Ver fahren die gesundheitlich bedenkliche hohe Natrium ionenkonzentration um den Anteil der freigesetzten Me²⁺ Ionen reduziert wird. Außerdem werden beim An ionenaustauschprozeß die Chloridionen durch die frei gesetzten gesundheitlich unbedenklicheren Hydrogen karbonationen ersetzt oder zumindest reduziert. Das anionenausgetauschte Wasser gelangt dann über die Leitung 43 in die Leitung 42 vom Kationenaustauscher. Wenn lediglich ein Teilstrom Anionen ausgetauscht wird, wird das Wasser aus der Leitung 43 wieder mit dem Gesamtstrom vereinigt und fließt dann über die Leitung 44 wieder in die Gesamtstromleitung 30. Damit das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich auch während der Regenerationsphasen arbeiten kann, kann die Anlage als Doppelanlage mit zwei Kationenaus tausch- und zwei Anionenaustauschbehältern ausgebil det sein.

Claims

1. Verfahren zur Gewinnung von Wasser mit Karbonat härte aus Kondensat- oder Permeatwasser, dadurch gekennzeichnet, daß man

A) dem Kondensat- und/oder Permeatwasser Alkalihydro genkarbonat zusetzt und das so erhaltene Wasser über einen mit Calcium- und ggf. auch Magne siumionen beladenen Kationenaustauscher leitet, oder
B) dem Kondensat- und/oder Permeatwasser ein wasserlös liches Calcium- und ggf. auch Magnesiumsalz zugibt und die so erhaltene Lösung über einen mit Hydro genkarbonationen beladenen Anionenaustauscher leitet oder
C) ein Alkaliionen enthaltendes Permeatwasser oder ein Kondensatwasser, dem Alkaliionen zugesetzt wurden über einen mit Calcium- und gegebenenfalls auch Magnesiumionen beladenen Kationenaustauscher und anschließend über einen mit Hydrogenkarbonat beladenen Anionenaustauscher leitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Alkalihydrogenkarbonat und/oder das Calciumsalz und/oder das Magnesiumsalz als wäßrige Lösung zudosiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Verfahrensvariante A die gewünschte Karbonathärte durch die Menge des zugegebenen Alkalihydrogenkarbonats eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß bei der Verfahrensvariante B die gewünschte Karbonathärte durch die Menge des Calcium- ggf. Magnesiumsalzes eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Verfahrensvariante C nur mit einem Teilstrom des Wassers durchführt, und durch dessen Menge die gewünschte Karbonathärte in den vereinigten Strömen einstellt.