DE3812413A1 - Verfahren zur gewinnung von wasser mit karbonathaerte aus kondensat- oder permeatwasser - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von wasser mit karbonathaerte aus kondensat- oder permeatwasserInfo
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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.
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.
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.
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.
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 (5)
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.
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|---|---|---|---|
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| DE19883812413 Withdrawn DE3812413A1 (de) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | Verfahren zur gewinnung von wasser mit karbonathaerte aus kondensat- oder permeatwasser |
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| Country | Link |
|---|---|
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