DE69000266T2

DE69000266T2 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des langelier-index von staedtischem wasser.

Info

Publication number: DE69000266T2
Application number: DE9090300698T
Authority: DE
Inventors: Hideo Abe; Isao Funahashi; Masahiro Hiruta; Shinichi Kuboki; Moritoshi Ono; Kiwamu Yamamoto
Original assignee: Kureha Corp; Kureha Engineering Co Ltd
Current assignee: Kureha Corp; Kureha Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-01-24
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2010-01-24
Also published as: DE69000266D1; JPH0632820B2; JPH02194893A; EP0380299A1; KR900011671A; KR920002811B1; EP0380299B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung des Langelier-Index von städtischem Wasser, der einen Index für die Korrosivität von Wasser darstellt, wobei man die Konzentration von Kalziumhydrogencarbonat im Wasser durch Zugabe einer wässrigen Lösung von Kalziumhydroxid und gasförmigem Kohlendioxid heraufsetzt, um das Wasser weniger korrosiv zu machen.
Der hierin betroffene Langelier-Index ist ein Index für die Beurteilung der Korrosivität von Wasser und wurde von Langelier in USA vorgeschlagen. Er wid durch die folgende Gleichung (a) dargestellt:
LI = pH-pHs
= pH-(8,313-log[Ca&spplus;&spplus;]-log[A]+S) (a)
worin:
LI: Langelier-Index
pH: gemessener pH-Wert von zu testendem Wasser
pHs: theoretischer pH-Wert von zu testendem Wasser, wenn CaCO&sub3; im Wasser gemäss der folgenden Gleichung im Gleichgewicht steht:
Ca&spplus;&spplus; + HCO&sub3; &supmin;CaCO&sub3; + H&spplus;
log[Ca&spplus;&spplus;]: Logarithmus der Kalziumionenkonzentration
log[A]: Logarithmus der Gesamtalkalität, und
S: Korrekturwert
Zusätzlich zu dem vorstehenden Berechnungsverfahren kann der Langelier-Index auf einfachere Weise berechnet werden, und zwar unter Verwendung von pHs-Werten, die aus der pHs-Berechnungstabelle von E. Nordell erhalten werden (Water Treatment for Industrial and Other Uses, Seite 223 (1951)).
In konkreterem Bezug zeigt der Langelier-Index (nachfolgend mit "LI" bezeichnet), wenn er positiv ist, einen Zustand an, bei dem Kalziumcarbonat aus Wasser abgeschieden wird, wenn LI negativ ist, zeigt er einen Zustand an, bei dem Kalziumcarbonat in Wasser aufgelöst wird, und wenn LI 0 ist, zeigt er einen Gleichgewichtszustand an, bei welchem Abscheidung und Auflösung gleichzeitig ablaufen, d.h. das Carbonat wird weder abgeschieden noch aufgelöst. Wie oben dargelegt, wird LI als ein Index verwendet, um die Korrosivität von Wasser zu bewerten, und wenn sein Wert auf über -1 eingestellt wird, geht man im allgemeinen davon aus, dass die Korrosion von Eisenmaterial durch das Wasser wirksam verhindert werden kann.
Bisher wurden die Zugabe von Natriumhydroxid, die Zugabe eines Antirostmittels, eine magnetische Anwendung, die Zugabe von gelöschtem Kalk usw. allgemein angewandt, um die Entstehung von rotem Wasser zu verhindern, das durch Eisenrost in Stadtwasser, nämlich Korrosion von Eisenmaterial, hervorgerufen wird.
Da Natriumhydroxid hauptsächlich Natrium enthält, ist es bei dem Verfahren mit einer Natriumhydroxidzugabe schlecht für die Gesundheit, wenn eine zu grosse Menge des behandelten Wassers durch den Körper aufgenommen wird. Demzufolge ist die Natriumkonzentration in städtischem Wasser auf weniger als 20 ppm in den Vereinigten Staaten durch EPA (Environmental Protection Agency) festgelegt. Ferner steigert eine Zugabe von Natriumhydroxid zu Wasser dessen pH-Wert und nur geringfügig seine Alkalität, und sein LI kann, wie wie aus der Gleichung (a) ersichtlich, nicht wesentlich verbessert werden. Deshalb kann, innerhalb des Bereiches der EPA-Vorschrift oder innerhalb eines pH-Bereiches, der keinen unerwünschten Effekt auf einen lebenden Körper hervorruft, keine wesentliche Auswirkung auf die Verhinderung einer Erzeugung von durch Eisenrost hervorgerufenem roten Wasser (nachfolgend bezeichnet als "rotes Rostwasser") erwartet werden.
Die Zugabe eines Antirostmittels beinhaltet ein Phosphatsystem und ein Silikatsystem. Die Auswirkungen der Silikatzugabe sind unzureichend. Obwohl ein zufriedenstellender Effekt der Phosphatzugabe erhalten werden kann, stellen sich dabei einige Probleme ein, z.B. eine Geruchsentwicklung des Wassers wegen des Wachstums von Algen in Hochbehältern wegen einer durch Phosphat verursachten Eutrophierung sowie eine Herabsetzung der Konzentration an Restchlor wegen einer zwischen den Algen und dem Chlor im Wasser ablaufenden Reaktion.
Bezüglich des Magnetverfahrens, ist keine Verbesserung hinsichtlich der Verhinderung einer Bildung von rotem Rostwasser in der Praxis zu erwarten, da die Abklingzeit des Magnetfeldes im Wasser lediglich auf ca. 24 Stunden geschätzt wird.
Die Zugabe von gelöschtem Kalk oder Kalziumhydroxid erhöht die Kalziumionenkonzentration, Gesamtalkalität und den pH-Wert des Wassers und ergibt eine deutliche Verbesserung des LI, wie aus Gleichung (a) ersichtlich. Zudem wird, bei Ansteigen des LI in den positiven Bereich, eine dünne Schicht von Kalziumcarbonat auf der Innenoberfläche der Wasserleitungsrohre usw. gebildet, um die antikorrosive Wirkung weiter zu verbessern.
Da ferner die Aufnahme von Kalzium in den lebenden Körper als wünschenswert für die Gesundheit erachtet wird, wurde das Verfahren in letzter Zeit in zunehmendem Masse in Wasserreinigungsanlagen der Wasserwerke oder in Wasserbehandlungsvorrichtungen in gewöhnlichen Gebäuden angewandt.
Bei diesem Verfahren wird, falls die Konzentration an freier Kohlensäure im zu behandelnden städtischen Wasser (nachfolgend bezeichnet als "ursprüngliches Wasser") hinreichend hoch ist, Kalziumhydrogencarbonat hoher Löslichkeit im Wasser gebildet, und zwar durch die Neutralisationsreaktion, dargestellt durch die folgende Reaktionsgleichung:
Ca(OH)&sub2; + 2H&sub2;CO&sub3; T Ca(HCO&sub3;)&sub2; + 2H&sub2;O
und in diesem Fall kann LI ohne deutlichen pH-Anstieg verbessert werden. Da das meiste des ursprünglichen Wassers, z.B. das Oberflächenwasser, eine niedrige Konzentration an freier Kohlensäure aufweist, z.B. nicht mehr als ca. 20 ppm, wird die Neutralisierungsreaktion dabei allerdings durch die Zugabe einer nur geringen Menge von gelöschtem Kalk beendigt. Um dann den LI zu verbessern, ist es notwendig, eine grosse Menge an gelöschtem Kalk zuzufügen, und dabei ist es dann unvermeidlich, den pH-Wert über den Standardwert von 8,6 für städtisches Wasser in Japan anzuheben, und demzufolge kann keine Verbesserung des LI erreicht werden, ohne die Vorschrift für Leitungswasser in Japan zu verletzen.
Insoweit kann kein zufriedenstellendes Ergebnis erhalten werden, da die Gegenmassnahme gegen eine Bildung von rotem Rostwasser auf der Vorstellung begründet war, im ursprünglichen Wasser enthaltene, freie Kohlensäure zu entfernen. Auf der Grundlage der ganz gegenteiligen Idee, nämlich gasförmiges Kohlendioxid in das ursprüngliche Wasser zu blasen, um die Konzentration an freier Kohlensäure im Wasser zu erhöhen, und gelöschten Kalk zuzufügen, um freie Kohlensäure in Kalziumhydrogencarbonat zu überführen, haben die hier auftretenden Erfinder den Schlüssel dazu gefunden, ein kontinuierliches Verfahren zur Verbesserung von städtischem Wasser auf einen gewünschten LI sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln. Da es bis jetzt jedoch noch keine Ausrüstungsgegenstände zur direkten Messung des LI gibt, besteht ein Problem dahingehend, die Verbesserungsmassnahme tatsächlich auszuführen. Als Ergebnis ihrer umfangreichen Untersuchungen haben die hier auftretenden Erfinder die vorliegende Erfindung zu einem erfolgreichen Ende geführt, und zwar auf der Grundlage der folgenden Erkenntnisse, dass (1) es möglich ist, den LI eines städtischen Wassers auf einen als einen endgültigen Zielpunkt festgelegten, optimalen Wert (nachfolgend bezeichnet mit "gewünschter LI") zu verbessern, wobei man den pH-Wert innerhalb eines gesteuerten Bereiches hält, indem man eine wässrige Lösung von gelöschtem Kalk dem ursprünglichen Wasser zufügt, das eine hohe Konzentration an freier Kohlensäure aufweist, (2) die freie Kohlensäure, die im ursprünglichen Wasser vorliegen soll, ermittelt werden kann, und zwar auf der Grundlage des LI, der aus den analytischen Werten des ursprünglichen Wassers und des gewünschten LI berechnet wird, sowie (3) die Menge an freier Kohlensäure, die im ursprünglichen Wasser vor der Zugabe von gelöschtem Kalk gelöst ist, und der LI des mit gelöschtem Kalk behandelten Wassers indirekt aus dem pH-Wert eines jeden Wassers gemessen werden können.
Fig. 1 und 2 stellen Diagramme dar, die die Beziehung zwischen der Zugabemenge an gelöschtem Kalk und dem LI und dem pH-Wert angibt;
Fig. 3 und 4 sind Darstellungen, die jeweils das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verdeutlichen;
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltungsform des Behälters zur Auflösung von gasförmigem Kohlendioxid.
In den Figuren:
1: Auflösungsbehälter für gelöschten Kalk
5: Auflösungsbehälter für gasförmiges Kohlendioxid
8: Durchflussregler für gasförmiges Kohlendioxid
13: Zugabebehälter für die im wesentlichen gesättigte Lösung von gelöschtem Kalk
14: pH-Messgerät
15: Durchflussgeschwindigkeitsmesser
19: Durchflusssteuerungspumpe
FQC: Durchflussgeschwindigkeitsregler
PHC: pH-Regler
FI: Durchflussanzeige
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Wasserqualität bereitzustellen, indem man die Konzentration an freier Kohlensäure in städtischem Wasser auf einem relativ hohen Niveau hält und eine Lösung von gelöschtem Kalk zufügt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontiniuierliches Verfahren sowie die Vorrichtung zur Verbesserung von städtischem Wasser zum Erreichen eines gewünschten LI zur Verfügung zu stellen, indem man die Menge an freier Kohlensäure, die im ursprünglichen Wasser vorliegen soll, auf der Grundlage des LI des Wassers, des gewünschten LI und des für städtisches Wasser vorgeschriebenen pH-Wertes bestimmt und eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk zufügt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kontinuierliches Verfahren und die Vorrichtung dafür bereitzustellen, um die Zugabemenge einer im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung von gelöschtem Kalk auf der Grundlage von pH-Werten des zu behandelnden Wassers einzustellen, um in dem Verfahren ein städtisches Wasser mit einem gewünschten LI zu erhalten, indem man die Lösung einem Wasser zufügt, das einen relativ hohen Gehalt an freier Kohlensäurekonzentration enthält.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, um ein städtisches Wasser zu erhalten, das weniger Korrosion bei den Ausrüstungsgegenständen und -materialien und keine Bildung von rotem Rostwasser verursacht.
Schliesslich ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, städtisches Wasser zur Verfügung zu stellen, das einen gewünschten LI und auch einen pH-Wert innerhalb eines vorschriftsmässigen Bereiches aufweist und mit dem Verfahren oder der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung behandelt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zugabe von gelöschtem Kalk zu städtischem Wasser, um das Wasser zu verbessern, sie liefert auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung von städtischem Wasser, das einen gewünschten LI und einen pH-Wert innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches aufweist, indem man eine bestimmte Menge an gasförmigem Kohlendioxid, die experimentell aus dem LI des ursprünglichen Wassers, dem gewünschten LI und dem pH-Wert innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches bestimmt wird, in Wasser auflöst, um ein Wasser herzustellen, das freie Kohlensäure enthält, und indem man dazu eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschem Kalk gibt, um die freie Kohlensäure in Kalziumhydrogencarbonat zu überführen. Das Kernstück des Verfahrens beinhaltet eine Stufe, in der man das gemessene pH-Signal des die freie Kohlensäure enthaltenden Wassers oder des mit gelöschtem Kalk behandelten Wassers mit einem Durchflussgeschwindigkeitsregler für die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung des gelöschten Kalks zusammenschaltet. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein verbessertes städtisches Wasser, das einen gewünschten LI und einen pH-Wert innerhalb eines geregelten Bereiches aufweist, welches durch das obige Verfahren hergestellt wird.
Das mit dem Verfahren oder der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung behandelte städtische Wasser ist nicht-korrosiv und dazu befähigt, die Bildung von rotem Rostwasser zu verhindern, es enthält angereichert Kalzium, das für die menschliche Gesundheit wichtig ist, und verursacht keine Ablagerungen in Wasserleitungsrohren und Lagerbehältern und weist demzufolge eine ausgezeichnete Qualität auf.
Das städtische Wasser, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, bedeutet Wasser, das an jegliche Verbraucherstellen durch eine Leitung geliefert wird oder geliefert werden soll, nachdem es an einem Ort, der eine Wassersammelvorrichtung oder Reinigungsvorrichtung aufweist, behandelt wurde, und es schliesst nicht nur Trinkwasser, sondern auch Wasser als Ausgangsmaterialbasis in der Industrie, Waschwasser für Vorrichtungen oder sonstige Gegenstände, Kühl- oder Warmwasser zur Temperaturregelung, Wasser zur Dampferzeugung usw. ein.
Im Anschluss wird nun detaillierter die Beziehung zwischen der Zugabemenge von gelöschtem Kalk, dem LI und dem pH-Wert erläutert, welche die Grundlagen der vorliegenden Erfindung darstellen, die als Ergebnis der umfangreichen Untersuchungen der hier auftretenden Erfinder entwickelt wurden. Fig. 1 zeigt einen Fall, worin die Konzentration an freier Kohlensäure im ursprünglichen Wasser 5 ppm beträgt, und, wie aus der Figur ersichtlich, ist die freie Kohlensäure bei einer Zugabemenge an gelöschem Kalk von 5,6 ppm bereits bei einem pH-Wert von 8,6 und einem LI von -1,2 neutralisiert. Wird gelöschter Kalk weiter zugefügt, um den LI auf das gewünschte Niveau ansteigen zu lassen, wird der pH-Wert des behandelten Wassers weiter erhöht, um die Obergrenze von 8,6 zu übersteigen, die in den Standardvorschriften für ein städtisches Wasser in Japan festgelegt ist. Andererseits zeigt Fig. 2 ein Beispiel von ursprünglichem Wasser, in welchem die Menge an freier Kohlensäure 20 ppm beträgt, und bei einer Zugabemenge an gelöschtem Kalk von 18 ppm wird der LI Null und der pH bleibt bei 8,6. Aus diesen Figuren und der Interpretation kann gefolgert werden, dass, falls die Konzentration an freier Kohlensäure im ursprünglichen Wasser z.B. niedriger als 20 ppm liegt, es zu einem hohen Prozentsatz wahrscheinlich ist, dass, wenn der pH-Wert die Obergrenze der Wasserqualitätsstandards nicht übersteigen soll, der LI nicht im angestrebten Bereich liegen kann. Die Untergrenze von 20 ppm stellt jedoch einen Wert dar, der sich in Abhängigkeit von der Wasserqualität ändert.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung zur kontinuierlichen Verbesserung des LI eines städtischen Wassers eingeschlossen. Die Vorrichtung umfasst einen Auflösungsbehälter für gelöschten Kalk, um eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk herzustellen (ein Beispiel eines Verfahrens zur Auflösung von gelöschtem Kalk in Wasser zur Herstellung der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung sowie die entsprechende Vorrichtung sind im Detail in US 4 366 142 und 4 389 376 beschrieben), einen Auflösungsbehälter für das gasförmige Kohlendioxid, um ein Wasser zu erhalten, das freie Kohlensäure in einer Konzentration enthält, die durch den LI des ursprünglichen Wassers und den gewünschten LI bestimmt wird, den Zugabebehälter für den gelöschten Kalk (siehe Fig. 3) oder einen Zugabeteil (siehe Fig. 4), um die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung dem freie Kohlensäure enthaltenden Wasser, das aus dem Auflösungsbehälter austritt, zuzufügen, sowie einen Durchflussgeschwindigkeitsregler (z.B. Durchflussgeschwindigkeitsregelventil, Durchflussgeschwindigkeitssteuerungspumpe) für die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung, welcher mit dem pH-Messgerät für das freie Kohlensäure enthaltende, mit gelöschtem Kalk behandelte Wasser zusammengeschaltet ist. Durch diese Verfahrensweisen werden die freie Kohlensäure im Wasser in Kalziumhydrogencarbonat überführt und die Zugabemenge der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung automatisch gesteuert, um ein Wasser zu erhalten, das einen auf der Grundlage des gewünschten LI ermittelten pH-Wert aufweist.
Die vorliegende Erfindung wird nun noch konkreter beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man städtisches Wasser mit einem negativen LI verbessert, indem man den LI auf einen gewünschten Wert einstellt, indem man gelöschten Kalk und gasförmiges Kohlendioxid zur Anwendung bringt. Der gewünschte Wert des LI liegt innerhalb eines Bereiches von -1 bis +1, vorzugsweise von -0,5 bis +0,5. Beträgt der LI eines städtischen Wassers weniger als -1, ist die Korrosivität relativ hoch, und eine hinreichende Antirostwirkung kann nicht erreicht werden. Falls er anderersiets +1 übersteigt, wird eine beträchtliche Menge an Kalziumcarbonat abgeschieden, um weisse Trübungen im Wasser hervorzurufen oder Ablagerungen in der Vorrichtung zu erzeugen.
Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, vorab den LI des ursprünglichen Wassers zu berechnen, sowie vorab einen gewünschten LI des mit gelöschtem Kalk behandelten Wassers (nachfolgend bezeichent als "behandeltes Wasser") festzusetzen. Der LI des ursprünglichen Wassers wird auf der Grundlage des gemessenen pH-Wertes, der Kalziumionenkonzentration und der Gesamtalkalität des Wassers berechnet. Der gewünschte LI wird innerhalb eines Bereiches von -1 bis +1 experimentell bestimmt. Ferner wird die Menge an freier Kohlensäure , die im ursprünglichen Wasser enthalten sein soll, experimentell bestimmt, um den LI des behandelten Wassers auf einen gewünschten Wert zu verbessern und gleichzeitig den pH-Wert innerhalb eines Bereiches des Wasserqualitätsstandards für städtisches Wasser zu halten. Dann wird gasförmiges Kohlendioxid dem ursprünglichen Wasser zugefügt, um Wasser herzustellen, das freie Kohlensäure in einer vorbestimmten Konzentration enthält.
In diesem Fall ist es bevorzugt, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von freie Kohlensäure in einer vorbestimmten Konzentration enthaltendem Wasser anzuwenden, indem man die Durchflussgeschwindigkeit des ursprünglichen Wassers und die Durchflussgeschwindigkeit des gasförmigen Kohlendioxids in einem Zusammenschluss regelt. Eine Verbesserung zum Erreichen des angestrebten LI kann bewerkstelligt werden, indem man die Zugabemenge von gelöschtem Kalk gemäss dem pH-Wert des zu behandelnden Wassers steuert.
Eine Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung wird nun spezifischer unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet (1) einen Auflösungsbehälter für gelöschten Kalk, und der gelöschte Kalk wird als eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung eingesetzt. Die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk bedeutet hier eine wässrige Lösung innerhalb eines Konzentrationsbereiches von 1400 bis 1800 ppm, vorzugsweise 1550 bis 1650 ppm, an gelöschtem Kalk. Der Auflösungsbehälter für den gelöschen Kalk (1) umfasst vorzugsweise eine Wasserzuführleitung (2) im unteren Teil, eine Überlaufleitung (3) im oberen Teil und einen Niedriggeschwindigkeitsrührer (4). Der gelöschte Kalk wird vorab in einer solchen Menge eingespeist, wie dies in dem Auflösungsbehälter (1) für den gelöschten Kalk für einen kontinuierlichen Betrieb über einige Tage bis einige 10 Tage lang erforderlich ist, das Wasser zum Lösen wird von unten über die Wasserleitung (2) zugeführt, und es wird eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk unter Rühren bei niedriger Geschwindigkeit hergestellt.
Auf der anderen Seite werden das ursprüngliche Wasser durch eine Leitung (6) in den Auflösungsbehälter (5) für das gasförmige Kohlendioxid und gleichzeitig Kohlendioxid aus einer Bombe (7) durch eine Leitung (9) zugeführt, um ein Wasser herzustellen, das freie Kohlensäure enthält. Obwohl es verschiedene Verfahrensweisen gibt, die Konzentration an freier Kohlensäure im Wasser auf einem vorbestimmten Niveau zu halten, beruht ein bevorzugtes Verfahren darauf, dass man die Durchflussgeschwindigkeit des ursprünglichen Wassers am Durchflussgeschwindigkeitsmesspunkt (15') misst, diese in ein elektrisches Signal durch FI umwandelt und das Signal mit einem Durchflussgeschwindigkeitsregler (8) für das gasförmige Kohlendioxid zusammenschaltet. Obwohl die Vermischung in der Leitung oder ein statischer Mischer zur Auflösung des gasförmigen Kohlendioxides angewandt werden können, ist es zur effektiveren Nutzung des Kohlendioxides bevorzugt, z.B. einen Auflösungsbehälter (5') für das gasförmige Kohlendioxid zu verwenden, wie in Fig. 5 gezeigt, der ein Diffundiersystem (10) am Ende der Leitung (9), ein Abgasrückführsysstem (11) sowie ein Diffundiersystem (12) am Ende der Rückführleitung aufweist.
Das so hergestellte Wasser, enthaltend freie Kohlensäure in einer vorbestimmten Konzentration, wird in den Zugabebehälter (13) für den gelöschten Kalk geleitet und es wird eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk zugegeben. Durch diese Verfahrensweise wird das Wasser verbessert, um einen gewünschten LI und weniger korrosive Eigenschaften aufzuweisen, und es wird durch eine Wasserversorgungspumpe (16) über einen Wasserlagertank (17) durch eine Versorgungsleitung (18) auf die jeweiligen Verbraucherstellen verteilt.
Um ein behandeltes Wasser mit einem gewünchten LI zu erhalten, ist es bevorzugt, ein Verfahren anzuwenden, bei dem man das Wasser mit einem vorbestimmten pH-Wert, insbesondere einem gewünschten LI, erhält, in anderen Worten, die Zugabemenge der im wesentlichen gsättigten wässrigen Lösung kontinuierlich zu steuern, indem man den pH-Wert des behandelten Wassers in ein elektrisches Signal durch einen pH-Detektor (22) und die Durchflussgeschwindigkeit des Wassers zum Auflösen des gelöschten Kalks in ein elektrisches Signal durch einen Durchflussgeschwindigkeitsdetektor (15) umwandelt und beide elektrische Signale mittels des PHC (pH-Reglers) (14) und des FQC-1 (Durchflussgeschwindigkeitsregler) zusammenschaltet, wodurch die öffnung des Durchflussregelventils (23) automatisch eingestellt wird.
Eine weitere Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben, In Fig. 4 wird die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung, hergestellt im Behälter (1), einem Fluss von Wasser zugefügt, das freie Kohlensäure in einer vorbestimmten Konzentration enthält, die durch Einblasen von gasförmigem Kohlendioxid in das ursprüngliche Wasser in derselben Weise wie in Fig. 3 eingestellt wird. Die Zugabemenge der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung wird jedoch in einer anderen Weise gesteuert.
In Fig. 4 wird der pH-Wert des freie Kohlensäure enthaltenden Wassers mit einem pH-Detektor (22) nach Austritt aus dem Auflösungsbehälter (5) für das gasförmige Kohlendioxid gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das zu PHC (14) gesendet wird, und dann wird es auf eine Durchflussgeschwindigkeitssteuerungspumpe (19) übertragen, die in einer den Behälter (1) und die Leitung (20) verbindenden Leitung (3) angeordnet ist, so dass die Zugabemenge der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung so gesteuert wird, dass im behandelten Wasser ein vorbestimmter pH-Wert, insbesondere ein gewünschter LI, aufrechterhalten werden können. Obwohl es bevorzugt ist, einen Zugabebehälter (13), wie in Fig. 3 gezeigt, für die Zugabe der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung vorzusehen, kann der Zugabebehälter (13) im Fall der Verbesserung des LI von Wasser in einem relativ kleinen Massstab, z.B. bei Verbrauch in lediglich einem Gebäude, eingespart werden, und die wässrige Lösung kann an jeder Stelle der Wasserleitung (20) zwischen dem pH-Detektorpunkt (22) und einem Wasserlagertank (17) eingespeist werden.
Da in der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung die Zugabe der im wesentlichen gesattigten wässrigen Lösung durch die erzwungene Wasserversorgung durch die Durchflusssteuerungspumpe (19) durchgeführt wird, wenn die wässrige Lösung in einer für den kontinuierlichen Betrieb über eine vorbestimmte Zeitdauer erforderlichen Menge im Auflösungsbehälter (1) gelagert wird, kann der Betriewb intermittierend durchgeführt werden, indem man einen Flüssigkeitsstandmesser (21) im Behälter (1) vorsieht. Es ist bevorzugter, die Vorichtung zu betreiben, indem man den Flüssigkeitsstand im Gefäss (1) im wesentlichen konstant hält, indem man Signale aus dem Flüssigkeitsstandmesser (21) und dem Durchflussgeschwindigkeitsdetektor (15) nach FQC-1 sendet, wodurch die Öffnung des Durchflussregelventils (23) gesteuert wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung zur Verbesserung des LI in einem ursprünglichen Wasser, dessen LI von Wasser zu Wasser unterschiedlich ist, auf das Niveau eines angestrebten LI eine bestimmte Menge einer im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung von gelöschtem Kalk einem ursprünglichen Wasser zugefügt, das freie Kohlensäure enthält, welches hergestellt wird, indem man eine experimentell vorbestimmte Menge an gasförmigem Kohlendioxid auflöst, um den pH-Wert des behandelten Wassers auf einen ebenfalls experimentell vorbestimmten Wert einzustellen. Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein ursprüngliches Wasser, enthaltend lediglich eine kleine Menge freier Kohlensäure, z.B. ein Oberflächenwasser, verbessert, um einen gewünschten LI aufzuweisen, wobei man seinen pH-Wert innerhalb des Bereiches für einen Wasserqualitätsstandard hält, und man kann dadurch eine grosse Wirkung erzielen, um die Bildung von rotem Rostwasser in einer Wasseraufbereitungsanlage oder in einer kleineren Anlage, die z.B. in einem Gebäude angeordnet ist, zu verhindern.

BEISPIEL

Es wurde der folgende Verusch durchgeführt, um den LI von ursprünglichem Wasser, das eine Kalziumhärte von 20,2 ppm, Gesamtalkalität von 56 ppm, freie Kohlensäurekonzentration von 5,2 ppm, einen pH-Wert von 6,8 und einen LI von -1,9 aufwies, auf einen nicht-korrosiven LI von +0,5 zu verbessern.
Vorab wurde Kohlendioxid im ursprünglichen Wasser aufgelöst, und es wurden 7 Wasserproben mit Konzentrationsintervallen an freier Kohlensäure von jeweils 5 ppm in einem Bereich von 10 bis 40 ppm hergestellt. Dann wurde eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk (mit einer Konzentration von 1600 ppm) einer jeden Wasserprobe zugefügt, und es wurde eine behandelte Wasserprobe mit einem pH-Wert in einem Bereich von 8,0 bis 8,6 und einem LI von +0,5 ausgewählt, und es wurde herausgefunden, dass diese diejenige Wasserprobe mit einer Konzentration an freier Kohlensäure von 25 ppm und einem pH-Wert von 6,1 vor der Zugabe der im wesentlichen gesättigten Lösung war, und nach der Zugabe betrugen der pH-Wert 8,4 und ihr LI +0,5.
Auf der Grundlage des Ergebnisses des vorstehenden Versuches wurde die Verbesserung des LI wie folgt durchgeführt.
Es wurde eine Vorrichtung wie in Fig. 3 verwendet, ausgerüstet mit einem 400 1-Auflösungsbehälter für den gelöschten Kalk, einem 30 1-Auflösungsbehälter für das Kohlendioxidgas und einen 2000 1-Zugabebehälter für den gelöschten Kalk. Es wurden 20 kg gelöschter Kalk in den Auflösungsbehälter für den gelöschten Kalk gegeben, das ursprüngliche Wasser wurde aus dem unteren Teil in den Behälter geführt, und es wurde, unter Rühren bei niedriger Geschwindigkeit, eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk (pH = 12,7) kontinuierlich hergestellt. Auf der anderen Seite wurde das ursprüngliche Wasser mit einer Geschwindigkeit von 12 m³/h dem Kohlendioxidgas-Auflösungsbehälter zugeführt, und es wurde ein freie Kohlensäure enthaltendes Wasser mit pH = 6,1 durch kontinuierliches Einblasen von gasförmigem Kohlendioxid kontinuierlich hergestellt.
Das freie Kohlensäure enthaltende Wasser wurde mit einer Geschwindigkeit von 12 m³/h in den Zugabebehälter für den gelöschten Kalk geführt und gleichzeitig die im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung des gelöschten Kalks zugegeben, um den pH-Wert des behandelten Wassers am Ausgang des Behälters auf 8,4 einzustellen. Der LI des behandelten Wassers wurde gemessen und mit +0,5 bestätigt.
Auf diese Weise konnte ein ursprüngliches Wasser mit einem pH = 6,8 und einem LI = -1,9 kontinuierlich verbessert werden, um ein behandeltes Wasser mit einem pH = 8,4 und einem LI = +0,5 zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung von Wasser, um einen gewünschten Langelier-Index in einem Wasserversorgungssystem zu erreichen, wobei man:

(1) die Menge an Kohlendioxid, die erforderlich ist, um die Konzentration an freier Kohlensäure in dem Wasser zu erhöhen, ermittelt, und zwar auf der Grundlage der bestehenden und gewünschten Langelier-Indizes, und des zulässigen pH-Bereiches, des Wasserversorgungssystems;

(2) die genannte Menge an Kohlendioxidgas in dem Wasser auflöst, um freie Kohlensäure in dem Wasser zu erzeugen; und

(3) eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk dem Wasserversorgungssystem zufügt, so dass die freie Kohlensäure neutralisiert und der gewünschte Langelier-Index erreicht werden.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, wobei der pH des die freie Kohlensäure enthaltenden Wassers oder des Wassers nach Zugabe der Lösung des gelöschten Kalks gemessen und ein entsprechendes Signal erzeugt werden, wobei das genannte Signal auf ein Gerät gegeben wird, das die Durchflussgeschwindigkeit der im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung des gelöschten Kalks in das Wasserversorgungssystem steuert.

3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei die Durchflussgeschwindigkeit des die freie Kohlensäure enthaltenden Wassers, hergestellt in Stufe (2), gemessen und ein entsprechendes Signal erzeugt werden, wobei das genannte Signal auf einen Kohlendioxidgas-Durchflussgeschwindigkeitsregler gegeben wird.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der genannte gewünschte Langelier-Index -1 bis +1 beträgt.

5. Verfahren gemäss jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ausgangsgehalt an freier Kohlensäure im zu behandelnden Wasser nicht höher als 20 ppm ist.

6. Verfahren gemäss jedem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehalt an gelöschtem Kalk in der genannten im wesentlichen gesättigten wässrigen Lösung 1550 bis 1650 ppm beträgt.

7. Verfahren gemäss jedem der vorhergehenden Ansprüche, welches kontinuierlich betrieben wird.

8. Vorrichtung zur Verwendung bei der Wasserbehandlung, um einen gewünschten Langelier-Index einer Wasserversorgung durch Zugabe von gasförmigem Kohlendioxid und einer im wesentlichen gesättigten Lösung von gelöschtem Kalk zu erreichen, welche Zugabeeinrichtungen für Kohlendioxid und eine gesättigte Lösung von gelöschtem Kalk, Messgeräte für den pH des Wassers, nachdem eines oder beide dieser Zugabemittel zugefügt worden sind, sowie eine Einrichtung zur Steuerung der Durchflussgeschwindigkeit der im wesentlichen gesättigten Lösung von gelöschtem Kalk in das Wasserversorgungssystem in Abstimmung mit dem gemessenen pH umfasst.

9. Vorrichtung gemäss Anspruch 8, enthaltend eine Einrichtung zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit des Wassers, dem das gasförmige Kohlendioxid zugefügt worden ist, sowie eine Einrichtung zur Steuerung der Durchflussgeschwindigkeit des gasförmigen Kohlendioxids in das Wasser in Abstimmung mit einem Signal, das durch die genannte Messeinrichtung darauf gegeben wird.

10. Vorrichtung gemäss Anspruch 8 oder 9, enthaltend einen Auflösungsbehälter für gelöschten Kalk, einen Auflösungsbehälter für Kohlendioxidgas sowie einen Zugabeteil oder einen Zugabebehälter für gelöschten Kalk, worin eine im wesentlichen gesättigte wässrige Lösung von gelöschtem Kalk aus dem Auflösungsbehälter für den gelöschten Kalk zu Wasser gegeben wird, das freie Kohlensäure enthält, welches im Auflösungsbehälter für das Kohlendioxidgas hergestellt wird.