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FAQ Entsäuerung von Trinkwasser mit Calciumkarbonat, Marmorkies oder Dolomit

 


1. Wozu Entsäuerung

Wasser wurde in früheren Zeiten in drucklosen Wasserführungssystemen transportiert. So gilt z.B. das Wasserleitungssystem des römischen Reiches bis heute als Spitzenleistung der Ingenieurskunst. Die sichere Wasserversorgung trug wesentlich zum Aufstieg Roms als abendländische Großmacht bei.

Das in den Aquaedukten (im Bild: Pont du Gare) geführte WasseAquaedukt "Pont Du Gare"r fließt in einem mehr oder weniger starkem Gefälle, zum Teil auch in offen ausgeführten Rinnen, zu den Wasserverbrauchern. Dadurch hat das Wasser einerseits Zeit Sauerstoff aufzunehmen, andererseits werden Gase wie Kohlendioxid ausgetrieben. Die Wasserbeschaffenheit ähnelt daher einem natürlichen Wasser, d.h. es herrscht weitestgehend ein Gleichgewicht zwischen im Wasser gelösten Gasen, namentlich das Kohlendioxid und gelösten Inhaltsstoffen wie Calcium.
Beide genannten Stoffe binden sich in einem ganz bestimmten Verhältnis. Ist dieses Verhältnis im Gleichgewicht, ist das Wasser weder aggressiv gegenüber Umgebungsmaterialien noch können Kalkausfällungen das Leitungssystem beeinträchtigen.

Probleme  gibt es immer dann, wenn Wasser keine Gelegenheit bekommt, dieses Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht herzustellen. Dies ist regelmäßig dann der Fall, wenn Wasser in geschlossenen Rohrleitungssystemen befördert wird.  Hier kann nun entweder die freie Kohlensäure Rohrwandungen angreifen oder ausfällender Kalk verblockt die Rohre. Dadurch sind in den Anfängen der zentralen Wasserversorgung beachtliche Schäden durch Korrosion oder Kalkablagerungen entstanden.

Grundsätzlich lässt sich vereinfacht sagen:
Ist Wasser kalklösend, so wirkt es korrosiv. Kalk-Rost-Schutzschichten in Stahl und Gussrohren werden aufgelöst und führen zum Lochfraß oder Flächenkorrosion mit der Folge von Rohrbrüchen.  Insbesondere bei sauren Wässern in Verbindung mit verzinkten Leitungen, Kupfer- oder Bleileitungen Rohrleitungen  können gesundheitliche Beeinträchtigungen durch die in das Wasser eingetragenen Schwermetall-Ionen erwachsen. Bei Zementwerkstoffen können durch calcitlösende Wässer die Festigkeit beeinträchtigen, da die darin enthaltenen Calciumkarbonatanteile aufgelöst werden.

Ist Wasser dagegen kalkabscheidend, dann führt dies zu Ablagerungen in Rohrleitungen und Anlagen. Solches Wasser kann Filter verbacken, Warmwasserbereiter beschädigen und Rohrleitungen verstopfen.

Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ist stark von der Wassertemperatur abhängig. Nahezu jeder wird beim Erwärmen von Nudelwasser oder Kaffeewasser das Ausfällen zu Kalk beobachtet beobachtet haben können

Anlagen zur Entsäuerung von Wasser dienen also dem Schutz von Rohrleitungen und Armaturen vor Korrosion.


2. Einsatzgebiete von Entsäuerungsanlagen 

  • Trinkwasseraufbereitung in der öffentlichen Wasserversorgung
  • private Brunnenwasserversorgung
  • Entsäuerung/Entgasung für technische Bereiche wie Kraftwerke, Heizungsanlagen, Dampfkessel
  • Kühlwasseraufbereitung

3. Methoden der Entsäuerung

Die in dieser FAQ angesprochenen Methoden zur Entsäuerung von Wasser befassen sich mit der chemischen Neutralisation der freien überschüssigen Kohlensäure. Das Ziel dieser Aufbereitung (nur Trinkwasser!) ist das Erreichen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes.

Dieses Gleichgewicht lässt sich in vielen Fällen entweder mittels Dosierung von Natronlauge oder aber über Filtration von kalkhaltigen Granulaten wie Calciumkarbonat, Jurakalk, Marmorkies oder Dolomit erreichen.

Die Filtration über Granulate wird oftmals in der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt und ist insbesondere für den Privatanwender die einfachste Möglichkeit, sein Brunnenwasser in den Griff zu bekommen.

Er wird sie möglichst immer dann anwenden, wenn in der Wasseranalyse sinngemäß steht:
- Wasser ist korrosiv
- Wasser ist calcitlösend
- Calciumkarbonat-Sättigung ist nicht gegeben
- SI (=Sättigungsindex) < 0

 

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4. Prinzip der Entsäuerung in geschlossenen Schnellfiltern

 

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5. Woher kommt unser Calciumcarbonat

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6. Mögliche Probleme bei der Entsäuerung von Trinkwasser

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5. Einsatzgrenzen von Calciumkarbonat

Problembereiche Arbeitsbereich
Eisengehalt <
Temperaturbereich 3 bis 35°
pH-Bereich
Alkalinität  
Organische Stoffe < 5 mg/lt
Öl = 0 mg/ltr

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6. Verfahrensschema der Schnellfiltration mit Calciumkarbonat

Die Anwendung erfolgt in einem normalen Filtrationsverfahren ( siehe Bild 1).
Durch ein periodisches Rückspülen wird das Filtrat ausgespült.

 

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7. Allgemeine Betriebsbedingungen der Schnellfiltration mit Calciumkarbonat

   
Korngrößen in mm 0,6
Einsatzgebiet Industrie
Schüttgewicht in kg/ltr 1,4
Filtergeschwindigkeit in m/h* 7-12 abhängig von Anwendung
Rückspülung in m/h** 45
Rückspüldauer in Minuten 20-30
Stützschicht (Kies) in cm 35
Filterschichthöhe in cm 75-90
Freibord, % des Filterbetts 35-50

*  bei optimalen Bedingungen, weiteres siehe Filtertechnik
** Die zusätzliche Anwendung von Luftspülung ist vorteilhaft, wenn der Filterwiderstand um 0,2 bar zugenommen hat. Vor Einsatz ist ein Test empfehlenswert.

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8. Druckverlust

Im untenstehenden Diagramm  ist der Druckverlust in Abhängigkeit von der Filtergeschwindigkeit dargestellt. Ein Druckverlust von 0,5 bar sollte nicht überschritten werden. Spätestens bei Erreichen dieser Druckdifferenz ist eine Rückspülung durchzuführen

Diagramm Druckverlust Filter mit Calciumkarbonat

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9. Bettausdehnung

Im untenstehenden Diagramm ist die Expansion des Filterbettes während der Rückspülung dargestellt als Funktion der Wassertemperatur.
Die Rückspülung ist für 20 - 30 Minuten durchzuführen bei einer Bettexpansion von 35 - 45%.

Diagramm Bettausdehnung von Calciumkarbonat

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7. Welcher Anlagentyp soll es sein

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8. Was ist sonst noch beim Einsatz von Entsäuerungsanlagen zu beachten?

 

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1. Marmorkies

Die notwendige Kiesmenge setzt sich aus Reaktions- und Verbrauchsmenge zusammen.

1. Reaktionsmenge

Summe der gebundenen und freien Kohlensäure [mg/l] 10 20 30 40 50 60
Reaktionsmenge m³ je m³/h Durchlauf 0,4 0,7 1,0 1,3 1,5 1,7

2.Verbrauchsmenge: 2,3 g Marmor/m³ Wasser/h für 1 mg/l = 1 g/m³ umgesetztem CO2 bzw. etwa 10mg/mmol umgesetztem CO2

Aufhärtung: 0,127°dH je mg/l umgesetztem CO2

Nachfüllzeit: 3 bis 6 Monate

Schüttgewicht: 1200 kg/m³ = 1,2 t/m³

Filterart: nur offene Filter üblich

Filterkiesschichthöhe:  i.a. 1,0 bis 1,5 m (2,5 m)

Filtergeschwindigkeit:  0,6 bis 2,5 m/h

Reaktionszeit: 30 bis 270 min. für 10 bis 50 mg/l freier Kohlensäure

Dolomitisches Filtermaterial

 Reaktionsmenge in Abhängigkeit vom Gehalt an aggressivem CO2 und Eisen für 1 m³/h Wasserdurchlauf

Gehalt an freiem CO2 bis 10 mg/l 10 bis 20 mg/l 30 mg/L
Reaktionsmenge ohne Eisengehalt

Reaktionsmenge mit Eisen bis 2 mg/l

Reaktionsmenge mit Eisen über 2 mg/l

180 kg

200 kg

225 kg

225 kg

250 kg

275 kg

250 kg

270 kg

300 kg

Manganhaltiges Wasser erfordert zusätzlich 100 kg dolomitisches Filtermaterial für 1m³/h (alle Werte nur grobe Anhaltswerte).

Verbrauchsmenge

: 1,3 g/m³ Wasser/h für 1 mg/l umgesetztem CO2 bzw. etwa 55 mg/mmol CO2
Aufhärtung: 0,1 °dH je mg/l umgesetztem CO2 bzw. 0,7 mmol/l je mmol/l umgesetztem CO2

Nachfüllzeit: 3 Monate bei kleinen Werken, sonst öfter bzw. es darf die festgelegte Schichthöhe durch den Verbrauch nicht um mehr als 10 % unterschritten werden

Schüttgewicht:1,1 bis 1,2 t/m³

Filterschichthöhen:

 - offene Anlagen: 1,0 bis 2,0 mtr
- geschlossene Anlagen:1,5 bis 3,0 mtr (4,0 m)
Reaktionszeit: 10 bis 20 min. für 10 bis 90 mg/l freier Kohlensäure

Kalkhydrat

 Verbrauchsmenge: 0,84 mg Ätzkalk, berechnet auf 100% Calciumoxydhydrat, je mg abgebundenem CO2

Aufhärtung: 0,064 ° d je mg/l abgebundenem CO2

Natronlauge

Verbrauchsmenge: 0,91 mg Ätznatron je mg CO2

Aufhärtung: keine Erhöhung der Karbonathärte

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