Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR DETERMINING THE CALCITE EQUILIBRIUM IN WATER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/002465
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an online device for determining the $g(D)pH value of water by means of two pH sensors (20, 36) and a saturation tank (28) containing a calcite bed (30) relating to an evaluation unit. The pH value of the water is first measured using the first pH sensor (20), and is then determined using the second pH sensor (36), after the calcite saturation equilibrium has been reached. The $g(D)pH value is produced by calculating the difference in the measuring/control unit (52).

Inventors:
COPPOLA FRANCO (DE)
Application Number:
PCT/EP2001/007481
Publication Date:
January 10, 2002
Filing Date:
June 29, 2001
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
WASSERVERBAND HESSISCHES RIED (DE)
COPPOLA FRANCO (DE)
International Classes:
C02F1/66; C02F1/68; G01N33/18; C02F5/00; (IPC1-7): C02F1/66; C02F1/00; C02F1/68; G01N33/18
Foreign References:
US5795996A1998-08-18
DE1283568B1968-11-21
DE2162123A11973-06-20
DE4431911A11996-03-14
DE4403682A11995-08-10
Attorney, Agent or Firm:
Luderschmidt, Wolfgang (John-F.-Kennedy-Strasse 4 Wiesbaden, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Einstellung des Calcitgleichgewichts von Wasser, aufweisend eine ApHWertBestimmungseinheit (10), die jeweils die pHWerte von Wasser stromauf und stromab eines Calcit enthaltenden Gefäßes mißt und aus den gemessenen Werten den ApHWert bestimmt, eine ApHWert Diskriminierungseinheit (52), die mit der Einheit (10) verbunden ist und zwischen positiven, negativen und neutralen ApHWerten diskriminiert, eine Dosiereinheit (56), die Dosiermittelreservoire (58), (60), (61) aufweist und entsprechend dem Diskriminierungsergebnis der Diskriminierungseinheit (52) angesteuert wird und vorbestimmte Mengen an Dosiermitteln zur Einstellung des CalcitGleichgewichts an Wasser abgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des ApHWertes von Wasser (10) mit einer Zuführleitung (12) für Rohwasser, in die ein erstes Meßgefäß (18) mit einem ersten pHSensor (20) eingeschaltet ist, einer Verbindungsleitung (24), die vom Meßgefaß (18) abgeht und mit einem Calcit (30) enthaltenen Sättigungsgefäß (28) verbunden ist, einer vom Sättigungsgefäß (28) abgehenden Abzugsleitung (32), in die ein zweites Meßgefäß t (34) mit einem zweiten pHSensor (36) eingeschaltet ist, einer Pumpe (26), die im aktivierten Zustand Wasser fördert und in eine der Leitungen (12,24,32) eingeschaltet ist, und einer Auswertungs/Steuerungseinheit (42), die mit den pH Sensoren (20,36) und der Pumpe (26) verbunden ist, die Pumpe (26) nach einem vorbestimmten Aktivierungsprotokoll steuert und den Differenzwert der Messungen der beiden pHSensoren (20,36) in vorbestimmter Weise ermittelt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (24) und die Abzugsleitung (32) über eine Bypassleitung (40) verbunden sind, die stromauf des Sättigungsgefäßes (28) in ein DreiWegeVentil (39) mündet, das zwischen der Pumpe (26) und dem Sättigungsgefäß (28) in der Verbindungsleitung (24) angeordnet ist und im aktivierten Zustand Wasser an dem Sättigungsgefäß (28) vorbei zur Abzugsleitung (32) leitet, und die Auswertungssteuereinheit (42) im aktivierten Zustand des DreiWegeVentils (39) eine Kalibrierung der beiden pH Sensoren (20) und (36) vornimmt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf der ersten pHMeßeinrichtung (16) in der Zuführungsleitung (12) ein Partikelfilter (14) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßund Auswerteeinheit (42) mit einer Anzeigeeinheit (46) zur Darstellung des ApHWerts und mit einer Eingabeeinheit (45) versehen ist, über die eine Korrekturfunktion zur Ermittlung des ApHWertes eingegeben werden kann.
6. Vorrichtung gekennzeichnet durch nach einem der Ansprüche 15, gekennzeichnet durch eine Dosiereinheit (56), die ein erstes Dosiermittelreservoir (58) ein zweites Dosiermittelreservoir (60) und ein drittes Dosiermittelreservoir (61) aufweist, von denen jeweils Abzugsleitungen (62,64 und 69) abgehen, in die jeweils Dosierpumpen (66,68 bzw. 68) eingeschaltet sind, Aktivierungsleitungen (72,74 bzw. 75), die einerseits mit dem Ausgang der Diskriminierungseinheit (52) und andererseits mit den Dosiermittelreservoiren (58,60 bzw. 61) derart verbunden sind, daß die Diskriminierungseinheit (52) bei einem negativen ApHWert über die Aktivierungsleitung (72,75) die erste Dosierpumpe (66) über einen vorbestimmten Zeitraum zur Abförderung einer vorbestimmten Menge an erstem Dosiermittel aktiviert und bei einem positiven ApHWert über die zweite Aktivierungsleitung (74) die zweite Dosierpumpe (68) über einen vorbestimmten Zeitraum aktiviert, um eine vorbestimmte Menge an zweitem Dosiermittel zu einem Behandlungsbecken zu dosieren.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminierungseinrichtung (52) mit einer Eingabeeinheit (54) zur Eingabe von Dosiermittelparametern verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Dosiermitterlreservoir (58) Natronlauge, eine Calciumhydroxidoder Calciurncarbonataufschlämmung, im zweiten Dosiermittelreservoir (60) eine Salzsäurelösung und im dritten Dosiermittelreservoir (61) ein Puffergemisch jeweils in vorbestimmter Konzentration vorgesehen sind.
Description:
Vorrichtung zur Einstellung des Calcitgleichgewichts von Wasser Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einstellung des Calcitgleichgewichts von Wasser.

Der tägliche Wasserverbrauch kann häufig nicht mehr durch Grund-oder Quellwasser bereitgestellt werden. In der Bundesrepublik Deutschland werden daher Oberflächenwässer aus Seen oder Flüssen zur Herstellung von Trinkwasser herangezogen, wobei diese Oberflächenwässer mehr oder weniger umweltbelastet sind.

Es müssen daher suspendierte, kolloidale oder auch gelöste Wasserinhaltsstoffe aus derartigem Rohwasser entfernt werden, was üblicherweise durch Flockungsmittel geschieht. Jedoch bewirkt die Zugabe von Flockungsmittel eine Änderung des pH- Wertes. Für die Wassergüte ist der pH-Wert ein besonders wichtiger Parameter, also der Säuregrad des Wassers, der zum weit überwiegenden Maße durch das in Wasser gelöste COZ bestimmt wird. Das C02 liegt dabei als in Wasser gelöstes CO2 vor, das mit der hypothetischen Kohlensäure gemäß der Gleichung 1 im Gleichgewicht vorliegt.

Gleichung (1) C°2 + Hz0 HZC03 (1) Die Kohlensäure liegt im Gleichgewicht (Gleichung 2) mit dem Bicarbonat-Ion.

Gleichung (2) H2CO3 + H20 0 H3O+ + HC03- (2) Der entsprechende pKl-Wert liegt bei 6,356 für dieses Gleichgewicht. Hieraus errechnet sich gemäß der Gleichung (3) der pH-Wert Gleichung (3) pH = 6,356 + log [HCO3-]/[CO2] (3) gemäß der speziell in der Medizin bekannten Henderson-Hasselbach-Gleichung.

Das Bicarbonat-Ion dissoziiert weiter gemäß der Gleichung (4) Gleichung (4) HCO3-+H2O # H3O+ + CO32- (4) in das Carbonat-Ion, wobei hierfür ein pK2-Wert von 10, 329 bekannt ist.

Wesentlich für dieses Gleichgewicht ist das Aufnahmevermögen von Wasser für das CO2, das zu niedrigeren Temperaturen hin zunimmt. So kann Wasser bei 20°C etwa 0,9 l CO2 entsprechend etwa 37 mmol/1 CO2 aufnehmen. Bei 0°C und Normaldruck nimmt dabei Wasser ca. das doppelte CO2-Volumen auf.

Infolgedessen ist der pH-Wert des Wassers durch die unterschiedliche Aufnahmefähigkeit von CO2 auch von der Umgebungstemperatur und zwangsläufig auch vom Umgebungsdruck abhängig.

Der Verlauf der einzelnen Kohlesäureformen in Abhängigkeit vom pH-Wert ist aus der Abbildung 1 ersichtlich. Dabei charakterisieren die pH-Werte 4,3 und 8,2 also die Dissoziationsstufe der Kohlensäure und entsprechen den pH-Sprüngen auf der Titrationskurve.

Je nach dem, ob mit einer Säure auf pH 4,3 oder mit einer Lauge auf pH 8,2 titriert wird, unterscheidet man zwischen der Säurekapazität Ks4 3 und der Basenkapazität Kob82- Dabei ist das Kohlensäuregleichgewicht im Wasser im Wesentlichen durch dessen Kalkgehalt bestimmt.

Nach der Gleichung (5) HCO3-+ Ca2+ 0 CaHCO3+ (5) liegt das Calcium-Ion mit dem Bicarbonat im Gleichgewicht und nach der Gleichung (6) CO32- + Ca2+ # CaC03 (6) das Carbonat-Ion mit dem Calcium-Ion im Gleichgewicht vor.

Gemäß der letzten Gleichung fällt Kalk als permanente Wasserhärte aus, während das gemäß Gleichung (4) vorliegende Calciumhydrogencarbonat in Wasser löslich ist.

Um eine gewisse Menge Hydrogencarbonat in Lösung zu erhalten, ist eine gewisse Menge zugehöriger Kohlensäure zwangsläufig notwendig (Gleichung 2). Ist das vorhandene CO2 hierzu gerade ausreichend, so befindet sich das Wasser im Kalk- Kohlensäuregleichgewicht, wobei sich hierdurch ein Sättigungs-pH-Wert ergibt, der auch als pH-Wert der Calcitsättigung genannt wird. Reicht der im Wasser vorhandene CO2-Gehalt nicht aus, um den notwendigen Anteil an Hydrogencarbonat für das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht zu stellen, wird Kalk abgeschieden, das heißt das Wasser ist"kalkabscheidend", ist jedoch im Wasser mehr CO2 vorhanden, als zur Aufrechterhaltung des Kalk-Kohlensäure- Gleichgewichts notwendig ist, so ist das Wasser"kalkaggressiv"und greift somit kalkhaltige Zusammensetzungen, beispielsweise Beton an, d. h. ist betonkorrodierend. Demzufolge wird die Einstellung des pH-Wertes des Kalk- Kohlensäure-Gleichgewichts in der Deutschen Trinkwasserverordnung vorgeschrieben. Dabei bleiben Schwankungen des pH-Werts des Wassers unter dem pH-Wert der Calciumcarbonatsättigung bis zu 0,2 pH-Einheiten bei der ApH- Wert-Messung unberücksichtigt, die nachstehend erläutert ist.

Die Einstellung des pH-Wertes auf den Sättigungs-pH des Trinkwassers muß bestimmte Werte für die Wasserqualität erfüllen, wie sie in der EC-Verordnung 98/83 und der DIN 38404-C10-R (1995) vorgeschrieben sind.

Der ApH-Wert wird dabei folgendermaßen gemessen. Zunächst wird der pH-Wert von unbehandeltem Wasser bestimmt. Anschließend wird dieses Wasser bis zur Sättigung mit Calcit behandelt, wobei es sich entsprechend der Löslichkeit von Kalk das Wasser mit Calciumcarbonat/Calciumhydrogencarbonat sättigt.

Entsprechend den Gleichungen 3,5 und 6 stellt sich ein Sättigungs-pH-Wert ein, der anschließend gemessen wird.

Es wird dann der ApH-Wert zwischen der Anfangs-und der Endmessung bestimmt.

Wenn sich ein Wasser im Zustand der Calcit-Sättigung befindet, ist der ApH Null, d. h. das Wasser besitzt bereits den Sättigungs-pH-Wert. Ist dieser Wert negativ, dann ist ein Wasser calcitlösend, bzw. das Wasser ist calcitabscheidend, wenn der Wert positiv ist.

Die bisherigen ApH-Messungen wurden üblicherweise nach DIN-Vorschriften durchgeführt, d. h. die Präzision und die Handhabbarkeit der gesamten Anordnung weist erhebliche Mängel auf. Insofern ist eine präzisere und technisch einsetzbare Anordnung zur ApH-Wertmessung von Wasser wünschenswert.

Des gleichen besteht ein Bedarf nach der Anwendbarkeit der gemessenen ApH- Werte für die Einstellung des Wassers beim Sättigungs-pH-Wert (Calcit-Sättigung).

Hierzu werden die jeweiligen Säure-und Basenkapazitätswerte von Wasser bestimmt, üblicherweise mittels Titration mit HCl/NaOH zu pH-Werten von 4,3/8,2.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die unter Nutzung des gemessenen ApH-Wertes das Wasser in den Zustand der Calcit-Sättigung überführen kann.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört ein Online-ApH-Meßgerät, bei dem stromauf und stromab eines Calcit (CaC03) enthaltenden Filtergef : ßes je ein pH- Meßgerät in einer Zuführungsleitung beziehungsweise Abzugsleitung vorgesehen sind. In dem genannten Leitungssystem wird im Durchfluß der pH-Wert nach vorbestimmten Zeiten online gemessen.

Hierzu wird mittels einer in die Zuführungsleitung eingeschalteten Pumpe Rohwasser zu einem Zeitpunkt to zugeführt, wobei der erste pH-Wert stromauf des Filtergefäßes bestimmt wird. Im Anschluß daran wird dieses noch unbehandelte Wasser für einen vorbestimmten Zeitraum in das Calcit enthaltende Filtergefäß eingeführt, in den sich der Gleichgewichtszustand zwischen dem festen Calcit und Wasser entsprechend den Gleichungen 1-6 einstellt.

Die Sättigungskurve für Calciumhydrogencarbonat entspricht einer e-Funktion aufgrund einer Reaktion zweiter Ordnung, so daß an vorbestimmten Zeitpunkten der Messung der Sättigungsgrad einer Lösung vorausgesagt werden kann, der sich üblicherweise erst nach 1-2 Stunden in Abhängigkeit von der Korngröße des eingesetzten Calcits einstellt.

Es hat sich herausgestellt, daß etwa 80 % des Bicarbonatgehalts eines bestimmten Wassers in einer solchen Calcit-Filteranordnung nach etwa 30 Minuten Verweilzeit in dem Gefäß erreicht sind. Dabei werden üblicherweise Korngrößen an Calcit von 0,25-2 mm eingesetzt, denn die Auflösung des Calcits hängt unter anderem auch von der Korngröße des eingesetzten Calcit-Materials ab. Es liegt vorteilhafterweise um l mm i 0, 5 mm.

Ist das Wasser im Calcit-Gleichgewicht bzw. kann die Sättigungskonzentration von CalcitBicarbonat nach einem vorbestimmten Zeitraum der Reaktion bzw. einer vorgesehenen Verweilzeit errechnet werden, dann wird das behandelte Wasser aus dem Filtergefäß befördert und dem zweiten pH-Meter zugeführt, in dem die zweite pH-Wert-Messung stattfindet.

Der erste und der zweite gemessene pH-Wert werden zur Ermittlung des ApH- Wertes durch Differenzbildung herangezogen, aus dem sich bei einem negativen Wert ein calcitlösendes Wasser und bei einem positiven Wert ein calcitabscheidendes Wasser ergibt.

Die eingesetzten pH-Meßwerte sind üblicherweise pH-Einstab-Meßketten, die vorzugsweise temperiert (mit dem zu bestimmenden Wasser) sind, um bei einer vorbestimmten Bewertungstemperatur, üblicherweise der Wassertemperatur exakte Meßwerte ermitteln zu können.

Um die beiden pH-Meter exakt aufeinander abzugleichen, wird nach bestimmten Zeiträumen eine Kalibrierungsmessung vorgenommen. Hierzu ist vorteilhafterweise eine Bypass-Leitung mit einer entsprechenden Dreiwegeventilanordnung in der Verbindungsleitung zwischen dem ersten pH-Meßgerät und dem Filtergefäß vorgesehen, die an dem Filtergefäß vorbei die beiden pH-Meter gleichzeitig verbindet. Es wird dann zugleich an beiden pH-Metern eine Messung mit demselben Wasser vorgenommen und im Anschluß daran werden die beiden gemessenen pH-Werte aufeinander abgeglichen.

Des weiteren ist vorteilhafterweise in der Verbindungsleitung stromauf des Filtergefäßes eine Pumpe, üblicherweise eine Membranpumpe, vorgesehen, die das Rohwasser durch die gesamte Leitung führt. Hierzu ist eine Steuereinheit vorgesehen, die die Messung der pH-Meter, die Pumpe und die Drei-Wege- Anordnung zeitabhängig steuert. Die zugleich hierin vorhandene Auswerteeinheit ermittelt aus den Meßwerten der beiden pH-Meter, den ApH-Wert beziehungsweise gleicht die pH-Meter im Kaliberierungsvorgang ab.

Schließlich ist stromauf des ersten pH-Meters ein Partikelfilter, vorteilhafterweise in Form eines Sandbetts vorgesehen, der im Rohwasser noch befindliche Partikel, beispielsweise Micro-Flocken aus der Flockenbildungsanlage, abscheidet.

Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört weiterhin eine Vorrichtung für die Einstellung von Wasser auf den Calcit-Sättigungswert, die aufgrund der ApH- Wertbestimmung betrieben wird.

Hierzu ist die vorstehend beschriebene Meß-und Auswertevorrichtung mit einer Diskriminierungseinrichtung versehen, die zwischen einem positiven, negativen oder neutralen ApH-Wert unterscheiden kann.

Je nachdem, wie die Bewertung in dieser Einrichtung ausfällt, wird eine Dosierungseinheit angesteuert, die bei einem positiven ApH-Wert eine Säure abgebende Einrichtung, vorzugsweise Salzsäure, ansteuert, aus der eine vorbestimmte Menge zur Einstellung des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts entsprechend einem ApH-Wert auf Null dem Rohwasser zugeführt wird.

Ist andererseits der ApH-Wert negativ, ist die Diskriminierungseinrichtung mit einem Kalk-oder Natronlauge beziehungsweise Puffer bereitstellenden Reservoir verbunden, aus dem vorbestimmte Mengen zur Einstellung des Kalk-Kohlensäure- Gleichgewichts entsprechend einem ApH-Wert auf Null dem Rohwasser zugeführt wird.

Hierzu sind jeweils von der Auswerteeinheit ansteuerbare Dosierpumpen vorgesehen, die pro Zeiteinheit vorbestimmte Mengen an Säure/Base zum Rohwasser zufuhren und dies ins Gleichgewicht bringen.

Vorteilhafterweise läßt sich bei einem negativen ApH-Wert eine Korrelation ziehen zwischen dem gemessenen ApH-Wert und der Lösungskapazität von Calcit Db.

Dies ist in der Figur 2 dargestellt. Dabei ist die Lösungskapazität mit dem ApH- Wert über die Gleichung (7) Gleichung (7) Dtb = 25,843 ApH + 6,9025 (7) im Gleichgewicht.

Gleichung (7) wurde in Anlehnung an das Berechnungsverfahren R3 nach DIN 38404-C10-R3 iterativ ermittelt, wobei das eingangs erwähnte Meßverfahren zur Bestimmung des ApH-Wertes mit dem R3-Berechnungsverfahren angeglichen worden ist. Bei dem Berechnungsverfahren R3 nach DIN 38404-C10-R3 wird die Berechnung der Calcitsättigung eines Wassers unter Berücksichtigung von Komplexen des Calciums und Magnesiums mit Hydrogencarbonat, Carbonat und Sulfat sowie der Ionenaktivitätskoeffizienten und der Temperaturabhängigkeit verstanden.

Bei diesem Berechnungsverfahren R3 müssen folgende Analysenwerte bekannt sein : Der pH-Wert des zu untersuchenden Wassers bei der Meßtemperatur, die Meßtemperatur des Wassers in °C, die Bewertungstemperatur des Wassers, auf die die Aussage des Verfahrens bezogen werden soll, in °C, die elektrische Leitfähigkeit bei 25°C in mS/m, die Säurekapazität bis pH 4,3 in mmol/l sowie sämtliche Anionen und Kationen.

Auf dieses Verfahren gemäß DIN 38404-C13-R3 wird ausdrücklich aus Offenbarungsgrunden Bezug genommen.

Dieses iterative Verfahren gilt gleichermaßen auch für positive ApH-Werte, um ausreichend Säure zur Einstellung des Calcit-Gleichgewichts bereitzustellen.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachstehend beschrieben.

Es zeigen Figur l die Abhängigkeit des pH-Werts von den einzelnen Kohlensäureformen, Figur 2 die Korrelation zwischen dem ApH-Wert und der Lösungskapazität von Calcit Dtb, Figur 3 eine Vorrichtung zur Bestimmung des ApH-Werts im Online-Verfahren und Figur 4 eine Vorrichtung zur Einstellung des Calcit-Gleichgewichts unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Figur 3.

In Figur 3 ist eine Vorrichtung 10 zur Bestimmung des ApH-Werts gezeigt. Sie weist eine Zuführungsleitung 12 auf, in die ein Partikelfilter 14 vorteilhafterweise eingeschaltet ist, das das aus einer Vorreinigungsstufe (hier nicht dargestellt) kommende Wasser von Grobpartikeln, insbesonders Flocken reinigt.

Dieser Partikelfilter (14) weist üblicherweise Sand als Filtermaterial auf.

Die Zuführungsleitung mündet in eine erste pH-Meßeinrichtung 16, die ein Meßgefäß 18 aufweist, in die ein erster pH-Sensor 20 eintaucht. Das Meßgefäß 18 ist weiterhin mit einer Temperiereinrichtung 22 versehen, die das in dem Meßgefäß 18 vorhandene Wasser auf Bewertungstemperatur, beispielsweise auf 20°C temperiert. Die Bewertungstemperatur liegt üblicherweise bei der Temperatur des aufzubereitenden Wassers, d. h. das Meß-Wasser dient ebenfalls zur Temperierung.

Vom Meßgefäß 18 zweigt eine Verbindungsleitung 24 ab, in die vorteilhafterweise eine Pumpe 26 eingeschaltet ist. Die Verbindungsleitung 24 mündet in ein Sättigungsgefäß 28, das mit einem Calcitbett 30 gefüllt ist. Das Sättigungsgefäß 28 ist weiterhin mit einer Temperiereinrichtung 29 versehen, die das in dem Sättigungsgefäß 28 vorhandene Calcit und Wasser auf Bewerungstemperatur temperiert. Von dem Sättigungsgefäß 28 geht eine Abzugsleitung 32 ab, in die ein zweites Meßgefäß 34 eingeschaltet ist, in das ein zweiter pH-Sensor 36 eintaucht.

Gegebenenfalls ist dieses zweite Meßgefäß 34 mit einer Temperiereinrichtung 38 verbunden.

Stromab des Meßgefäßes 34 mündet die Abzugsleitung in einen Ablauf.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist stromauf des Sättigungsgefäßes 28 und stromab der Pumpe 26 eine Drei-Wege-Anordnung 39 in die Verbindungsleitung 24 eingeschaltet, die im 1,2-Betrieb die Verbindungsleitung 24 mit dem Sättigungsgefäß 28 verbindet und im 1,3-Betrieb über eine Bypass-Leitung 40 die Verbindungsleitung 24 direkt mit der Abzugsleitung 32 stromauf des zweiten Meßgefäßes 34 verbindet. In diesem 1,3 Betrieb wird zugleich eine Kalibrierung der beiden pH-Sensoren 20,36durch die Meß-und Steuerungseinheit 42 vorgenommen.

Des weiteren weist die Vorrichtung 10 eine Meß-und Steuereinheit 42 auf, die über Meß/Steuerleitungen 44,47,48 und 50 mit den ersten und zweiten pH-Sensoren 20, 36 sowie mit der Pumpe 26 und der Drei-Wege-Anordnung 39 verbunden ist.

Die Vorrichtung zur Bestimmung des ApH-Werts 10 wird folgendermaßen betrieben : Mittels der Pumpe 26 wird über die Zuführungsleitung 12 vorgereinigtes Rohwasser dem Meßsystem zugeführt. Es wird hierbei in dem Partikelfilter 14 zunächst von Microflocken befreit, bevor es in das erste Meßgefaß 18 gelangt. Es wird mittels des ersten pH-Sensors 20 der erste pH-Wert des Rohwassers ermittelt und über die Leitung 44 an die Meß-und Steuereinheit 42 abgegeben.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird die Pumpe 26 kontinuierlich mit einer solchen Pumprate so betrieben, daß das Wasser ausgangs des Sättigungsgefaßes 28 in Calcit-Gleichgewicht ist bzw. in einem solchen Zustand, daß aufgrund des gemessenen Werts der Calcit-Gleichgewichtswert errechnet werden kann Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird die Pumpe 26 diskontinuierlich betrieben. Dabei wird das Sättigungsgefäß 28 in hoher Pumprate schnell mit Rohwasser gefüllt. Anschließend wird die Pumpe 26 desaktiviert und die Equilibrierung des zu behandelnden Wassers mit dem Calcit in dem Sättigungsgefäß über eine vorbestimmte Zeiteinheit durchgeführt. Danach wird das zu behandelnde Wasser durch frisches Wasser per Aktivierung der Pumpe 26 ersetzt und desgleichen ein pH-Meßvorgang in dem zweiten Meßgefäß 34 eingeleitet.

Es wird also mit der Pumpe 26 ausreichend viel Wasser dem Sättigungsgefäß 28 kontinuierlich unter Berücksichtigung der Verweilzeit zugeführt. Diese Zufuhrung erfolgt solange, bis das gesamte Sättigungsgefäß 28 mit dem frisch zugeführten Rohwasser gefüllt ist. Im Anschluß daran wird die Pumpe 26 stillgesetzt (diskontinuierlicher Betrieb) oder so langsam weiterbetrieben (kontinuierlicher Betrieb), bis sich in dem Sättigungsgefäß 28 ein Gleichgewicht zwischen dem zugeführten Wasser und dem in dem Sättigungsgefäß 28 befindlichen Calcit in Form von Calcitpartikeln mit einer Korngröße von 0,5-2 mm einstellt. Diese Sättigung erfolgt entsprechend einer e-Funktion.

Vorteilhafterweise wird nach einem vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise nach 30 Minuten, die Pumpe 26 erneut betätigt, so daß das in einem bestimmten Calcit- Gleichgewicht befindliche Wasser aus dem Sättigungsgefäß 28 in das zweite Meßgefäß 34 überführt wird. Andererseits erfolgt der Betrieb der Pumpe 26 so langsam, daß sich dieses Gleichgewicht beim Austritt des Wassers aus dem Sättigungsgefäß eingestellt hat. Dort wird mit dem zweiten pH-Sensor 36 der zweite pH-Wert ermittelt und über die Meßleitung 50 an die Meßeinheit 42 abgegeben. Dieser ermittelt durch Differenzbildung den ApH-Wert im on line- Verfahren.

Für den Fall, daß die Sättigung des Wassers mit Calcit nicht erreicht ist, was üblicherweise bei einer Behandlungszeit von 30 Minuten nicht der Fall ist, erfolgt eine Berechnung des Sättigungscalcit-Wertes auf der Basis des ermittelten pH- Wertes entsprechend empirisch ermittelter Tabellenwerte, die mit einer Eingabeeinheit 45 in die Meß-und Auswerteeinrichtung eingegeben werden. Der ApH-Wert selbst wird in einer Anzeigeeinheit 46 angezeigt.

Aus dem gemessenen bzw. hochgerechneten ApH-Wert kann anhand seines positiven, negativen oder eines fehlenden Vorzeichens geschlossen werden, ob das Wasser calcitabscheidend, calcitlösend oder im Kalk/Kohlensäure-Gleichgewicht ist.

In Figur 4 ist eine weitere Vorrichtung 50 zur Einstellung des Sättigungs-pH-Werts in Wasser gezeigt. Dabei wird die Vorrichtung, wie sie in Figur 3 gezeigt ist, verwendet. Insofern gelten die gleichen Bezugszeichen wie bei der Vorrichtung 10.

Die Anzeigeeinheit 46 stellt den ApH-Wert, wie er in der Vorrichtung 10 bestimmt worden ist, bereit. Dabei wurde in die Meß-und Auswerteeinheit 42 mittels der Eingabeeinrichtung 45 eine Korrekturfunktion eingegeben, die empirisch ermittelt worden ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Calcitsättigungsgleichgewicht in Wasser.

Die Anzeigeeinheit 46 ist an eine Diskriminierungseinheit 52 angeschlossen, die zwischen einem positiven, negativen oder einem neutralen ApH-Wert unterscheidet.

Dies ist insofern bedeutsam, als ein negativer Wert für die calcitlösende Eigenschaft des Wassers spricht, während ein positiver Wert ein calcitabscheidendes Wasser darstellt, so daß unterschiedliche Agenzien dem zu behandelnden Wasser zugefügt werden müssen.

Des weiteren ist die Diskriminierungseinheit 52 mit einer zweiten Eingabeeinheit 54 verbunden, in die Korrelationsparameter, insbesondere Dosiermittelparameter eingegeben werden können, wie sie aus der Figur 2 ersichtlich sind. Es kann insbesondere die Gleichgewichtsgleichung 7 mittels der Eingabeeinheit 54 eingegeben werden, so daß die Diskriminierungseinheit 52 bei bekanntem ApH- Wert die Calcitkapazität errechnen kann. Des weiteren können, wie nachstehend erläutert, Dosiermittelparameter für den Betrieb einer Dosiereinheit 56 eingegeben werden.

Die Dislcriminierungseinrichtung 52 ist mit einer Dosiereinheit 56 verbunden, die über ein erstes Dosiermittelreservoir 58 für negative ApH-Werte, ein zweites Dosierreservoir 60 für positive ApH-Werte und ein drittes Dosierreservoir 61 für neutrale oder negative ApH-Werte verfugt. Das erste Dosierreservoir 58 weist als Dosiermittel Calciumcarbonat-oder Calciumliydroxidaufschlämmung oder eine Natronlaugelösung auf, während das zweite Dosiermittelreservoir 60 als Dosiermittel beispielsweise Salzsäure aufweist. Das dritte Dosierreservoir 61 weist als Dosiermittel Puffer auf. Als Puffermittel kommen Hydrogencarbonate oder Carbonate von Calcium oder Magnesium sowie Natrium allein oder im Gemisch in Frage.

Die drei Dosiermittelreservoire 58,60 und 61 sind mittels Abzugsleitungen 62,64 und 65, in die jeweils erste, zweite und dritte Dosierpumpen 66,68 und 64 eingeschaltet sind, mit einem Wasserbehandlungsbecken 70 verbunden. Letzteres ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Die drei Dosierpumpen 66,68 bzw. 69 sind über Steuerleitungen 72,74 und 75 mit der Diskriminierungseinheit 52 und darüber hinaus mit der Meß-und Steuereinheit 42 verbunden. Sie werden entsprechend dem gemessenen ApH-Wert und der in Behandlungsbecken 70 zu behandelten Menge Wasser, die eine vorgegebene Größe ist, über eine bestimmte Zeitdauer aktiviert und fördern jeweils aus den Dosiermittelreservoiren 58, 60 bzw. 61 eine vorbestimmte Menge Dosiermittel je Zeiteinheit in das Behandlungsbecken, in dem das Wasser in das Calcit- Gleichgewicht überführt bzw. gehalten wird. Bekannt (eingegeben über die Eingabeeinheit 54) ist dabei der Gehalt bzw. die Konzentration des Dosiermittels in den jeweiligen Dosiermittelreservoiren 58, 60 und 61, so daß bei Aktivierung der Dosierpumpen 66,68 bzw. 69 über die Aktivierungsleitungen 72,74 bzw. 75 innerhalb der Aktivierungsperiode eine vorbestimmte Menge Dosierungsmittel zum Behandlungsbecken 70 zugeführt werden kann. Dort kann eine Behandlung des Wassers, beispielsweise 5000 m3/h erfolgen. Sämtliche vorstehend beschriebenen Behandlungsparameter können über die Eingabeeinheit 54 in die Steuereinheit 42/52 eingegeben werden, so daß die Dosiereinheit 56 gesteuert werden kann.

Dieses zu Trinkwasserqualität aufbereitete Oberflächenwasser wird dem Grundwasser bzw. der landwirtschaftlichen Beregnung über Femleitungen zugeführt, wo eine weitere Equilibrierung erfolgen kann.