在水处理系统中通过软化水或混合水的导电性确定未处理水的硬度

本发明涉及操作水处理系统的方法，所述水处理系统具有

-软化装置，所述软化装置特别包含离子交换树脂，

-电导式传感器，

-电控制器和

-可自动调整的混合器，所述可自动调整的混合器用于混合来自第 一软化支流V(t)_{支流1软化}和引导未处理水的第二支流V(t)_{支流2未处理}的混合 水流V(t)_混合。

这种方法通过DE 102007059058B3已知。

当通过通常的供应系统(例如饮用水网络)仅能获得相对硬的水 并且出于技术原因或舒适原因需要软化的水时，普遍使用水软化。

在水软化时使用通常根据离子交换法工作的软化器。在此，包含 在水中的硬度形成物(钙离子和镁离子)在离子交换树脂中与钠离子 交换。当离子交换树脂耗竭时，必须使其再生，例如通过用盐水漂洗。

然而，出于技术原因或经济原因，常常需要或希望使用具有平均 但严格限制的水硬度的水，而非完全软化的水。因为当下游管道装置 中不再可能形成保护层时，完全软化的水可导致腐蚀问题。此外，在 完全软化时，软化器的容量快速耗竭，并且必须提前使其再生。这导 致高盐耗并因此导致高成本。为了进行部分软化，需要用于混合软化 水(也称作纯净水或软水)和未处理水的装置(混合器)。理论上希 望调节和控制混合水中的水硬度，所述混合物为软化水和未处理水的 混合物。

DE 102007059058B3描述了一种水软化系统，其中借助电导 式传感器测量未处理水的导电性。借助校准曲线F1或F2通过测量的 未处理水的导电性导出用于控制再生或混合器的未处理水的总硬度。

电导式传感器低成本且易于使用，但是缺点在于其作为测量探针 式电极使用，其在硬水中使用时会结垢。电极表面上结垢层的形成可 导致电导式传感器的故障。

本发明的任务

本发明的任务是能够以低成本且持久可靠地控制特别是再生和混 合的水处理系统。

本发明的简要描述

通过前述类型的方法解决所述任务，该方法的特征在于，软化水 的导电性LF_软化或混合水的导电性LF_混合以实验确定，且通过以实验确 定的软化水的导电性LF_软化或混合水的导电性LF_混合导出未处理水的导 电性LF_未处理和/或未处理水的总硬度。

根据本发明，使用电导式传感器以确定未处理水的硬度，所述硬 度通常通过未处理水的导电性获得。然而所述电导式传感器不需要安 装在水处理系统的引导未处理水的区域中，而是可以安装在水处理系 统的引导软化水或引导混合水的区域中。由此良好地保护电导式传感 器免受结垢，且持久保证低成本的电导式传感器的功能性。

由电导式传感器获得的导电性表示包含了溶解在水中的离子的总 和参数。在未软化水(未处理水)的情况下，导电性大致上与水硬度 (即与钙离子和镁离子的含量)成正比。

在水软化时，包含在水中的硬度形成物(钙离子和镁离子)在离 子交换树脂中与钠离子交换。在此，一个钙离子或镁离子通过两个钠 离子置换，且软化水中的导电性相应地变化。

软化水(软水)不含钙离子和镁离子。尽管如此，在软化水中测 得的导电性仍与原始未处理水中的硬度形成物的含量成正比。在软化 水中，仅硬度形成物化学计量地与钠离子交换；但是其余离子的组成 和浓度保持不变。因此可通过测量的软化水的导电性反推未处理水的 导电性并因此反推未处理水的硬度。这使得本发明可用。

为此，在本发明的范围内，通过测量的软化水中的导电性值借助 一个或多个适合的函数(通常作为特征曲线存储在控制器中)导出未 处理水的导电性和/或未处理水的总硬度。所述一个或多个函数一方面 校正钙离子或镁离子的不同的导电性，另一方面校正两个钠离子的不 同的导电性。当确定混合水中的导电性而非完全软化的水中的导电性 时，所述校正必须依照两个支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}的百分比份 额进行加权。

应注意，根据本发明，通常无需预先确定混合水硬度即可导出未 处理水的导电性LF_未处理和未处理水的总硬度。混合水硬度可通过导出 的未处理水硬度和支流的相对份额而确定。

通过以实验确定软化水或部分软化水中的导电性能够保持测量电 极的表面持久不结垢。电导式传感器因此无需维修且始终提供正确的 测量值。

本发明的优选变型

确定软水导电性的变型

在本发明的范围内可在软水区域中安装电导式传感器。在这种情 况下，为了确定未处理水的性质(如未处理水的导电性或未处理水的 硬度)，不需要依照支流进行加权；因此所述方法特别简单。为了确 定未处理水的硬度，可首先通过软化水的导电性LF_软化导出未处理水的 导电性LF_未处理，然后用已知的校准函数将未处理水的导电性LF_未处理换 算成未处理水的硬度。或者也有可能直接通过软化水的导电性LF_软化确定未处理水的硬度。

在根据本发明的方法的一个优选的变型中，通过以实验确定的软 化水的导电性LF_软化借助换算函数UF导出未处理水的导电性LF_未处理， 其中LF_未处理＝UF(LF_软化)。所述换算函数可例如作为特征曲线、多项式 函数或作为数值表格存储在电控制器中。可容易地借助已知的校准函 数通过未处理水的导电性确定未处理水中的总硬度；针对不同的控制 方面使用不同的校准函数容易成为可能。

特别优选的是所述变型的改进方案，其中所述换算函数UF选作恒 定的换算因子UFK，其中LF_未处理＝UFK*LF_软化，0.90≤UFK≤0.99， 且优选0.93≤UFK≤0.97。在软化时，即在硬度形成物钙离子和 镁离子与钠离子化学计量地交换时，导电性容易升高。不同水的研究 表明，通过软化导致的导电性升高百分比几乎恒定为5％而不取决于水 质量，这对应于约0.95的UFK，是优选的值。通过所述改进方案可大 大简化用于确定未处理水的导电性LF_未处理的计算过程。

根据上述变型的另一改进方案，借助第一校准函数K1通过导出的 未处理水的导电性LF_未处理导出用于控制软化装置的再生过程的未处理 水的总硬度I，和借助第二校准函数K2通过导出的未处理水的导电性 LF_未处理导出用于控制混合器的未处理水的总硬度II。

所述两个校准函数K1和K2考虑到获得的导电性表示包含了溶解 在水中的所有离子的总和参数，且导电性仅大致上与水硬度(即与钙 离子和镁离子的含量)成正比。

第一校准函数K1(通常作为校准曲线或校准特征曲线存储在控制 器中)优选如下限定，使得由其确定的水硬度至少非常接近在所述导 电性下产生的最大水硬度。由此避免过晚地启动再生过程，从而可靠 地避免硬度超标。第一校准函数K1通常使用28-35μS/cm每°dH， 特别是30-33μS/cm每°dH的校准因子(Kalibrierung)(°dH： 德国硬度)。

通过第二校准函数K2(通常也作为校准曲线或校准特征曲线存储 在控制器中)确定的水硬度优选作为在所述导电性下产生的所有水硬 度的平均值而出现。用所述第二校准函数有可能达到通过导电性确定 的未处理水的硬度和未处理水中的实际水硬度之间的高度一致性。因 此混合水中水硬度的调节或控制也更为精确。第二校准函数K2通常使 用35-44μS/cm每°dH，特别是38-41μS/cm每°dH的校准因子。 通过使用所述两个校准函数保证精确的混合，同时可靠地避免了硬度 超标。

K1和K2优选不同，特别地，其中通过第一校准函数K1导出的总 硬度I至少部分大于通过第二校准函数K2导出的总硬度II。用于控 制再生过程和混合器的未处理水的硬度可通过测量的导电性仅近似确 定。对于再生过程和混合器适用在标准DIN EN 14743和DIN 19636-100 中规定的不同要求。通过使用不同的校准函数得到未处理水的总硬度 的两个近似值。通过一个近似值如下控制再生过程，使得避免硬度超 标并同时保持DIN EN 14763中规定的最小交换容量(4摩尔(400g CaCO3)每千克使用的再生盐)，而第二近似值如下精确地控制混合器， 使得混合水满足DIN 19636-100中规定的公差极限。

同样优选的是根据本发明的方法的变型，其特征在于，直接借助 第一总校准函数GK1通过以实验确定的软化水的导电性LF_软化导出用于 控制软化装置的再生过程的未处理水的总硬度I，和直接借助第二总 校准函数GK2通过以实验确定的软化水的导电性LF_软化导出用于控制混 合器的未处理水的总硬度II。与上述相似，通过使用两个总校准函数 GK1和GK2可保证精确的混合，同时可靠地避免硬度超标。未处理水 的硬度的直接确定(在此期间无需确定未处理水的导电性)特别迅速。 总校准函数可特别符合换算函数和校准函数的结合，也可分配间接以 经验确定的值。GK1和GK2优选不同，特别地，其中通过第一总校准 函数GK1导出的总硬度I至少部分大于通过第二总校准函数GK2导出 的总硬度II。

确定混合水导电性的变型

在本发明的范围内，也可通过混合水的导电性LF_混合，通常通过考 虑支流V(t)_{支流1软化}的和V(t)_{支流2未处理}的比例而确定未处理水的导电性LF _未处理。在此，可通过依照支流加权而进行包含在混合水中的软化水的 导电性LF_软化的真实换算。选择性地，为了确定未处理水的导电性LF _未处理，也可简单地在混合水的导电性LF_混合上施用乘数，所述乘数取决 于支流并随着增加的未处理水含量而升高；在0％的未处理水含量的情 况下，所述乘数通常为约0.95(或者在0.90至0.99范围内，优选在 0.93至0.97范围内的对应于局部比例的其它值)，在100％的未处理 水含量的情况下，所述乘数为1，且乘数的中间值以线性插值。此外 在本发明的范围内其它近似法也是可能的。通过(近似)确定的未处 理水的导电性LF_未处理可借助已知的校准函数以简单方式确定(计算) 未处理水的硬度。也有可能直接通过混合水的导电性LF_混合通常通过考 虑支流V(t)_{支流1软化}的混合水流V(t)_{支流2未处理}的比例而确定未处理水的硬 度。

在根据本发明的方法的一个优选的变型中，使用下式通过以实验 确定的混合水的导电性LF_混合导出未处理水的导电性LF_未处理，

特别地，其中该式求解LF_未处理，其中UF表示换算函数，使用所 述换算函数通过软化水的导电性LF_软化得到未处理水的导电性LF_未处理， 其中LF_未处理＝UF(LF_软化)，且UF^-1表示UF的反函数。

通过该式可通过考虑(相对)支流而极为精确地确定未处理水的 导电性LF_未处理。在该式中可使用换算函数的反函数UF^-1根据UF^-1(LF _未处理)＝LF_软化替换软化水的导电性LF_软化。在需要的情况下，特别是当 该式难以求解LF_未处理时，也可数值进行LF_未处理的确定。相对(支流) 可通过流量计直接或间接确定，或者通过混合器的调节位置估计。

在上述方法变型的特别优选的改进方案中，换算函数UF选作恒定 的换算因子UFK，其中LF_未处理＝UFK*LF_软化，0.90≤UFK≤0.99， 且优选0.93≤UFK≤0.97，从而适用下式

在恒定的换算因子的情况下简化了LF_未处理的确定，特别可从上式 容易地求解LF_未处理。

同样优选的改进方案的特征在于，借助第一校准函数K1通过导出 的未处理水的导电性LF_未处理导出用于控制软化装置的再生过程的未处 理水的总硬度I，和借助第二校准函数K2通过导出的未处理水的导电 性LF_未处理导出用于控制混合器的未处理水的总硬度II。如上文已述， 通过使用两个校准函数K1和K2可保证精确的混合，同时可靠地避免 硬度超标。K1和K2优选不同，特别地，其中通过第一校准函数K1导 出的总硬度I至少部分大于通过第二校准函数K2导出的总硬度II。

同样优选的是如下方法变型，其中直接借助第一加权总校准函数 GGK1通过以实验确定的混合水的导电性LF_混合和两个支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}导出用于控制软化装置的再生过程的未处理水的总硬 度I，和直接借助第二加权总校准函数GGK2通过以实验确定的混合水 的导电性LF_混合和两个支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}导出用于控制混 合器的未处理水的总硬度II。与上述相似，通过使用两个加权总校准 函数GGK1和GGK2可保证精确的混合，同时可靠地避免硬度超标。未 处理水的硬度的直接确定(在此期间无需确定未处理水的导电性)特 别迅速。GGK1和GGK2优选不同，特别地，其中通过第一加权总校准 函数GGK1导出的总硬度I至少部分大于通过第二加权总校准函数 GGK2导出的总硬度II。加权总校准函数可特别符合上述用于确定LF _未处理(其使用换算函数或其反函数)的公式和校准函数的结合，或者 也可分配间接以经验确定的值。

根据本发明的水处理系统

在本发明的范围内还包括水处理系统，所述水处理系统具有

-软化装置，所述软化装置特别包含离子交换树脂，

-电导式传感器，

-电控制器和

-可自动调整的混合器，所述可自动调整的混合器用于混合来自第 一软化支流V(t)_{支流1软化}和引导未处理水的第二支流V(t)_{支流2未处理}的混合 水流V(t)_混合，其特征在于，所述电导式传感器安装在软化水或混合水 的区域中，且调整所述控制器以进行上述根据本发明的方法。根据本 发明的水处理系统在仪器方面可简单构造。电导式传感器可不结垢且 无需维修。无需定期除垢。控制器可存储用于进行操作方法所必需的 所有函数，例如换算函数UF或校准函数。

在根据本发明的水处理系统的优选的实施方案中，电控制器具有 存储器，所述存储器具有多个存储的校准函数(K1、K2)和/或具有多 个存储的总校准函数(GK1、GK2)和/或具有多个存储的加权总校准函 数(GGK1、GGK2)，用于通过软化水的导电性LF_软化或混合水的导电 性LF_混合计算未处理水的导电性LF_未处理和/或未处理水的总硬度。上述 多个函数的存储允许基于不同的未处理水硬度控制再生和控制混合， 从而同时升高适时再生的安全性和混合的精确性。

还优选的是如下实施方案，其中存在至少两个流量计以直接或间 接以实验确定支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}。由此可特别精确地进行 混合和再生的控制；特别地，当在混合水中安装电导式传感器时可进 行支流的精确加权。或者有可能通过了解混合器的调节位置而估计支 流的相对份额。

最后，在本发明的范围内还包括根据本发明的上述水处理系统在 根据本发明的上述方法中的用途。

通过说明书和附图得出本发明的其它优点。根据本发明的上述或 下述特征也可单个独自使用或多个以任意组合使用。显示和描述的实 施方案不应被理解为穷尽列举，而是具有大量用于描述本发明的示例 性特征。

本发明的详细描述和附图

本发明将在附图中描绘并借助于具体实施方式详细解释。在附图 中：

图1为根据本发明的水处理系统的图示结构；

图2为在不同的饮用水的情况下，测量的未处理水的导电性(LF _未处理)与测量的软化后的导电性(LF_软化)之间的关系；

图3为在不同的饮用水的情况下，测量的未处理水的导电性(LF _未处理)与滴定确定的未处理水的总硬度之间的关系。

图1示例性地显示了根据本发明的水处理系统1，其通过入口2 与当地供水系统(即饮用水网络)连接。在入口2处流动的(总)未 处理流V(t)_未处理首先经过流量计3，随后分成两股支流。

(总)未处理流V(t)_未处理的第一支流流向软化装置4，所述软化 装置4特别具有控制头5以及具有离子交换树脂7的两个罐6a、6b。 第二支流流入旁路管道8。

流入软化装置4的未处理水流经具有离子交换树脂7的两个罐 6a、6b，其中所述未处理水完全软化(V(t)_{支流1软化})。在此硬度形成 物钙离子和镁离子化学计量地与钠离子交换。软化水随后流经电导式 传感器9，通过所述电导式传感器9确定软化支流中的导电性。

未处理水的第二支流V(t)_{支流2未处理}在旁路管道8中经过可自动运转 的混合器，此处为具有伺服电动机10的可调整的混合阀11。

第一支流V(t)_{支流1软化}和第二支流V(t)_{支流2未处理}随后汇集成混合水流 V(t)_混合，所述混合水流V(t)_混合流向出口12。出口12与下游用水装置 (例如建筑物的淡水管道)连接。

电导式传感器9和流量计3的测量结果传输至电控制器13。

本发明的特点在于控制器13具有用于(此处)多个函数(优选作 为特征曲线存储)的存储器18，使用所述函数通过电导式传感器9在 软化水流V(t)_{支流1软化}中的测量结果确定未处理水的当前水硬度WH_未处理^当前。所述函数考虑到在软化水流V(t)_{支流1软化}中钙离子和镁离子化学计 量地(即每个硬度形成物与两个钠离子)交换，由此使得导电性特定 变化。在实施例中，在控制器13或在存储器18中存储换算函数UF， 使用所述换算函数将测量的软化水的导电性LF_软化换算为相应的未处 理水的导电性LF_未处理。此外存储两个校准函数K1和K2，借助这两个 校准函数K1和K2可将未处理水的导电性LF_未处理换算为用于控制再生 的未处理水的硬度(通过校准函数K1)或用于控制混合的未处理水的 硬度(通过校准函数2)。

在控制器中也存储混合水的水硬度的期望的目标值(SW)。控制 器13通过混合水硬度的目标值(SW)和未处理水中的当前水硬度WH _未处理^当前确定支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}的当前目标比例，通过所述 当前目标比例产生混合水中的期望的水硬度。通过调整混合器确定两 个支流V(t)_{支流1软化}和V(t)_{支流2未处理}的份额。在所示实施方案中，通过混 合器11的(已知的)调节位置估计支流的相对份额；或者也可例如在 旁路管道8中设置额外的流量计，从而直接确定第二支流V(t)_{支流2未处理}和通过V(t)_未处理(总)和V(t)_{支流2未处理}的差值间接确定第一支流V(t) 支流1软化。

电控制器13也监控两个罐6a、6b中的离子交换树脂7的耗竭状 况。在取水时抽取的水量分别用相应的当前未处理水硬度加权并从实 际的剩余容量中扣除。当罐耗竭时，电控制器13从网络中选取耗竭的 罐并使其经受再生。为此，用伺服电动机15通过电控制器13自动操 作再生阀14，从而使来自储存容器17的再生介质溶液(优选盐溶液) 16流经耗竭的罐。

图2显示了在不同的饮用水的情况下，测量的未处理水的导电性 LF_未处理与测量的相应的软化水的导电性LF_软化之间的关系。为了绘制图 2中的图表，研究来自不同供应网络的饮用水并以实验确定其导电性。 随后用根据本发明的水处理系统1完全软化饮用水并重新以实验确定 软化水的导电性。

图2显示，对于全部水样，软化水中的导电性LF_软化随着软化少量 升高且未处理水中的导电性LF_未处理与软化水中的导电性LF_软化的比例 F1为约F1＝LF_未处理/LF_软化＝0.95。由此非常近似地得到具有数值F1的 线性梯度的换算函数UF，即，换算函数UF具有恒定的换算因子UFK＝F1， 相应地，LF_未处理＝UFK*LF_软化。全部实验值落入由两条虚线限定的狭窄 区域内。此处下方虚线具有0.90的梯度，而上方虚线的梯度为0.99。

因此，软化水中导电性的少量升高是因为二价电荷载体(钙离子 或镁离子)各自与两个一价电荷载体交换。

未处理水的导电性与软化水的导电性之间的近似线性关系使得有 可能根据本发明通过以实验确定的软化水的导电性借助可表示为简单 特征曲线的换算函数UF非常近似地确定未处理水的导电性。在此，在 软化水中使用的电导式传感器在其功能上可不受结垢沉淀的影响，从 而使得无需维修的操作成为可能。

图3显示了在不同的饮用水的情况下，测量的未处理水的导电(LF _未处理与滴定确定的未处理水的总硬度之间的关系。

为了描绘图3，研究联邦德国大约300种不同的饮用水并确定其 导电性和总硬度。导电性的测量借助电导仪进行，而总硬度滴定确定。

相对于滴定确定法来说，从导电性导出总硬度可快速简单地进行， 因此大大推广了水软化系统中的控制。但是在图3中可知，通过水的 导电性通常不能推导出精确的硬度值，而是仅推导出一个范围，水硬 度实际上落入所述范围。

对于再生过程和混合器适用在标准DIN EN 14743和DIN 19636-100中规定的不同要求。通过使用不同的校准函数K1和K2(此 处为校准曲线)可获得作为未处理水的导电性LF_未处理的函数的未处理 水的总硬度的两个不同的近似值。通过一个近似值如下控制再生过程， 使得避免硬度超标并同时保持DIN EN 14763中规定的最小交换容量(4 摩尔(400g CaCO3)每千克使用的再生盐)，而第二近似值如下精确 地控制混合器，使得混合水满足DIN 19636-100中规定的公差极限。

此处在图3中K1具有约31μS/cm°dH的梯度且表现为穿过原点 的直线，而K2具有约39μS/cm°dH的梯度且也表现为穿过原点的直 线。

根据图2借助(此处为线性)换算函数UF通过以实验确定的软化 水的导电性导出未处理水的导电性。然后根据图3借助校准函数K1 或K2通过未处理水的导电性导出未处理水的总硬度I或II。也可通 过换算函数UF和校准函数K1或K2的组合直接通过测量的软化水的导 电性LF_软化导出未处理水的总硬度I或II。

当以实验确定混合水而非完全软化水中的导电性LF时，必须依照 两个支流的百分比份额对换算函数UF进行加权。

注意到在显示的实施例中，换算函数UF和校准函数K1和K2显示 为直线，这简化了函数的数学描述。然而，根据本发明基本上也可使 用非线性函数以确定总硬度I和II，例如以多项式逼近。