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DE102018116266A1 - Cartridge for the treatment of drinking water and process for the enrichment of drinking water with silicon - Google Patents

Cartridge for the treatment of drinking water and process for the enrichment of drinking water with silicon Download PDF

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DE102018116266A1
DE102018116266A1 DE102018116266.9A DE102018116266A DE102018116266A1 DE 102018116266 A1 DE102018116266 A1 DE 102018116266A1 DE 102018116266 A DE102018116266 A DE 102018116266A DE 102018116266 A1 DE102018116266 A1 DE 102018116266A1
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Abstract

Kartusche sowie Verfahren zur Anreicherung von Trinkwasser mit Silizium. Es wird ein mit Silikat beladener stark basischer Anionenaustauscher verwendet, welcher mit einem vorzugsweise mit Wasserstoff beladenen Kationenaustauscher gemischt wird. Über den Anionenaustauscher kann Silizium an das Wasser abgegeben werden. Gleichzeitig werden dabei Nitrate, Sulfat und/oder Chloride entfernt.

Figure DE102018116266A1_0000
Cartridge and process for enriching drinking water with silicon. A strongly basic anion exchanger loaded with silicate is used, which is mixed with a cation exchanger which is preferably loaded with hydrogen. Silicon can be released into the water via the anion exchanger. At the same time, nitrates, sulfate and / or chlorides are removed.
Figure DE102018116266A1_0000

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Kartusche zur Aufbereitung von Trinkwasser, mittels welcher das Trinkwasser mit Silizium angereichert und/oder enthärtet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kartusche für einen Tischwasserfilter, für einen Untertischfilter oder für eine Maschine zur Zubereitung von Heiß- und/oder Kaltgetränken.The invention relates to a cartridge for treating drinking water, by means of which the drinking water is enriched and / or softened with silicon. In particular, the invention relates to a cartridge for a table water filter, for an under-table filter or for a machine for preparing hot and / or cold drinks.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Ionenaustauschermaterials zur Anreicherung von Trinkwasser mit Silizium.The invention further relates to a method for treating drinking water and a method for producing an ion exchange material for enriching drinking water with silicon.

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kartusche zur Aufbereitung von Trinkwasser sowie auf ein Verfahren zur Anreicherung von Trinkwasser mit Silizium.The invention relates to a cartridge for treating drinking water and to a method for enriching drinking water with silicon.

Trinkwasser hat in aller Regel nur geringe Mengen an Silizium. Silizium ist ein sogenanntes Ultraspurenelement, welches der menschliche Körper benötigt und welches in vielen Fällen förderlich für die Gesundheit ist. Siliziummangel kann gesundheitliche Folgen wie Haarausfall, brüchige Nägel, gestörte Kollagenbildung und sinkende Elastizität der Haut und der Blutwandgefäße sowie Osteoporose verursachen. Auch eine Reihe von Krankheiten, wie beispielsweise Diabetes, Neurodermitis, Arteriosklerose, Nierensteine sowie Kropfbildung, wird mit Siliziummangel in Verbindung gebracht. Mit zunehmendem Alter kann der Gehalt an Silizium in einigen Geweben, wie beispielsweise Blutgefäßen, Knochen und Haut abnehmen.Drinking water generally has only a small amount of silicon. Silicon is a so-called ultra trace element, which the human body needs and which is beneficial for health in many cases. Silicon deficiency can cause health consequences such as hair loss, brittle nails, disturbed collagen formation and decreasing elasticity of the skin and blood vessels as well as osteoporosis. A number of diseases, such as diabetes, neurodermatitis, arteriosclerosis, kidney stones and goiter formation, are also associated with silicon deficiency. As you age, the amount of silicon in some tissues, such as blood vessels, bones, and skin, may decrease.

Es ist daher wichtig, dem Körper eine hinreichende Menge von Silizium zur Verfügung zu stellen.It is therefore important to provide the body with a sufficient amount of silicon.

Bekannt sind siliziumhaltige Präparate, wie beispielsweise Kieselerde. So kann Kieselerde auch im Trinkwasser aufgeschlämmt werden.Preparations containing silicon, such as silica, are known. In this way, silica can also be suspended in drinking water.

Da Kieselerde allerdings in Wasser nur schwer löslich ist, ist die Bioverfügbarkeit im Hinblick auf Silizium bei Kieselerde nur gering. Mithin gelangt nur ein kleiner Teil des Siliziums der aufgenommenen Kieselerde in den Blutkreislauf.However, since silica is only sparingly soluble in water, the bioavailability with regard to silicon is only low for silica. As a result, only a small part of the silicon in the absorbed silica gets into the bloodstream.

Weiter ist es aus der Praxis bekannt, stark alkalische Natriumsilikate dem Wasserstrom mittels einer Dosierpumpe zuzudosieren. Derartige Verfahren sind aber aufwendig und eignen sich wenig, um kleine Trinkwassermengen herzustellen. Entsprechende Verfahren werden daher in erster Linie zum Korrosionsschutz, insbesondere von industriellen Anlagen, verwendet, da sich insbesondere bei Verwendung von Wasserglas eine Schutzschicht auf den Leitungen bildet.Furthermore, it is known from practice to add strongly alkaline sodium silicates to the water stream by means of a metering pump. However, such processes are complex and are not very suitable for producing small amounts of drinking water. Corresponding methods are therefore primarily used for corrosion protection, in particular in industrial plants, since a protective layer forms on the lines, in particular when using water glass.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kartusche bzw. ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser bereitzustellen, mit welcher bzw. welchem auf einfache und effiziente Weise Trinkwasser mit Silizium angereichert werden kann.In contrast, the invention is based on the object of providing a cartridge or a method for treating drinking water with which drinking water can be enriched with silicon in a simple and efficient manner.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird bereits durch eine Kartusche zur Aufbereitung von Trinkwasser, durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Ionenaustauschermaterials nach einem der unabhängigen Ansprüche gelöst.The object of the invention is already achieved by a cartridge for treating drinking water, by a method for treating drinking water, and by a method for producing an ion exchange material according to one of the independent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind dem Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen.Preferred embodiments and developments of the invention can be found in the subject matter of the dependent claims, the description and the drawings.

Die Erfindung betrifft eine Kartusche zur Aufbereitung von Trinkwasser.The invention relates to a cartridge for the treatment of drinking water.

Die Kartusche ist insbesondere als Kartusche für einen Tischwasserfilter, eine Maschine zur Zubereitung von Heiß- und/oder Kaltgetränken und/oder für einen Untertischwasserfilter ausgebildet.The cartridge is in particular designed as a cartridge for a table water filter, a machine for preparing hot and / or cold drinks and / or for an under table water filter.

Insbesondere enthält die Kartusche 20 bis 10.000 ml, vorzugsweise 80 bis 200 ml, Ionenaustauschermaterial. Das Volumen des Ionenaustauschermaterials, welches insbesondere als Granulat ausgebildet ist, bezieht sich im Sinne der Erfindung auf das Volumen des Materials im nassen Zustand.In particular, the cartridge contains 20 to 10,000 ml, preferably 80 to 200 ml, of ion exchange material. For the purposes of the invention, the volume of the ion exchange material, which is in particular in the form of granules, relates to the volume of the material in the wet state.

Gemäß der Erfindung umfasst die Kartusche sowohl einen mit Silikat beladenen Anionenaustauscher als auch einen Kationenaustauscher.According to the invention, the cartridge comprises both an anion exchanger loaded with silicate and a cation exchanger.

Der Kationenaustauscher ist vorzugsweise zumindest mit Wasserstoff beladen, insbesondere zu zumindest 10%, vorzugsweise zu zumindest 30%, seiner totalen Kapazität.The cation exchanger is preferably loaded with at least hydrogen, in particular at least 10%, preferably at least 30%, of its total capacity.

Angaben zur Beladung von Ionenaustauschermaterial im Sinne der Erfindung erfolgen insbesondere auf Basis der DIN 54402:2009-04 „Prüfung von Ionenaustauschern - Bestimmung der totalen Kapazität von Anionenaustauschern“ sowie, im Hinblick auf Kationenaustauscher, auf Basis der DIN 54403:2009-04 .Information on the loading of ion exchange material in the sense of the invention is based in particular on the DIN 54402: 2009-04 "Testing of ion exchangers - Determination of the total capacity of anion exchangers" and, with regard to cation exchangers, based on the DIN 54403: 2009-04 ,

Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, mit einem Anionenaustauscher, welcher mit Silikat beladen ist, auf einfache Weise Silizium an das Trinkwasser abzugeben. It has been shown that it is possible to simply release silicon into the drinking water using an anion exchanger which is loaded with silicate.

Kombiniert mit einem Kationenaustauscher kann eine Filterkartusche bereitgestellt werden, welche das Trinkwasser sowohl enthärtet als auch dem Trinkwasser Silizium zusetzt.Combined with a cation exchanger, a filter cartridge can be provided that both softens the drinking water and adds silicon to the drinking water.

Anionen- und Kationenaustauscher können insbesondere in einem Volumenverhältnis von 1:10 bis 10:1, vorzugsweise von 1:3 bis 3:1, vorliegen.Anion and cation exchangers can in particular be present in a volume ratio of 1:10 to 10: 1, preferably 1: 3 to 3: 1.

Vorzugsweise ist der mit Silikat beladene Anionenaustauscher zu zumindest 10%, besonders bevorzugt zu zumindest 30% und ganz besonders bevorzugt zu zumindest 90%, seiner totalen Kapazität mit Silikat beladen.The anion exchanger loaded with silicate is preferably loaded with at least 10%, particularly preferably at least 30% and very particularly preferably at least 90%, of its total capacity with silicate.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der mit Silikat beladene Anionenaustauscher als stark basischer Anionenaustauscher ausgebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the anion exchanger loaded with silicate is designed as a strongly basic anion exchanger.

Unter einem stark basischen oder schwach sauren Ionenaustauschermaterial wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Material verstanden, wie u.a. in Hartinger, Ludwig, „Handbuch der Abwasser- und Recyclingtechnik für die metallverarbeitende Industrie“, Carl Hanser Verlag, München, Wien 1991 angegeben. Gemäß Kapitel 5.2.3.3 dieses Handbuchs unterscheidet man danach bei Ionenaustauschern zunächst zwischen Kationenaustauschern und Anionenaustauschern. Kationenaustauschern lassen sich in stark saure und schwach saure und Anionenaustauscher in stark basische und schwach basische Austauscherharze unterteilen, die sich bei den Austausch-Reaktionen entsprechend als starke bzw. schwache Säuren oder als starke bzw. schwache Basen verhalten.In the context of the present invention, a strongly basic or weakly acidic ion exchange material is understood to mean, in particular, a material such as in Hartinger, Ludwig, “Handbook of Waste Water and Recycling Technology for the Metalworking Industry”, Carl Hanser Verlag, Munich, Vienna 1991. According to chapter 5.2.3.3 of this handbook, a distinction is made between ion exchangers and anion exchangers. Cation exchangers can be divided into strongly acidic and weakly acidic and anion exchangers into strongly basic and weakly basic exchange resins, which behave accordingly as strong or weak acids or as strong or weak bases in the exchange reactions.

Es hat sich herausgestellt, dass stark basische Anionenaustauscher eine höhere Kapazität im Hinblick auf Silikat haben als schwach basische Anionenaustauscher.It has been found that strongly basic anion exchangers have a higher silicate capacity than weakly basic anion exchangers.

Schwach basische Anionenaustauscher, bei welchen das Ionenaustauschermaterial beispielsweise mit Eisenoxid beschichtet ist, können aber auch verwendet werden. Ein derartiger Ionenaustauscher ist beispielsweise unter der Handelsbezeichnung LEWATIT® FO 36 kommerziell erhältlich.Weakly basic anion exchangers in which the ion exchange material is coated with iron oxide, for example, can also be used. Such an ion exchanger is commercially available, for example, under the trade name LEWATIT® FO 36.

Vorzugsweise wird aber ein stark basischer Anionenaustauscher verwendet, insbesondere ein polystyrolbasierter Ionenaustauscher, welcher insbesondere ein quartäres Amin als funktionelle Gruppe umfasst.However, a strongly basic anion exchanger is preferably used, in particular a polystyrene-based ion exchanger, which in particular comprises a quaternary amine as a functional group.

Vorzugsweise handelt es sich um einen Anionenaustauscher des Typs 1. Dieser enthält eine quaternisierte funktionale Aminogruppe, welche gegenüber Typ 2 der Ionenaustauschermaterialien basischer ist.It is preferably an anion exchanger of type 1. This contains a quaternized functional amino group which is more basic than type 2 of the ion exchange materials.

Derartige Ionenaustauschermaterialien sind beispielsweise unter den Handelsnamen LEWATIT® S6368A und LEWATIT® S6268 kommerziell verfügbar.Such ion exchange materials are commercially available, for example, under the trade names LEWATIT® S6368A and LEWATIT® S6268.

Die Verwendung von stark basischen Anionenaustauschern des Typs 2, welche ebenfalls ein quartäres Amin als funktionale Hauptgruppe aufweisen, ist aber ebenfalls denkbar.The use of strongly basic anion exchangers of type 2, which likewise have a quaternary amine as the main functional group, is also conceivable.

Besonders bevorzugt wird aber ein Anionenaustauscher verwendet, welcher eine höhere Selektivität für Nitrat hat als für Sulfat.However, it is particularly preferred to use an anion exchanger which has a higher selectivity for nitrate than for sulfate.

Insbesondere wird ein Anionenaustauschermaterial verwendet, dessen Selektivität für Nitrat mindestens doppelt so hoch ist wie für Nitrat und/oder wie bei standardmäßig verfügbaren Anionenaustauscherharzen.In particular, an anion exchange material is used whose selectivity for nitrate is at least twice as high as for nitrate and / or as with standard anion exchange resins.

Normalerweise liegt Nitrat in der Affinitätsreihe hinter Sulfat. Das heißt, bei einem sulfat- und nitrathaltigen Wasser wird bevorzugt Sulfat und nicht Nitrat gegen das Silikatanionen ausgetauscht.Normally, nitrate is behind sulfate in the affinity series. This means that in the case of water containing sulfate and nitrate, sulfate and not nitrate is preferably exchanged for the silicate anions.

Es gibt aber Ionenaustauschermaterialien, die gegenüber Nitrat eine höhere Affinität bzw. Selektivität haben als gegenüber Sulfat und die so gezielt Nitrat aus dem Trinkwasser entfernen können.However, there are ion exchange materials that have a higher affinity or selectivity for nitrate than for sulfate and that can remove nitrate from drinking water in a targeted manner.

Dabei handelt es sich ebenfalls insbesondere um polystyrolbasierte Anionenaustauscherharze.These are also, in particular, polystyrene-based anion exchange resins.

Ein derartiges Ionenaustauschermaterial mit höherer Selektivität gegenüber Nitrat ist beispielsweise unter dem Handelsnamen LEWATIT® MonoPlus SR 7 kommerziell erhältlich.Such an ion exchange material with higher selectivity towards nitrate is commercially available, for example, under the trade name LEWATIT® MonoPlus SR 7.

Der Kationenaustauscher ist dagegen vorzugsweise als schwach saurer Ionenaustauscher, insbesondere als schwach saures Ionenaustauscherharz, ausgebildet.In contrast, the cation exchanger is preferably designed as a weakly acidic ion exchanger, in particular as a weakly acidic ion exchange resin.

Ein derartiges Ionenaustauschermaterial ist beispielsweise unter der Handelsbezeichnung LEWATIT® S8229 kommerziell erhältlich.Such an ion exchange material is commercially available, for example, under the trade name LEWATIT® S8229.

Wie vorstehend beschrieben, ist das Kationenaustauschermaterial vorzugsweise zur Enthärtung des Wassers mit Wasserstoff beladen.As described above, the cation exchange material is preferably charged with hydrogen to soften the water.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kationenaustauscher noch mit anderen Stoffen, insbesondere Mineralstoffen, wie beispielsweise Magnesium, Lithium, Kalium und/oder Zink, beladen, vorzugsweise zu zumindest 5%, besonders bevorzugt zu zumindest 20%, seiner totalen Kapazität.According to a development of the invention, the cation exchanger is also with other substances, in particular minerals, such as Magnesium, lithium, potassium and / or zinc, loaded, preferably at least 5%, particularly preferably at least 20%, of its total capacity.

So können dem Trinkwasser neben Silizium noch weitere Spurenelemente hinzugefügt werden.In addition to silicon, other trace elements can be added to the drinking water.

Kationen- und Anionenaustauscher liegen vorzugsweise als Mischbett, insbesondere als gemischtes Granulat, vor.Cation and anion exchangers are preferably in the form of a mixed bed, in particular in the form of mixed granules.

Sofern über den Kationenaustauscher noch weitere Spurenelemente hinzugefügt werden sollen, ist es sowohl denkbar, ein Kationenaustauschermaterial hinzuzufügen, welches überwiegend, insbesondere vollständig, mit dem oder den weiteren Elementen beladen ist.If further trace elements are to be added via the cation exchanger, it is both conceivable to add a cation exchange material which is predominantly, in particular completely, loaded with the further element or elements.

Ebenso ist es denkbar, ein und dasselbe Ionenaustauschermaterial teilweise mit Wasserstoff und teilweise mit einer anderen Ionenart, wie Natrium, Lithium, Kalium oder Zink, zu beladen.It is also conceivable to load one and the same ion exchange material partly with hydrogen and partly with another type of ion, such as sodium, lithium, potassium or zinc.

Weiter betrifft die Erfindung eine Kartusche für einen Tischwasserfilter, eine Maschine zur Zubereitung von Getränken oder einen Untertisch-Wasserfilter, insbesondere eine Kartusche, wie diese vorstehend beschrieben wurde.The invention further relates to a cartridge for a table water filter, a machine for the preparation of beverages or an under-table water filter, in particular a cartridge as described above.

Gemäß der Erfindung umfasst die Kartusche einen mit Silikat beladenen Anionenaustauscher.According to the invention, the cartridge comprises an anion exchanger loaded with silicate.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Tischwasserfilter, eine Maschine zur Zubereitung von Getränken, insbesondere von Heiß- und/oder Kaltgetränken, sowie einen Untertischwasserfilter, welcher die vorstehend beschriebene Kartusche umfasst.The invention further relates to a table water filter, a machine for the preparation of beverages, in particular hot and / or cold beverages, and an under table water filter which comprises the cartridge described above.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser, insbesondere unter Verwendung einer Kartusche, wie diese vorstehend beschrieben wurde.The invention further relates to a method for the treatment of drinking water, in particular using a cartridge, as described above.

Das Verfahren wird insbesondere mit einem der vorstehend beschriebenen Ionenaustauschermaterialien durchgeführt.The method is carried out in particular with one of the ion exchange materials described above.

Insbesondere wird das Verfahren zur Herstellung eines Getränks, insbesondere eines Heiß- oder Kaltgetränks, durchgeführt.In particular, the method for producing a beverage, in particular a hot or cold beverage, is carried out.

Gemäß der Erfindung wird das aufzubereitende Trinkwasser über einen mit einem silikatbeladenen Anionenaustauscher geleitet und dabei mit Silizium angereichert.According to the invention, the drinking water to be treated is passed over an anion exchanger loaded with silicate and thereby enriched with silicon.

Die Anreicherung mit Silizium erfolgt vorzugsweise zumindest auch dadurch, dass Silikat gegen Nitrat ausgetauscht wird.Enrichment with silicon preferably takes place at least also by exchanging silicate for nitrate.

Hierzu wird, insbesondere wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise ein Anionenaustauscher mit einer höheren Selektivität gegenüber Nitrat als gegenüber Sulfat verwendet.For this purpose, especially as described above, an anion exchanger with a higher selectivity towards nitrate than towards sulfate is preferably used.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können aber auch Sulfat und/oder Chloride gegen Silikat ausgetauscht werden.However, sulfate and / or chlorides can also be replaced by silicate by the process according to the invention.

Das Verfahren wird vorzugsweise hinsichtlich Verweilzeit und Menge des Ionenaustauschermaterials derart eingestellt, dass dem aufzubereitenden Trinkwasser 1 bis 50 mg/l Silizium, vorzugsweise 3 bis 10 mg/l Silizium, zugesetzt werden.The method is preferably set with regard to the residence time and amount of the ion exchange material such that 1 to 50 mg / l silicon, preferably 3 to 10 mg / l silicon, are added to the drinking water to be treated.

Vorzugsweise wird das aufzubereitende Trinkwasser gleichzeitig enthärtet, insbesondere mit einem der vorstehend beschriebenen Kationenaustauschermaterialien.The drinking water to be treated is preferably softened at the same time, in particular with one of the cation exchange materials described above.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines Ionenaustauschermaterials, welches der Anreicherung von Trinkwasser mit Silizium dient.The invention further relates to a method for producing an ion exchange material which is used to enrich drinking water with silicon.

Gemäß der Erfindung wird ein Anionenaustauscher durch eine basische Silikatlösung, insbesondere durch eine Natriumsilikatlösung, in die Silikat-Form überführt.According to the invention, an anion exchanger is converted into the silicate form by a basic silicate solution, in particular by a sodium silicate solution.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein stark basischer Anionenaustauscher, welcher beispielsweise in Chlorid-Form vorliegt, bereitgestellt wird und über den Anionenaustauscher eine Natriumsilikatlösung geleitet wird. Das Gegenion des Anionenaustauschers wird dabei gegen das Silikatanionen ausgetauscht und so der Ionenaustauscher in die Silikat-Form überführt.In particular, it is provided that a strongly basic anion exchanger, which is present, for example, in chloride form, is provided and a sodium silicate solution is passed over the anion exchanger. The counter ion of the anion exchanger is exchanged for the silicate anions and the ion exchanger is converted into the silicate form.

Dies erfolgt beispielsweise anhand folgender vereinfachter schematischer Reaktionsgleichung mit Chlorid als Reaktionspartner (es versteht sich, dass es sich um Gleichgewichtsreaktionen handelt, die auch in die andere Richtung ablaufen können): 2 RACl + SiO3 2- → RA2SiO3 + 2 Cl- This is done, for example, using the following simplified schematic reaction equation with chloride as the reactant (it goes without saying that these are equilibrium reactions that can also proceed in the other direction): 2 R A Cl + SiO 3 2- → R A2 SiO 3 + 2 Cl -

Im Anschluss wird vorzugsweise der Anionenaustauscher mit Wasser gespült, um die Alkalität zu entfernen und steht sodann für den Betrieb zur Verfügung.Subsequently, the anion exchanger is preferably rinsed with water to remove the alkalinity and is then available for operation.

Der Anionenaustauscher kann insbesondere, wie vorstehend beschrieben, mit einem Kationenaustauscher zur gleichzeitigen Enthärtung des Wassers verwendet werden.The anion exchanger can in particular, as described above, be used with a cation exchanger for the simultaneous softening of the water.

Im bestimmungsgemäßen Betrieb tauscht nunmehr der Anionenaustauscher das aufgenommene Silikat wieder gegen die im Wasser enthaltenen Anionen, insbesondere gegen Nitrat, aus, was im Folgenden, ebenfalls in einer vereinfachten schematischen Reaktionsgleichung (mit Nitrat als Reaktionspartner) dargestellt ist: RA2SiO3 + 2 NO3 -+ H3O+ → 2 RANO3 + HSiO3 - + H2O In normal operation, the anion exchanger now exchanges the absorbed silicate for the one contained in the water Anions, especially against nitrate, from what is also shown below in a simplified schematic reaction equation (with nitrate as the reaction partner): R A2 SiO 3 + 2 NO 3 - + H 3 O + → 2 R A NO 3 + HSiO 3 - + H 2 O

Neben einer Anreicherung mit Silizium führt die Verwendung des erfindungsgemäßen Anionenaustauschers mit überraschend guter Effektivität zur Entfernung von Nitrat im Trinkwasser.In addition to an enrichment with silicon, the use of the anion exchanger according to the invention leads to the removal of nitrate in drinking water with surprisingly good effectiveness.

Figurenlistelist of figures

Der Gegenstand der Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen 1 bis 5 näher erläutert werden.

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tischwasserfilters.
  • 2 ist eine aufgeschnittene Ansicht einer Kartusche mit einem Ionenaustauschermaterial.
  • 3 zeigt eine Filterkerze.
  • 4 zeigt schematisch die in den Tank einer Maschine zur Zubereitung von Getränken eingesetzte Kartusche.
  • 5 zeigen anhand eines Graphs die Si-Anreicherung von Trinkwasser über die Lebensdauer einer Filterkartusche.
The subject matter of the invention will be described below with reference to schematically illustrated exemplary embodiments with reference to the drawings 1 to 5 are explained in more detail.
  • 1 is a perspective view of a table water filter.
  • 2 is a cutaway view of a cartridge with an ion exchange material.
  • 3 shows a filter candle.
  • 4 schematically shows the cartridge inserted into the tank of a machine for the preparation of beverages.
  • 5 use a graph to show the Si enrichment of drinking water over the life of a filter cartridge.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Tischwasserfilter 1. 1 shows a perspective view of a table water filter 1 ,

Es handelt sich dabei um eine schwerkraftbetriebene Wasseraufbereitungsvorrichtung, welche insbesondere im Haushalt verwendet wird.It is a gravity-operated water treatment device, which is used in particular in the household.

Der Tischwasserfilter 1 umfasst eine Filterkartusche 2, die in einen Trichter 3 eingesetzt ist, der seinerseits in die Kanne 4 eingesetzt ist.The table water filter 1 includes a filter cartridge 2 that into a funnel 3 is inserted, which in turn is in the jug 4 is used.

Über die Einfüllöffnung 6 kann Trinkwasser in den Trichter 3 eingefüllt werden, welches sodann die Kartusche 2 passiert und sich im Wassersammelraum 5 sammelt.Via the filler opening 6 can drink water into the funnel 3 be filled, which then the cartridge 2 happened and in the water collection room 5 collects.

2 zeigt eine aufgeschnittene Ansicht der in 1 dargestellten Kartusche 2. 2 shows a cut view of the in 1 shown cartridge 2 ,

Die Kartusche 2 umfasst ein Gehäuse 7, welches zumindest eine Kammer 9 umfasst, die mit einem Ionenaustauschermaterial 8 befüllt ist.The cartridge 2 includes a housing 7 which is at least one chamber 9 includes that with an ion exchange material 8th is filled.

Bei dem Ionenaustauschermaterial 8 handelt es sich insbesondere um ein Granulat, welches als ein Mischbett mit einem mit Wasserstoffionen beladenen schwach sauren Ionenaustauscher sowie einem stark basischen, mit Silikat beladenen Anionenaustauscher ausgebildet ist.With the ion exchange material 8th it is in particular a granulate which is designed as a mixed bed with a weakly acidic ion exchanger loaded with hydrogen ions and a strongly basic anion exchanger loaded with silicate.

Weiter kann die Kammer 9 noch mit weiteren Wasseraufbereitungsmedien, insbesondere mit Aktivkohle (nicht dargestellt), befüllt sein.The chamber can continue 9 still be filled with other water treatment media, in particular with activated carbon (not shown).

Im Betrieb läuft über Einlauföffnungen 10 Wasser in die Kammer 9, passiert das Ionenaustauschermaterial und verlässt über den Auslauf 11 die Kartusche 2.In operation runs through inlet openings 10 Water into the chamber 9 , passes through the ion exchange material and leaves via the outlet 11 the cartridge 2 ,

Es versteht sich, dass in Strömungsrichtung vor und/oder nach dem Ionenaustauschermaterial 8 noch Filter oder Netze zum Entfernen von Schwebstoffen und/oder zum Zurückhalten des Ionenaustauschermaterials 8 vorgesehen sein können (nicht dargestellt).It goes without saying that in the flow direction before and / or after the ion exchange material 8th nor filters or nets to remove suspended matter and / or to retain the ion exchange material 8th can be provided (not shown).

3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufbereitung von Trinkwasser, welche als Filterkerze 12 ausgebildet ist. 3 shows an alternative embodiment of a device for the treatment of drinking water, which as a filter candle 12 is trained.

Eine derartige Filterkerze 12 wird im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Kartusche nicht aufgrund der Schwerkraft durchströmt, sondern wird über einen geeigneten Adapter an einer Trinkwasserleitung angeschlossen.Such a filter candle 12 In contrast to the cartridge described above, it does not flow through due to gravity, but is connected to a drinking water pipe via a suitable adapter.

Hierzu umfasst die Filterkerze einen Kopf 14 mit einem Gewinde 13.For this purpose, the filter candle has a head 14 with a thread 13 ,

Der Kopf 14 umfasst Ein- und Auslauf. Über das Gewinde 13 kann die Filterkerze 12 leicht eingeschraubt werden. Der grundsätzliche Aufbau derartiger Filterkerzen ist dem Fachmann bekannt.The head 14 includes inlet and outlet. About the thread 13 can the filter candle 12 be screwed in easily. The basic structure of such filter cartridges is known to the person skilled in the art.

4 zeigt schematisch dargestellt den Tank 15 einer Maschine zur Zubereitung von Getränken, insbesondere eines Automaten zur Zubereitung von Kaffee. 4 shows the tank schematically 15 a machine for preparing beverages, in particular an automatic machine for preparing coffee.

Der Tank 15 umfasst einen Ansaugstutzen 16, über welchen über eine Pumpe Wasser der Maschine zugeführt wird.The Tank 15 includes an intake manifold 16 , via which water is fed to the machine via a pump.

In den Ansaugstutzen 16 eingesteckt ist eine Filterkartusche 17, welche mit einem Ionenaustauschermaterial 8 befüllt ist, die entsprechend vorstehend beschriebener Ausführungsformen teilweise mit Wasserstoff und teilweise mit Silikat beladen ist.In the intake manifold 16 a filter cartridge is inserted 17 which with an ion exchange material 8th is filled, which is partially loaded with hydrogen and partially with silicate in accordance with the above-described embodiments.

Bezugnehmend auf den Graphen gemäß 5 soll die Anreicherung des Trinkwassers mit Silizium näher erläutert werden.Referring to the graph according to 5 the enrichment of drinking water with silicon will be explained in more detail.

Für diese Messreihe wurden 50 ml eines stark basischen polystyrolbasierenden Anionenaustauschergranulats mit erhöhter Nitratselektivität von der Chlorid-Form in die Silikat-Form überführt.For this series of measurements, 50 ml of a strongly basic polystyrene-based Anion exchange granules with increased nitrate selectivity converted from the chloride form to the silicate form.

Hierzu wurden etwa 200 ml einer Natriumsilikatlösung mit 1,5 mol/l SiO2 verwendet, welche aus verdünntem Wasserglas hergestellt wurde.For this purpose, about 200 ml of a sodium silicate solution with 1.5 mol / l SiO 2 were used, which was prepared from dilute water glass.

Der pH-Wert der verwendeten Natriumsilikatlösung liegt vorzugsweise über 9, besonders bevorzugt über 10,5.The pH of the sodium silicate solution used is preferably above 9, particularly preferably above 10.5.

Der Anionenaustauscher nimmt vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 0,7 mol pro Liter Ionenaustauschermaterial auf.The anion exchanger preferably takes up between 0.3 and 0.8, particularly preferably between 0.5 and 0.7 mol, per liter of ion exchange material.

Das Ionenaustauschermaterial wurde sodann mit VE-Wasser gespült und für eine Messreihe verwendet, bei welcher siliziumfreies Wasser mit einer Gesamthärte von 26°dH sowie einer Karbonathärte von 17°dH verwendet wurde. Im Eluat wurde der Siliziumgehalt bestimmt.The ion exchange material was then rinsed with demineralized water and used for a series of measurements in which silicon-free water with a total hardness of 26 ° dH and a carbonate hardness of 17 ° dH was used. The silicon content was determined in the eluate.

Bei dem Graph ist auf der x-Achse die Menge des gefilterten Wassers und auf der y-Achse der Siliziumgehalt des Eluats aufgetragen.The graph is on the x -Axis the amount of filtered water and on the y -Axis the silicon content of the eluate is plotted.

Zu erkennen ist, dass nach Einstellen einer Gleichgewichtsreaktion eine Siliziumabgabe in der Anfangsphase von mehr als 10 mg/l erreicht wird.It can be seen that after the establishment of an equilibrium reaction, silicon release of more than 10 mg / l is achieved in the initial phase.

Überraschend ist sodann, dass sich über den Betrieb des Ionenaustauschers ein Plateau bildet, in welchem die Siliziumabgabe bis zum Erreichen des Endes der Lebensdauer des Ionenaustauschers zwischen 4 und 6 mg/l liegt.It is then surprising that the operation of the ion exchanger forms a plateau in which the silicon release is between 4 and 6 mg / l until the end of the life of the ion exchanger.

Einem schwach sauren Ionenaustauschermaterial zugegeben, kann das hier dargestellte Granulat verwendet werden, um über die gesamte Lebensdauer der Filterkartusche das Wasser mit Silizium anzureichern und gleichzeitig Nitrate zu entfernen.When added to a weakly acidic ion exchange material, the granulate shown here can be used to enrich the water with silicon over the entire life of the filter cartridge and to remove nitrates at the same time.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
TischwasserfilterWater filter
22
Kartuschecartridge
33
Trichterfunnel
44
Kannepot
55
WassersammelraumWater collection chamber
66
Einfüllöffnungfill opening
77
Gehäusecasing
88th
Ionenaustauschermaterialion exchange
99
Kammerchamber
1010
Einlauföffnunginlet opening
1111
Auslaufoutlet
1212
Filterkerzefilter cartridge
1313
Gewindethread
1414
Kopfhead
1515
Tanktank
1616
Ansaugstutzenintake
1717
Filterkartuschefilter cartridge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN 54402:2009-04 [0017]DIN 54402: 2009-04 [0017]
  • DIN 54403:2009-04 [0017]DIN 54403: 2009-04 [0017]

Claims (15)

Kartusche zur Aufbereitung von Trinkwasser, umfassend einen mit Silikat beladenen Anionenaustauscher sowie einen Kationenaustauscher.Cartridge for the treatment of drinking water, comprising an anion exchanger loaded with silicate and a cation exchanger. Kartusche nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher zumindest mit Wasserstoff beladen ist, insbesondere zu zumindest 10%, vorzugsweise zu zumindest 30%, seiner totalen Kapazität.Cartridge according to the preceding claim, characterized in that the cation exchanger is loaded with at least hydrogen, in particular at least 10%, preferably at least 30%, of its total capacity. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Silikat beladene Anionenaustauscher zu zumindest 10%, vorzugsweise zu zumindest 30%, und besonders bevorzugt zu zumindest 90% seiner totalen Kapazität mit Silikat beladen ist.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchanger loaded with silicate is loaded with at least 10%, preferably at least 30%, and particularly preferably at least 90% of its total capacity with silicate. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Anionenaustauscher und Kationenaustauscher in einem Volumenverhältnis von 1:10 bis 10:1, vorzugsweise 1:3 bis 3:1 vorliegen.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that anion exchangers and cation exchangers are present in a volume ratio of 1:10 to 10: 1, preferably 1: 3 to 3: 1. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Silikat beladene Anionenaustauscher als stark basischer Anionenaustauscher ausgebildet ist.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchanger loaded with silicate is designed as a strongly basic anion exchanger. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Silikat beladene Anionenaustauscher eine höhere Selektivität für Nitrat hat als für Sulfat.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchanger loaded with silicate has a higher selectivity for nitrate than for sulfate. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit Silikat beladene Anionenaustauscher als Polystyrol basierter Ionenaustauscher ausgebildet ist, insbesondere mit einem quartärem Amin als funktionelle Gruppe, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher als schwach saures Kationenaustauscherharz ausgebildet ist.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchanger loaded with silicate is designed as a polystyrene-based ion exchanger, in particular with a quaternary amine as a functional group, and / or characterized in that the cation exchanger is designed as a weakly acidic cation exchange resin. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher mit Magnesium, Natrium, Lithium, Zink und/oder Kalium beladen ist, vorzugsweise zu zumindest 5% seiner totalen Kapazität.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the cation exchanger is loaded with magnesium, sodium, lithium, zinc and / or potassium, preferably to at least 5% of its total capacity. Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Kartusche als Einweg-Kartusche für einen Tischwasserfilter, einen Untertisch-Wasserfilter oder eine Maschine zur Zubereitung von Getränken ausgebildet ist, und/oder dass die Kartuschen 20 bis 10000 ml, vorzugsweise 80 bis 200 ml, Ionenaustauschermaterial enthält.Cartridge according to one of the preceding claims, characterized in that the cartridge is designed as a disposable cartridge for a table water filter, an under-table water filter or a machine for preparing drinks, and / or that the cartridges are 20 to 10000 ml, preferably 80 to 200 ml , Contains ion exchange material. Kartusche für einen Tischwasserfilter, eine Maschine zur Zubereitung von Getränken oder einen Untertisch-Wasserfilter, insbesondere Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche umfassend eine Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche , umfassend einen mit Silikat beladenen Anionenaustauscher.Cartridge for a table water filter, a machine for preparing beverages or an under-table water filter, in particular a cartridge according to one of the preceding claims, comprising a cartridge according to one of the preceding claims, comprising an anion exchanger loaded with silicate. Tischwasserfilter, Maschine zur Zubereitung von Getränken oder Untertisch-Wasserfilter, umfassend eine Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche.Table water filter, machine for the preparation of beverages or under table water filter, comprising a cartridge according to one of the preceding claims. Verfahren zur Aufbereitung von Trinkwasser, insbesondere unter Verwendung einer Kartusche nach einem der vorstehenden Ansprüche und insbesondere zur Herstellung eines Getränks, wobei das aufzubereitende Trinkwasser über einen mit einem Silkat beladenen Anionenaustauscher geleitet wird und dabei mit Silizium angereichert wird.Process for the treatment of drinking water, in particular using a cartridge according to one of the preceding claims and in particular for the production of a drink, the drinking water to be treated being passed over an anion exchanger loaded with silicate and being enriched with silicon in the process. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Silikat gegen Nitrat ausgetauscht wird.Method according to the preceding claim, characterized in that silicate is replaced by nitrate. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufzubereitende Trinkwasser mit 1-50 mg/l Silizium, vorzugsweise mit 3-10 mg/l Silizium, angereichert wird, und/oder dadurch gekennzeichnet dass das aufzubereitende Trinkwasser mit einem Kationenaustauscher enthärtet wird, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass als Anionenaustauscher ein stark basischer Anionenaustauscher mit einer höheren Selektivität gegenüber Nitrat als gegenüber Sulfat verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the drinking water to be treated is enriched with 1-50 mg / l silicon, preferably with 3-10 mg / l silicon, and / or characterized in that the drinking water to be treated is softened with a cation exchanger , and / or characterized in that a strongly basic anion exchanger with a higher selectivity towards nitrate than towards sulfate is used as the anion exchanger. Verfahren zur Herstellung eines Ionenaustauschermaterials zur Anreicherung von Trinkwasser mit Silizium, wobei ein Anionenaustauscher durch eine basische Silikatlösung, insbesondere durch eine Natriumsilikatlösung, in die Silikatform überführt wird.Process for producing an ion exchange material for the enrichment of drinking water with silicon, an anion exchanger being converted into the silicate form by a basic silicate solution, in particular by a sodium silicate solution.
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