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Verfahren zur Kontrolle der Zusammensetzung von Gebrauchswasser mit
Benutzung färbender Indikatormittel und saurer oder alkalischer Reagenzien Zur Reinigung
von Gebrauchswasser, die hauptsächlich bei Dampfkesselbetrieben mittels des Kalk-Soda-Verfahrens
zur Verhütung der Kesselsteinbildung erfolgt, ist vorherige Kontrolle der Wasserzusammensetzung
durch eine Reihe von Untersuchungen mit verschiedenen Säuren und alkalischen Reagenzien
erforderlich; diese Untersuchungen sind langwierig und erfordern geschulte Hilfskräfte,
weil infolge der großenteils erst allmählich eintretenden Farbenänderungen bei üblichen
Indikatoren nicht genügend scharfe Erkennbarkeit der Grenzen zwischen schwacher
und stärkerer alkalischer Reaktion sich ergibt.
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Die Erfindung besteht darin, daß eine einzige Wasserprobe der gesamten
Untersuchung unterzogen wird, nachdem sie mit einem gemischten Indikator versetzt
ist, dessen Bestandteile eine deutliche Farbänderung zwischen schwacher und starker
Alkalität ergeben. Hierdurch wird nicht nur das ganze Kontrollverfahren sehr vereinfacht,
indem eine einzige Wasserprobe auf sämtliche Bestandteile untersucht wird, sondern
es ist vor allem auch die Feststellung der als gefährlichste Härtebildner in Frage
kommenden Magnesiumsalze, die eine schwach alkalische Reaktion besitzen, mit besonderer
Deutlichkeit möglich. Dadurch ergibt sich in einfacher und schneller Weise eine
wirksame Möglichkeit zur Erreichung einwandfreien Gebrauchswassers. Auch die Nachkontrolle
bereits gereinigten Wassers, das beispielsweise einem Dampfkessel entnommen ist,
ist durch das neue Verfahren dergestalt möglich, daß leicht festgestellt werden
kann, welche Zuschläge etwa im LTberschuß vorhanden sind und durch Nachspeisen nichtbehandelten
Wassers nebst entsprechenden anderen Zuschlägen auszugleichen sind.
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Eine wertvolle Ausführungsform des neuen Verfahrens ergibt sich insbesondere
für die Kalk-Soda-Behandlung, indem die Reaktion der mit der Indikatormischung versetzten
Wasserprobe erst mit Kalk im überschuß und dann mit Soda jedesmal bei Siedetemperatur
vorgenommen wird, während dazwischen die Neutralisierung mit einer einen unlöslichen
Niederschlag ergebenden Säure, wie insbesondere Oxalsäure, vorgenommen wird, und
zwar vorzugsweise in kaltem Zustande. Das Sieden ergibt hierbei außerordentliche
Beschleunigung der Reaktion (Sekunden statt mehrerer Stunden), und die Benutzung
von Oxalsäure gibt mit dem Kalk einen Niederschlag von Calciumoxalat, der bei der
nachherigen Sodabehandlung unlöslich bleibt und dadurch Fehlerquellen ausschließt.
Die Abkühlung bei der Säurebehandlung ergibt zugleich den Sondervorteil einer besonders
klaren Erkennbarkeit der Farbenwechsel.
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Als bevorzugtes Indikatormittel dient eine Mischung von Thymolphthalein
oder ähnlichen nahe schwacher Alkalität blau färbenden Mitteln (beispielsweise auch
a-Naphthol-Phthalein) und Methylrot nebst geringem Zusatz von Thymolphthalein oder
ähnlichen nahe schwacher Alkalität plötzlich anders als blau färbenden Mitteln.
Hierdurch ergibt sich bei schwacher Alkalität, wie beispielsweise von
Magnesiumsalzen,
eine auffallende graugrünliche Färbung, die bei stärkerer Alkalität, wie beispielsweise
Soda, sehr schnell und deutlich in eine klare Blaufärbung übergeht, so daß gerade
diese wichtige Grenze besonders scharf feststellbar wird.
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Eine wichtige Gebrauchseinzelheit des neuen Verfahrens ergibt sich
noch, wenn für jedes Reagens eine bestimmte Konzentration und eine Tropfvorrichtung
so abgestimmter Tropfengröße benutzt wird, daß jeder Tropfen eine bestimmte, für
die Rechnung einfache Menge von Reagens enthält. Dies bedeutet, daß auf Grund der
gezählten Tropfenzahlen nicht erst langwierige Umrechnungen auf Grund der chemischen
Wertziffern der einzielnen Reagenzien erforderlich sind, sondern unmittelbar die
Tropfenzahlen selbst in einfacher Addition und Subtraktion die erforderlichen Zuschläge
angeben, also ganz wesentliche Vereinfachung und weitere Beschleunigung erreicht
wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht das Gerät der Erfindung als Sammellasten
mit einzeln herausgezeichneten Inhaltsteilen.
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Ein Kasten i, mit Deckel 2 ausgerüstet, enthält eine Löcherplatte
3 zur Stützung der verschiedenen Einzelteile, die teilweise noch durch eine untere
Löcherplatte q. gestützt werden, soweit sie besonders empfindlich sind. Seitliche
Kammern 5 sind zur Aufnahme weiterer Hilfsteile vorgesehen. Im Deckel 2 ist durch
eine Platte 6 eine Tasche für Aufnahme von Rechenhilfsmitteln gebildet.
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In die Löcher 7 der Löcherplatte 3 passen Tropffaschen 8, die unten
an ihrem als Gummiballpipette ausgebildeten Stöpsel 9 je eine Tropfkugel io tragen,
die durchlocht ist, so daß sie das Abträufeln einzelner Tropfen ermöglicht. Diese
Flaschen enthalten Kalklösung, Sodalösung, Salzsäure, Oxalsäure und stärkere Waschsalzsäure.
Die Lösungen besitzen solche Konzentrationen, und die für die Größe des Tropfens
maßgebenden Tropfkugeln io sind von solcher Größe, daß jeder Tropfeis eine rechnerisch
einfach ausdrückbare Reagensmenge enthält.
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Die Löcher i i und 12 dienen zur Aufnahme eines Filtriertrichters
13 und eines Spiritusbrenners 14, weitere Löcher 15 zur Aufnahme von Kochkolben
18 nebst hölzernen Halteklammern 17 und ein letztes Loch 18 zur Aufnahme einer Indikatorspritzflasche.
19 mit einer Mischung von im Beispiel i g Phenolphthalein, 8 g Thymolphthalein und
i g Methylrot und mit Gummischlauchpipette 2o. Eine Gummiballpipette 2 i dient zur
bequemen Aufnahme einer abgemessenen Menge des zu prüfenden Wassers und findet ihren
Ablegeplatz in den Klammern 5.
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Mehrere Drehrechenschieber 22 mit Tropfenzahlskalen und ein Diagrammblatt
23 sind in der Tasche 6 des Deckels 2 handlich und gegen Beschädigung gesichert
aufbewahrt.
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Eine Rohwasseruntersuchung wird wie folgt durchgeführt. Ein mit der
stärkeren Säure gewaschener, mit Rohwasser gespülter und mittels der Pipette 2 i
mit abgemessener Rohwassermenge gefüllter Kochkolben 16 erhält einige Tropfen
des Indikators 18 zugefügt. Dies und alles folgende geschieht zweckmäßig auf weißer
Unterlage, damit alle Färbungen klar erkennbar sind.
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Tritt keine oder gelbliche oder rötliche Färbung ein, so liegt neutrales
oder saures Wasser vor, das Zuschläge an Kalk und Soda fordert. Jetzt wird Kalklösung
bis zu klarer Blaufärbung tropfenweise zugezählt (Tropfenzahl a), dann wird gekocht,
zweckmäßig unter einigem Luftabschluß. Falls beim Kochen die Farbe verschwindet,
- muß eine neue Probe kalt, mit größerem Kalkzusatz versehen, gekocht werden. Nach
dem Erkalten wird Oxalsäure tropfenweise bis zu Farbänderung zugezählt unter Durchschütteln
(Tropfenzahl b); die Oxalsäure bietet hierbei den Vorteil, daß sie mit Überschüssen
von Kalk einen unlöslichen Niederschlag gibt, während Salzsäure lösliche Verbindungen
bilden würde, die das Ergebnis fälschen würden.
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Danach wird Sodalösung bis zu deutlicher Blaufärbung zugezählt (Tropfenzahl
c), gekocht, nötigenfalls noch Lösung zugegeben, falls beim Kochen die Färbung verschwindet,
abgekühlt und wieder Oxalsäure (oder hier auch Salzsäure) tropfenweise bis zur Farbänderung
zugezählt (Tropfenzahl b').
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Das Rechengerät 22 enthält die verschiedenen Tropfenzahlskalen, mit
den gleichen Buchstaben a, b, c, b'_ bezeichnet, und zwar in solchen Teilungen,
daß einfache Subtraktion der Skalenlängen die Ablesung ermöglicht. Die Einstellung
der Skalenziffern a und b aufeinander legt an einer Zeigermarke A in einem Ausschnitt
2¢ eine darunter aufgedruckte Skala der Kalkzusätze frei und zeigt den nötigen Zusatz
in g/cbm an; ebenso legt ein Ausschnitt 26 an einer Zeigermarke B eine Skala 27
der Sodazusätze frei und zeit den nötigen Zusatz in g/cbm an.
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Nullstellungsmarken 28, 29, 3o der drei Skalenblätter sind so angebracht,
daß bei ihrem Zusammenfallen die Zuschläge Null angezeigt werden, was für völlig
reines Wasser gelten- würde. Diese Marken erleichtern die Handhabung wesentlich.
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Die hiernach festgelegten Zuschläge werden dem Rohwasser zugesetzt
und mit diesem der Kessel gespeist.
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Tritt gleich zu Anfang beim Zusetzen des Indikators 16 eine Blaufärbung
der Wasserprobe ein, so handelt es sich um ein sozusagen
überreinigtes,
d. h. mit Überschuß von Kalk oder Soda oder beiden versetztes Wasser. Hier wird
Salzsäure bis zur Gelbfärbung tropfenweise zugezählt (TropfenzahI d'). Dann wird
weiter Salzsäure bis zur Rotfärbung (Tropfenzahld') tropfenweise zugezählt. Der
erste Zusatz bedeutet, daß die Probe geg,-nüber dem Thymolphthalein sauer, aber
gegenüber dem Methylrot noch alkalisch ist; das bedeutet, daß nur neutrale Salze
und beispielsweise Bicarbonate in der Probe enthalten sind. Der zweite Zusatz bedeutet
die Neutralisierung der Bicarbonate und etwa Entstehung von Kohlensäure.
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Wird die Zahl d' angenähert gleich Null, so besteht Überschuß an Kalk,
und es muß dieser sowie der Mangel oder Überschuß an Soda festgestellt werden. Der
lsalküberschuß ist durch d -(- d' gegeben. Dann wird die Probe mit
Sodalösung tropfenweise bis zur Blaufärbung versetzt (Tropf enzahl c'), gekocht
und nach dem Abkühlen Oxalsäure zugetröpfelt bis zur Farbänderung (Tropfenzahl b").
Die Formel d -j- d' - c' -'- b" ergibt den Sodamangel oder
-ü:berschuß. Für diese Rechnungen wird, weil sie Additionen und Subtraktionen gemischt
enthalten, zweckmäßig ein grundsätzlich dem Hilfsmittel 22 gleiches, aber mit entsprechend
anderen Skalen versehenes Rechenhilfsmittel verwendet, das ebenfalls die Ergebnisse
unmittelbar ablesen läßt.
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Wird die Zahl d' merklich groß, so bedeutet das Sodaüberschuß, und
es muß dieser sowie der Mangel oder Überschuß an Kalk festgestellt werden. Die Probe
wird in diesem Fall dauernd gekocht zur Entfernung der Kohlensäure, abgekühlt und
Kalklösung zugetröpfelt (Tropfenzahl c') bis zur Blaufärbung, damit wird gekocht,
abgekühlt und Oxalsäure zugeträufelt (Tropfenzahl b'") bis zur Farbänderung. Die
Formel d -;- d' gibt den Sodaüberschuß. Der Kalkmangel oder -überschuß
ist gegeben durch die Formel d - d' - a' -i-- b"'.
Auch diese Rechnung
ist mittels eines in seinen Skalen entsprechend ausgebildeten weiteren Rechenhilfsmittels
ähnlich der vorbeschriebenen Art leicht durchführbar, so daß unmittelbar die Endergebnisse
ablesbar sind.
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Zur Bestimmung des Rohwasserzusatzes, der für Wasser mit Überschuß
an Kalk oder Soda nötig ist, dient das Diagrammblatt 23, das auf der Ordinatenskala
nach oben Mangel und nach unten Überschuß im Kesselwasser und auf der Abszissenskala
Mangel im Rohwasser angibt. Winkelstrahlen geben die nötigen Rohwasserzusätze an.
Verbindet man (am besten.unter Überlegung eines durchscheinenden Papierblatts) die
durch die Untersuchung ermittelten Skalenpunkte für Soda auf. beiden Achsen und
die für Kalk auf beiden Achsen, so hat man zu der steiler in dem Winkelstrahlenbereich
aufsteigenden Verbindungslinie eine Parallele in dem Rollwasserskalenpunkt des anderen
Mangels zu ziehen und diese Parallele in den Nullpunkt der Koordinaten zu rücken,
von wo aus sie auf dem mit ihr sich deckenden Winkelstrahl die Ablesung des
nötigen Rohwasserzusatzes ergibt. Da hierbei dieser Zusatz nach dem stärkeren überschuß
(beispielsweise. Kalk) vorgenommen wird, wird der geringere Überschuß (Soda) durch
Verdünnung zum Mangel, und der zu dessen Ausgleich,nötige Zuschlag ist auf der Ordinate
durch die Länge zwischen dem ursprünglich aufgetragenen Punkt und dem Nullpunkte
nach erfolgter Verschiebung unmittelbar abzulesen.