DE19705965A1

DE19705965A1 - Physikalisches Verfahren zur Beseitigung von technischen Carbonatinkrustationen (Kesselstein)

Info

Publication number: DE19705965A1
Application number: DE1997105965
Authority: DE
Inventors: Kai Dr Rer Nat Zeppenfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-17
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 1998-08-20

Description

Kesselsteinbildungen bzw. Kalkablagerungen in Rohrsystemen, industriellen Anlagen sowie in wasserverbrauchenden Haushaltsgeräten stellen immer noch ein großes Problem dar. Ein Verlust der Funktionstauglichkeit von Rohrleitungen und Absperrorganen sowie zu großer Energieaufwand für den Wassertransport, Verschlechterung des Wärmedurchgangs mit Minderung der Wirtschaftlichkeit bis hin zur Zerstörung der Anlagen seien einige beispielhaft zu nennende Schwierigkeiten. Seit Jahrzehnten werden auf dem Markt verstärkt "physikalische" Wasserbehandlungsgeräte angeboten, die Kalkinkrustationen in wasserführenden Systemen verringern und vermeiden sollen. Nach Angaben der Hersteller beruht die Wirkung solcher Geräte auf einem Einfluß elektrischer bzw. magnetischer Felder, welche eine Kristallisation verhindern sollen. Dabei sollen Vorgänge, die im Vorfeld einer Kalkabscheidung stattfinden, beeinflußt werden, so daß diese unterdrückt wird.

Es existieren zahlreiche Veröffentlichungen und Erklärungsversuche, in denen über die Beeinflussung magnetischer Felder auf die Wasserstruktur, oder über den Einfluß elektromagnetischer Felder auf die Modifikation der gebildeten Kalkabscheidung berichtet wird. Dabei wird deutlich, daß weder in der Literatur noch in den technischen Unterlagen der Hersteller eine physikalisch oder chemisch nachvollziehbare Wirkungsweise der oben beschriebenen Wasserbehandlungsgeräte gegeben wird. Daher war eine wissenschaftliche Beurteilung und ein genereller Einsatz dieser Geräte bisher nicht gegeben.

Es wird ein verbessertes Verfahren zur Beseitigung von vorhandenen Kesselsteininkrustationen in Rohrleitungen, wasserverbrauchenden Haushaltsgeräten und industriellen Anlagen vorgeschlagen. Das dem verkalkten System vorgeschaltete Gerät besteht aus zwei elektrolytisch innerten Platinelektroden, oder aus zwei mit Rutheniumoxid beschichteten Titanelektroden, deren Abstand 10 mm beträgt; von den Elektroden dient eine als Kathode (1), die andere als Anode (2). Mit Hilfe einer Spannungsquelle (3) wird an die Elektroden eine kontinuierliche Gleichspannung von 6.0 bis 12.0 Volt angelegt. Die Kathode ist von einer, nur für Ionen und Wassermoleküle durchlässigen Membran (4) umgeben, um den entstehenden Wasserstoff abzuführen. Die Elektroden sind in ein zylindrisches Rohr (5) fest installiert, welches durch flachdichtende Verschraubungen (6) in ein verkalktes Rohrsystem eingebaut werden kann.

Durch die Elektrolyse wird das fließende Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. An der negativen Elektrode (Kathode) werden Protonen zu Wasserstoff entladen und an der positiven Elektrode (Anode) wird Sauerstoff abgeschieden:

Kathode: 2 H₂O + 2 e⁻ → H₂ + 2 OH⁻
Anode: 2 H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4 e⁻

Durch die Elektrolyse wird in kurzer Zeit die thermodynamisch stabile Calcitmodifikation ausgefällt. Ursache für die beobachtete CaCO₃-Abscheidung ist die kathodische OH⁻-Bildung, wobei örtlich eine Kalkübersättigung des Wassers erreicht und Calcit abgeschieden wird:

Ca²⁺ + HCO₃- + OH⁻ ↔ CaCO₃ + H₂O

Bei den sich auf dem Markt befindlichen "elektrischen" Wasserbehandlungsanlagen werden folglich nicht, wie die Hersteller angeben, Kristallisationsvorgänge unterdrückt, sondern es tritt im "Wasserbehandlungsgerät" eine verstärkte CaCO₃-Kristallkeimbildung auf. Folglich verringert sich die Ca²⁺-Ionenkonzentration in dem dem Wasserbehandlungsgerät folgenden Rohrsystem.

Der Prozeß der Kesselsteinbildung an Rohrinnenwänden verläuft wesentlich langsamer als die Calcitbildung durch die Elektrolyse. Weiterhin sind Kesselsteininkrustationen schlecht kristallisiert, oft amorph, oder sie bestehen aus der Aragonitmodifikation. Neben carbonatischen können, abhängig von der jeweiligen Wasserzusammensetzung, auch sulfatische, silicatische, oxidische und oxihydratische Ablagerungen auftreten. Solche Inkrustationen sind in mit CaCO₃-gesättigtem Wasser oft leichter löslich als die durch das oben beschriebene Verfahren gebildeten gut kristallisierten und stabilen Calcitkristalle. Die Folge des erzeugten Ca²⁺-Konzentrationsgradienten wäre nun eine sich über einen längeren Zeitraum erstreckende Auflösung der bereits vorhandenen Kesselsteinablagerungen in Rohrsystemen und wasserverbrauchenden Anlagen.

Claims

Es wird ein physikalisches Verfahren zur Beseitigung von Kesselsteininkrustationen in wasserführenden Rohrsystemen vorgeschlagen, bei dem das Wasser durch eine elektrolytische Zelle fließt. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Platinelektroden bzw. zwei mit Rutheniumoxid beschichtete Titanelektroden verwendet werden, die elektrolytisch innert sind und durch naszierendes Chlor nicht angegriffen werden, die angelegten Gleichspannungen sind größer als die Zersetzungsspannung des Wassers; dieses führt zu großen kathodisch gebildeten OH⁻-Konzentrationen und folglich zu einer örtlichen stabilen Calcitkristallbildung. Aufgrund des resultierenden Ca²⁺-Konzentrationsgradienten kommt es in dem dem Gerät folgendem Rohrsystem zur langsamen Auflösung der instabileren Carbonatinkrustationen.