Anlagen zur Herstellung und Dosierung von Kalkmilch ... - Rheinkalk

Technik
Im neuen DVGW-Arbeitsblatt W 629
werden die einzelnen Verfahren zur
Herstellung und Dosierung von
Kalkmilch und Kalkwasser praxis nah
vorgestellt, indem anhand von Bei -
spielen auf die grundsätzlichen Funktionsweisen
ein ge gangen wird. Es wer -
den wichtige Details herausgegriffen,
die dazu bei tragen, eine opti male Be -
triebs führung zu ge währ leisten. Das Arbeitsblatt
bietet eine ausgezeich nete
Arbeits grundlage für Verwender von
Kalk produkten in der industriellen
Abwasserneutra li sation, bei der Schwermetallfällung
oder bei der Kessel- und
Pro zess wasser auf berei tung.
Anwendungsfelder für Kalk
in der Trinkwasseraufbereitung
Die zentrale Enthärtung harter Roh -
wässer ist ein wichtiges Verfahren in der
Trinkwasseraufbereitung. Es gibt eine
Reihe von unterschiedlichen Verfahren
– durchgesetzt hat sich insbesondere
die Schnellenthärtung. Hierbei kommt
in vielen Fällen Kalkmilch zum Einsatz.
Weitere Anwendungsfelder für Kalk -
milch bzw. Kalkwasser sind die Ein-
stellung des Kalk-Kohlensäure -Gleich -
gewichts und die Aufhärtung.
Kalkmilch kann vor Ort direkt hergestellt
werden. Alternativ besteht die
Möglichkeit, fertige Kalkmilch vom Produzenten
oder Händler zu beziehen.
Die zweite Variante wird bislang dann
bevorzugt, wenn aus verfahrenstechnischen
Gründen eine hochreaktive
Kalkmilch erforderlich ist oder wenn
aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die
eigene Herstellung nicht rentabel ist.
Fertiges Kalkwasser kann nicht direkt
bezogen werden. Es muss vor Ort aus
Feinkalk oder Kalkhydrat bzw. Kalk -
milch hergestellt werden.
Vom Calciumcarbonat zum Kalk
Der Ausgangsstoff, aus dem in einer
Reihe von Verfahrensschritten Kalkmilch
oder Kalkwasser hergestellt wird, ist
Calciumcarbonat, das bergmännisch
meist im offenen Tagebau gewonnen
wird (Abb. 1). Die Qualität der Lagerstätte
hinsichtlich Struktur und chemischer
Reinheit des Steins bestimmen
entscheidend die Eigenschaften der
Abb. 1 Gewinnung von
Calciumcarbonat im
Steinbruch
Anlagen zur Herstellung und Dosierung
von Kalkmilch und Kalkwasser
Optimierte Betriebsführung n Mit dem Erscheinen des Arbeitsblattes W 629 gibt der DVGW
erstmalig planenden Ingenieuren und Betreibern von Kalkmilch- und Kalkwasseranlagen
Hinweise an die Hand, die sich intensiv mit den technischen Anforderungen zur Herstellung,
Lagerung und Dosierung dieser Produkte befassen.
diversen Veredlungsprodukte. Für die
Trinkwasseraufbereitung werden nur
die reinen Vorkommen verwendet, die
im vollen Umfang der „Liste der Aufbereitungsstoffe
und Desinfektions -
verfahren“ gemäß §11 Trinkwasserverordnung“
entsprechen.
Das Calciumcarbonat, auch Kalkstein
genannt, wird nach seinem Abbau in
einer Vielzahl von Aufbereitungsschritten,
die auch das Zerkleinern und
die Reinigung umfassen, auf das
Brennen vorbereitet. Die chemische
Umsetzung im Brennofen zu Calciumoxid,
auch Kalk genannt, verläuft
entsprechend folgender chemischer
Gleichung unter erheblichem Energieaufwand:
CaCO 3 + Q zu CaO + CO 2
Die Durchführung des Kalkbrennens
hat einen signifikanten Einfluss auf
die chemische Reaktivität des fer -
tigen Branntkalks. Man unterscheidet
zwischen Weich-, Mittel- und Hartbrannt.
Von Bedeutung ist dabei die
60 03/2011

Reaktivität mit Wasser: Die poröse
Oberfläche eines Weichbrannts drückt
sich in einer vergleichsweise höheren
Reaktivität aus (Abb. 2). Die Brennbedingungen
haben folglich einen
gravierenden Einfluss auf das Kalklöschen
und damit auf die Herstellung
und den Charakter der Kalkmilch.
Kalkmilch
Auf dem Weg zur Herstellung der Kalk -
milch muss der Branntkalk gemäß fol -
gender Gleichung mit Wasser umgesetzt
(„gelöscht“) werden:
CaO + H 2O Ca(OH) 2 + Q ab
Dieser Vorgang des Kalklöschens ist
stark exotherm und in seiner Durchführung
vergleichsweise anspruchsvoll,
wenn besonders hohe Anforderungen
an die Qualität der fertigen Kalkmilch
gestellt werden. Das DVGW-Arbeitsblatt
W 629 geht entsprechend umfangreich
auf das Kalklöschen ein.
Mehrere Verfahrenstechniken werden
vorgestellt.
Kalkmilch ist eine Suspension von
Calciumhydroxid, [Ca(OH) 2 ], in Wasser.
Die Löslichkeit beträgt lediglich 1,59
g/l (20 °C). So liegt bei einer Kalkmilch
der weitaus größte Anteil ungelöst als
Calciumhydroxid vor. Der interessierte
Anwender beobachtet, dass sich Kalk -
milchqualitäten gleichen Feststoffgehalts
hinsichtlich ihrer Viskosität und ihres
Sedimentationsverhaltens stark unter -
scheiden können (Abb. 3). Das Gleiche
gilt für die Reaktionsgeschwindigkeit. Sie
hängt von der Korngrößenverteilung
der Ca(OH) 2 -Partikel ab. Daraus folgt,
dass die Wahl des Kalks und des Kalk -
milch-Herstellungsverfahrens wesent -
lich die chemisch/physikalischen Eigen -
schaften der Kalkmilch bestimmen und
das Endergebnis der Trinkwasseraufbereitung
wesentlich in qualitativer und
wirtschaftlicher Hinsicht beeinflussen;
so ist z. B. bei der Schnell ent carbo na -
tisierung die Reaktivität der Kalkmilch
von prozessentscheidender Bedeutung.
Lagerung von Kalkprodukten
Bei der Lagerung von Kalkprodukten
haben sich Silos aus Stahl in vie len
Anwendungsfällen durchgesetzt. Un -
ab hängig vom Baumaterial sollte pri -
mär auf eine glatte Innenbeschich tung
03/2011
des Silos und auf einen Winkel von
60° im konischen Austragsbereich ge -
ach tet werden, um einen gleichmäßigen
Massen fluss aus dem Silo zu ermög -
lichen. Neben der Beschreibung einer
ganzen Reihe von wichtigen Details,
die bei der Planung zu berücksichtigen
sind, wird im W 629 auf den Punkt „Erforderliche
Lagerkapazitäten“ eingegangen,
der für einen wirtschaft lichen
Betrieb der Anlagen von großer Wich -
tig keit ist.
Kalkentnahme, Kalkförderung und
Überwachungseinrichtungen
Bei der Bevorratung und Entnahme von
Kalk ist die Auflockerung des Materials
im Silo ein wichtiges Thema. Die Frage
der Kalkauflockerung tritt in den Hintergrund,
wenn gewährleistet wird, dass
ausschließlich hochwertige Kalkquali -
täten mit garantierter maximaler Feuch -
tigkeit Verwendung finden und die Aufnahme
von Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft
(im Rahmen der Befüllung
oder beim Betrieb der pneumatisch betriebenen
Austragshilfen) weitestgehend
ausgeschlossen wird. Zur Unterstützung
haben sich pneumatisch betriebene
Austragshilfen sehr bewährt und
schließen die Brückenbildung im Silo
aus. Alternativ dazu können z. B. auch
Austragsaggregate eingesetzt werden,
die eine im Konus des Silos aufsteigende
Welle mit daran befestigten Metallfedern
aufweisen und über einen Getriebemotor
rotierend angetrieben werden.
Die Herstellung einer Kalkmilch mit
definiertem Feststoffgehalt, wie es in
Wasserwerken Bedingung ist, macht es
erforderlich, die gewünschten Mengen
Kalk und Wasser exakt vorzulegen. Hier
empfiehlt es sich, den Kalk mittels
Schnecke zunächst in einen Dosiervorlagebehälter
zu fördern, wo das Gewicht
gravimetrisch zuverlässig bestimmt
Trinkwasseraufbereitung
Abb. 2 Elektronenmikroskopische Aufnahmen von Weichbrannt (links)
und Hartbrannt (rechts)
werden kann. Alternativ wird auch auf
Trockengutdosierer verwiesen, die auf
volumetrische Weise die berechnete
Menge Kalk in einen Vorlagebehälter
dosieren. Beide Prinzipien führen in
der Praxis zu guten Ergebnissen. Inzwischen
wird die Vorhaltung eines separaten
Dosiervorlagebehälters nicht
in jedem Fall als zwingend erforderlich
betrachtet. Vielmehr kann die Kalkmilch
auch in einem Gefäß angerührt und aus
demselben direkt dosiert werden.
Messungen an Kalksilos melden zuverlässig
die für die Betriebs- und Versor -
gungssicherheit relevanten Grenzwerte.
Hier sind Füllstände sowie Druckver-
Abb. 3 Vergleich von zwei Kalkmilch -
produkten mit identischem Feststoff -
gehalt, aber unterschiedlicher Viskosität
61

Technik
Betriebswasser
FIC
TS
WS
M
M
M
M
M
LS PS
Abb. 4 Schema einer kontinuierlichen Weißfeinkalklöschanlage
Betriebswasser
Befüllung
Befüllung
Vibrator
Wiegeeinheit
Löschbehälter
Vibrator
Abluft
CaO - Silo
Wiegeeinheit
Zellradschleuse
Abluft
Abb. 5 Schema einer Kalkmilchbereitung aus Kalkhydrat
LIS
Ca(OH) 2 -Silo
Kalkmilchansatzbehälter
M
Kalkmilchbehälter
Trockene
Luft
M
hältnisse zu nennen. Bei den ein gesetzten
Staubfilteranlagen hat sich bewährt, auf
die Alkaliresistenz des eingesetzten Fil -
termaterials zu achten. Im Folgenden soll
die Herstellung, Lagerung und Dosie -
rung von Kalkmilch behandelt werden.
Herstellung von Kalkmilch
aus Branntkalk
Die Herstellung von Kalkmilch aus
Branntkalk wird in W 629 ausführlich
beschrieben. Damit wird der Tatsache
Rechnung getragen, dass es eine Reihe
von Löschverfahren gibt, die sowohl
kontinuierlich als auch diskontinuierlich
zur Kalkmilchproduktion Verwendung
finden. Abbildung 4 zeigt das Anlagen -
schema einer Feinkalklöschanlage und
das zugehörige Silo. Allen Verfahren ist
jedoch gemein, dass bei ihnen eine Reihe
von Punkten zu berücksichtigen ist, die
den Herstellungsprozess der Kalk milch
aus Feinkalk (CaO) im Wasserwerk
deutlich aufwendiger gesta lten. Diese
Punkte werden an mehreren Stellen in
dem Arbeitsblatt angemessen erwähnt
und nachfolgend kurz zusammengefasst:
• Die Durchführung der stark exother -
men Reaktion des Kalklöschens erfordert
eine vergleichsweise komplexe
Anlagentechnik (Temperaturüberwachung,
Brüdenabsaugung etc.) und
stellt demnach auch besondere Ansprüche
an die Betriebs- und Arbeitssicherheit.
• Unter Umständen ist es erforderlich,
Wasser für das Löschen zu behandeln,
wenn die Konzentrationen von z. B.
Sulfat und Carbonat zu hoch sind und
es damit zu einer erheblichen Qualitätseinbuße
bei der fertigen Kalkmilch
kommt.
• Die Reaktivität des zur Verfügung
stehen den Branntkalks muss auf das
Verfahren der Kalklöschung abgestimmt
sein. Entsprechende Tests und
Erfahrungen sollten im Vorfeld ge -
macht werden. Nicht jeder Kalk ist für
jede Löschtechnologie geeignet und
überall verfügbar.
Herstellung von Kalkmilch
aus Kalkhydrat
Da bei diesem Prozess keine Wärme -
energie frei wird, ist er weniger aufwendig.
Grundsätzlich erfolgt die Herstellung
ebenfalls in einem Ansetz -
behälter (Abb. 5).
62 03/2011
Abluft
FIC
Kalkmilch
Betriebswasser
Kalkmilch
Trockene
Luft
Abluft

Lagerung und Dosierung von
gebrauchsfertiger Kalkmilch
Bis zu einer maximalen Konzentration
von 25 % können hochreaktive und
sedimentationsstabile Kalkmilch quali -
täten für die Trinkwasseraufbereitung
gebrauchsfertig bezogen werden. Die
Beschickung des Kalkmilchtanks erfolgt
über eine Befüllstation. Das Vorratsvolumen
vor Ort sollte stets größer sein
als die maximale Ladekapazität des
Tankwagens von ca. 25 t. Jede Kalkmilch
neigt während der Lagerung zur Sedi -
mentation. Dies ist ein natürlicher physi -
kalischer Prozess. Er kann aber leicht
ver hindert werden, indem täglich eine
Durchmischung des Tanks mittels Rührwerk
oder durch Umwälzung erfolgt.
Für sedimentationsstabilisierte Kalk -
milch gilt, dass eine Durchmischung
von lediglich ca.1 h/d ausreichend ist,
um die Ausbildung einer Klarphase zu
verhindern.
Für den Betrieb ist im Einzelfall zu bestimmen,
welche der vorgestellten Vari -
an ten die wirtschaftlichste und technologisch
sinnvollste Lösung darstellt.
Dabei müssen Beschaffungskosten, die
beim Bezug fertiger Kalkmilch vergleichsweise
hoch sind, ebenso berücksichtigt
werden wie die nicht unerheblichen
Investionen für die Anschaffung
einer Ansetzstation bzw. einer Löschanlage.
Betriebs- und Wartungskosten
bei Bezug von Trockenprodukten fallen
darüber hinaus ebenfalls ins Gewicht.
Diese liegen für eine Löschanlage deut -
03/2011
Wir stellen aus:
WASSER BERLIN
Halle 2.2 | 205
lich über denen einer Hydratauflösestation.
Wegen der unter schied lichen
Molgewichte von Feinkalk gegenüber
Kalkhydrat ist außerdem zu berücksichtigen,
dass die Ergiebigkeit von 1.000
kg CaO gegenüber der gleichen Menge
Ca(OH) 2 höher ist.
Herstellung von Kalkwasser
Kalkwasser ist eine (feststofffreie) wässrige
Lösung von Ca(OH) 2 und findet
u. a. Anwendung bei der chemischen
Entsäuerung, bei der Aufhärtung und
pH-Wert-Einstellung. Kalkwasser wird
aus Kalkmilch in einer Reihe von Verfahrensschritten
hergestellt. Das W 629
geht auf die Funktionsweise und Gestal -
tung von Kalkwassersättigern detailliert
ein. Bei allen Verfahren sind zuverlässig
die Sedimentation der unlöslichen Kalkbestandteile
und Trübungen im Sättigerablauf
zu verhindern.
Zusammenfassung
Es steht eine Vielzahl von kalkstämmi -
gen Produkten zur Trinkwasseraufbreitung
zur Verfügung. Die Unter -
schiede zwischen den daraus produ -
zierten Kalkmilchqualitäten spiegeln
sich in unterschiedlichen Reaktivitäten
und Sedimentationsverhalten wider. In
Abhängigkeit von der betrachteten Anwendung
ist die Reaktivität von mehr
oder weniger prozessentscheidender
Bedeutung. Jede Kalkmilchqualität
kann vor Ort im Wasserwerk aus den
Trocken produkten Kalkhydrat oder
Feinkalk in mehr oder weniger auf-
Kompetenz beweist sich im Detail
Trinkwasseraufbereitung
wendigen Verfah ren hergestellt werden.
Alternativ kann sie direkt bezogen und
in Lagertanks bevorratet werden. Im
Einzelfall ist zu überprüfen, welche der
drei aufgezeigten Möglichkeiten für
den Betreiber die wirtschaftlichste ist.
Hier sind die jährliche Bedarfsmenge,
die Frachtkosten, die Investitionskosten
und die laufenden Betriebskosten die
ausschlaggebenden Einflussfaktoren.
Abbildungen: Abb. 1-3: Rheinkalk GmbH,
Abb. 4, 5: DVGW
Bezug des DVGW-Regelwerks:
wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft
Gas und Wasser mbH
Josef-Wirmer-Str. 3
53123 Bonn
Tel.: 0228 9191-40
Fax: 0228 9191-499
E-Mail: info@wvgw.de
Internet: www.wvgw.de
Autoren:
Dr. Franz Immel
Dipl.-Ing. Michael Webeling
Rheinkalk GmbH
Am Kalkstein 1
42489 Wülfrath
Tel.: 02058 17-2618
Fax: 02058 17-12618
E-Mail: Franz.Immel@rheinkalk.de
Internet: www.rheinkalk.de
www.akdolit.de
Das Akdolit ® -Lieferprogramm deckt alle Anforderungen an die Eigenschaften
der natürlichen Kalkprodukte sowie von Filtermaterialien in der Trinkwasseraufbereitung
bis in jedes Detail ab. Abgestimmt auf spezielle Kundenwünsche
werden Produkt- und Verfahrenskombinationen zusammengestellt, die eine
hohe Betriebs sicherheit und Wirtschaftlichkeit aufweisen.
Daneben stehen wir Ihnen mit einem umfassenden Service und anwendungstechnischer
Beratung zur Seite. Mehr unter: www.akdolit.de
Rheinkalk Akdolit – Experten reinsten Wassers
Rheinkalk Eifel Sauerland GmbH & Co. KG Niederlassung Akdolit
Kasselburger Weg | 54570 Pelm | Postfach 1149 | 54561 Gerolstein
Tel.: +49 (0) 65 91 - 40 20 | Fax: +49 (0) 65 91 - 5274 | akdolit@rheinkalk.de
63