[发明专利]让水富含镁离子的方法和设备

说明书

本发明涉及一种让水，特别是饮用水富含镁离子的方法和设备。

为防止流过水的装置如管道、热水器和附件的结垢和腐蚀，需要 对水进行处理。因为结垢主要由产生硬度的成分()即 钙和镁的盐的沉积引起，所以为保护装置大多使用从水中去除钙离子 和镁离子的软化装置。该软化装置通常按离子交换原理工作，钙离子 和镁离子由来自离子交换剂的钠离子或钾离子所完全或部分取代。为 防止该装置腐蚀，可在水中加入呈多磷酸盐和/或正磷酸盐、硅酸盐、 碳酸盐和/或氢氧化物，大多借助于计量装置加入。

除去在管道或其它导水装置中的水处理外，也使用直接在水龙头 处进行水处理的方法。这类直接在水龙头处或在单独容器中的水处理 称为使用现场处理(POU)。这时使用装在水龙头紧前面或在水龙头上 的装置，或使用敞口体系，这时水在单独容器(大多为罐)中进行处 理。

与在水龙头处直接在流出水龙头或在其紧前面进行水处理不同， 为在单独的容器中处理水，大多使用是使该待处理的水由上方充填到 容器的插入部件或附件中，接着水经高效过滤器去除颗粒、经活性炭 去除氯、有味道的物质和有气味的物质以及经离子交换去除产生硬度 的成分如钙离子和镁离子、重金属和碳酸氢盐，并流入容器下部。在 市场上该容器称为所谓的水瓶(Pitcher)或水壶(Jug)，例如由Anna 和Brita公司供应。

在该容器中所用的离子交换剂主要含弱酸性阳离子交换树脂，该 饮用水的产生硬度的成分和重金属大部分由来自离子交换剂的氢离 子所交换。这种交换的结果使经处理的饮用水的pH值为约4.5-5，而 通常的即未经处理的饮用水或自来水的pH值大多大于7。

如果在容器中经处理的水(如在大多情况下常见的)不仅用于饮 用或烹饪，也用于准备热饮用水特别是用于准备茶时，该pH值的降 低会产生后果。因为茶的颜色仅受水的pH值影响，而不受茶成分的 影响，所以pH值越低，茶越透亮和清澈。其原因是茶叶含有儿茶素、 叶绿素和类黄酮，这些物质是天然的pH指示剂。如果pH值低于4， 则茶浸泡液是无色的。如果水的pH值大于7，则茶颜色变得更深， 并同时导致茶叶中所含的多酚的氧化。其进而交联成水不溶性的聚合 物，该聚合物随后在表面形成薄膜。

为避免pH值降低，该离子交换剂中的弱酸性阳离子交换树脂要 呈缓冲形式使用，其中一定的份量用钠离子或钾离子所调整或负载， 而其余保留呈氢离子型。所以在交换时原水(Rohwasser)中的并非所 负载的全部阳离子均由氢离子取代，而是部分由钠离子或钾离子所取 代。该经处理的水的pH值可经这种缓冲方式调节到大于6的值。

但通常认为，这种水处理的后果是从饮用水中或多或少强烈地去 除了在生理上重要的镁离子，由此恶化了饮用水的品质。另一方面饮 用水中钠含量的增加也视为是不利的，特别是将该经处理的饮用水用 于准备婴儿营养品时是不利的。

由现有技术已知借助于含强酸性交换树脂的离子交换剂来用镁 离子取代饮用水中的钙离子。为此例如在DE 10020437 A1中描述了 一种方法，该方法中含强酸性阳离子交换树脂的离子交换剂用例如氯 化镁溶液再生。再生后该离子交换剂的强酸性交换树脂以镁-型存 在，并可在处理饮用水时，可由与钙离子交换而释放出其镁离子。该 阳离子交换树脂耗尽后，所述离子交换剂可用氯化镁溶液再次再生。

与强酸性阳离子交换树脂不同，弱酸性阳离子交换树脂不能用盐 溶液如氯化镁再生。在用于软化水后呈钙-型存在即基本上其100％的 离子交换容量由钙离子所负载的弱酸性阳离子交换树脂是经耗尽的， 并接着可用酸再生。其原因在于弱酸性阳离子交换树脂通常具有羧基 作为固定离子或具交换活性的基团，在该基团上钙离子呈钙-型键合。 因此该钙离子仅以低离解的形式存在于离子交换剂中，由此仅可在酸 环境下离解，并由酸的氢离子所交换。用酸再生后该离子交换剂再次 呈氢离子-型存在，即基本上其100％的离子交换容量由氢离子负载。

弱酸性离子交换树脂可在再生后于另一处理步骤中用酸进行调 整，例如用氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液转化成钠-型或钾-型， 这种情况下用钠离子或钾离子代替用氢离子负载。