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Verfahren zur Enthärtung und Entsalzung von Wasser.
Es ist bekannt, Wasser dadurch zu entsalzen, dass man es zunächst über einen Wasserstoffaustauseher filtriert, welcher die Neutralsalze des Wassers in die entsprechenden freien Säuren umwandelt, und dass man anschliessend die Anionen dieser Säuren gegen die Hydroxylionen eines Anionenaustauschers umtauscht. Das anfallende Filtrat weist insofern gewisse Mängel auf, als sich im allgemeinen das pH im Verlaufe der Filtration vom stark alkalischen bis zum deutlich sauren Gebiet erniedrigt. In entsprechender Weise sinkt der beispielsweise gegen Methylorange als Indikator bestimmbare Säureverbrauch.
Ferner ist von dem insgesamt anfallenden Filtrat nur der mittlere Anteil praktisch restlos entsalzt, während eine grössere Filtratmenge zu Beginn der Filterlaufzeit teils noch von der Regenerierung des Hydroxylfilters stammende, teils von starker Neutralsalzspaltung herrührende Laugeteile bzw. zu Ende der Laufzeit Alkalisalze enthält. Diese Verhältnisse werden grundsätzlich nicht gebessert, wenn ein zweites frisch regeneriertes Filterpaar gleicher Art mch- geschaltet wird.
Für technische Zwecke, so bei der Speisung von Kesseln, ist es jedoch notwendig, nicht nur ein gleichmässig entsalztes Wasser, sondern auch ein solches mit nur geringen Schwankungen in Titer und Wasserstoffionenkonzentration zur Verfügung zu stellen.
Es wurde nun gefunden, dass ein praktisch salzfreie Wasser von nahezu gleichbleibendem Lauge-bzw. Säuretiter über die ganze Laufzeit der Filter hin erzielt wird, wenn an vorletzter Stelle
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durch die Natur der verwendeten Austauscher bedingt, teils von dem jeweil'gen Brladungs- oder Regenerierzustand abhängig.
Ein Urteil über das Neutralsalzspaltungsvermögen von Kationen-bzw. Anionenaustauschern kann man sich leicht dadurch verschaffen, dass man über den Austauschkörper eine abgemessene Menge einer Neutralsalzlösung filtriert und alsdann die durch lonenaustausch gebildete Säure-bzw.
Laugemenge titriert. Ähnliche Vergleichszahlen lassen sich aus pH-Kurven entnehmen, die man bei Titration des Austauschers mit Lauge bzw. Säure erhält, wodurch die Austauschmaterialien bezüglich ihres Arbeitsintervalls charakterisiert werden. Sulfogruppen enthaltende Austauseher zeigen eine wesentlich stärkere Neutralsalzspaltung als Karboxyl-oder phenolisehe Gruppen enthaltende.
Auch hinsichtlich des pH-Bereiches ihres Arbeitsintervalls treten erhebliche Unterschiede in Erscheinung derart, dass beispielsweise Sulfogruppen enthaltende Materialien in einem engen pH-Bereich von 1'5 bis 2'5 nahezu ihre volle Wirksamkeit entfalten, während anderseits Kationenaustauscher schwächersauren Charakters bzw. Gruppen verschiedener Stärke ein höheres bzw. breiteres pH-Intervall von etwa 2'5 bis 9 allmählich durchlaufen. Entsprechendes gilt für die Hydroxylaustauscher.
Es wurde weiter gefunden, dass man auch unter Verwendung von nur je einer Sorte Kationenund Anionenaustauscher gemäss den entwickelten Grundsätzen das angestrebte Ziel eines gleichmässigen und weitgehend entsalzten Wassers von vorzüglicher Qualität erreicht, wenn man unter Verwendung mehrerer Filterpaare nach folgendem Schema arbeitet :
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<tb>
<tb> Roh-H-OH-H-OHwasser <SEP> Austauscher <SEP> Austauscher <SEP> Austauscher <SEP> Austauscher
<tb> teilweise <SEP> frisch <SEP> re- <SEP> # <SEP> frisch <SEP> re- <SEP> # <SEP> teilweise <SEP> # <SEP> entsalztes
<tb> # <SEP> beladen <SEP> # <SEP> generiert <SEP> # <SEP> generiert <SEP> # <SEP> beladen <SEP> # <SEP> Wasser.
<tb>
Nach jeder Beladungqperiode wird das erstgeschlatte H-Filter und das letztgeschaltete OH-Filter regeneriert und sodann als zweites H- bzw. erstes OH-Filter in Betrieb genomen. Das von dem frisch regenerierten OH-Filter stammende freie Alkali, sowie das etwa bei Durchbruch des ersten H-Filters im Wasser verbliebene Alkali und Erdalkali wird durch das zweite - weil frisc regeneriert - besonders aufnahmefähige H-Filter dem Wasser entzogen.
Anderseits läuft vom zweiten OH-Filter, da es bereits als erstes OH-Filter im vorangegangenen Arbeitsspiel beansprucht woden ist, ein praktisch neutrales Wasser ab.
Beispiel : Ein Brunnenwasser mit
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<tb>
<tb> 22'70 <SEP> dH <SEP> Geamthärte
<tb> 2-5 <SEP> dH <SEP> Karbonatharte
<tb> 230 <SEP> mg/l <SEP> gebundenem <SEP> So2
<tb> 60 <SEP> mg/l <SEP> gebundenem <SEP> Cl
<tb> pH <SEP> = <SEP> 7#0
<tb>
wird mit einer Geschwindigkeit von 40017 durch ein System von vier Filtern geleitet :
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<tb>
<tb> 1. <SEP> 31 <SEP> kg <SEP> = <SEP> 39 <SEP> l <SEP> als <SEP> H-Anstauscher <SEP> betriebenes
<tb> 1. <SEP> Filter: <SEP> Resoreinsnlfosäureharz <SEP> bereits <SEP> teilweise <SEP> beladen
<tb> 2. <SEP> Filter <SEP> : <SEP> 38 <SEP> kg <SEP> = <SEP> 50 <SEP> l <SEP> als <SEP> OH-Austauscher <SEP> betrie- <SEP> frisch <SEP> regeneriert
<tb> benes <SEP> Gaanidyl-m-phenylendiaminharz
<tb> 3. <SEP> Filter: <SEP> wie <SEP> Filter <SEP> 1 <SEP> frisch <SEP> regeneriert
<tb> 4. <SEP> Filter:
<SEP> wie <SEP> Filter <SEP> 2 <SEP> bereits <SEP> teilweise <SEP> beladen
<tb> Gebundenes
<tb> l <SEP> Filtrat <SEP> Verbrauchte <SEP> cm <SEP> n/10 <SEP> HCl <SEP> auf <SEP> 100 <SEP> cm
<tb> PH <SEP> SO3 <SEP> Cl
<tb> insgesamt <SEP> Filtrat <SEP> (gegen <SEP> Methylorange) <SEP> - <SEP> m-Wert
<tb> mg/l
<tb> mujl
<tb> 400 <SEP> 8-0 <SEP> 0-3 <SEP> 0 <SEP> 3
<tb> 800 <SEP> 8-0 <SEP> 0-3 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 1200 <SEP> 7-5 <SEP> 0-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 1600 <SEP> 7-o <SEP> 0-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 2000 <SEP> 7#5 <SEP> 0'2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 2400 <SEP> 7-5 <SEP> 0-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 2800 <SEP> 7-5 <SEP> 0-2 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb>
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sind.
EMI2.5
<tb>
<tb>
Gebundenes
<tb> l <SEP> Filtrate <SEP> pH <SEP> m-Wert <SEP> SO3 <SEP> Cl
<tb> rngjl
<tb> 400 <SEP> 9#9 <SEP> 0'95 <SEP> 0 <SEP> 8-5
<tb> 800 <SEP> 9#8 <SEP> 0'95 <SEP> 0 <SEP> 8
<tb> 1200 <SEP> 9#5 <SEP> 0-85 <SEP> 0 <SEP> 7
<tb> 1600 <SEP> 9-0 <SEP> 0-8 <SEP> 0 <SEP> 6
<tb> 2000 <SEP> 9-0 <SEP> 0-8 <SEP> 0 <SEP> 6
<tb> 2400 <SEP> 8-9 <SEP> 0-8 <SEP> 0 <SEP> 6
<tb> 2800 <SEP> 7#8 <SEP> 0#7 <SEP> # <SEP> 6#5
<tb>
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Selbstverständlich kann das Filtrat des ersten Filterpaares, sobald es nach einer gewissen Vorlaufzeit den Ansprüchen an Salzfreiheit, Titer und PH genügt, unmittelbar als Reinwasser verwendet werden.
Da hiefür jedoch nur der Filtratanteil aus der mittleren Betriebsperiode des ersten Filterpaares überhaupt in Frage kommt, muss das angegebene Verfahren in der Anlauf-und Endperiode des Filterbetriebs auf jeden Fall angewendet werden.
Das Verfahren lässt sich auch auf mehrere Filterpaare ausdehnen, wobei sich der grundsätz- liche Vorteil bietet, dass unabhängig von zwischendurch notwendigen Regenerierungen einzelner Filtereinheiten ein gleichmässiger Strom entsalzten Wassers entnommen werden kann. Bei Anwendung dreier Filterpaare arbeitet man zweckmässig nach folgendem Plan :
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<tb>
<tb> Filter <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI
<tb> Füllung <SEP> H- <SEP> OH- <SEP> H- <SEP> OH- <SEP> H- <SEP> OHAustauscher
<tb> 1. <SEP> Laufzeit
<tb> 1 <SEP> ! <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> 2. <SEP> Laufzeit
<tb> + <SEP> I <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> +
<tb> Reihenfolge <SEP> der <SEP> Filter <SEP> im
<tb> Entsalzungsbetrieb <SEP> 3. <SEP> Laufzeit
<tb> 3 <SEP> + <SEP> + <SEP> 4 <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> 4. <SEP> Laufzeit
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> + <SEP> + <SEP> 4
<tb> und <SEP> so <SEP> fort
<tb> + <SEP> wird <SEP> regeneriert
<tb>
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Wassers keine Verminderung erfährt-die freie Säure durch Filtration über einen Hydroxylaustauscher, d. h. durch Ersatz der überschüssigen Anionen durch Hydroxylionen, beseitigt.
Auch in diesem Falle wird erfindungsgemäss ein Anionenaustauscher von geringem Neutralsalzspaltungsvermögen nachgeschaltet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Enthärtung und Entsalzung von Wasser durch Filtration über ein oder mehrere Filterpaare von Kationen bzw. Anionen austauschenden Adsorbentien, dadurch gekennzeichnet, dass an vorletzter Stelle ein Wasserstoffaustauscher mit hohem oder mittlerem Neutralsalzspaltungsvermögen und an letzter Stelle ein Anionenaustauscher mit geringem Neutralsalzspaltungsvermögen geschaltet wird.