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Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschmaterial unter
Vermeidung eines Anfalles an aggressiven Abwässern
Ionenaustauscher sind kapillaraktive Stoffe, die die Eigenschaft haben, Kationen und bzw. oder Anionen einer Lösung gegen andere aufgespeicherte Ionen auszutauschen. Der Ionenaustausch- Prozess geht so lange vor sich, wie noch austauschfähige Ionen in der Ionenaustauscher-Masse vorhanden sind. Die Arbeitsphase läuft so lange, bis sich ein Gleichgewicht zwischen der Ionenaustauscher-Masse und der ionen-
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mehr statt. Um die Ionenaustauscher-Massen wieder arbeitsfähig zu machen, müssen dieselben regeneriert werden. Die Regeneration kann als Kehrprozess der Arbeitsphase angesprochen werden.
Als Ionenaustausch-
Material verwendet man in den meisten Fällen, wenn eine Deionisation einer Flüssigkeit angestrebt wird, ein Kationenfilter, gefüllt mit einem Kationenaustauscherharz und ein Anionenfilter, gefüllt mit einem Anionenaustauscherharz. Wie bereits angedeutet, wird bei der Regeneration das Kationenmaterial mit Säure und dasAnionenmaterial mit Lauge behandelt. Die Natur der Austauscherharze verlangt jedoch, dass das jeweilige Regenerationsmedium im Überschuss angewendet wird. Je nach Schaltung derAnlageundArt des Materials liegen die Überschüsse an aufgewendeten Regenerations-Chemikalien zwischen dem 1, 1fachen bis 2, 5-fachen der theoretisch notwendigen Mengen.
Nach dem bisherigen Verfahren wurde der Regenerations-Prozess so gehandhabt, dass nach dem Rückspülvorgang, der zur Auflockerung des lonenaustauschmaterials dient, das betreffende Regenerationsmedium mit der Durchflussrichtung von oben nach unten über das lonenaustauschmaterial geführt wurde.
Man hatte bei dem bekannten Verfahren nicht mit einem gesteuerten Abfluss der Regenerationschemikalien, die im Überschuss das Ionenaustauschfilter verlassen, gearbeitet. Um keine aggressiven Abwässer zu erhalten, musste man die Regenerationsabwässer in einem Sammelbecken, sogenanntem Neutralisationsbecken, sammeln, dann jenes Reagenz noch zusetzen, welches zur Neutralisation benötigt wurde. Der Bau solcher Becken ist ausserordentlich kostspielig, da sie nicht nur spezielle Mischeinrichtungen enthalten, sondern auch ausserordentlich grossräumig sind und in korrosionsgeschützter keramischer Auskleidung vorgesehen werden müssen.
Das erfindungsgemässe Verfahren befasst sich mit der besseren Ausnutzung der Regenerations-Chemikalien unter Vermeidung des Anfalles an sauren oder alkalischen Abwässern. Erfindungsgemäss wird dabei so vorgegangen, dass die Regenerierung der Kationenaustauscher und Anionenaustauscher gleichzeitig erfolgt. Die Mengen des zur Anwendung gelangenden sauren Regenerationsmediums (für den Kationenaustauscher) und des basischen Regenerationsmediums (für den Anionenaustauscher) werden derart abgestimmt, dass sie einander stöchiometrisch zur Erzielung einer praktisch neutralen Reaktion der vereinigten, die Kationen- bzw. Anionenaustauschersäule verlassenden Regenerationsflüssigkeiten entsprechen.
Das Mischungsverhältnis zur Erreichung des gewünschten pH-Wertes (7-8) des Abwassers kann durch entsprechende Steuerung der Ablassschieber od. ähnl. Steuereinrichtungen - von Hand aus oder automatisch - erfolgen. Der pH-Wert des Abwassers lässt sich in gewissen Grenzen wunschgemäss einstellen. Es empfiehlt sich, hiebei mittels eines Ejektors, der mit Rohwasser betrieben wird, die Regenerations-Chemi- kalien im gewünschten Mengenverhältnis anzusaugen. Zu diesem Zwecke können die Behälter, die das zur Regeneration bereite Ionenaustauschmaterial enthalten, entleert werden, jedoch vorzugsweise nicht zur Gänze, da sonst die Beherrschung des Prozesses erschwert wird.
Die Saugwirkung des Ejektors nutzt man vorteilhaft zum Ansaugen der Regenerations-Chemikalien aus, wobei empfohlen wird, die Regenerations-Lösung am unteren Ende des Austauscherfilters ein-und am oberen Ende austreten zu lassen. Beim erfindungsgemässen Verfahren ist aber auch der umgekehrte Vorgang möglich. Erstere Arbeitsweise hat folgende Vorteile :
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1. Die kapillaraktiven Ionenaustauscher saugen sich besser mit dem Regenerationsmedium an und geben höhere Austauscherleistungen. Die Höhe des Unterdruckes, der in den Filtern entsteht, kann man zweckmässig durch die Anordnung des Niveaus der Regenerations-Behälter vorausbestimmen.
2. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird der sonst notwendige Rückspül-Prozess überflüssig.
3. Das Austauscher-Material gelangt am unteren Ende zuerst mit dem reinsten Regenerationsmedium in Berührung. In der Praxis ist auch das unten liegendelonenaustauschmaterial am wenigsten erschöpft. Je reiner die letzte Schichte des Filter-Materials ist, desto geringer wird auch der Schlupf. Man erhält auf diese Weise auch ein reinere Deionisat in der Arbeitsphase.
4. Der eventuell grössere Aufwand-an Regenerations-Chemikalien wird durch die höhere AustauschKapazität der Ionenaustauscher-Massen eingebracht. Während man früher das noch fehlende Neutralisationsmedium direkt in die Abwasser-Grube zusetzen musste, wird dieses jetzt von der IonenaustauscherMasse weitestgehend verwertet.
5. Da die Ansaugwirkung hydraulisch erfolgt, spart man die Anschaffung von kostspieligen Dosierpumpen.
In derZeichnung ist eine mögliche Art der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beispielsweise veranschaulicht. Es bedeuten 1 und 1' die Vorratsbehälter für das saure bzw. basische Regenerationsmedium (HCI-bzw. NaOH-Lösung), 2 bzw. 2' das zu regenerierende Kationen- bzw. Anionen-Austauscherfilter, 3 bzw. 3'den entsprechenden Filtern zugeordnete Steuerventile, 4 und 4'die entsprechenden Durchflussmesser bzw. -regler (Rotamesser), 5 den Rohwasserzufluss mit zugehörigem Regelventil, 6 eine Ejektordüse. Die Pfeile geben die jeweilige Fliessrichtung an.
Die Arbeitsweise ist im dargestellten Fall folgende : Durch die Saugwirkung des mit dem Rohwasser gespeisten Ejektors 6 werden die Regenerationsmedien von unten durch die erschöpften Kationen-bzw. Anionenfilter gesaugt. Diese Fliessrichtung ergibt die weiter oben erwähnten Vorteile. Mit Hilfe der Steuerventile 3, 3'und der Regel- bzw. Messeinrichtungen 4, 4'werden die Mengen der abfliessenden verbrauchten Regenerationsmedien automatisch oder von Hand aus so aufeinander abgestimmt, dass die aus dem Ejektor austretende, durch das Rohwasser verdünnte Lösung praktisch neutrale Reaktion aufweist. Im Falle der automatischen Regelung erfolgt diese zweckmässig durch einen pH-Regler 7 bekannter Bauart.
Wo die Kosten für eine derartige automatische Regeleinrichtung wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen sind, genügt es, die Mengen der abfliessenden sauren bzw. basischen Lösung von Hand aus durch Einstel-
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entweder des sauren oder des basischen Regenerationsmediums gesteuert und auf die nicht geregelte Menge des andern Mediums abgestimmt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich auch bei Mischbettfiltern anwenden, nur wird dann bei solchen ein besonderes Verteilersystem erforderlich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regeneration von lonenaustauschmaterialien unter Vermeidung eines Anfalls an aggresiven Abwässern und unter Verwendung saurer Regenerationsmedien fur den Kationenaustauscher und basischer Regenerationsmedien für den Anionenaustauscher, dadurch gekennzeichnet, dass die das Ka- tionen-bzw. Anionenaustauschermaterial verlassenden, erschöpften sauren bzw. basischen Regenerations- medien vereinigt werden, wobei ihre Menge derart stöchiometrisch aufeinander abgestimmt wird, dass sie einander praktisch neutralisieren.