Verfahren und Vorrichtung zum Vollentsalzen von Wasser
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vollentsalzen von Wasser, in einem Mischbettionenaustauscher, bei dem zur Regenerierung Säuren bzw.
Alkalien mit Wasser benutzt werden.
Gemäss der Erfindung wird nun so vorgegangen, dass Säure und Lauge gleichzeitig mittels Vakuum eingezogen und gleichzeitig abgeführt werden. Es wird dadurch erreicht, dass nach Durchfliessen des Wassers der Vollentsalzungsanlage sich die beiden pH-Werte der Säure und Lauge, die entgegengesetzt sind, aufheben, so dass die sonst gebräuchliche Neutralisation des Abwassers aus einer Vollentsalzungsanlage hier nicht mehr notwendig ist.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens besteht gemäss der Erfindung darin, dass in einem Zylinder, der die Austauscherharze enthält, etwa in jener Zone, in der die Trennlinie der beiden Harze nach der Entmischung liegt, zwei ineinandergeschachtelte, mit Bohrungen versehene Hohlkörper angeordnet sind, bei denen ein Siebnetz in dem Zwischenraum zwischen dem äusseren und inneren Körper eingelegt ist, wobei der innere Hohlkörper mit einer nach aussen führenden Leitung versehen ist.
Dabei können die ineinandergeschachtelten Hohlkörper Rohre in Form eines Stabes, eines Ovals oder eines Ringes sein.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann an dem die Austauscherharze enthaltenden Zylinder eine Schalttafel angebracht sein, die alle Anschlüsse und Armaturen aufnimmt.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der die Austauscherharze enthaltende Zylinder mit einem blockartig gestalteten Gehäuse zusammengebaut ist, wobei alle Anschlüsse an bzw. in dem Gehäuse angeordnet sind und alle Armaturen sich innerhalb desselben befinden.
Je nach den Anforderungen, die an das entsalzte Wasser unter verschiedenen Umständen gestellt werden und auch je nach der Sorgfalt, die bei der Regenerierung aufgewendet wird, ist es oft erforderlich, eine mehr oder weniger grosse Menge Vorlaufwasser ungenutzt abfliessen zu lassen, so dass die Austauschfähigkeit der Polystyrolharze nur ungenügend ausgenutzt wird.
Um dies zu vermeiden, wird bei einer weiteren Ausführung so vorgegangen, dass das entsalzte Wasser vor dem Austritt aufgegangen wird und innerhalb der Entsalzungsanlage solange umgewälzt wird, bis der gebrauchte Reinheitsgrad erreicht ist.
Vorteilhaft erfolgt die Steuerung des Abflusses des entsalzten Wassers oder seine Umwälzung mit Hilfe eines die Leitfähigkeit des Wassers messenden Gerätes.
Eine bevorzugte Ausführung der Vorrichtung besteht nun darin, dass eine Pumpe vorgesehen ist, die mit ihrer Saugseite an die Ableitung des entsalzten Wassers, mit ihrer Druckseite an die Zuleitung des Spülwassers angeschlossen ist, wobei die Ableitung nach dem Anschluss der Pumpe durch ein Ventil verschliessbar ist. Vorteilhafterweise ist in der Rohwasserzulaufleitung ein Ventil angeordnet, das im Gleichtakt mit dem Ventil der Ableitung öffnet und schliesst.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass in der Ableitung und in der Rohwasserzuleitung Magnetventile vorgesehen sind, wobei diese sowie die Pumpe elektrisch mit einem in die Ableitung eingeschalteten Leitfähigkeitsmessgerät verbunden sind, derart, dass die Magnetventile bei Überschreiten einer eingestellten Leitfähigkeit schliessen, bei Unterschreiten öffnen und gleichzeitig die Pumpe anspringt, bzw. zum Stillstand kommt.
Zweckmässig können die Pumpe und die Ventile zusätzlich von Hand aus betätigbar sein.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung wird bei Inbetriebnahme einer Einrichtung zum Vollentsalzen das Vorlaufwasser eingespart, weil das vorentsalzte Wasser, das nicht rein genug ist, über die Anlage rückgeführt wird, also umgewälzt wird. Es ist ferner zu beachten, dass bei längerem Stillstand durch Gegenioneneffekt eine gewisse Aufsalzung des in der Anlage befindlichen Wassers erfolgt, so dass dann bei Inbetriebnahme in der ersten Zeit Wasser von nur geringerer Reinheit anfällt. Auch hier ist es eben von Vorteil, wenn der automatische Umlauf des Wassers, vor seiner Abgabe, einsetzt.
Schliesslich ist es bekannt, dass nach der Regenerierung niemals eine stets gleiche Wasserqualität vorliegt, wobei die Schwankungen durch verschiedene Umstände verursacht werden. Die verschiedenen Wassermengen, die durch eine Anlage laufen, sind eine der Ursachen von Schwankungen, ferner die nie zu vermeidenden Fehler bei den Benutzern derartiger Anlagen, nämlich dass eine schlechte Regenerierung durchgeführt wird und auch eine schlechte Mischung der Kationen und Anionen nach dem Regenerieren.
Diese Schwankungen können die Leitfähigkeit des Wassers so beeinflussen, dass die Messanlage Schwankungen im Bereich von 0,1 bis 1,0 llS anzeigt. Dadurch war es bisher nicht möglich, eine bestimmte Wasserreinheit zu garantieren.
Aufgrund der vorliegenden Erfindung hingegen kann man solche Garantien über bestimmte Wasserreinheit abgeben, man kann z. B. als schlechtesten Wert 0,1 pS gewährleisten.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
Es zeigen, in schematischen Skizzen:
Figur 1 eine Anlage zur Vollentsalzung,
Figur 2 eine Draufsicht auf einen in der Trennzone einzusetzenden Hohlkörper in Form von einandergeschachtelten Ringen und
Figur 3 eine Anlage zur Vollentsalzung mit einer zusätzlichen Steuerung des Abflusses des entsalzten Wassers.
Eine erfindungsgemässe Vollentsalzungsanlage, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, besteht aus einem innen gummierten Stahlzylinder 1, in dem die Austauscherharze enthalten sind und einem Gehäuse 2, in dem alle Rohrleitungen bzw. Rohrleitungsanschlüsse und Armaturen sowie eine Wasserstrahlpumpe 3 übersichtlich angeordnet sind. Das zu behandelnde Rohwasser gelangt über ein Ventil 6, wobei man einen Druckminderer 4 und einen Wassermesser 5 vorschalten kann. Das entsalzte Wasser verlässt den Zylinder 1 unten und wird über ein Ventil 7 abgeführt.
Zur laufenden Kontrolle des entsalzten Wassers befindet sich in der Reinwasserleitung ein Elektroden- paar 8, das bei Stromdurchgang die Leitfähigkeit des entsalzte Wassers misst und auf einem Messgerät 16 anzeigt.
Ist die Austauscherkapazität erschöpft, werden die Ventile 6 und 7 geschlossen. Zum Regenerieren der Anlage werden die während des Betriebs vermischten Kationen und Anionenharze getrennt. Dies ist möglich, da beide Harze unterschiedliche Schüttgewichte haben. Zunächst wird der Zylinder durch öffnen der Ventile 9 und 10 entleert, sodann das Ventil 9 geschlossen und das Ventil 11 geöffnet. Durch den Auftrieb des von unten einströmenden Rohwassers werden die Harze getrennt. Das schwerere Kationenharz kommt unten, das leichte Anionenharz oben zu liegen. Nun werden die Ventile 10 und 11 geschlossen.
Die für die Regenerierung erforderliche Salzsäure und Natronlauge wird durch Vakuum eingezogen.
Man öffnet die Ventile 12 und 13 bis das Mano Vakuummeter 14 ungefähr 0,4 bis 0,5 ata anzeigt.
Nun wird über das Ventil 9 verdünnte Salzsäure bis zur Phasengrenze eingezogen, worauf die Ventile 9 und 13 geschlossen werden. Über das Ventil 10 wird jetzt Natronlauge bis etwa 15 cm über die Harzoberkante eingezogen, worauf das Ventil 13 geöffnet wird.
Durch das Ventil 13 wird die durch das Ventil 9 angesaugte Säure und durch das Ventil 10 angesaugte Lauge gemeinsam abgesaugt. Ein evtl. vom Regenerieren noch im Zylinder befindlicher Säurerest wird beim anschliessenden Spülen entfernt.
Die Spülung der Harze erfolgt gleichzeitig von oben und von unten. Durch Öffnen der Ventile 12 und 13 wird im Zylinder 1 ein Vakuum von ungefähr 0,4 bis 0,5 ata erzeugt. Das Ventil 15 dient zum Vakuumziehen von oben. Jetzt wird das Ventil 13 geschlossen, und durch das Ventil 10 wird Spülwasser bis etwa 20 cm über die Harzoberkante eingezogen, und dann werden die Ventile 13 und 9 geöffnet. Nach Beendigung des Spülvorganges werden alle Ventile geschlossen.
Um die Harze nach dem Spülen wieder zu mischen, schliesst man an das Ventil 9 eine Pressluftflasche oder ein Gebläse an. Die Ventile 9 und 10 werden geöffnet, so dass die eintretende Druckluft die Harze mischen kann. Sind die Harze gut gemischt, so wird das Ventil 9 geschlossen und das Ventil 6 geöffnet. Tritt durch das Ventil 10 Wasser aus, werden die Ventile 6 und 10 geschlossen. Die Anlage ist jetzt wieder betriebsbereit.
Bei der Regenerierung werden die Säure und die Lauge gleichzeitig durch einen in der Trennlinie der Harze angeordneten Hohlkörper 18 abgeführt, so dass das hier abgeführte Abwasser neutralisiert ist.
Der in der Trennzone der beiden Harze angeordnete Hohlkörper 18 kann verschiedene Formen haben, darunter z. B. auch die Form eines Ringes, wie in Figur 2 dargestellt. Hier ist innerhalb eines Ringes 17 ein zweiter Ring 19 angeordnet, die beide mit einer grösseren Anzahl von Bohrungen 20 versehen sind, so dass eine Verbindung von dem einen zu dem anderen Ring gegeben erscheint. Zwischen diesen beiden Ringen ist in dem verbliebenen Hohlraum ein Siebring 21 angeordnet, so dass dann, wenn durch den äusseren Ring 17 Flüssigkeit in Richtung auf den inneren Ring 19 angesaugt wird, von dieser Flüssigkeit mitgerissene kleine Teilchen nicht durch das Sieb 21 gelangen können und daher auch nicht in den inneren Ring 19. An wenigstens einer Steile ist der Absaugering 18 mit einer Anschlussmuffe 22 versehen, die nur mit dem inneren Ring 19 in Verbindung steht.
In dem gezeichneten Beispiel ist auch noch eine zweite solche Muffe 22' angebracht, so dass, je nach den Notwendigkeiten innerhalb eines Gerätes, der Anschluss auf verschiedenen Seiten erfolgen kann.
Selbstverständlich wird jeder andere auf die gleiche Art und Weise ausgebildete Hohlkörper die gebrauchte Funktion des Absaugeringes in der Trennzone übernehmen können.
Eine Anlage zur Vollentsalzung, bei welcher das entsalzte Wasser vor dem Austritt aufgefangen werden kann, um ggf. innerhalb der Entsalzungsanlage umgewälzt zu werden, zeigt die Figur 3. Die Anlage besteht wieder aus einem innen gummierten Stahlzylinder 1, in welchem die Austauscherharze enthalten sind. In einem Gehäuse 2 können alle Rohrleitungen bzw. Rohrleitungsanschlüsse und Armaturen sowie eine Wasserstrahlpumpe 3 übersichtlich angeordnet werden. Die für das Durchführen der Erfindung gebrauchten Ventile, die Pumpe sowie die Leitungen können ebenfalls in diesem Gehäuse 2 untergebracht werden, sie sind jedoch, um sie deutlicher hervorzuheben, daneben skizziert. Das zu behandelnde Rohwasser gelangt über ein Ventil 6, einen Druckminderer 4 und einen Wassermesser 5 in den Zylinder 1, während das entsalzte Wasser über ein Ventil 7 abgeführt wird.
Zur laufenden Kontrolle dieses entsalzten Wassers ist in die Reinwasserleitung ein Elektrodenpaar 8 eingeschaltet, welches bei Stromdurchgang die Leitfähigkeit des entsalzten Wassers misst, die auf einem Messgerät 16 angezeigt wird. Die Ventile 9, 10, 11, 12 und 13 werden für die Regenerierung der in dem Zylinder 1 vorgesehenen Harze betätigt, wie in der Beschreibung bereits näher dargelegt. Das Manometer 14 zeigt dabei den Druck an, bei welchem das Ansaugen der für die Regenerierung gebrauchten Salzsäure und Natronlauge erfolgt. Die Säure und Lauge werden durch einen Hohlkörper 18, der in der Trennlinie der Harze im Zylinder 1 liegt, gleichzeitig abgeführt, so dass das hier abgeführte Abwasser weitgehend neutralisiert ist.
Wenn nun das hinter dem Ventil 7 bei dem Elektrodenpaar 8 vorbeiströmende Wasser nicht den gewünschten und im Messgerät 16 eingestellten Reiheitsgrad besitzt, wird von dem Messgerät automatisch die Abflussleitung 23 und die Rohwasserzulaufleitung 24 gesperrt und die Pumpe 25 eingeschaltet. Die Ableitung 23 ist mit der Saugseite 25', die Druckseite 25" mit der Spülwasserleitung 26 verbunden. Die Ableitung 23 für das entsalzte Wasser und die Zuleitung 24 für das Rohwasser sind durch Magnetventile 27 bzw.
28 verschliessbar. Von dem Leitfähigkeitsmessgerät 16 bestehen elektrische Verbindungen 29 bzw. 30 zu den beiden Magnetventilen und 31 zu der Pumpe 25. In dem Leitfähigkeitsmessgerät 16 ist ein einstellbarer Schalter vorgesehen, mit dessen Hilfe die gebrauchte Reinheit des Wassers, also seine Leitfähigkeit, eingestellt werden kann. Wird der eingestellte Wert unterschritten, so sorgt der in dem Gerät 16 vorgesehene Schalter dafür, dass die Ventile 27 und 28 geschlossen werden und die Pumpe 25 anspringt, so dass das durch die Leitung 23 abfliessende entsalzte Wasser wieder durch die Druckleitung 32 in die Entsalzungsanlage zurückgepumpt wird.
In dem Augenblick, wo die eingestellte Reinheit des Wassers erreicht wird, werden die Pumpe 25 abgestellt und die beiden Magnetventile 27 und 28 geöffnet, so dass das nun auf den gewünschten Reinheitsgrad gebrachte Wasser abfliessen kann.