Rückspülbares Ionenaustauschfilter
Die Erfindung betrifft ein rückspülbares Ionen aus tauschfilter mit einem innerhalb eines Filterbehälters oberhalb der Austauschermasse-Füllung angeordneten elastischen Abdichtelement, welches den Rückspülraum begrenzt.
Zweck der Erfindung ist es, die Austauschermasse Füllung, wenn sie von unten nach oben durchströmt wird, in ihrer Lage festzuhalten, um so eine Umschichtung und ihre Folgen zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist erfindungegemäss das Abdichtelement als ein aufblasbarer, kolbenartiger Faltensack aus elastischem Material ausgebildet, der an seiner der Füllung abgekehrten Seite an der Behälterwand abgedichtet und mit seiner inneren Bodenseite an eine auf und ab bewegbare Zugvorrichtung befestigt ist. Da der Faltensack im aufgeblasenen Zustand wie ein elastischer Kolben auf der Füllung aufsitzt, kann eine Gegenstromregeneration von unten ohne Umschichtung der Austauschermasse und somit bei niedrigem Chemikalienverbrauch durchgeführt werden.
Für die übrigen Betriebsphasen, bei welcher die Austauschermasse abwärts durchströmt oder bei der eine Rückspülung vorgenommen wird, kann das Aufblasmedium abgelassen und der Faltensack mittels der Zugvorrichtung hochgezogen und im oberen Raum des Behälters im zusammengefalteten Zustand gehalten werden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen einen Faltensack im Filterbehälter in aufgeblasener und zusammengefalteter Stellung, wobei die der Füllung abgekehrte offene Seite des Sackes zwischen den Flanschen des Behälters befestigt ist.
Fig. 3 und 4 veranschaulichen einen als Hohlkolben ausgebildeten, im Filterbehälter frei beweglichen Faltensack in aufgeblasener und zusammengefalteter Stellung, wobei der Hohlkolben mit an der Behälterwand schleifenden aufolähbaren Abdichtungsringen versehen ist.
Im einzelnen bedeuten 1 einen Filterbehälter, 2 einen unteren Düsenboden, 3 eine Austauschermassefüllung, 4 ein Drainagesystem in der Nähe der Oberkante der Füllung und 5 einen Faltensack, der den Rückspülraum 16 in aufgeblasenem Zustand gemäss Fig. 1 ganz ausfüllt und sich wie ein Kolben auf die Füllung 3 abstützt. In zusammengefaltetem Zustand lässt er den Rückspülraum 16, wie in Fig. 2 dargestellt ist, frei.
Gemäss Fig. 3 und 4 kann der Sack auch als kolbenartiges Gebilde 5a ausgebildet sein, wobei die Abdichtung an der Behälterwand mittels Schlauchringen 5b bewirkt wird. An dem inneren Boden der Säcke 5 bzw. Kolben 5a sind Zugseile 9, 9a zum Hochziehen bzw. Herablassen der Säcke 5 bzw. Kolben 5a befestigt. Im Deckel des Behälters 1 ist eine Stopfbüchse 13 zur dichten Durchführung des Zugseiles 9 angeordnet.
Wird von oben beladen und von unten regeneriert, so befinden sich bei der Beladung (siehe Fig. 2 und 4) der Faltensack 5 bzw. der Hohlkolben 5a zusammengefaltet in der oberen Ruhestellung. Das aufzubereitende Wasser tritt entweder bei den Stutzen 6 oder aber beim Stutzen 8 über das Drainagesystem 4 in den Filterbehälter 1 ein, durchströmt das Austauschermaterial 3 von oben nach unten, passiert den Düsenboden 2 und verlässt den Behälter durch den Stutzen 7. Ist der Austauscher erschöpft, so wird zunächst über Stutzen 8 des Drainagesystems 4 das Wasser bis zur Höhe des Drainagesystems 4 abgelassen und dabei gleichzeitig der Behälter über Stutzen 12 belüftet. Bei Benutzung eines Abdichtelementes 5a nach Fig. 3 hat sich indessen über das offenstehende Entwässerungsventil 15 der Raum oberhalb des Kolbens 5a entleert. Die Belüftung erfolgt über 10.
Dann wird die Blase 5 bzw. der Kolben 5a mittels eines Zugseiles 9 entfernt und abgelassen und bei Ausführung nach Fig. 3 mit Druckluft von etwa 2 atü die Schlauchringe 5b gefüllt und das Entwässerungsventil 15 geschlossen. Anschliessend wird der innere Hohlraum über Stutzen 10 mit Druckluft von etwa 0,2 bis 0,5 atü gefüllt, bis auf das Austauschermaterial ein abwärtsgerichteter statischer Druck ausgeübt wird.
Der auf das Austauschermaterial ausgeübte Druck muss so gewählt werden, dass einerseits ein Umschichten des Materials durch die Aufwärtsströmung verhindert wird, anderseits Quellungen des Austauschers möglich sind.
Nun lässt man über Stutzen 7 das Regeneriermittel eintreten, welches von unten nach oben das Austauschermaterial gleichmässig durchströmt und, nachdem es verbraucht ist, über das Drainagesystem 4 und Stutzen 8 drucklos austritt (siehe Fig. 1 und 3). Wichtig ist dabei, dass der Totraum unterhalb des Düsenbodens 2 möglichst klein ist, wofür aber bereits bekannte Ausführungen bestehen. Für die Verdünnung des Regeneriermittels sowie für das Verdrängungswasser darf nur aufbereitetes Wasser verwendet werden, das in seinem Salzgehalt dem Ablauf des beschriebenen Filters entspricht. Nach Beedigung der Regeneration wird die Druckluft über Stutzen 10 und 4 abgelassen, die Blase 5 bzw. der Kolben 5a mittels Zugseil 9 hochgezogen und dadurch im oberen Behälterboden zusammengefaltet.
Der Raum oberhalb des Austauschermaterials wird mit Waser gefüllt, welches über Stutzen 8 und das Drainagesystem 4 eintritt. Die Luft entweicht über das Entlüftungsventil 11 durch Leitung lla und durch die Leitungen 12 bzw. 10. Jetzt dst das Ionenaustauschfilter bereit zu der oben beschriebenen Beladung.
Der Totraum 16 oberhalb der Austauscherfüllung kann auch, wie bei den herkömmlichen Filtern üblich, als Spülraum benutzt werden, um im Bedarfsfalle die Austauschermasse aufzulockern oder deren Feinanteile herauszuspülen. Dieses Rückspülen wird nach Beendi- gung der Beladung und vor der Regeneration vorgenommen. Dabei tritt aufbereitetes Wasser bei Stutzen 7 ein und durchströmt den Austauscher von unten nach oben so, dass sich das Filterbett ausdehnt und das Wasser nebst Feinanteilen bei den Stutzen 6 austreten.
Es hat sich allerdings als zweckmässig erwiesen, das Rückspülen nicht öfter als unbedingt notwendig vorzunehmen. Grundsätzlich ist es möglich, den Gegenstand der Erfindung auch bei einer Betriebsweise anzuwenden, bei welcher von unten nach oben beladen und von oben nach unten regeneriert wird.
Das beschriebene Verfahren der Gegenstromregeneration ist nicht nur bei stark sauren Kationenaustauschern, sondern auch bei stark basischen Anionenaustauschern mit gleichem Erfolg anwendbar.
Backwashable ion exchange filter
The invention relates to a backwashable ion from an exchange filter with an elastic sealing element which is arranged inside a filter container above the exchange material filling and which delimits the backwashing space.
The purpose of the invention is to hold the exchange material filling in its position when it is flowed through from bottom to top, so as to avoid redeployment and its consequences. For this purpose, according to the invention, the sealing element is designed as an inflatable, piston-like gusset made of elastic material, which is sealed on the side facing away from the filling on the container wall and attached with its inner bottom side to a pulling device that can be moved up and down. Since the folded sack rests on the filling like an elastic piston when it is inflated, a countercurrent regeneration can be carried out from below without rearranging the exchanger mass and thus with low chemical consumption.
For the remaining operating phases in which the exchanger mass flows downwards or in which backwashing is carried out, the inflation medium can be drained and the folded bag can be pulled up by means of the pulling device and held in the folded state in the upper space of the container.
In the drawing, two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically.
1 and 2 show a folded sack in the filter container in the inflated and folded position, the open side of the sack facing away from the filling being fastened between the flanges of the container.
3 and 4 illustrate a folded sack designed as a hollow piston, freely movable in the filter container, in the inflated and folded position, the hollow piston being provided with expandable sealing rings that slide against the container wall.
Specifically, 1 denotes a filter container, 2 a lower nozzle base, 3 an exchange material filling, 4 a drainage system near the upper edge of the filling and 5 a folded sack which completely fills the backwashing space 16 in the inflated state according to FIG. 1 and opens up like a piston the filling 3 is supported. In the folded-up state, it leaves the backwashing space 16 free, as shown in FIG. 2.
According to FIGS. 3 and 4, the sack can also be designed as a piston-like structure 5a, the sealing on the container wall being effected by means of hose rings 5b. Pull ropes 9, 9a for pulling up or lowering the sacks 5 or pistons 5a are attached to the inner bottom of the sacks 5 or pistons 5a. In the lid of the container 1 a stuffing box 13 is arranged for the tight passage of the pull rope 9.
If loading is carried out from above and regeneration is carried out from below, during loading (see FIGS. 2 and 4) the folded sack 5 or the hollow piston 5a are folded up in the upper rest position. The water to be treated enters the filter container 1 either at the nozzle 6 or at the nozzle 8 via the drainage system 4, flows through the exchanger material 3 from top to bottom, passes the nozzle base 2 and leaves the container through the nozzle 7. If the exchanger is exhausted , then the water is first drained through the nozzle 8 of the drainage system 4 up to the level of the drainage system 4 and at the same time the container is ventilated through the nozzle 12. When using a sealing element 5a according to FIG. 3, however, the space above the piston 5a has been emptied via the open drainage valve 15. The ventilation takes place via 10.
Then the bladder 5 or the piston 5a is removed and drained by means of a pull rope 9 and, in the embodiment according to FIG. 3, the hose rings 5b are filled with compressed air at about 2 atmospheres and the drainage valve 15 is closed. The inner cavity is then filled with compressed air of approximately 0.2 to 0.5 atmospheres via nozzle 10, until a downward static pressure is exerted on the exchanger material.
The pressure exerted on the exchanger material must be selected so that, on the one hand, the upward flow prevents the material from shifting and, on the other hand, swelling of the exchanger is possible.
The regenerant is now allowed to enter via nozzle 7, which flows evenly through the exchanger material from bottom to top and, after it has been consumed, exits without pressure via drainage system 4 and nozzle 8 (see FIGS. 1 and 3). It is important that the dead space below the nozzle base 2 is as small as possible, but there are already known designs for this. For the dilution of the regeneration agent and for the displacement water, only treated water may be used, the salt content of which corresponds to the drainage of the filter described. After the regeneration has ended, the compressed air is released through nozzles 10 and 4, the bladder 5 or piston 5a is pulled up by means of a pull rope 9 and thereby folded up in the upper container bottom.
The space above the exchanger material is filled with water, which enters via nozzle 8 and the drainage system 4. The air escapes via the vent valve 11 through line 11a and through lines 12 and 10. The ion exchange filter is now ready for the loading described above.
The dead space 16 above the exchanger filling can also, as is customary with conventional filters, be used as a rinsing space in order to loosen up the exchanger mass or to rinse out its fine components if necessary. This backwashing is carried out after the end of loading and before regeneration. Treated water enters the nozzle 7 and flows through the exchanger from bottom to top in such a way that the filter bed expands and the water and fine particles exit from the nozzle 6.
However, it has proven to be useful not to carry out the backwashing more often than absolutely necessary. In principle, it is possible to use the subject matter of the invention also in a mode of operation in which loading is carried out from bottom to top and regeneration is carried out from top to bottom.
The described method of countercurrent regeneration can be used with the same success not only in the case of strongly acidic cation exchangers, but also in the case of strongly basic anion exchangers.