Verfahren zur Verminderung der Volumenzunahme eines Ionenaustauscherharzes und Gemisch zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Volumenzunahme eines lonenaustauscherhar- zes und Gemisch zur Durchführung des Verfahrens sowie die Verwendung der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten wässrigen Aufschlämmung zur Herstellung einer Filterhilfsschicht auf einem Filtermedium.
Unlängst wurde entdeckt, dass sich Verunreinigungen aus einer Flüssigkeit besser abscheiden lassen, wenn man diese durch ein Filtersieb leitet, das eine Filterhilfsschicht aus Ionenaustauscherharzteilchen mit 35 bis 250 Mikron Korngrösse aufweist. Diese Aufgabe stellt sich z. B. bei der Abwasserreinigung.
Die Austauscherharzteilchen werden im folgenden manchmal als feinverteilte Harzteilchen bezeichnet.
Ein bei dieser Verfahrensweise zur Abtrennung von Verunreinigungen auftretendes Problem besteht darin, dass die vorher auf dem Filtersieb aufgebrachte Schicht von feinverteilten Anionen- oder Kationenaustauscher- harzteilchen selbst im Falle einer Dicke von im allgemeinen weniger als 5 cm einen ungünstigen hohen Druckabfall an der Filtrierstelle der Flüssigkeit hervorruft. Der im Bett von Harzteilchen in einem System zur Abtrennung von Verunreinigungen erzeugte Druckabfall muss nied'rig gehalten werden, damit ein Bedarf an grossen Pumpen und/oder eine geringe Strömungsgeschwindigkeit vermieden werden.
Es hat sich vor kurzem gezeigt, dass der Druckabfall durch die vorher aufgebrachte Schicht wesentlich verringert werden kann, wenn zum Aufbringen dieser Schicht ein Gemisch von feinverteilten Anionen- und feinverteilten Kationenaustauscherharzteilchen benützt wird. Theoretisch kann man annehmen, dass diese feinverteilten Harzteilchen bei ihrer Vermischung miteinander dazu neigen, sich zu agglomerieren oder Klumpen und grössere Teilchen entstehen zu lassen. Wegen der Bildung solcher grösserer Teilchen wird ein grösserer freier Raum in der vorher aufgebrachten Schicht der feinverteilten Austauscherharztellchen hervorgerufen, so dass der Strömung der Flüssigkeit dort ein geringerer Widerstand entgegengesetzt wird.
Diese Annahme wird durch die Tatsache unterstützt, dass das Volumen eines Gemisches der oben genannten feinverteilten Harzteilchen in Wasser viel grösser als in trockenem Zustand ist.
Es kann weiterhin mit blossem Auge festgestellt werden, dass das Gemisch der Harzteilchen in Wasser grössere Teilchen bildet.
Eine solche vorher aufgebrachte Schicht eines Gemisches von Anionen und Kationenaustauscherharzteilchen in feinverteiltem Zustand ruft allerdings Probleme hervor, wenn sie eine Volumenzunahme von mehr als 550 % und insbesondere von mehr als 600 % erfährt, d. h. wenn das Volumen des Harzteilchengemisches in Wasser 550 bzw. 600 % grösser als sein Volumen in trockenem Zustand ist. Erreicht die Volumenzunahme oder Brockenbildung des Harzteilchengemisches einen solchen Grad, dann ist sein vorheriges Aufbringen in Form einer Schicht auf dem Filtersieb schwierig. Die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Filter muss dann wesentlich gesteigert werden, wenn eine Schicht eines stark zusammengebackenen Gemisches der feinverteilten Harze auf einem Filtersieb aufgebracht werden soll.
Hierdurch werden grössere und kostspieligere Pumpen erforderlich, was natürlich unerwünscht ist. Die vorher aufgebrachte Schicht mit Hilfe eines so stark zusammengebackenen Gemisches weist ausserdem keine gleichmässige Dicke undloder Dichte auf. Dadurch werden Kanäle gebildet, so dass nur eine geringe Strömungsverteilung der durch die Schicht tretenden Flüssigkeit gewährleistet wird. Weiterhin wird hierdurch der Reinheitsgrad des Ausflussstromes verringert, so dass die Filtersiebe gereinigt oder ausgetauscht werden müssen.
Infolgedessen war es notwendig, ein Verfahren zur Kontrolle der Bildung von Brocken oder der Volumenzunahme eines Gemisches von feinverteilten Anionen- und Kationenaustauscherharzteilchen auszuarbeiten, damit die Vorteile eines niedrigen Druck abfalles und einer hohen Qualität des ausfliessenden Stromes erhalten bleiben, ohne dass hierfür eine hohe Strömungsgeschwindigkeit erforderlich ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man der wässrigen Aufschlämmung des Ionenaustauschergemisches so viel eines wasserlöslichen, harzartigen Polyelektrolyten zusetzt, dass das Ionenaustauschergemi#ch eine Volumenzunahme, bezogen auf sein Trockenvolumen, von mindestens 100R bis höchstens 600 % zeigt.
Das erfindungsgemässe Gemisch zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Divinylbenzol-Styrol-Harz, beladen mit Chlorid und oder Hydroxylionen als Anionenaustauscher, und einem Divinylbenzol-Styrol und/oder Acrylsäure-Harz, beladen mit War serstoff- und/oder Ammoniumionen als Kationenaustauscher. Die erfindungsgemässe Verwendung des nach dem neuen Verfahren modifizierten Ionenaustauscherharzes wird anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Filtersystems, wobei der Filtertank des Systems zur Veranschaulichung der im Filtertank vorhandenen Filter zum Teil aufgeschnitten ist,
Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt eines Filters gemäss Fig. 1, aus dem das Filtersieb, die Filterhilfsschicht und ein Filterkuchen ersichtlich sind.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1 wird schematisch ein Filtersystem zur Abtrennung von in Wasser gelösten undlloder ungelösten Verunreinigungen gezeigt. Es wird im einzelnen die Reinigung von kondensiertem Wasserdampf in einem Dampfgeneratorsystem einer elektrischen Energie anlage erläutert. Die erfindungsgemässe Verwendung ist jedoch auch zur Reinigung anderer Wasserströme im Bereich der Industrie, des Haushaltes, wie auch von Trinkwasser geeignet, etwa zur Abtrennung von Verunreinigungen aus dem Abwasser von Wäschereien, aus Leitungswasser, aus Wasser von Bächen, Seen und Strömen und dergleichen.
Das Filtersystem umfasst einen Filtertank, der allgemein durch die Bezugszahl 10 angedeutet wird und Zuflussleitungen 12 und 13 sowie eine Abflussleitung 14 aufweist. Im Inneren des Filtertanks 10 ist eine grössere Zahl von Filtern eingebaut, die allgemein durch die Bezugszahl 15 angedeutet werden. Die Filter 15 stehen mit einem Abflussrohr 16 in Verbindung, das seinerseits an die Abflussleitung 14 angeschlossen ist. Das zu reinigende Wasser strömt über die Leitungen 12 und 13 und durch die Filter 15 in den Filtertank 10, wird in dem Abflussrohr 16 gesammelt und durch die Abflussleitung 14 aus dem Filtertank 10 abgeleitet.
Es wird eine wässrige Aufschlämmung für das Aufbringen einer Filterhilfsschicht des im besonderen zu verwendenden Stoffmediums von feinverteilten Anionenund Kationenaustauscherharztellchen einer Grösse von ungefähr 0,25 bis 0,035 mm hergestellt und in dem Tank 17 aufbewahrt. Der Tank 17 steht über eine Aufschlämmungsleitung 18, die ein Aufschlämmungsventil 20 aufweist, mit einer Aufschlämmungspumpe 19 in Verbindung. Die Pumpe 19 ist durch eine Übertragungs- leitung 21 mit den Zufuhrleitungen 12 und 13 des Filtertanks 10 verbunden. Der Transport der Aufschlämmung oder der Flüssigkeit aus der Pumpe 19 geschieht über ein Überleitungsventil 22 in unmittelbarer Nähe der Pumpe 19, das in die Leitung 21 eingebaut ist.
Das zu reinigende Wasser tritt über die Zufuhrleitung 23, die ein Zufuhrkontrollventil 24 aufweist, in das Filtriersystem. Die Zufuhrleitung 23 steht mit der Überleitung 21 in Verbindung, die zwischen dem Kontrollventil 22 und der Zufuhrleitung 12 angebracht ist.
Die Abflussleitung 14 des Filtertanks 10 ist über ein T-Verbindungsstück 29 an eine Betriebsleitung 26 und an eine Rückführleitung 27 angeschlossen. Die Betriebsleitung 26 ist an andere, in der Figur nicht eingezeichnete Betriebsleitungen angeschlossen, etwa an den Dampfgenerator und dergleichen, und weist ein Ventil 30 auf. Die Rückfuhrleitung 27 zum Aufbewahrungs- behälter 17 der zum Aufbringen der Schicht benutzten Flüssigkeit weist ein Rückflussventil 31 zur Strömungskontrolle der in den Tank 17 zurückströmenden Aufschlämmung auf. Eine Überbrückungsleitung 32 mit einem Überbrückungsventil 33 verbindet die Rückfuhrleitung 27 mit d=r Aufschlämmungsleitung 18. Der Filtertank 10 ist mit einem Entlüftungsventil 34 und einem Ablassventil 35 ausgestattet.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, weist jedes Filter 15 zwei räumlich voneinander getrennte Filtersiebe 40 auf, die an ihrem oberen Ende mit Hilfe einer Klammer 41 zusammengehalten werden, die an einem sich länglich ausdehnenden Träger 42 befestigt ist, der in geeigneter Weise in dem Filtriertank 10 angebracht ist. Die äusseren Enden der Filtersiebe 40 werden durch ein kugelförmiges Verschlussstück, das nicht in der Figur eingezeichnet ist, unter Bildung einer dazwischenliegenden Kammer 50 geschlossen, welche direkt in Verbindung mit dem Abflussrohr 16 steht. Das in den Filtertank eintretende Wasser strömt durch die Filtersiebe 40 in die Kammer 50 und wird über das Abflussrohr 16 aus dem Filtriertank 10 abgeleitet. Der durch den Filtriertank 10 zir kulierende Wasserstrom wird durch die Pfeile in Fig. 2 angezeigt.
Auf den mit dem nach oben fliessenden Strom in Berührung stehenden Seiten der Filtersiebe 40 wird vorher eine Schicht 45 aus einem Gemisch der feinverteilten Anionen- und Kationenaustau scherharzteilchen aufgebracht, d. h. auf den Seiten, an denen das Wasser in die Filtersiebe 40 eintritt. Während der Filtrierung entsteht auf ähnliche Weise im Inneren und auf den in Kontakt mit dem Strom stehenden Seiten der vorher aufgebrach- ten Schicht 45 ein Filterkuchen 46.
Für die Inbetriebnahme des Filtriersystems wird zuerst eine Schicht auf das Filtersieb 40 aufgebracht.
Hierzu wird der Filtriertank 10 mit wenig verschmutztem Wasser gefüllt, etwa mit entmineralisiertem Wasser.
In dem Tank 17 wird eine Aufschlämmung des als Schicht aufzubringenden Materials und des entmineralisierten Wassers hergestellt, wofür ein Gemisch von Anionen- und Kationenaustauscherharzteilchen einer Grösse von 0,25 bis 0,035 mm lichter Maschenweite benutzt wird. Vorzugsweise werden Ionenaustauscherteilchen einer Grösse von ungefähr 0,15 bis 0,035 mm lichter Maschenweite und am besten von 0,074 bis 0,035 mm verwendet. Die grössere Gewichtsmenge der Ionenaustauscherteilchen soll vorzugsweise eine Grösse von ungefähr 0,15 bis 0,035 mm und am besten von 0,075 bis 0,035 mm aufweisen.
In diesem Fall enthält das zum vorherigen Aufbringen einer Schicht benutzte Medium ein Gemisch von feinverteilten Ionenaustauscherharzteilchen mit bis zu ungefähr 50 Gew.% Kationenaustauscherharzteilchen.
Die feinverteilten Harzteilchen besitzen eine Grösse von 0,15 bis 0,035 mm und hauptsächlich von 0,074 bis 0,035 mm. Diese Harze gehören zum Divinylbenzol Styrol-Mischpolymerisattyp, wobei die Anionenaustau- scherteilchen stark basisch und in der Hydroxylform und die Kationenaustauscherteilchen stark sauer und in Form eines Ammoniumsalzes vorliegen. Es hat sich ge zeigt, dass ein solches Gemisch von feinverteilten Harz teilchen eine Volumenzunahme von ungefähr 650 % er fährt.
Gewöhnlich erfolgt jedoch die Zugabe eines was serlöslichen harzartigen Polyelektrolyten zu der Auf schlämmung in dem Vorbeschichtungstank 17 über eine
Leitung 51, um die Volumenzunahme des Teilchenge misches auf weniger als 600 % und vorzugsweise weniger als 550 % zu beschränken, jedoch eine Volumenzunahme von mindestens ungefähr 100 Vol.% und vorzugsweise von mindestens ungefähr 300 % zu gestatten.
Während des Vorbeschichtens bleiben sämtliche Ventile mit Ausnahme des Aufschlämmungsventils 20, des Überführungsventüs 22 und des Rückflussventils 31 geschlossen. Zum Vorbeschichten wird zunächst die Pumpe 19 in Betrieb gesetzt, durch welche die zum Beschichten benutzte Harzaufschlämmung aus dem Tank
17 durch die Leitung 18 in die Pumpe 19 gelangt. Mit Hilfe der Pumpe 19 tritt die Aufschlämmung durch die Leitung 21 und die Leitung 12 und 13 in den Filtriertank. Unter der Druckwirkung der eingeleiteten Aufschlämmung wird das im Tank 10 vorhandene entmineralisierte Wasser durch die Filter 15, die Kammer 50, aus dem Filtriertank 10 über das Abflussrohr 16 und über die Abflussleitung 14 herausgeleitet. Das entmineralisierte Wasser tritt durch die Rückführleitung 27 in den Vorbeschichtungstank 17 ein.
Im weiteren Betriebsverlauf gelangt die Vorbeschichtungsaufschlämmung mit den mit der Strömung in Kontakt stehenden Oberflächen der Filtersiebe 40 der Filter 15 in Kontakt. Die Austauscherharzteilchen werden aus der Aufschlämmung abgetrennt und als Schicht 45 auf den genannten Oberflächen abgelagert.
Wegen der geringen Grösse der Harzteilchen genügt ein geringes Druckgefälle in den Filtersieben 40, um die abgelagerte Schicht 45 an Ort und Stelle zu halten. Auf diese Weise kreist die Aufschlämmung durch das Filtriersystem, bis eine ausreichende Dicke der Schicht 55 abgelagert worden ist. Die Öffnungen der Filtriersiebe 40 müssen natürlich ausreichend klein sein, damit sich die feinverteilten Harzteilchen unter Bildung der Schicht 45 absetzten können.
Die Dicke der Schicht 45 kann mehr als einige cm betragen, beträgt jedoch vorzugsweise ungefähr 0,15 bis 5 cm und am besten 0,3 bis 2,5 cm oder 0,3 bis 1,5 cm.
Nach Schliessen des Ventils 20 und des Rückfuhrventils 31 und Öffnen des Überbrückungsventils 33 ist das Beschichten beendet. Die Pumpe 19 bleibt in Betrieb, bis der im System kreisende Strom klar geworden ist. Das Filtriersystem ist dann zum Reinigen von zugeführtem Wasser betriebsfertig.
Die Inbetriebnahme beginnt durch Schliessen des Ventils 33 und des Ventils 22 sowie durch Öffnen des Betriebsventils 30 und des Zufuhrventils 24. Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise zeitlich richtig bemessen, damit ein ausreichender Druck im System erhalten bleibt und das Festhaften der vorher aufgebrachten Schicht 45 auf den Filtersieben 40 gewährleistet wird.
Auf diese Weise gelangt noch nicht behandeltes Wasser durch die Zufuhrleitung 23 in das Filtriersystem und tritt durch die Leitung 21 und die Zufuhrleitungen 12 und 13 in den Filtriertank 10 ein. Unter seiner eigenen Druckwirkung wird das eintretende unbehandelte Was ser durch die vorher abgelagerte Schicht 45, das Filter sieb 40, die Kammer 50 und das Abflussrohr 16 geleitet.
Während des Durchtritts des noch unbehandelten
Wassers durch die Schicht 45 erfolgt ein Ionenaustausch, so dass die vorhandenen Verunreinigungen aus dem
Wasser abgetrennt werden. Weiterhin werden nicht ge löste Verunreinigungen aus dem noch unbehandelten
Wasser abgetrennt, wenn dasselbe durch die Filtersiebe
40 und die Schicht 45 aus den Harzaustauscherteilchen strömt. Im Verlaufe des Verfahrens bildet sich innen sowie auf der abgesetzten Schicht 45 ein Filterkuchen
46 aus ungelösten Verunreinigungen. Das gereinigte
Wasser strömt aus der Kammer 50 durch das Abflussrohr 16, die Abflussleitung 14 und die Betriebsleitung
26. Das gereinigte Wasser wird in einen Vorratstank oder eine geeignete Vorrichtung über die Leitung 26 weitergeleitet.
Sind die Austauscherharze verbraucht, dann müs sen sie regeneriert oder verworfen werden. Hierzu wird der Betriebsablauf durch Schliessen des Zufuhrventils
24 und des Betriebsventils 30 unterbrochen. Das Entlüftungsventil 34 und das Ablassventil 35 werden geöffnet und der Filtriertank 10 ausgespült. Die feinverteilten Ionenaustauscherteilchen werden aus dem Waschwasser wiedergewonnen und regeneriert. Die Filter 15 werden mit Hilfe eines inneren Waschsystems gewaschen. Anschliessend wird eine neue Charge von Austauscherharzteilchen der genannten Grösse in den Vorbeschichtungstank gefüllt und das Aufschlämmen, Beschichten und der Filtriervorgang, wie oben im einzelnen beschrieben, wiederholt. Vorzugsweise werden mehrere Chargen von Teilchen eingefüllt, um die Totzeit abzukürzen und das Verfahren erneut einzuleiten, während die verbrauchten Harze getrennt regeneriert werden.
Auf diese Weise wird ein verschmutztes Wasser von seinen unlöslichen und löslichen Verunreinigungen befreit. Beispielsweise können lösliche Kieselerden, Chloridverhindungen, Calcium- und Magnesiumverbindungen wie die Sulfate und Bicarbonate und ähnliche Verbindungen aus einem Wasserstrom mit Hilfe eines Filtersiebes abgetrennt werden, auf den vorher eine Schicht von feinverteilten Harzteilchen abgesetzt worden ist. Weiterhin kann eine wesentliche Abtrennung von ungelösten Verunreinigungen, wie kolloidal gelöste Kieselerde, Eisen und Kupfer, erreicht werden.
Im Falle von Gemischen aus Anionen- und Kationenaustauscherteilchen, bei denen die Kationenaustauscherteilchen stark sauer und vom Divinylbenzol Styrol-Mischpolymerisat-Typ oder schwach sauer und vom Acryltyp oder auch Gemische derselben, sei es in Form einer Säure oder eines Ammoniumsalzes, sind, ist die überschüssige Bildung von Brocken ein Problem.
Das gleiche gilt für den Fall, dass die Anionenaustauscherteilchen stark basisch sind und ebenfalls zum Di vinylbenzol-Styrol-Mischpolymeris attyp gehören und in Form von Chloriden, Hydroxyden oder Gemischen derselben vorliegen. Bekanntlich ist ein stark basisches Anionenaustauscherharz ein solches in Form eines quaternären Ammoniumsalzes als hauptsächliche funktionelle Gruppe. Stark saure Kationenaustauscherharzteilchen sind etwa solche mit aromatischen und/oder ali- phatischen Sulfonsäuren als hauptsächliche funktionelle Gruppen. Schwach saure Kationenaustauscherharzteilchen sind solche, die Carbonsäuren- und/oder phenolische Hydroxylgruppen als hauptsächlich funktionelle Gruppen enthalten.
Das prozentuale Gewichtsverhältnis der Kationenaustauscherteilchen in einem Teilchenge misch, das eine üb¯rschüssige Volumenzunahme erfährt, hängt von vielen Faktoren ab, etwa von der Art der Austauscherteilchen, ihrer Form, ihrer Konzentration, sowie von der Art der Elektrolyten im Wasserstrom, der Kapazität und des Regnerierungsvermögens der Harzteilchen und ihrer Grösse. Im allgemeinen kann jedoch eine zu starke Volumenzunahme odler Klumpenbildung erfolgen, wenn die prozentuale Gewichtsmenge der Kationenaustauscherteilchen im Teilchengemisch 10 bis 90 % oder eher 25 bis 75 % beträgt.
Sind die Faktoren jedoch solche, dass die Volumenzunahme des Harzteilchengemisches mehr als ungefähr 600 % beträgt, dann soll erfindungsgemäss eine geringere Volumenzunahme von weniger als etwa 600 SE und; vorzugsweise von weniger als 550 % erzielt werden, so dass eine Volumenzunahme des Gemisches von ungefähr mindestens 100 % und vorzugsweise von mindestens 300 % und am besten von mindestens 450 % erreicht wird.
Erfindungsgemäss können wasserlösliche harzartige Polyelektrolyten wie Polyacrylsäuren, Polymethacrylsäure, polymere Maleinsäure, polymeres Vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid, polymeres Vinylbenzyldi methyläthanolammoniumchlorid, harzartige wasserlösliche Polyamide u. ä. verwendet werden. Die Menge des wasserlöslichen harzartigen Polyelektrolyten, der dem Wasser, in welchem das Harzgemisch enthalten ist, zugesetzt wird, beträgt gewöhnlich ungefähr 0,05 bis 1 Gew.% des trockenen Harzgemisches und vorzugsweise ungefähr 0,1 Gew.%.
Die in den Zeichnungen wiedergegebenen Filtersiebe stellen eine praktische Ausführungsform dar, die sich bei der erfindungsgemässen Verwendung einsetzen lassen. Die Filtersiebe 40 können auch die Form eines Ringes, eines Kegels oder eine andere Form aufweisen.
Wenn auch gemäss dieser Durchführungsweise eine Beschichtungsaufschlämmung zum Aufbringen einer Schicht auf die Filtersiebe 40 vor der Zufuhr des zu reinigenden Wassers getrennt eingeleitet wurde können die feinverteilten Harzteilchen dem zugeführten Wasser ebenso gut zu Beginn der Inbetriebnahme direkt zugesetzt werden, sofern der wasserlösliche harzartige Polyelektrolyt in der gewünschten Menge zugesetzt wird.
Auch nachdem eine Schicht auf dem Fihriersieb abgelagert ist, können dem zu reinigenden Wasser, bevor dasselbe durch diese vorher aufgebrachte Schicht und das Filtriersieb strömt, noch zusätzlich feinverteilte Teilchen zugefügt werden. Hierzu ist es lediglich notwendig, dass ausreichend wasserlöslicher Polyelektrolyt zugesetzt wird, um eine überschüssige Volumenzunahme der dem System zusätzlich zugesetzten Harzteilchen zu vermeiden.
Beispiel 1
Das hier für eine Reihe von Untersuchungen benutzte Reinigungssystem entsprach allgemein demjenigen gemäss Fig. 1 und war lediglich weniger umfangreich. Das System wies einen Lucite > -Filtertank mit einem einzigen aus Baumwolle gehaspelten ringförmigen Filtersieb einer Filteroberfläche von 0,04 m2 auf. Das System besass ferner einen Vorbeschichtungstank, eine Pumpe, eine diesen Tank mit der Pumpe verbindende Aufschlämmungsleitung, eine die Pumpe mit einer Zufuhrleitung zum Filtertank verbindende Überführungs- leitung sowie eine Abflussleitung vom Filtertank, die an eine Rückfuhrleitung zum Beschichtungstank angeschlossen war. An die Überführungsleitung war eine Zufuhrleitung für das zu behandelnde Wasser und an die Abflussleitung eine Betriebsleitung angeschlossen.
Die Vorbeschichtungsrückfuhrleitung war mit der Aufschlämmungsleitung über eine Überbrückungsleitung verbunden. Alle Leitungen besassen geeignete Ventile.
In einem Versuch wurden 20 g (Trockengewicht) Kationenaustauscherharzteilchen vom Divinylbenzol Styrol-Mischpolymeris at-Typ in stark saurer Wasserstoffionenform und einer Grösse von ungefähr 0,15 bis 0,035 mm mit 20 g (Trockengewicht) Anionenaustauscherharzteilchen vom gleichen Typ in stark basischer Hydroxylform und der gleichen Grösse in 1 1 entmineralisiertem Wasser unter Bildung einer homogenen Aufschlämmung im Vorbeschichtungstank miteinander vermischt. Mit blossem Auge war erkennbar, dass sich das Harzteilchengemisch zu Kugeln mit einem Durchmesser von 1,25 bis 1,90 cm agglomeriert hatte.
Das Harzteilchengemisch ergab eine Volumenzunahme von ungefähr 750 bis 770 SU. Diese Zunahme wurde durch Einfüllen einer abgemessenen Menge der homogenen Aufschlämmung in einen 250 ml-Messzylinder und Absitzenlassen des Harzteilchengemisches innerhalb von 5 Min. bestimmt. Nach dem Absitzen wurde das Volumen des Harzteilchengemisches gemessen und mit demjenigen der gleichen Menge des Harzteilchengemisches im trokkenen Zustand verglichen. Die Probe wurde dann in den Vorbeschichtungstank zurückgeleitet. Die Aufschlämmung wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,90 m/h durch den Filtertank gepumpt, um das Filtersieb mit dem Harzteilchengemisch zu beschichten.
Nachdem die Aufschlämmung durch das Filtersieb gepumpt war und keine Harzteilchen mehr enthielt, war mit blossem Auge erkennbar, dass sich auf dem Filtersieb eine ungleichmässige Schicht des Harzteilchengemisches gebildet hatte. Die Dicke der ungleichmässigen Schicht variierte bis zu ungefähr 1,90 cm.
Gemäss einem Versuch wurde Leitungswasser der Stadt New York mit entmineralisiertem Wasser verglichen. Das Wasser besass ein Leitvermögen von ungefähr 2 bis 4 mmhos. Dieses Leitvermögen stellt ein Mass des gelösten Feststoffgehaltes des behandelten Wassers dar. Während des Betriebskreislaufs betrug der anfängliche Druckabfall in der vorher aufgebrachten Schicht und dem Filtersieb ungefähr 0,33 ata. Der das System verlassende Strom besass ein Leitvermögen von ungefähr 0,4 mmhos. Die prozentuale Ionenaustauscherkapazität des benutzten Harzteilchengemisches betrug im Vergleich zu einer vorher bestimmten festen Ionenaustauscherbewertung des Teilchengemisches 60 bis 70%.
Der gleiche Versuch wurde unter Verwendung des gleichen Reinigungssystems mehrmals wiederholt, wobei gleiches Wasser bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit sowie die gleiche Art-, Form- und Harzmenge benutzt wurden. Bei der Herstellung der Harzteilchenaufschlämmung im Vorbeschichtungstank wurde allerdings Polyacrylsäure zugefügt. Bei jedem Versuch war mit blossem Auge erkennbar, dass auf dem gesamten Filtersieb eine gleichmässige Schicht des Harzteilchengemi sches von ungefähr 0,57 cm gebildet wurde. Die bei den einzelnen Versuchen zugefügte Menge Polyacrylsäure und die Versuchergehnisse gehen aus der folgenden Tabelle A hervor.
Tabelle A Menge Polyacrylsäure in Gew.% % Volumen- Druckabfall zu Beginn Leitvermögen des Benutzte prozentuale der trockenen Harzteilchen zunahme ata gereinigten Stromes Ionenaustauscherfähigkeit
0,05 550-600 0,32 0,12 105-110
0,1 550 0,32 0,13 105-110
0,2 450 0,35 0,15
0,3 450 0,47 0,13
0,4 400 0,54 0,16
0,5 250-300 0,56 0,21
1,0 150-200 0,89 0,12 105-110 Es ist ersichtlich, dass durch Zugabe von Polyacrylsäure zu der wässrigen Aufschlämmung vor dem Vorbeschichten des Filtersiebes mit dem Harzteilchengemisch die Volumenzunahme der Harzteilchen kontrolliert wird, so dass eine bessere Reinigung des das System verlassenden Stromes gewährleistet wird.
Das niedrige Leitvermögen des das System verlassenden Stromes und die Volumenzunahme des Harzteilchengemisches lassen wei terhin erkennen, dass keine Polyacrylsäure in dem ausfliessenden Strom enthalten ist, wenn dieselbe in einer Menge von ungefähr 0,05 bis 1 Gew.% des trockenen Harzteilchengemisches benutzt wird.
Beispiel 2
In diesem Versuch wurde ein in der Industrie übliches Reinigungssystem in einer Dampfgeneratoreinheit einer elektrischen Energieanlage benutzt. Das Reinigungssystem war insofern das gleiche wie dasjenige gemäss Fig. 1, als es einen mit geeigneten Entlüftungen und Abflussleitungen ausgestatteten Filtriertank, einen Vorbeschichtungstank, eine Pumpe, eine den Vorbeschichtungstank mit der Pumpe verbindende Aufschläm mungsleitung, eine die Pumpe mit Zufuhrleitungen zum Filtriertank verbindende Überführungsleitung und eine den Filtriertank verlassende Abflussleitung aufwies, die an eine Rückführleitung zum Vorbeschichtungstank angeschlossen war. Mit der Überführungsleitung war eine Zufuhrleitung für unbehandeltes Wasser verbunden, und an die Abflussleitung war eine Betriebsleitung angeschlossen.
Weiterhin verband eine Überbräckungsleitunjg die zum Vorbeschichtungstank führende Rückfuhrleitung mit der Aufschlämmungsleitung. Sämtliche Leitungen waren mit geeigneten Ventilen versehen.
Im Filtriertank waren mehrere ringförmige, aus Baumwolle gehaspelte Filtriersiebe mit einer gesamten Filteroberfläche von ungefähr 13,9 m2 untergebracht.
Beim ersten Versuch wurde ein Kationenaustauscherharz in stark saurer Wasserstoffionenform vom Divinylbenzol-Styrol#Mischpolymerisat#Typ einer Teilchengrösse von ungefähr 0,15 bis 0,035 mm mit einem stark basischen Anionenaustauscherharz in Form eines Hydroxyds vom gleichen Typ und gleicher Grösse vermischt. Die feinverteilten Kationenaustauscherteilchen stellten ungefähr 50 Gew.% des gesamten Harzgemisches dar. Die Menge des Harzteilchengemisches betrug 0,75 kg/cm2 Filteroberfläche. Das Harzteilchengemisch wurde in dem zu behandelnden Wasser aufgeschlämmt.
Es wurde aus Dampf kondensiertes Wasser mit einem Gehalt an Ammoniakverunreinigungen von ungefähr 200 ppb und an Morpholinverunreinigungen von ungefähr 300 ppb verwendet. Dasselbe enthielt gelöste und ungelöste Verunreinigungen von Eisen, Kupfer und Kie selerde von ungefähr insgesamt 5 bis 15 ppb.
Das Harzteilchengemisch im Vorbesch ichtungstank wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 untersucht und ergab eine Volumenzunahme von ungefähr 800 %.
Dabei war erkennbar, dass sich die Harzteilchen zu Kugeln eines Durchmessers von ungefähr 1,90 bis 2,54 cm agglomeriert hatten. Das Filtersieb wurde gemäss Fig. 1 vorbeschichtet und weiterhin Kondenswasser durch das Filter mit einer Strömungsgeschwindigkeit von ungefähr 0,90 m/h geleitet, bis der Druckabfall durch die Filter einschliesslich der vorher aufgebrachten Schichten ungefähr 1,75 ata betrug. Nach Versuchende und Auswaschen des Filters wurde dlas Filter geöffnet und mit blo ssem Auge begutachtet. Es zeigte sich, dass die Filtersiebe ungleichmässig mit dem Harzteilchengemisch beschichtet waren. An einigen Stellen war das Filtersieb von Harzteilchen frei, während an anderen Stellen eine Überbrückung durch die Harzteilchen zwischen den Filtersieben vorhanden war.
Die Dicke der vorher aufgebrachten Schicht variierte bis zu mehr als 5,0 cm und war selbst an den Stellen einer Überbrückung grösser. Der anfängliche Druckabfall durch die aufgebrachte Schicht und die Filtersiebe betrug ungefähr 0,35 ata.
Unter Verwendung der gleichen Art, Form und Menge von Harzteilen, gleicher Strömungsgeschwindig keiten usw. wurde in dem gleichen System ein weiterer Versuch durchgeführt. Als zu behandelndes Wasser und Aufschlämmungswasser wurde wiederum Kondenswasser benutzt. In diesem Fall wurde der Aufschlämmung des Harzteilchengemisches Polyacrylsäure in einer Menge von 0,2 Gew.% des trockenen Harzteilchengemisches zugesetzt. Dabei zeigte sich, dass die Harzteilchen in der Aufschlämmung Kugeln mit einem Durchmesser von ungefähr 0,65 cm bildeten. Die Volumenzunahme des Harzteilchengemisches betrug unge fähr 500 %. Danach wurde erneut Kondenswasser durch das Filtersystem geleitet, nachdem letzteres vorbeschichtet war, bis der Druckabfall ungefähr 1,75 ata betrug.
Der anfängliche Druckabfall betrug ungefähr 0,35 ata.
Nachdem der Versuch beendet war, wurde das Filter gespült und geöffnet. Dabei zeigte es sich, dass sämtliche Filtersiebe gleichmässig mit den Harzteilchen beschichtet waren.
Die gleichmässige Schicht hatte eine Dicke von ungefähr 0,65 cm. Die Qualität des das System verlassenden Stromes war in beiden Fällen im wesentlichen die gleiche.
Dieser Vergleichsversuch zeigt, dass erfindungsgemäss ein gleichmässiges Vorbeschichten des Filtersiebes gewährleistet wird. Ein gleichmässiges Vorbeschichten ist äusserst wichtig, da die vorher aufgebrachte Schicht das Filtersieb vor einem direkten Kontakt mit den festen Verunreinigungen in dem zu behandelnden Wasser schützen muss. Sind freie Stellen auf dem Filtersieb vorhanden, dann sammeln sich dort feste Verunreinigungen direkt an, so dass das Filtersieb gereinigt oder ausgetauscht werden muss und die vorher aufgebrachte Schicht nicht lediglich entfernt und ausgetauscht werden kann. Die Erfindung gestattet demnach eine Herabsetzung der Betriebskosten und eine Steigerung der Betriebsdauer des Filtersiebes.
Die Bezeichnung Filtersieb bedeutet in diesem Zusammenhang eine mechanische Filtriervorrichtung wie etwa ein Filtersieb, Filtertuch, Filterblatt oder dergleichen. Bekanntlich können solche mechanischen Filtriervorrichtungen aus Drähten, Geweben aus natürlichen und synthetischen Fasergeflechten, wie etwa Baumwoll- oder Nylongeflechten, Papier und dergleichen hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE
I. Verfahren zur Verminderung der Volumenzunahme eines Gemisches von Anionen und Kationenaustauscherharzteilchen einer Korngrösse von 35 bis 250 Mikron in Wasser, dessen unverminderte Volumenzunahme in Wasser 650% und mehr beträgt, bezogen auf sein Trockenvolumen, dadurch gekennzeichnet, dass man der wässrigen Aufschlämmung des Ionenaustauschergemisches so viel eines wasserlöslichen, harzartigen Polyelektrolyten zusetzt, dass das lonenaustauscherge- misch eine Volumenzunahme, bezogen auf sein Trokkenvolumen, von mindestens 100 % bis höchstens 600 % zeigt.
II. Gemisch zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Divinylbenzol-Styrol-Harz, beladen mit Chloridund/oder Hydroxylionen als Anionenaustauscher, und einem Divinylbenzol-Styrol- und/oder Acrylsäure-Harz, beladen mit Wasserstoff- und/oder Ammoniumionen als Kationenaustauscher.
III. Wässrige Aufschlämmung, erhalten nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I.
IV. Verwendung der wässrigen Aufschlämmung ge mäss Patentanspruch III zur Herstellung einer Filterhilfsschicht auf einem Filtermedium.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man so viel Polyelektrolyt zusetzt, dass das Gemisch der Ionenaustauscher in Wasser eine Volumenzunahme von mindestens 300 % zeigt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenaustauscherharzteilchen eine Grösse von 35 bis 150 Mikron aufweisen.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man stark basische Anionenaustan- scherharzteilchen verwendet, die zum Divinylbenzol Styrol-Typ gehören und in Form eines Chlorids, Hydroxyds oder eines Gemisches derselben vorliegen, und dass man stark saure Kationenaustauscherharzteilchen von Divinylbenzol-Styrol-Typ oder schwach saure Teilchen von Divinylbenzol-Arylsäure-Typ oder Gemische derselben verwendet, die in Wasserstoffionenform, Ammoniumform oder als Gemische derselben vorliegen.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass man der Aufschlämmung den Polyelektrolyten in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.% des trockenen lonenaust auscherharzteilchengemisches zusetzt.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Kationenaustauscherhar# teilchen in einer Menge von 10 bis 90 Gew.% des Ionen austauscherharzteilchengemisches verwendet.
6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das Ionenaustauscherharzteilchengemisch in Wasser eine Volumenzunahme von mehr als 300 % annehmen lässt.
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