CH660692A5 - METHOD FOR REGENERATING ION EXCHANGERS. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerierung von Ionenaustauschern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a method for regenerating ion exchangers according to the preamble of patent claim 1.
Der immer wachsende Gehalt an Nitraten in natürlichen Gewässern bedeutet in der letzten Zeit ein ernstes Problem. Nitrate können aus dem Wasser nicht mittels der üblichen The ever increasing content of nitrates in natural waters has recently been a serious problem. Nitrates cannot be removed from water using the usual
Wasseraufbereitungsprozesse entfernt werden, da sie unter natürlichen Bedingungen, d.h. aeroben, das Endprodukt und daher eine stabile Verbindung der Umwandlung von Stickstoffverbindungen im Boden und im Wasser sind. Aus der Reihe von Stickstoff-Quellen ist die wichtigste die Gross-flächen-Verunreinigung, die durch die Anwendung von stickstoffhaltigen industriellen Düngemitteln in der Landwirtschaft verursacht wird. Water treatment processes are removed because they are under natural conditions, i.e. aerobic, the end product and therefore a stable compound of the conversion of nitrogen compounds in the soil and in the water. The most important of the series of nitrogen sources is the large-area contamination caused by the use of nitrogenous industrial fertilizers in agriculture.
Nitrate rufen gesundheitliche Schäden bis tödliche Erkrankungen bei Menschen und warmblütigen Tieren hervor. Am bekanntesten ist der Einfluss der Nitrate auf das Auftreten der sogenannten Nitrat-Alimentär-methoglobaemie, die bei Säuglingen bis zum Alter von drei Monaten auftreten kann, wenn zur Bereitung der künstlichen Ernährung Wasser verwendet wird, das mehr als 15 mg. 1 ~1 NO3 enthält. Dabei lässt die tschechoslowakische Norm bis 50 mg.l NO3 zu. Auch analogische Normen erlauben höhere Konzentrationen als den für Säuglinge angeführte Limit. Bei Erwachsenen rufen höhere Nitratkonzentrationen im Trinkwasser Speiseröhren-, Magen-, Harnblasenkrebs hervor. Sie können auch Grund von Fehlgeburten bei Kühen und tödlichen Vergiftungen bei künstlich ernährten Kälbern sein. Nitrate im Wasser wirken ungünstig auch in der Lebensmittelindustrie (z. B. bei Malzkeimung), bei der Konservierung von Lebensmitteln und bei der Herstellung von Getränken. Nitrates cause health damage to fatal diseases in humans and warm-blooded animals. The most well-known is the influence of nitrates on the occurrence of so-called nitrate-alimentary methoglobemia, which can occur in infants up to the age of three months if water containing more than 15 mg is used to prepare the artificial diet. Contains 1 ~ 1 NO3. The Czechoslovakian standard allows up to 50 mg.l NO3. Analog standards also allow higher concentrations than the limit specified for infants. In adults, higher nitrate concentrations in drinking water cause esophageal, stomach and bladder cancer. They can also cause miscarriage in cows and fatal poisoning in artificially fed calves. Nitrates in water also have an unfavorable effect in the food industry (e.g. for malt germination), in the preservation of food and in the production of beverages.
Neben den Nitraten bedeuten die Härtekomponenten dann einen Missstand, wenn ihr Gehalt im aufbereiteten Wasser die von der Trinkwassernorm gegebenen Werte überschreitet. Ausserdem sind sie schädlich in einigen Lebensmittelbetrieben, wo die grössere Härte z.B. Trübung der Getränke hervorruft. In addition to the nitrates, the hardness components are a maladministration if their content in the treated water exceeds the values given by the drinking water standard. In addition, they are harmful in some food companies, where the greater hardness e.g. Causes the drinks to become cloudy.
Eines der Verfahren, wie Nitrate aus dem Wasser entfernt werden können, ist die Anwendung von Ionenaustauschern. Ihr gemeinsamer Vorteil ist die Unabhängigkeit von der Wassertemperatur, die entsprechende Reaktionsgeschwindigkeit , hoher Nutzeffekt und der Verlauf der Denitrifikation ohne Zugabe von Fremdstoffen und ohne Notwendigkeit eines anaeroben Milieus. Grösstenteils jedoch verändert sich ungünstig der Gehalt der übrigen Anionen-komponenten des Wassers. Am häufigsten wird ein stark basischer Anionenaustauscher in Chloridform verwendet. Sein Nachteil ist jedoch der hohe Chloridgehalt im Filtrat, denn besonders am Anfang des Arbeitszyklus tauscht der Anionenaustauscher dieser Art alle vorhandenen Anionen gegen das Chloridanion aus. One of the ways in which nitrates can be removed from the water is by using ion exchangers. Their common advantage is independence from the water temperature, the corresponding reaction rate, high efficiency and the course of denitrification without the addition of foreign substances and without the need for an anaerobic environment. For the most part, however, the content of the other anion components in the water changes unfavorably. A strongly basic anion exchanger in chloride form is most often used. However, its disadvantage is the high chloride content in the filtrate, because especially at the beginning of the working cycle, the anion exchanger of this type exchanges all the anions present for the chloride anion.
Der Gehalt dieser Chloride im aufbereiteten Wasser überschreitet dann die von der Trinkwassernorm bestimmten Werte. Das Filtrat ist grundsätzlich ein Chloriddenatu-rat, das physiologische Beschwerden hervorrufen kann. Dem gegenüber werden Sulfate aus dem aufbereiteten Wasser zusammen mit den Nitraten entfernt. Teilweise werden auch Hydrogenkarbonate entfernt, sodass die Qualität des Wassers wesentlich geändert wird. Der Vorteil der Anwendung dieser Chloridform des Anionenaustauschers ist jedoch die einfache Regenerierungsfähigkeit. Bei der Regenerierung des Filterbettes werden die Nitrate schon bei der Anwendung von acht Volumen einer 10%igen Natriumchloridlösung ausgewaschen. The content of these chlorides in the treated water then exceeds the values determined by the drinking water standard. The filtrate is basically a chloridate that can cause physiological complaints. In contrast, sulfates are removed from the treated water together with the nitrates. In some cases, hydrogen carbonates are also removed, so that the quality of the water is significantly changed. However, the advantage of using this chloride form of the anion exchanger is that it can be regenerated easily. When the filter bed is regenerated, the nitrates are washed out when eight volumes of a 10% sodium chloride solution are used.
Die Anwendung des stark basischen Anionenaustauschers allein in Hyrogenkarbonatform ist auch ungünstig, und zwar wegen des hohen Hydrogenkarbonatgehalts im Filtrat. Hydrogenkarbonate ersetzen in der ersten Hälfte der Sorptionsphase alle vorhanden Anionen. Erst im zweiten Drittel der Sorptionsphase kommt es zum fortschreitenden Anwachsen des Chloridgehalts und im letzten Drittel überwächst die Chloridkonzentration wesentlich die Eintrittskonzentration zufolge ihrer fortschreitenden Desorption aus dem Ionenaustauscherbett. The use of the strongly basic anion exchanger alone in the form of hydrogen carbonate is also unfavorable, because of the high hydrogen carbonate content in the filtrate. Hydrogen carbonates replace all anions present in the first half of the sorption phase. It is only in the second third of the sorption phase that the chloride content increases, and in the last third does the chloride concentration significantly outgrow the entry concentration due to its progressive desorption from the ion exchange bed.
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66U 692 66U 692
Das jedoch bedeutet bei Eingangswässern mit höheren Chloridkonzentrationen ein Überschreiten der von der Norm bestimmten Chloridwerte im Filtrat. Die Sulfate werden gänzlich entfernt und ihre Konzentration wächst erst mit der wachsenden Nitratkonzentration. Ein weiterer Nachteil des stark basischen Anionenaustauschers in Hydrogenkarbonatform ist seine schwierige Regenerierbarkeit. In der Regenerationsphase werden die Nitrate erst nach der Applikation von 23 Volumen nach dem Anionenaustau-schervolumen einer 10%igen NaHC03-Lösung gemessen, ausgewaschen. However, in the case of inlet water with higher chloride concentrations, this means that the chloride values in the filtrate determined by the standard are exceeded. The sulfates are completely removed and their concentration only increases with the increasing nitrate concentration. Another disadvantage of the strongly basic anion exchanger in hydrogen carbonate form is its difficult regenerability. In the regeneration phase, the nitrates are only washed out after the application of 23 volumes after the anion exchange shear volume of a 10% NaHC03 solution.
Bekannt ist auch die Anwendung von regenerierten gemischten Chlorid-Hydrokarbonatbetten eines stark basischen Anionenaustauschers. Ihr Vorteil ist, dass schon am Anfang der Arbeitsphase (Sorbierungsphase) im Filtrat Chloride als auch Hydrogenkarbonate, d.h. zwei Anionen-komponenten, enthalten sind. Die Sulfate werden jedoch wieder gemeinsam mit den Nitraten entfernt. Das Filtrat ist daher ein Chlorid-Hydrokarbonat-Denaturat. Infolge der Desorption der Chloride in der zweiten Hälfte der Arbeitsphase erfolgt wieder eine Überschreitung der normierten Chloridkonzentration im Filtrat, wenn im Eingangswasser höherer Chloridkonzentrationen (wenn auch in der Norm für Trinkwasser) enthalten sind. The use of regenerated mixed chloride-hydrocarbonate beds of a strongly basic anion exchanger is also known. Your advantage is that chlorides as well as bicarbonates in the filtrate are already at the beginning of the working phase (sorbing phase), i.e. two anion components are included. However, the sulfates are removed together with the nitrates. The filtrate is therefore a chloride hydrocarbonate denaturate. As a result of the desorption of the chlorides in the second half of the working phase, the standardized chloride concentration in the filtrate is exceeded again if higher chloride concentrations are contained in the inlet water (albeit in the norm for drinking water).
Ähnlicherweise werden bei der Entfernung von Nitraten über den Anionenaustauscher in Sulfatzyklus am Anfang der Arbeitsperiode alle Anionen gegen Sulfationen ausgetauscht. Similarly, when removing nitrates via the anion exchanger in the sulfate cycle, all anions are exchanged for sulfate ions at the beginning of the working period.
Ferner wird für die Denitrifikation von Trinkwassern auch ein schwach basischer Anionenaustauscher in Hydrogenkarbonatform verwendet. Dieses technologische Verfahren hat jedoch neben dem Überschuss an Hydrogenkarbonationen im Filtrat und der Desorption des Chloridiones in der zweiten Hälfte des Arbeitszyklus und der Unterdrückung der Sulfate noch weitere Nachteile. In vergleichbaren Wassern ist die Denitrifikationskapazität des schwach basischen Anionenaustauschers etwa nur ein Viertel derer von stark basischen Anionenaustauschern. Wenn das aufzubereitende Wasser über einen Anionenaustauscher dieses Typs, dessen Denitrifikationskapazität jedoch schon erschöpft ist, fliesst, tritt ein spontanes Auswaschen der eingefangenen Nitrate aus den Ionenaustauscher ein und das ausfliessende Wasser ist daher im Gegenteil von Nitraten angereichert. A weakly basic anion exchanger in hydrogen carbonate form is also used for the denitrification of drinking water. However, this technological process has, besides the excess of hydrogen carbonate ions in the filtrate and the desorption of the chloride ion in the second half of the working cycle and the suppression of the sulfates, further disadvantages. In comparable waters, the denitrification capacity of the weakly basic anion exchanger is only about a quarter of that of strongly basic anion exchangers. If the water to be treated flows through an anion exchanger of this type, the denitrification capacity of which has already been exhausted, the captured nitrates spontaneously wash out of the ion exchanger and the outflowing water is therefore, on the contrary, enriched with nitrates.
Von den bisher bekannten Methoden der Nitratentfernung durch Ionenaustauscher aus dem Wasser im Hinblick auf den Nutzeffekt erschein als optimal die durch AO Nr. 200 907 geschützte Art, die es ermöglicht, mittels des Ionenaustauschers selektiv nur Nitrate zu entfernen, wobei die übrigen Anionenkomponenten im Wasser erhalten bleiben. Of the previously known methods of nitrate removal by ion exchangers from the water in terms of the efficiency, the type protected by AO No. 200 907 appears to be optimal, as it enables the nitrate to be removed selectively by means of the ion exchanger, the other anion components being retained in the water stay.
» Diese Art benützt drei Formen des basischen Anionenaustauschers und zwar die Chlorid-, Sulfat- und Hydrogenkarbonatform, die in bestimmtem Verhältnis vermischt sind. Ein wesentlicher Nachteil dieser Art ist jedoch, dass das so erhaltene Filterbett nicht regeneriert werden kann und alle drei angeführten Formen des Ionenaustauschers nach ihrer Erschöpfung neu separat hergestellt werden müssen. Daher kann dieses Verfahren nur in kleinen, einzweckigen Anlagen verwendet werden, die z. B. zur Denitrifizierung von Trinkwasser im Haushalt bestimmt sind, gewöhnlich zur Vorbereitung von künstlicher Säuglingsernährung. Wenn dieses Filterbett erschöpft ist, wird es weggeworfen. »This type uses three forms of the basic anion exchanger, namely the chloride, sulfate and hydrogen carbonate form, which are mixed in a certain ratio. A major disadvantage of this type, however, is that the filter bed obtained in this way cannot be regenerated and all three of the forms of the ion exchanger mentioned have to be produced separately once they have been exhausted. Therefore, this method can only be used in small, single-purpose plants that, for. B. are intended for denitrification of drinking water in the home, usually for the preparation of artificial infant nutrition. When this filter bed is exhausted, it is thrown away.
Aus dem Angeführten geht hervor, das Prozesse, die ökonomisch sind, mit einfacher Regenerierung des Anionenaustauschers, Nitrate entfernen auf Kosten der Verschlechterung der physiologischen Eigenschaften des Wassers und im Gegenteil, die Methode, die Nitrate selektiv entfernt, nicht im weiteren Massstab verwendet werden kann. It follows from the above that processes which are economical, with simple regeneration of the anion exchanger, removing nitrates at the expense of the deterioration in the physiological properties of the water, and on the contrary, the method which selectively removes nitrates cannot be used on a larger scale.
Die angeführten Nachteile werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, die es ermöglichen, das Ionenaustauscherbett wiederholt zu verwenden, selektiv Nitrate zu entfernen und eventuell gleichzeitig auch die Härtekomponenten zu beseitigen. Das Wesen des Regenerierungsverfahrens beruht darin, dass der Denitrifikationsfilter beruhend auf einen stark basischen Anionenaustauscher oder der Denitrifikationsfilter und Enthärtungsfilter, dessen Denitrifizierungsteil auf einen stark basischen Anionenaustauscher und der Enthärtungsteil auf einem stark sauren Kationenaustauscher beruht, in der ersten Phase der Regenerierung mit einer Chloridionen enthaltenden Lösung, z.B. mit einer Natriumchlorid- oder Kaliumchloridlösung, und in der zweiten Phase mit einer Sulfationen enthaltenden Lösung, z.B. Na- oder K-Sulfatlösung. Dabei kann in der zweiten Phase die Regenerierungslösung neben den Sulfationen, z.B. Natrium- oder Kaliumsulfat auch Hy-drokarbonationen, z.B. Natrium- oder Kaliumhydrogenkarbonat, enthalten. The disadvantages mentioned are solved by the characterizing features of patent claim 1, which make it possible to use the ion exchange bed repeatedly, to selectively remove nitrates and possibly also to remove the hardness components at the same time. The essence of the regeneration process is that the denitrification filter based on a strongly basic anion exchanger or the denitrification filter and softening filter, the denitrification part of which is based on a strongly basic anion exchanger and the softening part is based on a strongly acidic cation exchanger, in the first phase of the regeneration with a solution containing chloride ions , e.g. with a sodium chloride or potassium chloride solution, and in the second phase with a solution containing sulfate ions, e.g. Na or K sulfate solution. In the second phase, the regeneration solution in addition to the sulfate ions, e.g. Sodium or potassium sulfate also hydrocarbonate ions, e.g. Sodium or potassium hydrogen carbonate.
Die Vorteile dieses Regenerierungsverfahrens beruhen darin, dass sie es ermöglichen, unter ökonomisch vorteilhaften Bedingungen stark basische Anionenaustauscher zur selektiven Beseitung von Nitraten aus dem Wasser zu benützen, wobei die übrigen Anionenkomponenten und daher auch die physiologischen Werte des Wassers erhalten bleiben. In Hinsicht auf den relativ einfachen Regenerierungs-prozess kann dieses Verfahren wiederholt und im weiteren Massstab verwendet werden. Im Falle der gleichzeitigen Denitrifizierung und Enthärtung des Wassers (z. B. für die industrielle Herstellung von Getränken) ist dieses Verfahren auch ökonomisch vorteilhaft darin, dass die Lösung aus der Regenerierung des Anionenaustauschers auch noch zur Regenerierung des Kationenaustauschers verwendet wird. The advantages of this regeneration process are that they make it possible to use strongly basic anion exchangers for the selective removal of nitrates from the water under economically advantageous conditions, while the other anion components and therefore also the physiological values of the water are retained. In view of the relatively simple regeneration process, this process can be repeated and used on a larger scale. In the case of simultaneous denitrification and softening of the water (e.g. for the industrial production of beverages), this process is also economically advantageous in that the solution from the regeneration of the anion exchanger is also used to regenerate the cation exchanger.
In der ersten Phase des Regenerierungszyklus verläuft eine effektive Desorption der Nitrate, die im vorhergehenden Arbeitszyklus nur mit einer verhältnismässig kleinen Menge der Chlorionen enthaltenden Lösung abgefangen sind. Der Anionenaustauscher wird in dieser Phase überwiegend auf die Chloridform überführt. Im Fall der Regenerierung des Denitrifizierungs- und Enthärtungsfilters wird das Regenerierungsmittel aus dem Anionenaustauscher gleichzeitig zur Regenerierung des Kationenaustauschers verwendet, oder vice versa. In der weiteren Regenerierungsphase wird der stark basische Anionenaustauscher aus der Chloridform auf eine Mischung verschiedener Anionenaustauscherformen überführt und gleichzeitig werden die letzten Reste der Nitrate aus dem Arbeitszyklus desorbiert. Die Kationkomponente dieser zweiten Lösung kann gegebenenfalls auch den Kationenaustauscher regenerieren. In the first phase of the regeneration cycle, there is an effective desorption of the nitrates, which in the previous work cycle are only trapped with a relatively small amount of the solution containing chlorine ions. The anion exchanger is predominantly converted to the chloride form in this phase. In the case of regeneration of the denitrification and softening filter, the regeneration agent from the anion exchanger is used simultaneously to regenerate the cation exchanger, or vice versa. In the further regeneration phase, the strongly basic anion exchanger from the chloride form is transferred to a mixture of different anion exchanger forms and at the same time the last residues of the nitrates from the working cycle are desorbed. The cation component of this second solution can optionally also regenerate the cation exchanger.
Zum Beweis des Nutzeffektes des regenerierten Bettes der Erfindung nach dient Tab. 1 und 2. In Tab. 1 ist die Zusammensetzung des Filtrats hinter dem Filterbett des stark basischen Anionenaustauschers, der nur bis zum Chloridzyklus regeneriert wurde, angegeben. Die Filtratmenge in der ersten Kolonne ist in vielfachen des Anionenaustauschervo-lumens ausgedrückt, das im Filterbett verwendet wurde. Tables 1 and 2 serve to prove the efficiency of the regenerated bed according to the invention. Tab. 1 shows the composition of the filtrate behind the filter bed of the strongly basic anion exchanger, which was regenerated only up to the chloride cycle. The amount of filtrate in the first column is expressed in multiples of the anion exchange volume used in the filter bed.
In Tabelle 2 wird die Filtratzusammensetzung hinter dem Anionenaustauscherbett, das laut der Erfindung regeneriert wurde, dargestellt. Die Filtratmenge in der ersten Kolonne wird durch das Vielfache des Anionenaustauschergehalts, der im Filterbett benutzt wurde, ausgedrückt. Table 2 shows the filtrate composition behind the anion exchange bed which was regenerated according to the invention. The amount of filtrate in the first column is expressed as a multiple of the anion exchange content used in the filter bed.
Aus den Werten in Tab. 1 und 2 geht hervor: Hinter den beiden Filtern verläuft eine markante Beseitigung der Nitrate. Hinter dem zweiten Filter (Tab. 2) ist jedoch der Gehalt an den übrigen Anionen relativ gleichmässig vertreten und in keinem Anteil wird die Norm für Trinkwasser überschritten. Hinter dem ersten Filter werden zusammen mit den Nitraten auch die Sulfate entfernt und in der ersten Hälfte des Ar- The values in Tab. 1 and 2 show that behind the two filters there is a marked elimination of the nitrates. Behind the second filter (Tab. 2), however, the content of the other anions is relatively evenly represented and in no proportion is the norm for drinking water exceeded. After the first filter, the sulfates are also removed together with the nitrates and in the first half of the process
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
660 692 660 692
Tabelle 1 Table 1
4 4th
Tabelle 3 Table 3
Filtratmenge Amount of filtrate
Zusammensetzung des Filtrats m Composition of the filtrate m
V V-1 V V-1
». VQ ». VQ
NO" NO "
1/2S04= 1 / 2S04 =
HCO" HCO "
cr cr
20 20th
0 0
0 0
0,2 0.2
5,8 5.8
40 40
0 0
0 0
0,3 0.3
5,7 5.7
60 60
0 0
0 0
0,3 0.3
5,6 5.6
80 80
0 0
0 0
0,4 0.4
5,6 5.6
100 100
0 0
0 0
0,6 0.6
5,4 5.4
120 120
0 0
0 0
1,1 1.1
4,9 4.9
140 140
0,01 0.01
0 0
1,8 1.8
4,2 4.2
160 160
0,03 0.03
0 0
2,2 2.2
3,8 3.8
180 180
0,07 0.07
0 0
2,4 2.4
3,6 3.6
200 200
0,20 0.20
0,1 0.1
2,3 2.3
3,4 3.4
220 220
0,36 0.36
0,3 0.3
2,0 2.0
3,3 3.3
240 240
0,55 0.55
0,55 0.55
1,8 1.8
3,1 3.1
Eingang entrance
1,53 1.53
0,94 0.94
1,8 1.8
0,8 0.8
wasser water
Filterbett: stark basischer Anionenaustauscher des zweiten Types, Kolonnenhöhe 0,6 m, s = 20 V.Vjj" '. Gleichströmig regeneriert mit 8 V„ einer Lösung mit einer Konzentration von 100 g NaCl im Liter destillierten Wassers bei s = 3 V.V^1 h_l. Ausgewaschen mit 8 V0 destillierten Wassers. Filter bed: strongly basic anion exchanger of the second type, column height 0.6 m, s = 20 V.Vjj "'. Regenerating with 8 V" a solution with a concentration of 100 g NaCl in liters of distilled water at s = 3 VV ^ 1 h_l. Washed out with 8% distilled water.
V - Filtratvolumen Vy - Anionenaustauschervolumen s = spezifische Belastung V - filtrate volume Vy - anion exchange volume s = specific load
Tabelle 2 Table 2
Filtratmenge Amount of filtrate
Zusammensetzung des Filtrats nmol. 1 Composition of the filtrate nmol. 1
V V-1 V V-1
v. v0 v. v0
NO~ NO ~
1/2 SO= 1/2 SO =
HCO" HCO "
cr cr
20 20th
0 0
1,3 1.3
3,5 3.5
1,2 1.2
40 40
0 0
1,4 1.4
3,2 3.2
1,4 1.4
60 60
0 0
2,3 2.3
2,3 2.3
1,4 1.4
80 80
0 0
2,8 2.8
1,9 1.9
1,3 1.3
100 100
0 0
3,1 3.1
1,8 1.8
1,1 1.1
120 120
0,01 0.01
3,4 3.4
1,8 1.8
0,8 0.8
140 140
0,05 0.05
3,3 3.3
1,8 1.8
0,8 0.8
160 160
0,12 0.12
3,2 3.2
1,8 1.8
0,8 0.8
180 180
0,24 0.24
3,3 3.3
1,8 1.8
0,8 0.8
200 200
0,40 0.40
3,0 3.0
1,8 1.8
0,8 0.8
220 220
0,52 0.52
2,9 2.9
1,8 1.8
0,8 0.8
240 240
0,66 0.66
2,7 2.7
1,8 1.8
0,8 0.8
Eingang entrance
1,53 1.53
0,94 0.94
1,8 1.8
0,8 0.8
wasser water
Filtratbett: stark basischer Anionenaustauscher des zweiten Types, mit einer Höhe von 0,6 m. Gleichströmig regeneriert mit 5 V0 einer Lösung, die 100 g NaCl in 1 Liter destillierten Wassers enthält, und dann mit 5 V0 einer Mischlösung, die 85,9 g Na2S04 + 14,1 g NaH-C03 in 1 Liter destillierten Wassers enthält, bei s = 3 V. V^1 h_1. Ausgewaschen mit 8 V0 destillierten Wassers. Filtrate bed: strongly basic anion exchanger of the second type, with a height of 0.6 m. Simultaneously regenerated with 5 V0 of a solution containing 100 g NaCl in 1 liter of distilled water and then with 5 V0 of a mixed solution containing 85.9 g Na2S04 + 14.1 g NaH-C03 in 1 liter of distilled water at s = 3 V. V ^ 1 h_1. Washed out with 8 V0 distilled water.
V - Filtratvolumen V0 - Anionenaustauschervolumen s = spezifische Belastung beitszyklus auch der Grossteil der Hydrogenkarbonate. Das Filtrat ist ein Chlorid-Denaturat: es enthält 4 — 7 mal mehr Chloride als das Eingangwasser und im ganzen Umfang entspricht es nicht der Norm für Trinkwasser (2,82 nmol.l_I). V - filtrate volume V0 - anion exchange volume s = specific load during the working cycle also the majority of the hydrogen carbonates. The filtrate is a chloride denaturate: it contains 4 - 7 times more chlorides than the input water and on the whole it does not comply with the norm for drinking water (2.82 nmol.l_I).
In den folgenden Tabellen 3 bis 6 werden Beispiele der Durchführung der Regenerierung zusammen mit den auf dem regenerierten Bett erhaltenen Resultate. Tables 3 to 6 below provide examples of performing the regeneration along with the results obtained on the regenerated bed.
Filtratmenge Zusammensetzung des Filtrats nmol. 1 1 Amount of filtrate Composition of the filtrate nmol. 1 1
V V V V
v. »0 v. »0
NO" NO "
1/2 S04= 1/2 S04 =
HCO3- HCO3-
cr cr
20 20th
0 0
0,1 0.1
1,05 1.05
0,50 0.50
40 40
0 0
0,1 0.1
1,0 1.0
0,50 0.50
60 60
0 0
0,15 0.15
0,85 0.85
0,65 0.65
80 80
0 0
0,20 0.20
0,70 0.70
0,80 0.80
100 100
0 0
0,25 0.25
0,55 0.55
0,85 0.85
120 120
0,01 0.01
0,25 0.25
0,50 0.50
0,90 0.90
140 140
0,01 0.01
0,30 0.30
0,45 0.45
0,87 0.87
160 160
0,06 0.06
0,50 0.50
0,40 0.40
0,60 0.60
180 180
0,10 0.10
0,80 0.80
0,40 0.40
0,30 0.30
200 200
0,25 0.25
0,85 0.85
0,40 0.40
0,10 0.10
220 220
0,90 0.90
0,30 0.30
0,25 0.25
0,05 0.05
260 260
1,40 1.40
0,10 0.10
0,10 0.10
0 0
280 280
1,60 1.60
0 0
0 0
0 0
300 300
1,60 1.60
0 0
0 0
0 0
Eingang- Entrance-
1,60 1.60
0 0
0 0
0 0
wasser water
V - Filtratvolumen V0 - Ionenaustauschervolumen s - spezifische Belastung V - filtrate volume V0 - ion exchange volume s - specific load
In Tab. 3 werden die Ergebnisse mit dem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Types beschrieben; Füllungshöhe 0,6 m, s = 45 V.Vo"1 h-1. Diese Füllung wurde gleichströmig mit 5 V0 einer Lösung, die 100 g Chlorid in 1 Liter destillierten Wassers enthält, regeneriert und dann noch mit 5 V0 der Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat und 14.1 g Natriumhydrogenkarbonat in 1 Liter destillierten Wassers. Ausgewaschen mit 8 V0 destillierten Wassers. The results are described in Tab. 3 with the strongly basic anion exchanger of the second type; Filling height 0.6 m, s = 45 V.Vo "1 h-1. This filling was regenerated concurrently with 5 V0 of a solution containing 100 g of chloride in 1 liter of distilled water, and then with 5 V0 of the mixed solution with 85 , 9 g sodium sulfate and 14.1 g sodium hydrogen carbonate in 1 liter of distilled water, washed out with 8% distilled water.
Ferner wurde eine künstliche Lösung des Eingangswassers vorbereitet, die Natriumnitrat in einer Konzentration von 100 mg. 1-1 NOj in destilliertem Wasser enthielt, also ohne weiterer Anionenbestandteile. Trotzdem im Eingangs- Furthermore, an artificial solution of the input water was prepared, the sodium nitrate in a concentration of 100 mg. Contained 1-1 NOj in distilled water, i.e. without further anion components. Nevertheless in the entrance
Tabelle 4 Table 4
Filtratmenge Zusammensetzung des Filtrats nmol. 1 1 Amount of filtrate Composition of the filtrate nmol. 1 1
V V V V
0 0
NO" NO "
1/2S04= 1 / 2S04 =
HCO~ HCO ~
cr cr
20 20th
0 0
5,8 5.8
7,2 7.2
1,2 1.2
40 40
0 0
6,2 6.2
6,6 6.6
1,5 1.5
60 60
0 0
6,2 6.2
6,3 6.3
1,7 1.7
80 80
0 0
5,9 5.9
6,1 6.1
2,3 2.3
100 100
0 0
5,7 5.7
6,1 6.1
2,4 2.4
120 120
0,01 0.01
5,6 5.6
6,1 6.1
2,5 2.5
140 140
0,01 0.01
5,4 5.4
6,1 6.1
2,6 2.6
160 160
0,02 0.02
5,3 5.3
6,1 6.1
2,8 2.8
180 180
0,05 0.05
5,3 5.3
6,1 6.1
2,8 2.8
200 200
0,10 0.10
5,3 5.3
6,1 6.1
2,7 2.7
220 220
0,15 0.15
5,2 5.2
6,1 6.1
2,7 2.7
240 240
0,20 0.20
5,2 5.2
6,1 6.1
2,7 2.7
260 260
0,24 0.24
5,1 5.1
6,1 6.1
2,7 2.7
280 280
0,38 0.38
5,1 5.1
6,1 6.1
2,7 2.7
300 300
0,49 0.49
5,0 5.0
6,1 6.1
2,65 2.65
320 320
0,61 0.61
5,0 5.0
6,0 6.0
2,60 2.60
340 340
0,61 0.61
5,0 5.0
6,0 6.0
2,60 2.60
360 360
0,61 0.61
5,0 5.0
6,0 6.0
2,60 2.60
Eingangs- Input
0,61 0.61
5,0 5.0
6,0 6.0
2,6 2.6
wasser water
V - Filtratmenge V0 - Ionenaustauschervolumen s - spezifische Belastung s V - amount of filtrate V0 - ion exchange volume s - specific load s
io io
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
660 692 660 692
wasser nur Nitratsalz enthalten ist, enthält das Wasser, das durch das Filterbett nach der Erfindung durchgegangen ist, Chloride, Sulfate als auch Hydrogenkarbonate und zwar in Mengen, die der tschechoslowakischen Norm für Trinkwasser entsprechen würden, was beweist, dass auch in diesem Extremfalle, der normal nicht vorkommen würde, der so regenerierte Filter fähig ist, die Nitrate durch die hauptsächlichen Anionenbestandteile zu ersetzen. Water contains only nitrate salt, the water that has passed through the filter bed according to the invention contains chlorides, sulfates as well as hydrogen carbonates in amounts that would correspond to the Czechoslovakian standard for drinking water, which proves that even in this extreme case, the would not normally occur, the regenerated filter is able to replace the nitrates with the main anion components.
In Tab. 4 werden die Ergebnisse mit dem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Types, mit Filterbetthöhe 0,6 m, s = 40 V.V0~' h-1 beschrieben. Gleichströmig regeneriert mit 5 V0 einer 100 g NaCl in 1 Liter destillierten Wassers enthaltenden Lösung und dann mit 5 V0 der Mischlösung, die 85,9 g Natriumsulfat und 14.1 g Natriumhydrogenkarbonat in 1 Liter destillierten Wassers enthält, bei s = 3 V.V0~' h_I. Ausgewaschen mit 8 V0 destillierten Wassers. Table 4 describes the results with the strongly basic anion exchanger of the second type, with a filter bed height of 0.6 m, s = 40 V.V0 ~ 'h-1. Simultaneously regenerated with 5% of a solution containing 100 g NaCl in 1 liter of distilled water and then with 5% of the mixed solution containing 85.9 g of sodium sulfate and 14.1 g of sodium bicarbonate in 1 liter of distilled water at s = 3 V.V0 ~ ' Hi. Washed out with 8 V0 distilled water.
Der nach der Erfindung regenerierte stark basische Anionenaustauscher (Tab. 4) hat eine ausgeglichene Anionenzu-sammensetzung ohne Extremwerte der einzelnen Anionen, einschliesslich Sulfate, die während der ganzen Arbeitsphase in Konzentrationen, die den Werten beim Eingang entsprechen, beibehalten wird. Aus Tab. 4 geht weiters hervor, dass nach der Erschöpfung der Denitrizierungskapazität des der Erfindung gemäss regenerierten Anionenaustauschers keine Erhöhung der Nitratkonzentration im Filtrat durch spontane Desorbierung aus dem Filterbett vorkommt. Dies ist für die Sicherheit des Betriebs der Denitrifizierungsanlage äusserst wichtig. The strongly basic anion exchanger regenerated according to the invention (Tab. 4) has a balanced anion composition without extreme values of the individual anions, including sulfates, which is maintained throughout the working phase in concentrations which correspond to the values at the entrance. Table 4 further shows that after the denitrification capacity of the anion exchanger regenerated according to the invention has been exhausted, there is no increase in the nitrate concentration in the filtrate due to spontaneous desorption from the filter bed. This is extremely important for the safety of the operation of the denitrification plant.
Tabelle 5 Table 5
Filtratmenge Zusammensetzung des Filtrats nmol. 1 1 Amount of filtrate Composition of the filtrate nmol. 1 1
V V-1 V V-1
y. »0 y. »0
NO" NO "
1/2 SO= 1/2 SO =
HCO~ HCO ~
er he
20 20th
0,006 0.006
2,9 2.9
7,5 7.5
2,7 2.7
40 40
0,006 0.006
3,5 3.5
6,8 6.8
2,8 2.8
60 60
0,010 0.010
4,2 4.2
6,45 6.45
2,6 2.6
80 80
0,010 0.010
4,5 4.5
6,20 6.20
2,6 2.6
100 100
0,016 0.016
4,8 4.8
6,20 6.20
2,5 2.5
120 120
0,018 0.018
4,8 4.8
6,20 6.20
2,3 2.3
140 140
0,025 0.025
4,7 4.7
6,15 6.15
2,3 2.3
160 160
0,050 0.050
4,65 4.65
6,15 6.15
2,3 2.3
180 180
0,096 0.096
4,65 4.65
6,10 6.10
2,2 2.2
200 200
0,150 0.150
4,6 4.6
6,10 6.10
2,2 2.2
220 220
0,180 0.180
4,6 4.6
6,10 6.10
2,2 2.2
240 240
0,250 0.250
4,6 4.6
6,10 6.10
2,2 2.2
260 260
0,320 0.320
4,55 4.55
6,10 6.10
2,2 2.2
280 280
0,43 0.43
4,50 4.50
6,10 6.10
2,2 2.2
Eingang- Entrance-
0,61 0.61
4,40 4.40
6,00 6.00
2,1 2.1
wasser water
V - Filtratvolumen V0 - Ioneraustauschervolumen s - spezifische Belastung V - filtrate volume V0 - ion exchange volume s - specific load
In Tab. 5 werden die Ergebnisse mit dem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Types, beschrieben, mit Filterbetthöhe 0,6 m, s = 40 V.V0~1 h_ ', gleichströmig regeneriert mit nur 4 V0 der Lösung mit 100 g NaCl in 1 Liter des Eingangswassers und dann nur mit 4 V0 der Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat und 14.1 g Natriumhydrogenkarbonat in 1 Liter Eingangswasser bei s = 3 V.'V0 ~1 h ~1. Ausgewaschen mit 8 V0 des Eingangswassers. Diese Regeneration präsentiert eine ökonomisch vorteilhafte Variante. In Table 5 the results are described with the strongly basic anion exchanger of the second type, with a filter bed height of 0.6 m, s = 40 V.V0 ~ 1 h_ ', regenerated in the same direction with only 4 V0 of the solution with 100 g NaCl in 1 Liters of the input water and then only with 4 V0 of the mixed solution with 85.9 g sodium sulfate and 14.1 g sodium hydrogen carbonate in 1 liter input water at s = 3 V.'V0 ~ 1 h ~ 1. Washed out with 8 V0 of the input water. This regeneration presents an economically advantageous variant.
Auch bei dieser ökonomischen Regeneration entspricht die Zusammensetzung des Filtrats in allen Bestandteilen der Norm für Trinkwasser. Gegenüber der Regeneration mit 5 Even with this economic regeneration, the composition of the filtrate in all its components corresponds to the norm for drinking water. Compared to the regeneration with 5
Volumen von 10% Reagenten wird ein etwas kürzerer Denitrifikationszyklus erreicht. Kleiner sind jedoch auch die spezifischen Kosten für die Beseitigung einer Nitrateinheit. Volume of 10% reagents, a somewhat shorter denitrification cycle is achieved. However, the specific costs for removing a nitrate unit are also lower.
In ähnlicher Weise kann man auch ökonomisch Denitri-fizierungsbetten regenerieren mit Lösungen von Konzentration — z.B.: mit 5 V0 von 8% NaCl+ 5 V0 8% Mischregene-rans, 5 V0 8% NaCl+4,3 8% Na-,S04+0,7 V0 8% NaH-C03, oder 4 V0 10% NaCl + 4 V010% Na2S04 usw. In a similar way, denitrification beds can also be regenerated economically with solutions of concentration - for example: with 5 V0 of 8% NaCl + 5 V0 8% mixed regeneration rans, 5 V0 8% NaCl + 4.3 8% Na-, S04 + 0 , 7 V0 8% NaH-C03, or 4 V0 10% NaCl + 4 V010% Na2S04 etc.
Tabelle 6 Table 6
Filtratmenge Amount of filtrate
Zusammensetzung des Filtrats nn Composition of the filtrate nn
V V"1 V V "1
v. • 0 v. • 0
NO" NO "
1/2 S04= 1/2 S04 =
HCO" HCO "
er he
20 20th
0,048 0.048
1,00 1.00
3,6 3.6
2,0 2.0
40 40
0,048 0.048
0,90 0.90
3,45 3.45
2,25 2.25
60 60
0,052 0.052
0,90 0.90
3,30 3.30
2,42 2.42
80 80
0,055 0.055
0,90 0.90
3,25 3.25
2,55 2.55
100 100
0,059 0.059
0,95 0.95
3,25 3.25
2,55 2.55
120 120
0,063 0.063
1,05 1.05
3,1 3.1
2,45 2.45
140 140
0,070 0.070
1,25 1.25
3,0 3.0
2,20 2.20
160 160
0,085 0.085
1,60 1.60
2,9 2.9
2,00 2.00
180 180
0,085 0.085
1,80 1.80
2,7 2.7
1,90 1.90
200 200
0,090 0.090
2,00 2.00
2,4 2.4
1,90 1.90
220 220
0,11 0.11
2,25 2.25
2,1 2.1
1,85 1.85
240 240
0,13 0.13
2,35 2.35
2,1 2.1
1,80 1.80
260 260
0,180 0.180
2,40 2.40
2,1 2.1
1,80 1.80
Eingang entrance
0,516 0.516
2,08 2.08
2,05 2.05
1,77 1.77
wasser water
V - Filtratmenge V0 - V - amount of filtrate V0 -
Ionenaustauschervolumen Ion exchange volume
s - spezifische Belastung s - specific load
Tab. 6 beschreibt die Ergebnisse mit stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Types, Filterbetthöhe 1,05 m, s = 20 V.V0~' h_l. Gegenströmig regeneriert mit 5 V0 einer Lösung mit 100 g NaCl in 1 Liter Eintrittswasser und danach 5 V0 Mischlösung 85,9 g Na2S04 und 14,1 g Natriumhydrogenkarbonat in 1 Liter Ei ngangswasser bei s = 3 V.V0 ~1 h ~1. Ausgewaschen mit 10 V0 des Eingangswassers. Tab. 6 describes the results with strongly basic anion exchangers of the second type, filter bed height 1.05 m, s = 20 V.V0 ~ 'h_l. Counter-current regenerated with 5 V0 of a solution with 100 g NaCl in 1 liter of inlet water and then 5 V0 mixed solution 85.9 g Na2S04 and 14.1 g sodium hydrogen carbonate in 1 liter of inlet water at s = 3 V.V0 ~ 1 h ~ 1. Washed out with 10 V0 of the input water.
Wie aus den Beispielen hervorgeht, kann man mit dem Verfahren laut der Erfindung auch gegenströmig regenerieren, jedoch der Denitrifizierungseffekt des so regenerierten Filterbetts ist gewöhnlich kleiner und die Unterschiedlichkeit der Konzentration der übrigen Anionen im Filtrat kann grösser sein. As can be seen from the examples, the method according to the invention can also be used to regenerate in countercurrent, but the denitrification effect of the filter bed regenerated in this way is usually smaller and the difference in the concentration of the other anions in the filtrate can be greater.
Bei der Herstellung des Filterbettes aus einem neuen, un-benützten Anionenaustauscher wird die Tatsache ausgenützt, dass der Anionenaustauscher überwiegend schon in der Chloridform geliefert wird. Darum wird bei der ersten Aufbereitung vor der Anwendung die Lösung mit den Clorid-anionen ausgelassen und der Anionenaustauscher wird nur mit der Lösung, die Sulfate oder Sulfate und Hydrogenkarbonate enthält, in Kontakt gebracht. Dadurch ist der Ionenaustauscher vorbereitet zur ersten Anwendung und zur weiteren Regeneration laut der Erfindung. When manufacturing the filter bed from a new, unused anion exchanger, the fact is used that the anion exchanger is mostly already supplied in the chloride form. For this reason, the solution with the chloride anions is left out in the first preparation before use and the anion exchanger is only brought into contact with the solution which contains sulfates or sulfates and hydrogen carbonates. As a result, the ion exchanger is prepared for first use and for further regeneration according to the invention.
In Tab. 7 werden die Ergebnisse mit dem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Types beschrieben; Filterbetthöhe 0.6 m hinter welchem ein stark saurer Kationenaustauscher eingereiht ist mit einer Filterhöhe von 0,15 m, s = 20 V.V0~1 h" ', dem Anionenaustauscher nach gerechnet. Gleichströmig regeneriert mit 5 V0 einer Lösung mit 100 g Na-Chlorid in 1 Liter destillierten Wassers und dann mit 5 V„ der Mischlösung mit 85,9 g Na-Sulfat und 14,1 g Na-Hydrogenkarbonat in 1 Liter destillierten Wassers, bei s = 3 V.V0_I h_l. Ausgewaschen mit 8 Vt, destillierten Was- Tab. 7 describes the results with the strongly basic anion exchanger of the second type; Filter bed height 0.6 m behind which a strongly acidic cation exchanger is placed with a filter height of 0.15 m, s = 20 V.V0 ~ 1 h "', calculated according to the anion exchanger. Regenerated with 5 V0 of a solution containing 100 g Na chloride in 1 liter of distilled water and then with 5 V "of the mixed solution with 85.9 g Na sulfate and 14.1 g Na hydrogen carbonate in 1 liter of distilled water, at s = 3 V.V0_I h_l. Washed out with 8 Vt, distilled What-
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
660 692 660 692
6 6
Tabelle 7 Table 7
Filtratmenge Zusammensetzung des Filtrats nmol. 1 1 Amount of filtrate Composition of the filtrate nmol. 1 1
V.V"1 NO~ 12SO= H CO" Cl- 1 2 To V.V "1 NO ~ 12SO = H CO" Cl- 1 2 To
20 20th
0 0
1,3 1.3
3,5 3.5
1,2 1.2
0.02 0.02
40 40
0 0
1,4 1.4
3,2 3.2
1,4 1.4
0,02 0.02
60 60
0 0
2,3 2.3
2,3 2.3
1,4 1.4
0,02 0.02
80 80
0 0
2,8 2.8
1,9 1.9
1,4 1.4
P,15 P, 15
100 100
0 0
3,1 3.1
1,8 1.8
1,1 1.1
0,24 0.24
120 120
0,01 0.01
3,4 3.4
1,8 1.8
0,8 0.8
0,34 0.34
140 140
0,05 0.05
3,3 3.3
1,8 1.8
0,8 0.8
0,40 0.40
160 160
0,12 0.12
3,2 3.2
1,8 1.8
0,8 0.8
0,70 0.70
180 180
0,24 0.24
3,3 3.3
1,8 1.8
0,8 0.8
0,90 0.90
200 200
0,40 0.40
3,0 3.0
1,8 1.8
0,8 0.8
1,20 1.20
220 220
0,66 0.66
2,7 2.7
1,8 1.8
0,8 0.8
2,40 2.40
240 240
0,66 0.66
2,7 2.7
1,8 1.8
0,8 0.8
2,40 2.40
Eingang- Entrance-
153 153
0,94 0.94
1,8 1.8
0,8 0.8
5,20 5.20
wasser water
V - Filtratvolumen V0 - Ionenaustauschervolumen s - spezifische Belastung sers. Die Kationenkomponente beeinflusst auch eine Senkung der Wasserhärte. Der schwerere Kationenaustauscher bildet die untere Filterschicht. Das Verhältnis des Anionen-zum Kationenaustauschers ist 4:1 bis 12:1. Im Gegensatz zu der Anwendung des Kationenaustauschers in der Energiewirtschaft handelt es sich bei der Härteherabsetzung in V - filtrate volume V0 - ion exchange volume s - specific load sers. The cation component also affects a reduction in water hardness. The heavier cation exchanger forms the lower filter layer. The ratio of the anion to the cation exchanger is 4: 1 to 12: 1. In contrast to the use of the cation exchanger in the energy industry, the hardness is reduced in
25 Trinkwassern nicht um die gänzliche Beseitung von Kalzium und Magnesium. Das Verhältnis Anionenaustauscher — Kationenaustauscher ist durch den erwünschten Grad der Härteherabsetzung, die Kapazität der Ionenaustauscher und durch die Gesamtzusammensetzung des Wassers gegeben. 25 Drinking water is not about the total elimination of calcium and magnesium. The ratio of anion exchanger to cation exchanger is given by the desired degree of hardness reduction, the capacity of the ion exchanger and by the overall composition of the water.
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
50 50
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