DE10005968A1 - Water softener process for pump action movement of fluid in closed circuit used as ion transport medium - Google Patents

Water softener process for pump action movement of fluid in closed circuit used as ion transport medium

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Abstract

In a process to operate an electrode de-ionization water softener assembly (1), ions from a permeate are removed from a chamber of dilute fluid and transported by an electric field to a chamber holding concentrated fluid. The ions are then removed by a medium flowing through the concentrate chamber. The concentrate moves especially within an internal closed circuit and following discharge from the concentrate chamber is employed as a transport medium and is returned to the concentrate chamber inlet by pump action. Also claimed is an electrode de-ionization assembly with an internal closed-circuit flow arrangement. The transport medium is especially not fully returned to the overall system. The arrangement has one or more concentrate chambers in which the discharge from the chamber outlet is returned to the chamber inlet. The electro-conductivity of the concentrate is monitored and adjusted to below a pre-determined threshold prior to its return to the concentrate chamber. Adjustment is effected by the admixture of permeate having a lower conductivity. A constant pressure drop is maintained between the dilute and concentrate chambers. The water softener assembly combines reverse osmosis with electrode de-ionization. Permeate from the reverse osmosis is discharged to the electrode de-ionization unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrodeionisationsanlage, wo­ bei aus einem aufzubereitenden Permeat Ionen in einem elektrischen Feld aus mindestens einer Di­ luatkammer in mindestens eine Konzentratkammer abgeschieden und in Form eines Konzentrates mittels eines die mindestens eine Konzentratkammer durchströmenden Transportmediums abtrans­ portiert werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Elektrodeionisationsanlage mit min­ destens einer Diluatkammer für ein aufzubereitendes Permeat, die aus mindestens einem in zwei ionenselektive Membranen eingebettete Ionenaustauschermaterial gebildet ist, mindestens einer von zwei ionenselektiven Membranen begrenzten Konzentratkammer mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für ein Transportmedium zum Abtransport der aus dem Permeat abgetrenn­ ten Ionen.The present invention relates to a method for operating an electrodeionization system, where in the case of permeate ions to be processed in an electric field from at least one di luatkammer deposited in at least one concentrate chamber and in the form of a concentrate by means of a transport medium flowing through the at least one concentrate chamber be ported. The present invention further relates to an electrodeionization system with min at least one diluate chamber for a permeate to be processed, which consists of at least one in two ion-selective membranes embedded ion exchange material is formed, at least one concentrate chamber delimited by two ion selective membranes with an inlet opening and an outlet opening for a transport medium for the removal of the separated from the permeate ten ions.

Die Elektrodeionisation (EDI) ist eine Kombination aus einem oder mehreren Ionenaustauschern, bspw. einem Mischbett-Ionenaustauscher, und einer Elektrodialyse. Sie dient der Wasseraufberei­ tung, bspw. der Herstellung von Rein- und Reinstwasser und wird zu diesem Zweck überwiegend einer Enthärtungsanlage und einer Anlage für die Umkehrosmose nachgeschaltet, wobei vor der Enthärtungsanlage noch eine Vorfiltrationsanlage vorgesehen sein kann. In diesen Anlagen wird das aufzubereitende Wasser, das in der Regel bereits Trinkwasserqualität hat, von Calcium- und Magnesium-Salzen befreit sowie in einem ersten Schritt entsalzt. Die anschließende Elektrodeioni­ sation dient der Vollentsalzung. Dabei werden die Ionen mittels des Ionenaustauschers aus dem aufzubereitenden Wasser entfernt und wandern anschließend in einem elektrischen Feld aus dem aufzubereitenden Wasser durch ionenselektive Membranen hindurch, reichern sich auf der anderen Seite der Membran in einer Konzentratkammer an und werden mittels eines Transportmediums ab­ transportiert. Gleichzeitig wird der Ionenaustauscher im elektrischen Feld regeneriert.Electrodeionization (EDI) is a combination of one or more ion exchangers, For example, a mixed bed ion exchanger and an electrodialysis. It is used for water treatment tion, for example the production of pure and ultrapure water and is predominant for this purpose downstream of a softening system and a system for reverse osmosis, whereby before the Softening system can also be provided a pre-filtration system. In these plants the water to be treated, which is usually of drinking water quality, calcium and Magnesium salts freed and desalted in a first step. The subsequent electrodeioni station is used for demineralization. The ions are removed from the water to be treated removed and then migrate from the in an electric field water to be treated through ion-selective membranes accumulate on the other Side of the membrane in a concentrate chamber and are removed using a transport medium transported. At the same time, the ion exchanger is regenerated in an electrical field.

Das resultierende aufbereitete Wasser ist praktisch frei von Ionen und weist daher eine äußerst ge­ ringe Leitfähigkeit auf. The resulting treated water is practically free of ions and therefore has an extremely high ge conductivity.  

Dieses Verfahren ist jedoch mit einigen Problemen behaftet. Bedingt durch das elektrische Feld kommt es im Transportmedium leicht zu Ausfällungen, welche die ionenselektiven Membranen be­ legen bzw. blockieren. Dies geschieht vor allem dann, wenn als Transportmedium der Ablauf aus der Umkehrosmose oder enthärtetes Wasser aus dem Trinkwassernetz, d. h. Weichwasser eingesetzt wird, aus welchem zur Regeneration des Ionentauschers Protonen und Hydroxylionen abgezogen werden. Die Ausfällungen, bspw. von Kalk und -Erdalkalisulfaten führen zu irreparablen Schäden an der Elektrodeionisationsanlage, wenn bspw. die Enthärtungsanlage oder die Vorfiltrationsanlage ausfallen. Diese Transportmedien bergen somit ein erhöhtes Betriebsrisiko. Verwendet man hinge­ gen Permeat bspw. aus dem Ablauf der Umkehrosmoseanlage, welches bereits eine sehr niedrige Ionenkonzentration aufweist, muß ein besonders hoher elektrischer Widerstand überwunden wer­ den, um ein elektrisches Feld mit ausreichender Feldstärke zu erzeugen. Ein hoher elektrischer Wi­ derstand bedeutet aber einen hohen Energieeintrag, d. h. es müssen sehr hohe Spannungen ange­ legt werden, wodurch das Verfahren sehr unwirtschaftlich wird.However, there are some problems with this method. Due to the electric field precipitates easily occur in the transport medium, which are the ion-selective membranes lay or block. This happens especially when the process from the Reverse osmosis or softened water from the drinking water network, d. H. Soft water used from which protons and hydroxyl ions are withdrawn for regeneration of the ion exchanger become. The precipitation, for example of lime and alkaline earth sulfates, leads to irreparable damage the electrodeionization system, if for example the softening system or the prefiltration system fail. These transport media therefore pose an increased operational risk. You use hinge gene permeate, for example, from the outlet of the reverse osmosis system, which is already a very low one Has ion concentration, a particularly high electrical resistance must be overcome who to generate an electric field with sufficient field strength. A high electrical wi the level means a high energy input, i. H. very high voltages are required be placed, which makes the process very uneconomical.

Das Transportmedium wird entweder ins Abwassernetz entsorgt, was zu unwirtschaftlich hohen Wasserverlusten von 20% und mehr führt. Stattdessen ist auch eine Rückführung vor die Gesamt­ anlage, d. h. in der Regel vor die Enthärtungsanlage oder die Vorfiltration, möglich. Nachteilig dar­ an ist, daß Oxidationsstoffe wie Chloridionen, Wasserstoffperoxid, Sauerstoff und Wasserstoff mit rückgeführt und im Kreislauf angereichert werden. Da mindestens 2 Liter Gas pro Stunde entwi­ ckelt werden, führt diese Anreicherung dazu, daß evtl. andere Anlagenteile wie bspw. die Umkehr­ osmoseanlage, ebenfalls irreparabel geschädigt werden können. Gleichzeitig wird Kohlendioxid an­ gereichert, welches die Leistungsfähigkeit der Elektrodeionisationsanlage stark beeinträchtigt. Da­ her muß das zurückgeführte Transportmedium vor dem Einspeisen in die Gesamtanlage entgast werden, wobei der Wasserstoff, das Kohlendioxid und zum Teil der Sauerstoff entfernt werden. Die Chloridionen bleiben allerdings zurück und reichern sich an.The transport medium is either disposed of in the sewage network, which leads to uneconomically high levels Water loss of 20% and more leads. Instead, there is also a return before the total plant, d. H. usually before the softening system or pre-filtration. Disadvantageous is that oxidants such as chloride ions, hydrogen peroxide, oxygen and hydrogen with be returned and enriched in the cycle. Since at least 2 liters of gas evolved per hour be enriched, this enrichment leads to the possibility that other parts of the system, such as the reversal osmosis system, can also be irreparably damaged. At the same time, carbon dioxide builds up enriched, which greatly affects the performance of the electrodeionization system. There The returned transport medium must be degassed before it is fed into the overall system the hydrogen, the carbon dioxide and partly the oxygen are removed. The However, chloride ions remain and accumulate.

Diese Probleme gewinnen besonders bei der Herstellung von Rein- oder Reinstwasser für die bio­ technologische oder pharmazeutische Produktion an Bedeutung, da in diesem Fall verschiedene An­ forderungen, wie die Vorschriften des europäischen Arzneibuches, die USP 23, Anhang 8, Stufe 1, erfüllt sein müssen und die Anlage selbst den GMP-Anforderungen und den Ansprüchen des In­ spection Guide der FDA genügen muß. Die Leitfähigkeit des Rein- oder Reinstwassers soll etwa 1 µS/cm betragen, was schon durch die Anreicherung von Kohlensäure verhindert werden kann, so daß dieses Gas mit Natronlauge in Form von Natriumhydrogencarbonat gebunden werden muß.These problems are particularly important for the production of pure or ultrapure water for the bio technological or pharmaceutical production is important because in this case different An requirements, such as the provisions of the European Pharmacopoeia, USP 23, Appendix 8, Level 1, must be met and the system itself meets the GMP requirements and the requirements of the In Spection Guide of the FDA must suffice. The conductivity of the pure or ultrapure water should be about 1 µS / cm  amount, which can already be prevented by the enrichment of carbonic acid, so that this gas must be bound with sodium hydroxide solution in the form of sodium hydrogen carbonate.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrodeionisati­ onsanlage sowie eine Elektrodeionisationsanlage der o. g. Art bereitzustellen, wobei der Abtransport des Konzentrats derart erfolgt, daß die oben beschriebenen Nachteile nicht auftreten, insbesondere die Erzeugung von Rein- oder Reinstwasser bei gleichzeitigem wirtschaftlichen Betrieb der Elektro­ deionsationsanlage ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore a method for operating an electrode ionization onsystem and an electrodeionization system of the above. Provide kind, the removal of the concentrate is carried out in such a way that the disadvantages described above do not occur, in particular the generation of pure or ultrapure water with economical operation of the electrical system deionization system is made possible.

Die Lösung hinsichtlich des Verfahrens besteht darin, daß das Konzentrat in einem internen Kreis­ lauf geführt und als Transportmedium wieder in die mindestens eine Konzentratkammer eingespeist wird.The solution to the procedure is that the concentrate is in an internal circuit run and fed back into the at least one concentrate chamber as a transport medium becomes.

Die erfindungsgemäße Elektrodeionisationsanlage zeichnet sich dadurch aus, daß ein interner Kon­ zentratkreislauf vorgesehen ist, welcher die Eintrittsöffung und die Austrittsöffnung der mindestens einen Konzentratkammer miteinander verbindet, so daß das austretende Konzentrat als Transport­ mittel in die mindestens eine Konzentratkammer zurückgeführt wird.The electrodeionization system according to the invention is characterized in that an internal con Center circuit is provided, which the inlet opening and the outlet opening of the at least connects a concentrate chamber so that the emerging concentrate as a transport medium is returned to the at least one concentrate chamber.

Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, daß das Transportmedium nicht in das Gesamtsystem zurückgeführt wird. Es findet keine Rückführung vor die Gesamtanlage, bspw. vor die Enthärtungsanlage statt. Stattdessen ist ein Konzentratkreislauf rund um die Elektrodeionisati­ onsanlage vorgesehen. Das Konzentrat der Elektrodeionisationsanlage kommt somit nicht mit dem aufzubereitenden Wasser oder ggf. dem Permeat aus der Umkehrosmose in Berührung. Damit ge­ langt keine Resthärte, weder aus dem Trinkwasser noch aus dem Konzentrat der Umkehrosmose, in die Elektrodeionisationsanlage. Ausfällungen werden so vermieden. Es kommt auch nicht zur Anrei­ cherung von Oxidationsstoffen wie Chloridionen, Wasserstoff, Wasserstoffperoxid und Kohlendi­ oxid, welche die Leistungsfähigkeit der Elektrodeionisationsanlage oder evtl. anderer Anlagenteile beeinträchtigen. Dadurch werden auch die Standzeiten signifikant verlängert. Gleichzeitig weist das Konzentrat eine ausreichend hohe Leitfähigkeit auf, um das elektrische Feld wirtschaftlich, d. h. bereits bei Anlegen niedriger Spannungen, aufzubauen. Das Transportmedium muß nicht verworfen werden, sondern wird größtenteils wiederverwendet, was die Wasserverluste auf 2% und darunter reduziert. Die Gesamteinsparungen gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anlagen kön­ nen 40 bis 50% betragen.The essence of the present invention is therefore that the transport medium is not in the Entire system is returned. There is no return to the entire system, for example the softening system takes place. Instead, there is a concentrate cycle around the electrode ionization onsanlage provided. The concentrate of the electrodeionization system does not come with that water or the permeate from the reverse osmosis in contact. So that ge does not get any residual hardness, neither from the drinking water nor from the concentrate of the reverse osmosis the electrodeionization system. Precipitation is avoided. There is also no streaking Protection of oxidation substances such as chloride ions, hydrogen, hydrogen peroxide and carbon di oxide, which is the performance of the electrodeionization system or possibly other system parts affect. This also significantly extends the service life. At the same time the concentrate has a sufficiently high conductivity to make the electric field economical, d. H. already when applying low voltages. The transport medium does not have to be discarded be, but is mostly reused, reducing water loss to 2% and below  reduced. The total savings compared to the systems known in the prior art can nen be 40 to 50%.

Gleichzeitig werden die verschiedenen Anforderungen, die an Rein- oder Reinstwasser gestellt wer­ den, erfüllt. Die Leitfähigkeit des resultierenden aufbereiteten Wassers kann bei 0,06 µS/cm liegen.At the same time, the various requirements placed on pure or ultrapure water are met that, fulfilled. The conductivity of the resulting treated water can be 0.06 µS / cm.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Leitfähigkeit des Kon­ zentrats sollte vor der Wiedereinspeisung in die Konzentratkammer(n) überwacht und geregelt werden, da mit jedem Durchgang des Konzentrats durch den Kreislauf die abgeschiedenen Ionen weiter aufkonzentriert werden. Die Regelung geschieht daher vorteilhafterweise derart, daß ein festgelegter oberer Grenzwert nicht überschritten wird. Dies erfolgt durch Einspeisung von Wasser mit einem niedrigeren als dem im Konzentrat gemessenen Leitwert in den Konzentratkreislauf, vor­ zugsweise von Permeat aus den der Elektrodeionisationsanlage vorgeschalteten Reinigungsstufen.Advantageous further developments result from the subclaims. The conductivity of the con The concentrate should be monitored and regulated before being fed back into the concentrate chamber (s) because with each passage of the concentrate through the cycle, the separated ions be further concentrated. The regulation is therefore advantageously such that a specified upper limit is not exceeded. This is done by feeding water with a lower than the conductivity in the concentrate circuit measured in the concentrate preferably permeate from the cleaning stages upstream of the electrodeionization system.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung besteht darin, daß ein konstantes Druckgefälle zwischen Diluat- und Konzentratkammern erzeugt wird. Wenn die Einspeisung des Konzentrats aus einem Vorratsbehälter mittels einer Pumpe erfolgt, kann das Druckgefälle durch Regelung der Pumpen­ leistung im Vorratsbehälter eingestellt werden. Um die Elektrodeionisationsanlage mechanisch möglichst gering zu belasten, sollte sie mit einem konstanten, geringen Druckgefälle betrieben werden. Bei einer internen Leckage kommt es bei Druckschwankungen innerhalb der Anlage bzw. des Gesamtanlagensystems zu einem Übertritt des Konzentrats in die Diluatkammer(n). Ein solcher Übertritt führt zur Erschöpfung der Ionenaustauscherharze und somit zu einer Funktionsstörung der Anlage. Daher wird in der oder den Diluatkammern ein höherer Druck aufrechterhalten als in der oder den Konzentratkammern. Dann kann bei einer internen Leckage kein Übertritt von Kon­ zentrat in die Diluatkammer(n) stattfinden.A particularly preferred development is that a constant pressure drop between Diluate and concentrate chambers is generated. If the concentrate is fed from a Storage tank is done by means of a pump, the pressure drop can be controlled by regulating the pumps power can be set in the storage container. To the electrodeionization system mechanically load as little as possible, it should be operated with a constant, low pressure drop become. With internal leakage, pressure fluctuations within the system or of the overall system for a transfer of the concentrate into the diluate chamber (s). Such a Overflow leads to the depletion of the ion exchange resins and thus to a malfunction the plant. Therefore, a higher pressure is maintained in the diluate chamber or chambers than in the concentrate chamber or chambers. Then, in the event of an internal leakage, con concentrate into the diluate chamber (s).

Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist ferner eine Wasseraufbereitungsanlage, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbar ist oder mindestens eine erfindungsgemäße Elektro­ deionisationsanlage aufweist. Eine bevorzugte Wasseraufbereitungsanlage weist eine Enthärtungs­ anlage und eine Anlage zur Umkehrosmose auf, welche der mindestens einen Elektrodeionisations­ anlage Vorgeschaltet sind, wobei das Permeat aus der Anlage zur Umkehrosmose in die mindestens eine Elektrodeionisationsanlage eingespeist wird. The subject of the present application is also a water treatment plant, which with the method according to the invention can be operated or at least one electric according to the invention has deionization. A preferred water treatment plant has a softening system plant and a plant for reverse osmosis, which of the at least one electrodeionization are upstream, with the permeate from the reverse osmosis system in the minimum an electrodeionization system is fed.  

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigenThe following is an embodiment of the present invention with reference to the accompanying Drawings described in more detail. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Konzentratkreislaufs einer erfindungsgemäßen Elektro­ deionisationsanlage; Fig. 1 is a schematic representation of the concentrate circuit of an electrical deionization system according to the invention;

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Elektrodeionisati­ onsanlage; Figure 2 is a schematic cross section through an embodiment of an electrodeionization system.

Fig. 3 ein Prinzipschema des Elektrodeionisationsverfahrens. Fig. 3 is a schematic diagram of the electrodeionization process.

Die Funktionsweise der Elektrodeionisation ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Ionen werden mittels des Ionenaustauscherharzes aus einem von außen zugeführten Permeat (welches meist aus dem Ablauf der Umkehrosmoseanlage stammt) entfernt und durch eine angelegte Spannung in Richtung der elektrischen Pole, d. h. Anode und Kathode, transportiert. Zwischen Anode und Kathode sind die Io­ nenaustauscherharze in zwei ionenselektive Membranen eingebettet. Die beiden Membranen und die Ionenaustauscherharze bilden eine Diluatkammer. Jeweils zwei ionenselektiven Membrane ist eine Konzentratkammer benachbart, in welche die ausgetauschten Ionen abwandern. Durch Anle­ gen einer Spannung an Anode und Kathode entsteht ein elektrisches Feld, in welchem die Elektro­ nen aus der Diluatkammer herauswandern, und zwar die Anionen in Richtung Anode und die Katio­ nen in Richtung Kathode. Die Ionen wandern durch die jeweils ionenselektive Membran in die be­ nachbarte Konzentratkammer und reichern sich dort an, da ein Rücktransport in die Diluatkammer aufgrund der Membraneigenschaften nicht möglich ist. Die Ionen werden kontinuierlich aus der Konzentratkammer abtransportiert. Das Transportmedium stammt in der Regel aus dem Konzentrat der Umkehrosmose oder ist enthärtetes Wasser aus dem Trinkwassernetz.The functioning of the electrode ionization can be seen from FIG. 3. The ions are removed by means of the ion exchange resin from an externally supplied permeate (which mostly comes from the outlet of the reverse osmosis system) and transported in the direction of the electrical poles, ie anode and cathode, by an applied voltage. The ion exchange resins are embedded in two ion-selective membranes between the anode and the cathode. The two membranes and the ion exchange resins form a diluate chamber. A concentrate chamber, into which the exchanged ions migrate, is adjacent to two ion-selective membranes. Applying a voltage to the anode and cathode creates an electric field in which the electrons migrate out of the diluate chamber, namely the anions in the direction of the anode and the cations in the direction of the cathode. The ions migrate through the respective ion-selective membrane into the neighboring concentrate chamber and accumulate there, because a return transport to the diluate chamber is not possible due to the membrane properties. The ions are continuously removed from the concentrate chamber. The transport medium usually comes from the concentrate of reverse osmosis or is softened water from the drinking water network.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage 1 zur Elektrodeionisation ist in Fig. 1 dargestellt. In das eigentliche Elektrodeionisationsmodul 2 wird Permeat, d. h. in einer vorgeschal­ teten, hier nicht dargestellten Enthärtungs- und Umkehrosmoseanlage vorgereinigtes Wasser mit bereits geringer Ionenkonzentration und damit geringer elektrischer Leitfähigkeit, aus einer Leitung 20 über einen Zulauf 21 zugeführt. Das in dem Modul 2 gereinigte Wasser (Diluat) gelangt über einen Ablauf 22 in eine Leitung 23, aus der es entnommen werden kann.An embodiment of a system 1 for electrode ionization according to the invention is shown in FIG. 1. In the actual electrodeionization module 2 , permeate, ie pre-cleaned water with an already low ion concentration and thus low electrical conductivity, is supplied from a line 20 via an inlet 21 in a pre-switched softening and reverse osmosis system, not shown here. The water (diluate) cleaned in module 2 passes via an outlet 22 into a line 23 from which it can be removed.

Der Aufbau des an sich bekannten Moduls 2 geht aus Fig. 2 hervor. Das Ionenaustauscherharz 200' bzw. eine Mischung von Ionenaustauscherharzen ist zwischen zwei ionenselektive Membranen 201 und 202 gebettet, so daß eine Diluatkammer 200 gebildet wird, die spiralförmig um eine Ano­ de 203 gewickelt, wobei zur Erhöhung der Stabilität ein innerer Kunststoffkern 204 vorgesehen ist. Die ionenselektiven Membranen 201 und 202 begrenzen und definieren eine Konzentratkammer 205, deren Durchmesser durch Abstandhalter (nicht dargestellt) bestimmt wird. Die Wicklung wird mit einer Kathode 206 abgeschlossen. Ein Epoxidharz umschließt als äußere Schutzschicht 207 die Wicklung samt Kathode 206.The structure of the module 2 known per se is shown in FIG. 2. The ion exchange resin 200 'or a mixture of ion exchange resins is embedded between two ion-selective membranes 201 and 202 , so that a diluate chamber 200 is formed, which is spirally wound around an ano de 203 , an inner plastic core 204 being provided to increase the stability. The ion-selective membranes 201 and 202 delimit and define a concentrate chamber 205 , the diameter of which is determined by spacers (not shown). The winding is completed with a cathode 206 . An epoxy resin surrounds the winding including the cathode 206 as the outer protective layer 207 .

In die äußere Schutzschicht 207 sind der Zulauf 21 für das Permeat sowie ein weiterer Zulauf 28 für ein Transportmedium eingebettet. Der Zulauf 21 mündet in die Diluatkammer 200, während der Zulauf 28 in die Konzentratkammer 205 mündet. Im Kunststoffkern 204 sind der Ablauf 22 für das aus der Diluatkammer 200 austretende Diluat sowie ein Ablauf 24 für das aus der Konzentratkam­ mer 205 austretende Konzentrat vorgesehen.The inlet 21 for the permeate and a further inlet 28 for a transport medium are embedded in the outer protective layer 207 . The inlet 21 opens into the diluate chamber 200 , while the inlet 28 opens into the concentrate chamber 205 . In the plastic core 204 , the outlet 22 for the diluate exiting from the diluate chamber 200 and an outlet 24 for the concentrate 205 emerging from the concentrate chamber are provided.

Die im Permeat verbliebenen Ionen werden im Ionenaustauscherharz 200' gegen Protonen und Hydrxylionen ausgetauscht. Die im Ionenaustauscherharz 200' verbleibenden ausgetauschten Ionen wandern im elektrischen Feld aus der Diluatkammer 200 durch die ionenselektiven Membranen 201, 202 hindurch und reichern sich in der Konzentratkammer 205 an. Dort werden sie mittels des Transportmediums herausgespült. Die überschüssige, nicht für den Ionentransport verwendete E­ nergie spaltet die Wassermoleküle in Protonen und Hydroxylionen, mit welchen das oder die Ionen­ austauscherharze regeneriert werden. Auf diese Weise wird eine konstante Diluatqualität erreicht. Das Modul 2 ist bspw. in der Zeitschrift Swiss Pharma, Heft 7/8 1999, Seite 25 ff. beschrieben.The ions remaining in the permeate are exchanged for protons and hydroxyl ions in the ion exchange resin 200 '. The exchanged ions remaining in the ion exchange resin 200 ′ migrate in the electric field from the diluate chamber 200 through the ion-selective membranes 201 , 202 and accumulate in the concentrate chamber 205 . There they are flushed out using the transport medium. The excess energy not used for ion transport splits the water molecules into protons and hydroxyl ions, with which the ion exchange resin or resins are regenerated. In this way, a constant diluate quality is achieved. Module 2 is described, for example, in the magazine Swiss Pharma, issue 7/8 1999, page 25 ff.

Wie das Transportmedium zu- und abgeführt wird, ist wiederum aus Fig. 1 ersichtlich. Dem Elekt­ rodeionisationsmodul 2 ist ein Behälter 3 vorgeschaltet, der mit Konzentrat gefüllt ist. Der Ablauf 24 für das Konzentrat mündet über eine Leitung 25 in einen Zulauf 26 in den Rücklauf des Behäl­ ters 3. Von dort gelangt das Konzentrat in eine Leitung 27, die über eine Leitung 31 und den Zulauf 28 in die Konzentratkammer 205 des Moduls 2 mündet. Im Behälter 3 befindet sich eine frequenz­ geregelte Unterwasserpumpe 300, die druckseitig mit dem Zulauf 28 verbunden ist.How the transport medium is fed in and out is again shown in FIG. 1. The electro-ionization module 2 is preceded by a container 3 which is filled with concentrate. The outlet 24 for the concentrate opens out via a line 25 into an inlet 26 into the return of the container third From there, the concentrate reaches a line 27 which opens into the concentrate chamber 205 of the module 2 via a line 31 and the inlet 28 . In the container 3 there is a frequency-controlled underwater pump 300 which is connected on the pressure side to the inlet 28 .

Damit die Konzentration der Ionen im Konzentrat nicht zu stark ansteigt, ist eine Überwachung des Leitfähigkeitswerts des Konzentrats vorgesehen. Zu diesem Zweck ist eine Meßeinheit 30 vorgese­ hen, die den Istwert für den Leitfähigkeitswert des Konzentrats in der Leitung 31 mißt. Eine Leitung 32 verbindet stromabwärts vom Meßpunkt bzw. der Meßeinheit 30 die Leitung 20 für das Permeat mit der Leitung 27 und damit mit der Leitung 31. Die Leitung 32 ist mit einem Regelventil 33 ver­ schlossen. Wenn der Istwert über eine vorgegebene Obergrenze ansteigt, öffnet das Regelventil 33, so daß kontinuierlich eine geringe Menge Permeat (in der Regel maximal 5% des Konzentratvolu­ mens) aus der Leitung 20 in die Leitung 27 und damit in die Leitung 31 eindosiert wird, bis der Sollwert für den von der Meßeinheit 30 gemessenen Leitfähigkeitswert wieder erreicht ist. Auf die­ se Weise stellt sich im Konzentrat ein konstanter Leitfähigkeitswert ein.To ensure that the concentration of the ions in the concentrate does not increase too much, the conductivity value of the concentrate is monitored. For this purpose, a measuring unit 30 is provided which measures the actual value for the conductivity value of the concentrate in line 31 . A line 32 connects the line 20 for the permeate to the line 27 and thus to the line 31 downstream of the measuring point or the measuring unit 30 . The line 32 is closed with a control valve 33 ver. If the actual value rises above a predetermined upper limit, the control valve 33 opens, so that a small amount of permeate (usually a maximum of 5% of the concentrate volume) is metered in from line 20 into line 27 and thus into line 31 until the setpoint for the conductivity value measured by the measuring unit 30 is reached again. In this way, a constant conductivity value is established in the concentrate.

Am Behälter 3 ist ein Überlauf 302 vorgesehen, in welchen überschüssiges Konzentrat (bspw. im Anschluß an eine Zudosierung von Permeat zur Senkung des Leitfähigkeitswerts) in die Kanalisation abgeführt wird. Zur Entfernung der bei der Elektrodeionisation entstehenden Gase wie Wasserstoff und Kohlendioxid aus dem Behälter 3 wird dieser entgast und die Gase über die Leitung 25 in eine Entgasungsleitung 29 eingespeist, die in einen Entgasungsstutzen mündet, über welchen die Gase an die Atmosphäre abgegeben werden.An overflow 302 is provided on the container 3 , in which excess concentrate (for example following an addition of permeate to lower the conductivity value) is discharged into the sewage system. In order to remove the gases produced during the electrodeionization, such as hydrogen and carbon dioxide, the container 3 is degassed and the gases are fed via line 25 into a degassing line 29 , which opens into a degassing nozzle, via which the gases are released into the atmosphere.

Auf diese Weise zirkuliert das Konzentrat in einem internen Konzentratkreislauf, so daß nur reines Permeat aus den vorgeschalteten Reinigungsstufen über die Leitung 20 und den Zulauf 21 in die Diluatkammer 200 des Moduls 2 gelangen kann. Das Modul 2 ist somit gegen Verschmutzungen aus dem Trinkwassernetz oder Resthärte abgesichert. Durch die Aufkonzentration des Konzentrats auf einen vorgegebenen Leitwert wird der elektrische Widerstand gesenkt, so daß das elektrische Feld wirtschaftlich, d. h. mit niedrigen Spannungen, aufrechterhalten werden kann. Das Transport­ medium für die abgeschiedenen Ionen wird nicht in das Gesamtsystem, also bspw. vor die Enthär­ tungsanlage, zurückgeführt. Es gelangen keine für die Gesamtanlage schädlichen Stoffe, wie die bei der Elektrodeionisation entstehenden Oxidationsprodukte (u. a. Chlorid, Wasserstoffperoxid und Wasserstoff) in die Gesamtanlage. In der Gesamtanlage findet auch keine Aufkonzentration von Kohlendioxid statt, welches die Leistungsfähigkeit des Moduls 2 negativ beeinflussen würde. In this way, the concentrate circulates in an internal concentrate circuit so that only pure permeate from the upstream cleaning stages can reach the diluate chamber 200 of module 2 via line 20 and inlet 21 . Module 2 is therefore protected against contamination from the drinking water network or residual hardness. By concentrating the concentrate to a predetermined conductivity, the electrical resistance is reduced, so that the electrical field can be maintained economically, ie with low voltages. The transport medium for the separated ions is not returned to the overall system, e.g. upstream of the softening system. No substances harmful to the entire system, such as the oxidation products (including chloride, hydrogen peroxide and hydrogen) that arise during electrodeionization, enter the overall system. There is also no concentration of carbon dioxide in the overall system, which would negatively affect the performance of module 2 .

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verfügt ferner über eine Regelung, die ein konstantes Druckgefälle zwischen der Diluatkammer 200 und der Konzentratkammer 205 sicherstellt. Der hydraulische Druck in der Leitung 20 und damit der Diluat­ kammer 200 wird über einen Druckaufnehmer 40 aufgenommen und der Istwert in eine speicher­ programmierte Steuerung (SPS) eingelesen. Der hydraulische Druck in der Leitung 27 bzw. der Lei­ tung 31 und damit in der Konzentratkammer 205 wird über einen Druckaufnehmer 41 aufgenom­ men und der Istwert in die SPS eingelesen. Über ein OP wird ein Differenzdruck, d. h. ein Druckge­ fälle vorgegeben. Der vorgegebene Differenzdruck wird von dem vom Druckaufnehmer 40 aufge­ nommenen Istwert subtrahiert. Das Ergebnis dient als Sollwertvorgabe für die Frequenzregelung der Pumpe 300 über den Pumpenmotor 301. Die Sollwertvorgabe wird mit dem vom Druckaufneh­ mer 41 aufgenommenen Istwert verglichen. Wenn der vom Druckaufnehmer 41 aufgenommene Istwert für den hydraulischen Druck in der Konzentrationskammer 205 zu hoch ist, wird die Fre­ quenz der Pumpe 300 gesenkt. Ist der Druck umgekehrt zu niedrig, wird die Frequenz der Pumpe 300 erhöht.The exemplary embodiment of a device 1 according to the invention shown in FIG. 1 also has a control which ensures a constant pressure drop between the diluate chamber 200 and the concentrate chamber 205 . The hydraulic pressure in the line 20 and thus the diluate chamber 200 is recorded via a pressure sensor 40 and the actual value is read into a programmable logic controller (PLC). The hydraulic pressure in line 27 or line 31 and thus in concentrate chamber 205 is recorded via a pressure sensor 41 and the actual value is read into the PLC. A differential pressure, ie a pressure drop, is specified via an OP. The predetermined differential pressure is subtracted from the actual value taken up by the pressure sensor 40 . The result serves as a setpoint for frequency control of the pump 300 via the pump motor 301 . The setpoint is compared with the actual value recorded by the pressure transducer 41 . If the actual value recorded by the pressure sensor 41 for the hydraulic pressure in the concentration chamber 205 is too high, the frequency of the pump 300 is reduced. Conversely, if the pressure is too low, the frequency of the pump 300 is increased.

Auf diese Weise wird ein konstantes Druckgefälle zwischen Diluatkammer 200 (höherer Druck) und Konzentratkammer 205 (niedrigerer Druck) gewährleistet. Das Modul 2 wird somit mechanisch ge­ ring belastet, und es kommt bei einer internen Leckage nicht zu einem Übertritt von Konzentrat in die Diluatkammer 200.In this way, a constant pressure drop between diluate chamber 200 (higher pressure) and concentrate chamber 205 (lower pressure) is ensured. The module 2 is thus mechanically loaded ge, and there is no leakage of concentrate into the diluate chamber 200 in the event of an internal leak.

Die soeben beschriebene Anlage wurde gemäß Verfahrensschema CWD23-3379 gebaut und einem Testlauf von 2650 Stunden unterworfen. Die Konfiguration der Anlage entsprach der in der Zeit­ schrift Swiss Pharma 7/8-99, S. 31 und der Zeitschrift BioTec 1/99, S. 50 beschriebenen Konfigura­ tion, jedoch ohne Konzentratkreislauf. Die Elektrodeionisationsanlage war ein Modul mit der Se­ riennummer SM 1025.017. Über den Zeitraum des Probenbetriebs wurden die folgenden prozeßre­ levanten Daten aufgenommen und überwacht. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 1 ersichtlich.The system just described was built according to process diagram CWD23-3379 and one Subject to a 2650 hour test run. The configuration of the plant corresponded to that in the time Swiss Pharma 7 / 8-99, p. 31 and the magazine BioTec 1/99, p. 50 tion, but without a concentrate cycle. The electrodeionization system was a module with the Se serial number SM 1025.017. The following process were carried out over the period of rehearsal operation relevant data recorded and monitored. The results are shown in Table 1.

Da der Differenzdruck zwischen der Diluatkammer und dem Permeat geregelt wurde, war keine Druckdifferenz zu beobachten. Die Abweichung im Permeatdurchfluß PSA 26.1.1 von -1,8% resul­ tiert aus Temperaturschwankungen im Rohwasser. Die Abweichung von -26% in der Zirkulations­ menge im Konzentratkreislauf ergab sich durch einen Anstieg der Druckverluste in der Konzentrationskammer des EDI-Moduls. Bei der Leitfähigkeit des Diluats war keine Abweichung festzustellen. Die Leitfähigkeit des Konzentrats beim Eintritt in das EDI-Modul wurde mittels eines Motorventils bei 145 bis 155 µS/cm konstant gehalten. Das Strom/Spannungs-Verhältnis im EDI-Modul blieb konstant. Sowohl der Chlorgehalt (frei und gebunden) als auch der Wasserstoffperoxidgehalt im Konzentratkreislauf blieben konstant, da die Zusammensetzung des Permeats, der Leitwert im Kon­ zentrat und das Strom/Spannungs-Verhältnis im EDI-Modul konstant gehalten wurden bzw. kon­ stant blieben. Da die Enthärtungsanlage korrekt arbeitete, blieb auch die Resthärte im Konzentrat­ kreislauf konstant.
Since the differential pressure between the diluate chamber and the permeate was controlled, no pressure difference was observed. The deviation in permeate flow PSA 26.1.1 of -1.8% results from temperature fluctuations in the raw water. The deviation of -26% in the circulation quantity in the concentrate circuit resulted from an increase in the pressure losses in the concentration chamber of the EDI module. There was no discrepancy in the conductivity of the diluate. The conductivity of the concentrate when entering the EDI module was kept constant at 145 to 155 µS / cm by means of a motor valve. The current / voltage ratio in the EDI module remained constant. Both the chlorine content (free and bound) and the hydrogen peroxide content in the concentrate circuit remained constant, since the composition of the permeate, the conductivity in the concentrate and the current / voltage ratio in the EDI module were kept constant or remained constant. Since the water softening system worked correctly, the residual hardness in the concentrate cycle remained constant.

Tabelle 1 Table 1

Die Anlage lief über die gesamte Probelaufzeit störungsfrei und stabil. Alle aufgetretenen Abwei­ chungen sind unkritisch und nicht auf das erfindungsgemäße Systeme mit dem Konzentratkreislauf zurückzuführen. Alle festgestellten Abweichungen treten bei herkömmlichen Systemen stärker oder gleich stark auf.The system ran smoothly and stably over the entire trial period. All rejections that have occurred Chungen are not critical and not on the systems according to the invention with the concentrate cycle attributed. All discrepancies are more pronounced or in conventional systems equally strong.

Claims (15)

1. Verfahren zum Betrieb einer Elektrodeionisationsanlage, wobei aus einem aufzubereitenden Permeat Ionen in einem elektrischen Feld aus mindestens einer Diluatkammer in mindestens eine Konzentratkammer abgeschieden und in Form eines Konzentrates mittels eines die min­ destens eine Konzentratkammer durchströmenden Transportmediums abtransportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat in einem internen Kreislauf geführt und als Transportmedium wieder in die mindestens eine Konzentratkammer eingespeist wird.1. A method of operating an electrodeionization system, wherein ions from a permeate to be processed are separated in an electric field from at least one diluate chamber into at least one concentrate chamber and are transported away in the form of a concentrate by means of a transport medium flowing through at least one concentrate chamber, characterized in that the concentrate guided in an internal circuit and fed back into the at least one concentrate chamber as a transport medium. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisung aus einem Vorratsbehälter mittels einer Pumpe erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the feed from a Storage container by means of a pump. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit des Kon­ zentrats vor der Wiedereinspeisung in die Konzentratkammer überwacht und geregelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the conductivity of the con the concentrate is monitored and regulated before being fed back into the concentrate chamber. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit des Konzentrats so eingeregelt wird, daß ein festgelegter oberer Grenzwert nicht überschritten wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the conductivity of the concentrate is adjusted so that a specified upper limit is not exceeded. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einregelung mittels Einspei­ sung von Wasser mit einem niedrigeren als dem im Konzentrat gemessenen Leitfähigkeits­ wert erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the adjustment by means of feed solution of water with a lower conductivity than that measured in the concentrate worth done. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einregelung mittels Einspei­ sung von Permeat erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that the adjustment by means of feed solution of permeate takes place. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein kon­ stantes Druckgefälle zwischen Diluat- und Konzentratkammer erzeugt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a con constant pressure drop between the diluate and concentrate chamber is generated.   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefälle durch Regelung der Pumpenleistung im Vorratsbehälter erfolgt.8. The method according to claim 7, characterized in that the pressure drop by regulation the pump output takes place in the reservoir. 9. Elektrodeionisationsanlage (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einer Diluatkammer für ein aufzubereitendes Permeat, die aus mindestens einem in zwei ionenselektive Membranen eingebettete Ionenaustau­ schermaterial gebildet ist, mindestens einer von zwei ionenselektiven Membranen begrenzten Konzentratkammer mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung für ein Transport­ medium zum Abtransport der aus dem Permeat abgetrennten Ionen, dadurch gekennzeichnet, daß ein interner Konzentratkreislauf vorgesehen ist, welcher die Eintrittsöffung und die Aus­ trittsöffnung der mindestens einen Konzentratkammer miteinander verbindet, so daß das austretende Konzentrat als Transportmittel in die mindestens eine Konzentratkammer zu­ rückgeführt wird.9. Electrodeionization system ( 1 ), in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 8, with at least one diluate chamber for a permeate to be processed, which is formed from at least one ion exchange exchanger embedded in two ion-selective membranes, limited at least one of two ion-selective membranes Concentrate chamber with an inlet opening and an outlet opening for a transport medium for the removal of the ions separated from the permeate, characterized in that an internal concentrate circuit is provided which connects the inlet opening and the outlet opening from the at least one concentrate chamber so that the emerging concentrate as Means of transport is returned to the at least one concentrate chamber. 10. Elektrodeionisationsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Konzentrat­ kreislauf ein Vorratsbehälter für das Konzentrat vorgesehen ist.10. Electrode ionization system according to claim 9, characterized in that in the concentrate circuit a storage container is provided for the concentrate. 11. Elektrodeionisationsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorratsbehäl­ ter eine Pumpe zur Förderung des Konzentrats vorgesehen ist.11. Electrode ionization system according to claim 10, characterized in that in the storage container ter a pump is provided to promote the concentrate. 12. Elektrodeionisationsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentratkreislauf eine externe Zufuhreinrichtung für Wasser enthält.12. Electrode ionization system according to one of claims 9 to 11, characterized in that the concentrate circuit contains an external water supply device. 13. Elektrodeionisationsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Zu­ fuhreinrichtung der Zufuhr von Permeat dient.13. Electrode ionization system according to claim 12, characterized in that the external zu feed device serves the supply of permeate. 14. Wasseraufbereitungsanlage, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 betreibbar ist oder mindestens eine Elektrodeionisationsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13 aufweist.14. Water treatment plant, which with a method according to any one of claims 1 to 8 is operable or at least one electrodeionization system according to one of claims 9 to 13. 15. Wasseraufbereitungsanlage nach Anspruch 14, in welcher einer Enthärtungsanlage und eine Anlage zur Umkehrosmose der mindestens einen Elektrodeionisationsanlage vorgeschaltet sind und das Permeat aus der Anlage zur Umkehrosmose in die mindestens eine Elektrodeio­ nisationsanlage eingespeist wird.15. Water treatment plant according to claim 14, in which a softening plant and a System for reverse osmosis upstream of the at least one electrodeionization system  and the permeate from the reverse osmosis system into the at least one electrode nation system is fed.
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