DE1498553B2

DE1498553B2 -

Info

Publication number: DE1498553B2
Application number: DE19641498553
Authority: DE
Priority date: 1964-10-30
Filing date: 1964-10-30
Publication date: 1970-10-29
Also published as: NL6514064A; FR1454662A; BE671560A; DE1498553A1; GB1081210A

Description

Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Verfahren zur Messung des Erschöpfungszustandes von stark sauren Kationenaustauschern, insbesondere bei Vollentsalzungsanlagen. . ^; .-

Die bekannten Kationenaustauscher, die beispielsweise Polystyrol mit angelagerten Sulfosäuregruppen enthalten, geben ein von Kationen im wesentlichen freies Wasser ab, das jedoch stark sauer ist. Deshalb läßt sich der Erschöpfungszustand eines derartigen Kationenaustauschers nicht dadurch überwachen, daß hinter den Kationenaustauscher ein Gerät in den Meßwasserstrom eingeschaltet wird, das die Leitfähigkeit dieses Wasserstromes mißt.

Es ist bekannt; bei Dampfkesselanlagen die Reinheit des Dampfes; durch Messung der Leitfähigkeit des Dampfes zu überwachen. Diese Leitfähigkeitsmessungen werden jedoch durch verschiedene noch im Dampf befindliche Anionen und Kationen gestört, z. B. durch noch vorhandene Kohlensäure, Ammoniak, Hydrazin und andere schwache organische Basen. Wie bereits erwähnt, können derartige Leitfähigkeitsmessungen zur Kontrolle von stark sauren Kationenaustauschern nicht verwendet werden, weil in diesen Kationenaustauschern die Kationen durch Wasserstoffionen ausgetauscht werden und diese durch die Leitfähigkeitsmessung angezeigt werden, die Leitfähigkeit des Wassers also keine sicheren Rückschlüsse auf den Erschöpfungszustand des Kationenaustauschers zuläßt.

Es ist ferner bekannt, einen sauren Kationenaustauscher durch eine pH-Messung des aus dem Kationenaustauscher austretenden Wassers - zu überwachen. Auch eine ,solche pH-Messung liefert jedoch keinen unmittelbaren Anhaltspunkt dafür, ob der Kationenaustauscher einwandfrei arbeitet oder bereits erschöpft ist, weil die H-Ionenkonzentration des behandelten Wassers unmittelbar von der Kationenkonzentration des Rohwassers abhängig ist, so daß bei Schwankungen der Kationenkonzentration des Rohwassers entsprechende Schwankungen des pH-Wertes des Weichwassers auftreten.

Die bekannte pH-Messung hat auch den "Nachteil, daß sie keinerlei Aussage über die Leistungsfähigkeit eines Kationenaustauschers gestattet. Sofern nicht der Kationenaustauscher bereits erhebliche Erschöpfungserscheinungen zeigt, werden praktisch alle Kationen durch Η-Ionen ersetzt, so daß geringe Schwankungen in der Konzentration von durch den Austauscher hindurchschlüpfenden Kationen prozentuale Änderungen des pH-Wertes ergeben, die sich einer Messung entziehen. Es ist daher durch eine pH-Messung nicht feststellbar, wie hoch der Kationenschlupf und wie stark die tatsächlich-erfolgte Entsalzung ist. Es war daher auch nicht möglich, von der pH-Messung die Regenerierung des Austauschers abhängig zu machen, sondern es wurde die Regenerierung in Abhängigkeit von der Rohwassermenge eingeleitet, die den Aus-r tauscher durchflossen hat.

Auf den Grad der Entsalzung des Rohwassers ist es auch von Einfluß, mit welchem Überschuß der Austauscher regeneriert wird. Da bisher die Technik keinerlei Mittel zur Verfügung stellte, um die Leistungsfähigkeit eines Austauschers zu überwachen, war man bisher auf Schätzungen angewiesen, mit welchem Überschuß der Austauscher regeneriert werden muß, um eine maximale Entsalzung des Rohwassers zu erzielen. Diese Schätzungen führten häufig zu einer Vergeudung von Regenerierungs-,,,. mitteln. Für,dieses Problem besteht bisher keinerlei

Lösung.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von sauren Kationenaustauschern zu schaffen, das eine einwandfreie Messung der Leistungsfähigkeit und des Erschöpfungszustandes des Kationenaustauschers ermöglicht, so daß mit Hilfe dieses Verfahrens eine Regenerierung zu einem Zeitpunkt eingeleitet werden

ίο kann, an dem der Austauscher bereits deutlich erschöpft ist, aber noch keine schädlichen Ionen durch den Austauscher hindurchtreten, und außerdem die Regenerierung selbst optimal gesteuert werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter dem stark sauren Kationenaustauscher einem Meßwasserstrom zunächst die H-Ionen bis zu einer Konzentration von mindestens pH = 4 entzogen werden und dann die Natriumionenkonzentration mit Hilfe einer alkali-metallionenempfind-

ao liehen Glaselektrode gemessen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Natriumionen wegen ihrer Größe und Beweglichkeit die ersten Kationen sind, die bei beginnender Erschöpfung des Kationenaustauschers durchbrechen, bevor Kalzium- oder Magnesiumionen das Filter überwinden können. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß dadurch, daß dem Meßwasserstrom zunächst die Wasserstoff ionen wieder entzogen werden, die der Kationenaustauscher dem Wasser im Austausch gegen die anderen Kationen gegeben hat, gewährleistet ist, daß eine Natrium-

- ionenkonzentration zuverlässig auf verhältnismäßig

sehr einfache Weise,, nämlich mit Hilfe einer alkali-. metallionenempfindlichen Glaselektrode gemessen werden kann.

Mit Hilfe der Erfindung ist es daher möglich,, den Betriebszustand von Kationenaustauschern zu kontrollieren. Mit besonderem Vorteil wird die Erfindung bei Vollentsalzungsanlagen verwendet, die aus einem oder mehreren Kationenaustauschern und einem oder mehreren nachgeschaltenen Anionenaustauschern bestehen. Bei diesen Vollentsalzungs-

- anlagen wurden die einzelnen Kationenaustauscher in mehr oder weniger willkürlich gewählten Zeitabständen regeneriert, und zwar Kationenaustauscher und Anionenaustauscher gleichzeitig. Dies führte dazu, daß in manchen Fällen die Anlage erst regeneriert wurde, wenn der Kationenaustauscher längst er-■ ..schöpft war .oder aber, daß der Anionenaustauscher bereits zu einem Zeitpunkt regeneriert wurde, in dem er noch lange nicht erschöpft war, nur deshalb, weil zu diesem Zeitpunkt der Kationenaustauscher er-

-- schöpft war. Wird jedoch das erfindungsgemäße Verfahren bei derartigen Vollentsalzungsanlagen angewendet, so kann der Kationenaustauscher mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wer- :; den und unabhängig von dem Anionenaustauscher regeneriert werden, und, da dem Meßwasserstrom hinter dem Kationenaustauscher die Wasserstoffionen entzogen werden, hinter der Vollentsalzungsanlage durch eine Leitfähigkeitsmessung kontrolliert werden, die dann im wesentlichen den Betriebszustand des Anionenaustauschers überprüft, da ja der Betriebszustand des Kationenaustauschers durch die Messung der Natriumionenkonzentration überwacht wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Gerät zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, das

aus einer Kationenaustauscheranlage besteht, in dessen Abflußleitung eine eine Glaselektrode enthaltende Meßzelle angeordnet ist, an die eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist. Erfindungsgemäß ist dieses Gerät dadurch gekennzeichnet, daß die Glaselektrode alkalimetallionen-empfindlich ist und daß zwischen der Meßzelle und der Kationenaustauscheranlage ein Filter mit Entsäurungsfilterstoffen, z. B. halbgebranntem Dolomit od. dgl., eingeschaltet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Gerät übernimmt das Filter die Aufgabe, dem Meßwasserstrom die Wasserstoffionen zu entziehen, die die Messung der Natriumionenkonzentration stören würden. Die Alkali-Metallionenkonzentration, die durch die Glaselektrode gemessen wird, erfährt durch ein derartiges Filter keine Änderung. Dieser Filterstoff tauscht die Wasserstoffionen unter anderem gegen Kalziumhydrogenkarbonat und Magnesiumhydroxyd aus. Diese Stoffe beeinflussen jedoch die Messung der Natriumionenkonzentration nicht. Der pH-Wert des Wassers stellt sich hinter dem Filter aus halbgebranntem Dolomit od. dgl. ziemlich konstant auf einen günstigen Wert zwischen 6,0 und 9,5 je nach Mineralsäure- und Kohlensäuregehalt ein, wenn die Filtergeschwindigkeit einigermaßen konstant gehalten wird. Dieser pH-Wert ist für die Messung der Natriumionenkonzentration sehr günstig.

Wird die Konzentration der Natriumionen hinter dem Kationenaustauscher laufend angezeigt oder registriert, so kann eine optimale Betriebsgeschwindigkeit des Kationenaustauschers eingestellt werden und außerdem kann, wenn der höchstzulässige Natriumgehalt angezeigt wird, der Austauscher rechtzeitig regeneriert werden. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gerätes sind Vorrichtungen vorhanden, die, wenn der Meßwert der Natriumionenkonzentration eine bestimmte Größe erreicht, den Regeneriervorgang des Kationenaustauschers einleiten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Leistungsfähigkeit und des Erschöpfungszustandes von stark

ίο sauren Kationenaustauschern, insbesondere bei Vollentsalzungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem stark sauren Kationenaustauscher einem Meßwasserstrom zunächst die Η-Ionen bis zu einer Konzentration von mindestens pH = 4 entzogen werden und dann die Natriumionenkonzentration mit Hilfe einer alkalimetallionenempfindlichen Glaselektrode gemessen wird.

2. Gerät zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Kationenaustauscheranlage, in deren Abflußleitung eine eine Glaselektrode enthaltende Meßzelle angeordnet ist, an die eine Anzeigevorrichtung angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Glaselektrode alkalimetallionenempfindlich ist, und daß zwischen der Meßzelle und der Kationenaustauscheranlage ein Filter mit Entsäurungsfilterstoffen, z. B. halbgebranntem Dolomit od. dgl., eingeschaltet ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorhanden sind, die bei Erreichen eines bestimmten Wertes der Natriumionenkonzentration die Regenerierung des Kationenaustauschers einleiten.