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Einrichtung zum Behandeln von reinem Wasser Priorität: Frankreich
vorn 8. Februar 1961 Der Bedarf an seil reinem Wasser, das durch einen sehr erhöhten
Widerstand (mehrere Megaohm.cm) oder die spezifische und ausschliessliche Anwesenheit
gewisser Elemente gekennzeichnet ist, kann mit Hilfe industrieller Verfahren zur
Behandlung von Wasser gedeckt werden, die es gostatten, ein sehr reines Wasser aus
einem merkliche Mengen nri gclbsten Salzen enthaltendem Wasser zu gewinnen.
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Gewisse Industrien, dir erhebliche Mengen reines Wasser verwenden,
haben ein weiteres Problom zu lösen, nämlich die Reinheit dieses Wassers aufrechtzuerhalten.
Beispiels weise seien genannt: die Industrien, die das Wasser als
Träger
für die Umwandlung von Energie benutzen (Damp5-kraftwerke zur Erzeungung elektriscer
oder mechanischer Energie) ; die Industrien, die andere Eigenschaften des Wassers
ausnutzen, beispielsweise seine Fählgkeit, Neutronen zu verlangsamen (Beispiel:
Kernreaktor) oder seine Eigenschaft, schädliche Strahlen zu absorbieren (Beispiel:
Wasserbecknreaktor, Behälter zur lagerung von bestrallten Kernbrennstoffen). In
diesem Fall ist der Verbrauch an Wasser oft von untergeordneter Bedeutung, verglichen
mit der ständig vorhandenen Wassermenge. Es int deshalb notwendig, eine Reinigungsanlage
vorzusehen, um die Verunreinigtingen zu entfernen, die die Qualität des Wassers
vermindern und deren Menge ohne eine solche Reinigung sich störend auswirken, jedoch
zum Ablassen eines Wassers führen wUrde, das nichtsdestoweniger viel reiner wäre
als das Wasser, das nach entsprechender Behandlung zur Zufuhr des Ergänzungswassers
dient.
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Diese Verunreinigungen können verschiedenen Quellen entstammen, beispielsweise
aus der Atmosphäre, aus den Produkten der inneriialb des Kreislaufes auftretenden
Korrosion usw.
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Diese verschiedenen Ursachen der Verunreinigung haben folgendes gemeinsam:
1.
Da der zulässige Gellalt an Verunreinigun£en oft sehr ]:lcin ist (bcisnielsweise
aus Gründen, die mit der Korrosion oder der Aktivität der Kreisläufe zusammenhängen),
werden die Verunreinigungen auch durch Entwurf und Ausführung der das Wasser benutzenden
Kreisläufe so gering wie möglich gehalten. Folglich enthält das ursprünglich in
den Kreislauf eingeführte sehr reine Wasser niemals grö#ere Mengen an Verunreinigungen.
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Die Reinigungsanlage mu# deshalb so konstruiert sein, dass sie ein
praktisch reines Wasser reinigen kann und nicilt, wie es bei den klassischen Reinigungsanlagen
für Wasser der Fall ist, ein Wasser mit geringem elektrischen Widerstand.
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2. Die Verunreinigungen treten ständig und zusatzlich auf.
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Es ist deshalb praktisch erforderlich, dass die Reinigungsanlage
kontinuierlich arbeitet.
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3. Die Verunreinigungen sind nur schwierig genau abzuschätzen, und
jede kann unabhängig von den anderen schwanken. Die Reinigungsanlage muß deshalb
in normalem Betrieb befähigt sein, sehr verschiedene Mengen an Verunreinigungen
in einer estimmten Zeit zu entfernen, wobei diese Mengen nichtsdestoweniger gering
bleiben.
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Von gro3em Interesse ist ab, r, dass sie auch in der L age ist, Fremdstoffmengen
schnell zu entfernen, die um Größenordnungen über de; ständig au tretenen Mengen
liegen,
beispielsweise im Fall eines massiven Einbruches durch eine
im Kreislauf eintretende Störung.
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Die vorgesehene Anlage muß deshalb in ihrer Leistung genügend groß
ausgelegt werden, das sich jedoch nicht auf die Kosten ihrer Herstellung und Errichtung,
ihres Unterlotes und ihres laufenden Betriebes auswirken darf.
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Unter den verschiedenen Methoden zur Reinigung von Wasser ist die
wirtschaftlichste und im Betrieb einfachste im Falle eines sehr schwach verunreinigten
Wassers die Behandlung mit Ionenaustauschern.
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Es ist von großer Wichtigkeit, dass die Anlage eine Schicht von Ionenaustauschern
enthält, die aus einer innigen Mischung von Kationen- und Anionenaustauschern besteht:
die Verschiebung der Ionenaustauschgleichgewichte durch Bildung eines sehr stabilen
Komplexes (Wasser) gestattet eine praktisch quantitative Fixierung aller in Lösung
befindlichen Ionen, und zwar mit einem Minimum an Ionenaustauschermenge. Andererseits
können die spezifischen Durchflusse unabhängig von der Qualität dor Behandlung bei
einem Ionenaustauscher-Mischbett um einen sehr grossen Faktor (1:5) schwanken. Im
Fall einer dadurch eine Störung bedingten Verunreinigung wird man ohn Veränderung
der Anlage einen viel grösseren Durchfluss, als es der Nenndurchfluss ist, bewirkeii
können, um die Bestandteile
der Verunreinigungen schnell zu beseitigen.
Ferner ist von grosser Wichtigkeit, dass die verwendeten Ionenaustauscher ein sehr
hohes Regenerationsverhältnis aufweisen die Fixierung von Ionen mit sehr geringer
Affinität zu den Austauschern wird eriteblich erleicljtert. Schliesslich ist es
wesentlich, dass die Spülung der Ionenaustauscher nach ihrer Regeneration wirklich
vollständig durchgeführt wird, Wa eine Verunreinigung des zu reinigenden Wassers
mit Spuren der Eegenerieniiittel zu vermiden: eine ständige Kontrolle der Spülung
ist deshalb äusserst wünschenswert.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine sehr leistungsfähige
Einrichtung zur Behandlung von reinem Wasser mittels Ionenaustauschern zu schaffen,
die die vorgenannten Anforderungen erfüllt.
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Die Einrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass
in oinciii ersten Teil der Einrichtung die Behandlung des zu reinigenden Wassers
in einem festbett erfolgt, das durch eine Misctlung von Anionen-und Kationenaustauscherrl
gebildet wird, während die Behandlungen zur Rogenerierung der gesättigten Austauscher
gleichzeitig in einem anderen Teil der Einrichtung getrennt voneinander in kurzer
Zeitdauer durchgefUhrt werden; der Transport der Ionenaustauscher zwischen diesen
beiden Teilen geschieht dabei auf hydraulischem Wege über lagerbehälter, und die
Regenerierungsbehandlungen,
die auo den folgenden Schritten bestehen: gegebenenfalls Trennung der Anionen- und
Kationenaustauscher, Regenerierung der Ionenaustauscher, Spülung der Ionenaustauscher,
gegebenenfalls chemisohe Behandlung, um den einen oder den anderen der Ionenaustauscher
oder beide in eine geeignete chemische Form zu bringen, erfolgen zur selben Zeit
und automatisch in kontinuierlich erneuerten Schichten in getrennten Teilen, die
einen geschlossenen Kreislauf bilden, wobei die Ionenaustauscher im Gegenstrom zu
den Lösungen naoh und nach von dem einen zum anderen Teil wandern, In der Anlage
erfolgt die Reinigung eines demineralieierten Wassere mit erhöhtem elektrisohoxa
Widerstand beispielsweise wie folgt Die Behandlung des zu reinigenden, praktisch
reinen Waseere geschieht in einem ersten Behälter A mit einer Schicht aue einer
Mischung von Anionen- und Kationenaustauschen. Während dieeer Behandlung ist die
Schicht fest.
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Wenn die Schicht des ersten Behälters A gesättigt ist, wird die Behandlung
des Wassers in diesem ersten Behälter unterbrochen und in einet aweiten Behälter
B durchgeführt, der mit regenerierten Ionenaustauschern gefüllt ist. Die gesättigte
Schicht dee Behältere A wird
dann hydraulisch in eine Regenerieranlage
übergeführt.
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Die gesättigten Ionenaustauscher werden nach ihrer Überführung vorläufig
in cinciii Behälter gelagert, aus dem sie in einen Teil gelangen, wo Anionen- und
Kationenaustauscher voneinander getrennt werden.
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Die so getrennten Ionenaustauscher werden dann in einem anderen Teil
der Anlage in kontinuierlich erneuerter Schicit im Gegenstrom regeneriert und nach
der Spülung (und eventueller zusätzlicher chemischer Behandlung) in Behälter vorläufig
gelagert.
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Sie werden dann hydraulisch in den Behälter A des Wasserbenandlungskreises,
der sich noch ausserhalb dieses Kreises befindet, zurückgeführt, wo sie in einsatzfertigem
Zustand gelagert werden, solange der Behälter B des Behandlungskreises, der sich
im Betrieb befindet, noch nicht geslittigt ist. wenn der Behälter B gesättigt ist,
wird durch Umschaltung der Leistungen des Reinigungskreises der Behalter A in Betrieb
genommen. Wenn die Ionenaustauscher in diesem Behälter gesättigt sind, werden sie
nach Umschaltung der Leitungen wieder abgezogen, und der im vorstehenden bescliriebene
Kreislauf wiederiiolt sich.
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Nach der Umschaltung der hydraulischen Leitungen durchlaufen die
im Behälter B enthaltenen gesätti, teil Ionenaustauscher die gleichen Behandlungen,
wie sie für die Ionenaustauscher des Behälters A beschrieben worden sind, und zwar
in der gleichen Anlage.
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Die Zwischenlagerung der gesättigten Ionenaustauscher einerseits
und der regenerierten und gespülten Ionenaustauscher andererseits gestattet es,
mit einer Ionenaustauschergesamtmenge von etwa dem dreifachen Volumen des eigentlichen
Behandlungsbehälters in unabhängigen Takten die Behandlung des Wassers eincrseits
und die Regeneration der Ionenaustauscher andererseits durchzuführen. Diese Arbeitstakte
werden in jedem Fall unter dem Gesichtspunkt gewählt, die Anlage möglichst sicher
und wirtschaftlich zu machen.
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Die Erfindung ist im nachstehenden anhand eines Aus-Îührungsbeispielcs
anhand der Zeichnung erläutert und dargestellt. Die Figur ist eine Schemazeichnung
einer erfindungsgemäs sen n Anlage zur Aufrechterhaltung des Reinheitsgrades eines
demineralisierton Wassers mit hohem Widerstand.
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Mit A und B ind zwei Behälter zur Behandlung des zu reinigenden,
einen hohen Widerstand aufweisenden Wassers bei eiinet.
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Man behandelt das wasser anfangs im Behalter A in einen Fes-tbett
aus einer Mischung von Anionen- und Kotionen@ naustauschern. Das zu behandelnde
Wasser läuft durch die Leitung 1 zu und gelangt über die Leitung 2 in den oberen
Teil des Behälters A, wobei das Ventil 3 geöffnet und das Ventil 3' ebenso wie die
Ventile 4 und 5 geschlossen sind. Das Wasser durchquert in absteigendem Strom die
im Behälter A enthaltene Ionenaustauscherschicht, um nach der Reinigung am Boden
des Behälters A über die Leitungen 6 und 7 abgezogen zu werden, wobei das Ventil
8 geöffnet und die Ventile 8', 9 und 10 geschlossen sind.
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Während dicser Behandlung des Wassers im Behälter A, ist der zweite
Behälter B, der mit Ionenaustauschern gefüllt ist, welche im Verlauf einer vorhergehenden
Behandlung gesättigt wurden, von dem Kreis der Wasserbehandlung getrennt. Die gesättigten
Ionenaustauscher werden im Verlaul einer kurzen Regenerierungszeitspanne in einem
anderen Teil der Anlage regeneriert, während die Behandlung des Wassers im Behälter
A erfolgt.
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Zu diesem Zweck führt man zunächst die Sohicht von den gesättigten
Ionenaustauschern hydraulisch in einen Lagerbehfllter über.
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Hierzu öffnet man die Ventile 9', 4' und 12, während die Ventile
3', 8', 10', 13, 14, 15, 16 und 17 geschlossen sind. Unter der Wirkung der pumpe
11 bewirkt man somit den hydraulischen Transport der Ionenaustauscher aus dem Behälter
B in den Lagerbehälter C über die Leitungen 18' und 19.
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Wenn der Transport der gesättigten Ionenaustauscher aus dem Behälter
3 in den Lagerbehälter C beendet ist, stoppt alkan die Förderpumne 11 und schliesst
die Ventile 9f, 4' und 12, die vorher offen waren, während die Ventile 3', 8', 10',
13, 5' und 14, 15, 16 und 17 geschlossen bleiben, trennt also den Regenerierungekreis
der Behandlungsbehälter A und B.
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Die Regenerierung der gesättigten Anionen- und Kationenaustauscher
erfolgt, ausgehend von dem Lagerbehälter a, nach einem Verfahren, gemä# dem zu regenerierende,
in dem Lagerbehälter C enthaltene Ionenaustauscher in eine mit Flüssigkeitsfluidisierun£?
arbeitende Trennvorrichtung D eingeführt werden, wo die Trennung der Anionen- und
Kationenaustauscher erfolgt. Bei dieser Trennvorrichtung ist eine Wasseraumwälzung
im geschlossenen Kreislauf 34 in Richtung der Pfeile mittels einer Pumpe 35 vorgesehen.
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Die Teilchen des Kationaustauschers werden an einem
der
Ausgänge der Trennvorriclitung, nämlich bei 20, abgezogen und mittels einer gceignete
Schleusen- vorrichtung 21 über einen Krümmer 22 in den zur einer Regerationskolonne
E eingeführt.
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Der Kationenaustauscher wird in der Kolonne E nach dem Verfahren
der Patentanmoldung ... durch Einspritzen von Regeneriersäure bei 23 und von aschwasser
bei 24 regeneriert.
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Die Effluate werden bei 25 abgezogen, während die regenerierten Kationenaustauscherteilchen
am Kopf der Kolonne abgezogen und unter dem Einfluss der Schwerkraft über eine geneigte
Leitung 26 in einen Lagerbe-Iiälter G eingeführt werden Der Transport des Kationenaustauschers
von dem Fuß der Kolonne E bis zu deren Kopf wird mittels einee bei 27 eingeführten
und bei 33 abgezogenen modulierten jrilfsstromes bewirkt.
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Die Anionenaustauscherteilchen werden in ähnlicher Weise regeneriert.
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Sie werden an dem anderen Ausgang der Trennvorrichtung, nämlich bei
20', abgenzogen und nach Einfährung in die zweite Regeneri @rkolonn@ F durch die
Schleuse 21' und den
Krümmer 22 durch Einspritzen von Base bei
23' und von Waschwasser bei 24' regeneriert. Dann werden sie am Kopf der Kolonne
abgezogen, um unter dem Einfluss der Schwerkraft in einen zweiten Lagerbehälter
H zu gelangen.
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Der Transport der Anionenaustauscherteilchen vom Fuß der Kolonne
F bis zum Kopf dicser Kolonne wird bewirkt, indem ein modulierter Hilfsstrom bei
27'eingeführt und bei 33' abgezogen wird, Die Effluate treten bei 25' aus.
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Die Vorgänge der Regeneration der Ionenaustausoher sind von sehr
kurzer Dauer, verglichen mit den Vorgängen der Behandlung des Wassers, und finden
in anderen Arbcitstakten als die der Wasserbeliandlung statt.
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Nach Beendigung dieser Regenerationsvorgängb werden die im Behälter
G enthaltenen regenerierten Xationenaustauscherteilchen und die in dem Behälter
if enthaltenen regenerierten Anionenaustauscherteilchen hydraulisch in den Behandlungsbehälter
B gefördert, wobei gleichzeitig ihre Vermischung in dem gewünschten Verhältnis stattfindet.
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Dies geschiellt indem die Pumpe 11 eingeschaltet und die Ventile
13, 14, 15, 16, 17 und ebeneo die Ventile 5' und 10' geöffnet werden, während die
Ventile 4s, 9', 3',8,
und 12 geschlossen blciben.
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Die regenerierten Kationenaustausclierteilchen werden auf diese Weise
über die Leitung 28 vom Lagerbehälter G bis zu dem Hydrostrahlmischer 29 und die
regenerierten Anionenaustauscherteilchen gleichzeitig über Leitung 30 ebenfalls
zu diesem Mischer 29 hydraulisch transportiert, vio die beiden Arten von Ionenaustauschern
im gewünschten Mengenverhältnis vermischt und anschliessend über die Leitungen 31
und 32' in den Behandlungsbehälter B eingeführt werden.
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Wenn dieser hydraulische Transport beendet ist, schaltet man die
Pumpe 11 ab und schliesst die Ventile 13, 14, 15, 16, 17, 5' und.10' wieder, um
den Behälter B völlig von dem hydraulischen Kreis zu trennen und ihn in Wartestellung
für eine spätere Verwendung zur Waseerbehandlung zu versetzen.
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Unter diesen Bedingungen kann man, wenn die Ionenaustauscher in dem
Behälter A gesättigt sind, die Behandlung des Wassers im Behälter A unterbrechen
und eie im Behälter B durohführen, der mit regenerierten Ionenaustauschern gefüllt
ist. Hierzu bedarf es lediglich einer Umschaltung, die im Schliessen der Ventile
3 und 8 und Öffnen der Ventile 3' und 8' besteht, so dass das zu behandelnde Wasser
über die gemeinsame Leitung 1 und
die Leitung 22 in den Kopf des
Behälters B einfliesst und nach der Reinigung durch die Leitung 6' und die gemeinsame
Leitung 7 abgezogen wird.
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Die Regeneration der gesättigten Ionenaustauscher von Behälter A
über die Leitungen 18 und 19 zu dem Lagerbehälter 0 durch Einschalten der Pumpe
11 und Öffnen der Ventile 12, 9 und 4 während die Ventile 3, 8, 10, 13 und 5 geschlossen
bleiben.
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Regeneration der Ionenaustauscher, von dem Lagerbehälter a ausgehend,
wie im vorstehenden beeohrieben, in der Anlage, die aus der Trennvorrichtung D,
den beiden Regenerierkolonnen E und F und den beiden Lagerbehältern G und H gebildet
wird, wobei die Pumpe 11 ausser Betrieb und die Ventile 12, 13, 14, 15, 16, 17 und
ebenso 3', 8, 10, 5, 9 und 4 geschlossen sind.
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Vermischung und Transport der regenerierten Ionenaustauscher aus
dem Lagerbehälter Q bzw. H über die Leitungen 28, 30, 31 1 und 32 zu dem Behandlungsbehälter
A durch Einschalten der Pumpe 11, wobei dt. Ventile 13, 14, 15, 16, 1?, 5 und 10
geöffnet und die Ventile 12, 4, 9, 3 und 8 geschlossen sind; Wenn die Ionemauetaueoher
im Behälter B ihrerseits
gesättigt sind, bewirkt man von neuem
die beschriebenen Umschaltungen, um die Wasserbehandlung in diesem Behälter zu beenden
und nunmehr im Behälter A durchzufiiiiren, der die regenerierten Austauscher enthält,
und die Ionenaustauscher des Behälters B nach dem vorstehend beschriebeiien Verfahren
zu regenerieren.
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Men bewirkt so abwechselnd die Reinigung in den beiden Behandlungsbehältern
A und B in eine ersten Teil der Anlage, während die Regeneration der gesättigten
Austauscher zu gleicher Zeit während kurzer Zeitspannen und in getrennten in einem
zweiten Teil der Anlage erfolgen, der wegen der ll-draulisohen Förderung der zu
regenerierenden Ionenaustauscher von dell ersten Teil der Anlage entfernt liegen
kann.
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Diese Möglichkeit, die beiden Teile der Anlage voneinander entfernt
aufzustellen, gestattet es, für die Regeneriereinriclltung den besten Platz zu wählen
und insbesondere - wenn mehrere verstreut angeordnete Behandlungeeinrichtungen vorhanden
sinc - eine einzige gemeinsame Regeneriereinrichtung für alle diese Anlagen vorzusellen.