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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mit mindestens
zwei Ionenaustauschern oder Adsorptionsmitteln.
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Wasser wird zur Vollentsalzung mit einem Kationenaustauscher in der
H-Form und einem knionenaustauscher in der OH-Porm behandelt.
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Die beiden Austauscher Können in getrennten Behältern angeordnet sein,
die von dem zu behandelnden Wasser hintereinander durchflossen werden. Die beiden
Austauscher werden getrennt regeneriert.
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IIierzu wird durch den Anionenaustauscher eine Lauge und durch den
Kationenaustauscher eine Säure geleitet. Die Regenerationsbehandlung wird zwechmä#lgerweise
im Gegenstrom zu der Beladung durchgeführt. Der tlpparative. aufwand einer solchen
Anlage mit zwei oder auch mehreren getrennten Behältern ist verhältnismäßig groß.
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Zur Vollentsalzung kann auch ein Mischbettfilter verwendet werden.
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In einem Mischbettfilter liegen Kationenaustauscher in der H-Form
und Anionenaustauscher in der OH-Form gemischt vor. Im Mischbettfilter wird eine
bessere Entsalzungsleistung erzielt, wie wenn die Austauscher hintereinander in
getrennten Gefäßen angeordnet sind.
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Zur Regeneration eines Mischbettes müssen die Austauscherkörner zunächst
durch eine Spülklassierung in Schichten getrennt werden.
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Die beiden Schichten werden dann gesondert mit den liegenerationslösungen
bchandelt. Danach werden die Austauscher durch Druck luft wieder gemischt und der
Beladungsvorgang kann von neuem beginnen.
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In den durch Spülklassierung getrennten Schichten ist der Beladungszustand
innerhalb
einer Schicht überall gleich groß. Die Ausnutzung der Chemikalien bei der Regenerierung
ist daher ungünstig.
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Die vorstehend für die Vollentsalzung von T7asser geschilderten Verhältnisse
treffen auch in analoger Weise für die Behandlung anderer Plüssigkeiten mit mehreren
Ionenaustauschern und/oder Adsorptionsmitteln zu.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich Flüssigkeiten mit
verschiedenen Ionenaustauschern und/oder Adsorptionsmitteln mit einem geringen apparativen
Aufwand und einem geringen C'hemikalienaufwand bei der Regeneration behandeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten
mit mindestens zwei verschiedenen Ionenaustauschern und/oder Adsorptionsmitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustauscher
und/oder Adsorptionsmittel in getrennten Schichten unmittelbar übereinander angeordnet
sind und die Strömungsrichtung bei der Beladung und Regeneration entgegengesetzt
ist.
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Im allgemeinen werden nach der vorliegenden Erfindung zwei in der
Funktionsweise sowie im spezifischen Gewicht und/oder der Körnung verschiedene Ionenaustauscher
und/oder Adsorptionsmittel direkt ohne trennende Elemente übereinander angeordnet.
ci der Beladung bzw. Adsorption werden die Schichten von der zu behandelnden Flüssigkeit
hintereinander durchströmt. Vorzugsweise wird die Beladung, bzw. Adsorption in Aufwärtsströmung
durchgeführt, d. Ii. die zu behandelnde Flüssigkeit durchströmt die verschiedenen,
übereinanderliegenden
Ionenaustauscher bzw. Adsorberschichten von unten nach oben. Die Kornscliichten
werden an der Durchmischung gehindert. Hierzu können an sich bekannte Vorrichtungen,
z. B. ein auf die Oberfläche aufgelegtes Sieb benutzt werden.
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Es ist aber auch möglich, die Kornschichten dadurch an der Durch mischung
zu hindern, daß in an sich bekannter Weise eine abwärts gerichtete Strömung einer
Hilfsflüssigkeit auf die Oberfläche der obersten Kornschicht gerichtet wird. Die
Hilfsflüssigkeit wird dann zusammen mit der behandelten Blüssigkeit abgezogen. Es
ist zweckmäßig, als Hilfsflüssigkeit einen Teilstrom der behandelten Flüssigkeit
zu verwenden.
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Nach der Adsorption bzw. Beladung erfolgt die Behandlung der Ionenaustauscher
bzw. Adsorberschichten mit den Regenerierlösungen im Gegenstrom zu der Beladungs-
bzw. Adsorptionsrichtung, Wenn, wie es vorzugsweise geschieht, die Adsorption bzw.
Beladung im Aufwärtsstrom erfolgt, dann durchströmen die Regenerierlösungen die
Schichten von oben nach unten. Durch entsprechend angeordnete i?lüssigkeitszu- bzw.
-ableitungen ist es möglich, entweder jede Schicht getrennt zu regenerieren oder
die Regnerate durch alle Schichten hindurchzuführen.
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Anhand der Figur wird die Erfindung weiter erläutert.
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Die Figur zeigt eine erfindungsgemä#e torrischtung zur Durchzchzung
des Verfahrens. Zue Vorwichtung ist in der Figur beigerter-@@@@@ und Defermattsch
am Längsschnitt fasstellt,
Abschnitte sind durch das konische Zwischenstück
3, das im vorliegenden Pall einen Neigungswinkel von etwa 45o hat, miteinander verbunden.
Der aus diesen Teilen zusammengesetzte Gehäusemantel ist an den Stirnseiten durch
zweckmäßig gewölbte Deckel 4 und 5 verschlossen. In den freien Raum im oberen engeren
Behälterabschnitt 1 ist ein Flüssigkeitsanschluß 6 zu einer Verteilervorrichtung
7 geführt. Etwa in der Höhe der Verbindungsstelle zwischen dem oberen engeren Behalterabschnitt
1 und dem Zvzischenstück 3 ist in der Kornschicht ein Ableitungesystem 8 eingebettet
und mit dem seitlichen Ylüssigkeitsanschluß 9 verbunden. Der seitliche Flüssigkeitsanschluß
9 und der obere Flüssigkeitsanschluß 6 können mittels einer Bettung 10, die durch
eine Pumpe 11 geführt ist, verbunden werden, um einen Teil der bei 9 abgeführten
Flüssigkeit als Hilfsflüsigkeit in den freien Raum über der Kornschicht zurückführen
zu können.
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Eine solche Vorrichtung ist bereits zur Behandlung von Slüssigkeiten
mit einem Ionenaustauscher oder einem Adsorptionsmittel vorgeschlagen worden (Deutsche
Patentanmeldung M 66 421 IVa/12d).
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Die Vorrichtung wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet, wenn in dem Gehäuse verschiedene Ionenaustauscher und/oder Adsorptionsmittel
als ruhende übereinunder angeordnete Schichten so angeordnet werden, daß der obere
engere sylindrische Gehäuseabschnitt 1 höchstens zur Hälfte mit Kornmaterial gefüllt
nsts und wenn etwa in Höhe der Berührungsebene zweier Schichten Dränagesysteme angeordnet
sind. ln der in der Figur dargestellten Vorrichtung sind zwei Schichten 13 und 14
enthalten, die sich durch verschiedenes spezifisches Gewickt unterscheiden.
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Beide. Schichten können entweder untereinander verschiedene Ionenaustauscher,
beispielsweise Kationen- und Anionanaustauscher, oder untereinander verschiedene
Adsorptionsmittel sein. E3 ist jedoch such möglich, daß eine Schicht aus einem Adsorptionsmittel,
die andere &us einen Ionenaustauscher besteht. Die untere Kornschicht 13 ruht
auf einem Düsenboden 15 oder einer anderen geei£-neten Unterlage. In den Flüssigkeitssammelraum
16 unterhalb des Düsenbodens 15 münde t die durch den Deckel 5 geführte Leitung
17, von der die beiden Leitungen 18 und 19 abzweigen. Die Kornschicht 13 kann auch
direkt auf dem Deckel 5 ruhen, wenn an die Leitung 17 ein in der Schicht 13 eingebattetes
Dränagesystem angeschlossen ist.
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Die durch den oberen Deckel 4 geführte leitung 20 dient zur Entlüftung.
In der Hähe der Ebene, an der sich die Schichten 13 und 14 berühren, ist die Dränage
21 angeordnet und an die leitung 22 angeschlossen.
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Die zu behandelnde Flüssigkeit wird über die leitungen 18 und 17 in
den Raum 16 der Vorrichtung eingeführt und durchströmt die Schichten 13>" und
14 von un-ten nach oben. Die behandelte Flüssigkeit wird über die Dränage 8 und
die leitung 9 entnommen. Damit sich die Schichten nicht durchmischen, wird während
der Dauer der Aufwätsströmung über die Verteilervorrichtung 7 eine Hilfsflüssigkeit
t auf die Oberfläche der ; Schicht 14 ferichtet und dadurch der zur Fixierung der
Schichten erforderliche Druck erzeugt.
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Die Hilfsflüssigkeit wird zusammen mit der behandelten Flüssigkeit
über di £ Dränage 8 und die Leitung 9 abgeleitet. Eine Verdünnung
der
behandelten Flüssigkeit mit Hilfsflüssigkeit wird vermieden, wenn die Hilfsflüssigkeit
aus der leitung 9 entnommen und über die Leitungen 10 und 6 von der Pumpe 11 zu
der Verteilungsvorrichtung 7 gefördert wird.
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Nach der Erschöpfung der Schichten 13 und 14 wird zur Regeneration
der Schicht 14 Regenerierlösung über die leitung 6 und die Verteilungsvorrichtung
7 auf die Oberfläche der chicht 14 aufgegeben, von oben nach unten durch die Schicht
14 geführt und durch die Dränage 21 und die leitung 22 entnommen. lltch einer gegebenenfalls
erforderlichen Auswaschung der Regenerierlösung aus der Schicht 14 wird zur Regeneration
der Schicht 13 über die Leitung 22 und die Dränage die benötigte Regenerierlösung
zugeführt, von oben nach unten durch die Schicht 13 geführt und übr die Leitungen
17 und 19 aus der Vorrichtung entnommen.
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In manchen Pällen kann die Regeneration der beiden Schichten auch
so vorgenommen werden, daß eine Regenerierlösung von oben nach unten durch beide
Schichten geführt wird.
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Die Kornschicht in dem oberen engeren Behälterabschnitt über dem Dränagesystem
8 kann auch aus einem anderen z. B. einem inerten Kornmaterial, z. B. Schlacke oder
Kies, bestehen. Nach engerer Betriebszeit ist ein Auflockern der Schichten durch
Zufuhr von Spülflüssigkeit über die Leitungen 18 und 17 und Abfuhr über die Leitung
20 möglich.
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B e i s p i e l 1 Ein Rohwasser mit folgender Zusammensetzung war
weitgehend sn entsalzen: Gesamtsalzgekalt 9, 5 mval/l Gesamthärte 5,8 8" Karbonathärte
3, 1 " " Kieselsäure 12 mg/1
Die Behandlung wurde in einer Vorrichtung
durchgeführt, wie sie in der Figur dargestellt ist. Die Schicht 13 bestand aus dem
Kationenaustauscher und die Schicht 14 aus dem Anionenaustauscher. Beide Austauscher
unterscheiden sich durch ihr spezifisches Gewicht und liegen demzufolge getrennt
übereinander. Das Rohwasser tritt über die Leitungen 18 und 17 in den Flüssigkeitswird
sammelraum 16 der Vorrichtung ein und von unten nach oben durch die Austauscherschichten
13 und 14 geführt. Das behandelte Wasser wird über die Dränage 8 und die Leitung
9 entnommen. Ein Teil des behandelten Wassers wird über die Leitungen 10 und 6 und
die Verteilungsvorrichtung 7 von der Pumpe 11 im Kreislauf umgewälzt, um das Bett
festzulegen.
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Das behandelte Wasser hatte eine Restleitfähigkeit von weniger als
2,1 S. Der Kieselsäuregehaltwar kleiner als 0,03 mg/l.
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Nach der Erschöpfung der Austauscher wird über die Leitung 6 und die
Flüssigkeitsverteilung 7 Natronlauge zur Regeneration des Anionenaustauschers 14
zugeleitet und über die Dränage 21 und die Leitung 22 entnommen. Auf dieselbe Weise
wird der Anionenaustauscher 14 mit Wasser von der Natronlauge freigewaschen/ Der
Kationenaustauscher wird mit Säure regeneriert, die über die Leitung 22 und die
Dränage 21 zugeführt und über die Leitungen 17 und 19 abgeleitet wird.
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Die nutzbare volumekapazität (NVK) des Kationenaustauscher betrug
1,4 g Äquivalente/1 bei einem Säureaufwand von 1,7 Äquiv./1 Harz entsprechend 121
% des theoretischen Bedarfs. Die NVK des Aninenaustauschers betrug 0,79 Äquiv./1
bei einem Laugeaufwand von 1,0 g Äquiv./1 Harz entsprechend 427 % der Theorie.
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Zum Vergleich wird beim Betrieb eines Mischbettfilters, das die Austauscher
in einer Mischung enthält, ein entsalztes wasser mit einer Restleitfähigkeit von
durchscimittlich weniger als 1 erreicht. Der Restkieselsäuregehalt beträgt ebenfalls
0,03 mg/l.
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Bezogen, auf die gleiche nutzbare Volumenkapazität müssen jedoch statt
1,7 g iquiv. Säure/l Harz 3,7 g Äquiv. und anstatt 1,0 Äquiv./Lauge 2,2 Äquiv. aufgewendet
werden. Dies -ist ein mehr ans doppelt so hoher Ohemikalienaufwand bei praktisch
gleicher Entsalzungsleistung.
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Beispiel 2 Eine technische Zuckerlösung soll gleichzeitig enthärtet
und entfärbt werden. In einer Vorrichtung, ähnlich der in-der Figur dargestellten,
wird ein Kationenaustauscher 13 zur Enthärtung und ein Anionenaustauscher 14 zur
Entfärbung unmittelbar übereinander angeordnet. Zur Entfärbung und gleichzeitiger
Enthärtung wird der Dünnsaft von unten nach oben durch die Schichten geleitet. Bei
der Regeneration wird Kochsalzlösung von oben nach unten durch beide Schichten perkoliert,
wobei sowohl das Ent färbungsharz als auch der Enthärtungsaustauscher im Gegenstrom
regeneriert wird. Gegenüber der Durchführung dieses Prozesses in der herkömmlichen
Weise, gleichgültig ob in getrennten oder in einer einzelnen Kolonne, wird eine
wesentlich verbesserte Enthärtung und auch eine wesentlich höhere Adsorptionsleistung
des Entfärbungsaustauschers erreicht. Darüber hinaus sinkt der Kochsalzverbrauch
auf etwa die Hälfte.