DE19517084C2 - Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeitsproben aus Ionenaustauschern und Filtern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeiten als Kontrollproben aus automatisch rückspülenden oder sich regenerienden Filtern mit einer Filtersteuerung. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine für die Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Im folgenden wird für den Begriff Rückspülung und für den Begriff Regeneration einheitlich das Wort Rückspülung verwendet.

Filter zur Feststoffabscheidung, seien es solche, die mit einer Filtermasse (z. B. Sand), oder mit Sieben oder Vliesen ausgerüstet sind, werden als mechanische Filter bezeichnet. Anionenaustauscher und/oder Kationenaustauscher werden Ionenaustauscher genannt. Als Oberbegriff für mechanische Filter und für Ionenaustauscher wird das Wort Filter verwendet.

Stand der Technik

Bei mechanischen Filtern wird üblicherweise der Zeitpunkt zur erforderlichen Rückspülung über den Differenzdruck zwischen Fil­ tereinlauf und Filterauslauf bestimmt. Andere Methoden zum Bestimmen des Rückspülzeitpunkts ist das Messen der abnehmenden Durchsatzmenge, wobei ab einer bestimmten Mindestmenge das Rück­ spülventil geschaltet wird. Eine weitere Möglichkeit ist, nach Ablauf einer Voreingestellten Filtrationszeit die Rückspülung auszulösen.

Bei Ionenaustauschern wird der Zeitpunkt der Rückspülung übli­ cherweise nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder nach Erreichen einer vorgewählten Durchsatzmenge erreicht und die Regeneration automatisch ausgelöst.

Nachteile am Stand der Technik

In keinem der beschriebenen Fälle ist es möglich, automatisch exakt vor dem Zeitpunkt der Auslösung einer Rückspülung eine Kon­ trollprobe des Filtrats zu entnehmen. Auch ist es nicht möglich, innerhalb der Strecke zwischen Inbetriebnahme des gereinigten Filters bis zur seiner Verstopfung bzw. Erschöpfung an einem beliebigen Punkt eine Kontrollprobe des Filtrats automatisch zu entnehmen.

Für Ionenaustauscher werden zwar Apparaturen zur automatischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Härtemessung angeboten. Sie erfordern einen hohen Wartungsaufwand und ermöglichen keine weiterreichenden Untersuchungen. Sie liefern zwar Meßwerte, diese lassen sich aber keiner bestimmten Position zuordnen, so daß man letztendlich den Zustand des Filtrats exakt (!) zum Zeitpunkt der Umschaltung nicht kennen kann.

Andere Apparaturen erkennen die nachlassende Austauscherleistung über eine nachgeschaltete Harzsäule. Diese Säule nimmt die durch­ geschlüpften zweiwertigen Ionen auf (im wesentlichen Ca²⁺ und Mg²⁺). Dadurch quellen die Harze naturgemäß auf und so kann man diese Volumensvergrößerung nutzen, um damit ein Schaltsignal auszulösen. Da ein Ionenaustauscher normalerweise kein vollständiges Rückhaltevermögen für die betreffende Stoffart besitzt, erreicht man bei den vorgenannten Methoden immer irgend­ wann irgendeinen Meßwert, der aber keine Aussage über den Lei­ stungsstand des Ionenaustauschers am Endpunkt (!) seiner voreinge­ stellten Zykluszeit bzw. Taktmenge zuläßt.

Die tatsächliche Abscheideleistung von Filtern kann durch den Zustand des Filtrats am Ende der jeweiligen Nutzungszeit= Betriebszyklus erkannt werden.

So hat ein frisch rückgespülter Ionenaustauscher am Anfang ge­ wöhnlich immer die richtige Abscheidung, meist auch weit über die halbe Strecke, aber im unteren Bereich wird es im Laufe der Zeit zunehmend kritisch, weil über die Zeit von außen eingetragenene Verschmutzungen die Tauscherleistung der Harze beeinträchtigen. Wenn die Leistung in Ionenaustauschern stärker als berechnet abnimmt, werden gegen Ende in zunehmenden Maß schädliche Ionen durchgelassen.

Bei mechanischen Filtern liegt das Problem etwas anders. Es fin­ det hier zwar nur ein mechanisches Zurückhalten der Schmutzstoffe statt, aber diese können bewirken (z. B. bei Calziumcarbonaten und Sulfaten, aber auch bei Öl oder klebrigen organischen Substan­ zen), daß das Filterbett verbackt, so daß dieses sich nicht mehr homogen darstellt. Es entstehen Zonen unterschiedlicher Dichte und damit Bereiche, in denen das Filtermaterial sich nicht so verdichten kann, wie es erforderlich ist. Dort läßt das Rückhal­ tevermögen des Filters stark nach, was sich in einer erhöhten Schmutzkonzentration im Filtrat bemerkbar macht. Auch kann sich die Durchlaßweite vergrößern, wenn wie es geschieht, die Filter­ siebe durch Korrosion oder Durchstrecken gröber werden.

So kommt es auch hier darauf an zu wissen, wie das Filtrat vor der folgenden Rückspülung aussieht.

Eine einfache zweckentsprechende Methode zur automatischen Probe­ nentnahme vor der Rückspülung oder an einem wählbaren Punkt der Zyklusstrecke ist nicht bekannt.

Zum Stand der Technik gehört auch noch der Inhalt der Druckschriften DE-A- 31 26 580 und 42 26 445. Die DE-A-31 26 580 beschreibt ein Verfahren zum Steuern der Regenerationseinrichtung für das Ionenaustauschmaterial eines Wasserenthärters, und zwar in der Weise, daß die Regeneration erst dann ausgeführt wird, wenn im allgemeinen kein oder nur wenig enthärtetes Wasser benötigt wird. Eine Probenentnahme ist nicht offenbart. Die DE-A-42 26 445 beschreibt eine Filterreinrichtung, bei der die Reinigung während des Filterprozesses, d. h., während des Betriebs erfolgt. Ein gereinigter Teilstrom und ein mit Schmutz beladener Reststrom werden ständig mit konstantem Verhältnis abgezogen. Eine sich automatisch einschaltende Rückspülung oder Regeneration ist nicht offenbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß sie eine Probenentnahme ermöglichen, deren Zeitpunkt - sei es zum Zeitpunkt der Umschaltung des Filters von Betrieb auf Rückspülung bzw. Regeneration oder zu einem anderen Zeitpunkt - exakt einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung macht es möglich, aus jedem automatisch rückspülenden bzw. regenerierenden Filter am Endpunkt oder an einem beliebig anderen Punkt der Arbeitsstrecke Kontrollproben beliebigen Volumens zu entnehmen, um Veränderungen in der Filterleistung frühzeitig zu erkennen. Das Verfahren ermöglicht auf einfache Weise nicht nur festzustellen, ob die gewollte Qualität des Filtrats auch erreicht wird, sondern auch, ob die eingestellte Kapazität zu hoch oder zu niedrig eingestellt worden ist.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Abscheideleistung von Filtern und Ionenaustauschern zu jeder Zeit und an jedem Punkt der Arbeitsphase durch gezielte Entnahme einer Flüssigkeitsprobe genau bestimmt werden. So kann die Kapazität sehr genau kontrolliert und ausgenutzt und Störungen in der Zusammensetzung des Filtrats vermieden werden.

Das Verfahren eignet sich für alle automatisch rückspülenden bzw. regenerierenden Filter und ist in bestehende Anlagen integrierbar, ohne daß an diesen konstruktiven Änderungen vorgenommen werden müssen oder daß es in den Arbeitsablauf solcher Anlagen störend eingreift.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt es, daß das in der Steuerung eines Filters bzw. Ionenaustauschers die Rückspülung auslösende elektrische Signal nicht direkt auf das betreffende Rückspülventil, sondern in eine Steuerung geführt wird.

Dort startet das Signal ein Programm mit auswählbaren Routinen, wie z. B.:

• a) Bei Rückspülsignal wird das Probengefäß (5) erst entleert und danach befüllt.
• b) Nur auf Anforderung löst das Rückspülsignal die Routine gemäß a) aus. Ansonsten ignoriert die Steuerung alle eingehenden Signale.
• c) Nicht der auf das Rückspülventil wirkende Befehl startet die Steuerung, sondern es ist das Startsignal, das das Filter nach erfolgter Rückspülung wieder in Betrieb nimmt. Eine aus­ wählbare Zeit oder Menge kann eingestellt werden, so daß eine Probenahme an einem beliebigen Punkt zwischen Filterstart und Filtererschöpfung (100% - 0% Kapazität) möglich ist. Die Rou­ tinen für die Entnahme sind gemäß a) oder b).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entnahme von Flüssig­ keitsproben aus automatisch rückspülenden Filtern, zwecks weite­ rer analytischer Untersuchungen. Die Probenmenge kann frei be­ stimmt werden.

Für die Betriebssicherheit von nachgeschalteten Anlagen ist es bei solchen Filtern wichtig, die Qualität des Filtrats zum Zeit­ punkt der Umschaltung zu kennen.

Bei mechanischen Filtern interessieren als Störfaktor im Filtrat die Feststoffmenge und die Partikelgrößen, wohingegen bei Ionen­ austauschern in der Hauptsache die Art und Menge der durchgelas­ senen Ionen einen Aufschluß über die Leistung des Filters zum Zeitpunkt der Probenentnahme geben.

Bei mechanischen Filtern kann so erkannt werden, ob z. B. die Fil­ terschicht gebrochen, oder durch andere Einwirkung die Abscheide­ fähikeit des Filters beeinträchtigt ist.

Bei Ionenaustauschern, wie z. B. Enthärteranlagen ist es von aus­ schlaggebender Bedeutung, die Qualität des Filtrats zum Zeitpunkt der Umschaltung auf Regenerierung sehr genau zu kennen, um z. B. einen sogenannten 'Härtedurchbruch' (zweiwertige Calcium- und Magnesiumionen) exakt mengenmäßig zu erfassen, damit der Zustand der Austauscherharze bekannt wird und so ggf. die Nutzkapazität des Ionenaustauschers neu eingestellt werden kann. In Dampf­ kesselanlagen ist eine häufige Ursache für Kesselsteinablagerun­ gen die unzureichende oder fehlerhafte Funktion der Enthärtungs­ anlage. Aber auch bei anderen Kationen- oder Anionenaustauschern, wie z. B. in der Abwassertechnik ist es erforderlich, die Austau­ scherleistung am Ende der eingestellten Kapazität des Ionenaus­ tauschers zu kennen, um sicherzustellen, daß das Filtrat keine überhöhte Konzentrationen der Ionen enthält, die ja durch den Ionenaustauscher zurückgehalten werden sollten.

Mit dem Verfahren kann in Filteranlagen auf einfache Weise die maximal nutzbare Kapazität pro Arbeitszyklus eingestellt werden. Auf diese Weise wird verhindert, daß Anlagen zu früh oder zu spät rückspülen. Es wird Rückspülmedium in der Form von Wasser und Chemikalien eingespart, bzw. die Qualität des Filtrats insbesondere gegen Ende des Arbeitszyklus sichergestellt.

Die Verfahrensfunktion kann anhand von Ausführungsbeispielen in Ionenaustauschern übersichtlich dargestellt werden.

Fig. 1 zeigt einen einfachen Ionenaustauscher mit einer Harzsäule (1), einer Filtersteuerung (2) und Salzlösebehälter (3). Die verfahrensgemäße Apparatur besteht aus dem Steuerschrank (4), dem Probenbehälter (5) mit Überlaufrohr (6), dem Zulaufventil (7) und dem Ablaufventil (8).

Von der ein Ventil umfassenden Filtersteuerung (2) führt eine elektrische Leitung (9) in den Steuerschrank (4) und eine weitere Leitung (10) zurück in das Steuerventil. Aus dem Steuerschrank führt die elektrische Leitung (11) zum Ablaufventil (8), sowie eine weitere Leitung (12) zum Zulaufventil (7).

Durch eine entsprechende Gestaltung des Steuerprogramms kann über einen Wahlschalter (19) an dem Steuerschrank (4) vorgegeben werden, ob die Probennahme bei jeder Rückspülung erfolgen soll oder nur auf Einzelanforderung.

Ebenfalls kann über den Wahlschalter (19) vorgegeben werden, dass die Filterrückspülung erfolgen soll, ohne dass zuerst eine Probe entnommen wird, sondern dass durch Vorgabe einer Zeit auf der Zeituhr (17) die Probennahmezu einem späteren Zeitpunkt erfolgt. Ebenso kann über den Wahlschalter (19) und Auswahl einer Vorgabemenge über den Wähler (16) bestimmt werden, dass die Probennahme erst nach Durchlauf einer bestimmten Menge Wassers erfolgt. Die Wasserprobe wird aus der Reinwasserleitung (18) nach dem Filter entnommen.

Fig. 2 zeigt eine Anlage ähnlich Fig. 1 aber als Doppelanlage mit zwei Harzsäulen. Die Probengefäße, Ventile und Steuerleitungen sind hier natürlich doppelt ausgeführt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Entnahme von Flüssigkeiten als Kontrollproben aus automatisch rückspülenden oder sich regenerierenden Filtern (1) mit einer Filtersteuerung (2), dadurch gekennzeichnet,
daß das der Einleitung der Rückspülung oder Regeneration dienende Steuersignal der Filtersteuerung (2) zunächst über ein Kabel (9) einem Steuergerät (4) zugeführt wird, welches Bestandteil eines Probenentnahmegerätes (4, 5, 7, 8) ist,
daß der eingehende Steuerbefehl, geleitet über einen Wahlschalter (19), im Steuergerät (4) wählbare Routinen eines Probenentnahmeprogrammes auslöst und
daß das Steuersignal danach über ein Kabel (10) wieder in die Filtersteuerung (2) zurückgeführt wird und dort die Rückspülung oder Regeneration auslöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal im Steuergerät sofort eine Probenentnahme auslöst und daß es nach Ablauf der Probenentnahme zur Filtersteuerung (2) zurückgeführt wird und die Rückspülung oder Regeneration auslöst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Probenentnahme in die Zukunft nach der Rückspülung verschoben wird, indem das über das Kabel (9) eingehende Rückspülsignal über den Wahlschalter (19) eine Mengenzählroutine startet, indem ein Mengenzähler (15) aktiviert wird, dessen Zählmenge über einen Vorwähler (16) bestimmt und der durch einen Mengenmesser (14) angesteuert wird, so daß nach Erreichen der eingestellten Menge die gewählte Routine der Probenentnahme abläuft, wobei der über das Kabel (9) angekommene Rückspülbefehl über das Kabel (10) sofort wieder in die Filtersteuerung (2) zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das über das Kabel (9) eingehende Rückspülsignal eine Zeituhr (17) starten kann, auf der die Zeit eingestellt wird, nach deren Anlauf die gewählte Routine der Probenentnahme ablaufen soll, wobei der Rückspülbefehl über das Kabel (10) sofort zu der Filtersteuerung (2) zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuergerät (4) beliebig viele Filter (1A, 1B) überwacht und beliebig viele Probeentnahmegefäße (5A, 5B) befüllt werden können.

6. Für die Durchführung eines Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 bis 5 geeignetes Probenentnahmegerät (4 bis 8) für einen in eine Flüssigkeitsleitung (18) eingeschalteten, mit einer Filtersteuerung (2) ausgerüsteten Filter (1), dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Steuergerät (4) ausgerüstet ist, das über zwei Kabel (9, 10) mit der Filtersteuerung (2) verbunden ist, von denen eines (9) der Zuführung des ein der Rückspülung des Filters (1) einleitenden Steuersignals zum Steuergerät (4) und das andere - nach der Auslösung einer Routine - der Rückführung dieses Signals zur Filtersteuerung (2) dient.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer einstellbaren, der Verzögerung des Steuersignals dienenden Zeituhr (17) ausgerüstet ist.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Mengenzähler (15) und mit einem diesem zugeordneten Vorwähler (16) ausgerüstet ist.

9. Gerät nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Wahlschalter (19) ausgerüstet ist.