DE1963087A1 - Verfahren zum Entmineralisieren von Wasser - Google Patents

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W, EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN

PA-TBNTANWAIiTB D-8000 MÖNCHEN 80 ■ MARIA-THERESIA-STRASSE 6 ■ TELEFON (0811) 441061 ·. :

028

Grane Go.

Chicago /111, - USA

Verfahren zum Bntmineralisieren von Wasser

Bel den bekannten Entmineralisierungsverfahren wird das Wasser der Reihe nach auf verschiedene Arten durch Kationenaustauscherharz- und Anionenaustauscherharzbetten geleitet· Es wird auch durch gemischte Betten derartiger Kationen- und Anionenaustauscherharze geleitet, bei welchen letzteren Betten zur wirksamen Regenerierung die Auftrennung der Harze erforderlich ist. Sie bekannten Verfahren sind jedoch im allgemeinen nicht besonders wirkeam, da sie die Verwendung von Regenerierungsmitteln Im beträchtlichen Überschuß Über die stöchiometrisch benötigten Mengen erfordern. Man kann durch sie auch nioht die höchste Qualität

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des entmineralisierten Ausströme erhalten, wenn sie in 'ihrer ü'orm einfach sind. Bessere Qualitäten erfordern .im allgemeinen relativ aufwendige und teuere Vorrichtungen und Verfahren und sind außerdem mit einem beträchtlichen verlust von Wasser verbunden. Insbesondere sind dann Ausfälle aufgetreten, wenn die Qualität des zu behandelnden Wassers der zusammensetzung nach nicht unerheolichen Schwankungen unterworfen war und wenn mit unterschiedlicher J'ließgeschwindigfceit gearbeitet wurde.

Gemäß der Erfindung wird das zu entmineraiisierende Wasser erst durch eine Katioiienaustauschereinheit geleitet, welche ein Paar Kationenaustauscherharze enthält, wovon das eine schwach sauer und das andere stark sauer ist. Hierauf wird das Wasser durch ein gemischtes Bett geleitet, welches aus sowohl schwach und stark basischen Anionenaustauscherharzen als auch aus einem stark sauren Kationenaustauscherharz besteht. Zur Regenerierung des Kationenaustauscherharises werden die Bestandteile des gemischten Bettes in zwei !eile aufgetrennt, wovon der eine das stark saure Kationenaustauscherharz und der andere das Anionenaustauscherharz darstellt. Ein saures Regenerierungsmittel wird dann zuerst durch das abgetrennte Kationenaustauscherharz und hierauf durch die Kationen-" austauschereinheit geleitet« Die Regenerierung der Anionenaustaugeherharze wird durch Alkali vorgenommen. Gespült wird durch Durchleiten von Wassar durch die Kationenaue tauscher einheit und hierauf durch die Anionenaustau- scherharsse, jedoch mit Ablenkung von dem abgetrennten Kationenaustauscherharz· Die Harze in der zweiten Einheit warden dann zur Betriebsperiode vermischt₃

Im nachfolgend®!^ ^ird auf als «aiohmmgßß Besug genommen

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ORIGINAL INSPECTED

Pig. 1 ein Fließschema, welches Vorrichtungen und bestimmte Sturen des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht und

Pig. 2 ein ähnliches Fließschema, das besonders mit den Jiegenerierungsstufen des Verfahrens in Beziehung steht.

Die .figuren 1 und 2 sollen eine bevorzugte Ausführungsxorm der Erfindung zeigen. Die beiden Figuren werden verwendet, um die Unterschiede der Anordnung von bestimmten Harzen während der verschiedenen Stuxen des Betriebs aufzuzeigen.

In jfigur 1 stellt 2 eine Kationenaustauschereinheit dar, welche aus einem l'anfc herkömmlichen Typs oesxeht, der mit einem perforierten Boden 4 (,beispielsweise einem Sieb) versehen ist, der so angepaßt ist, daß er ein Bett aus Kationenaustauscherharzen tragen kann. Zur folgerichtigen Beschreibung einer ersten Modifikation soll angenommen werden, daß das Bett aus zwei gemischten Kationenaustauscherharzen besteht, wovon das eine stark sauer und das andere schwach sauer ist. (Wie später gezeigt werden wird, kann die Erfindung durchgeführt werden, indem man diese Harze durch Schichten während der Betriebsperiode getrennt hat.)

Was in erster -Linie als eine Anionenaustauschereinheit wirkt, ist bei δ angegeben. Ss handelt sich auch hier um einen Sank, der mit einem perforierten Boden 10 versehen ist, der dazu dient, ein Harzbett 12 zu tragen, welches im Falle gemäß Figur 1 aus der Mischung dreier Harze besteht t Einem stark basischen Anionenaustausoherharz, einem schwach basischen Anionenaustauscherharz und einem stark sauren Kationenaustauecherharζ. Obgleich diese Harze ver-

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mischt sind, wenn das Bett im Betrieb ist, ist das Gemisch •nicht notwendigerweise homogen, so daß in Wirklichkeit das Kationenaustauscherharz hauptsächlich nur in den mittleren und unteren Teilen des Bettes vorliegt, während der obere Teil hauptsächlich nur die Anionenaustauscherharze enthält. Diese Situation ist durch die gepunktete Schraffierung angezeigt, die sich von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite in der Mitte und den unteren Teilen des Bettes erstreckt und die den Kationenaustauscherharz-Gehalt des Bettes darstellt. Diese Richtung der Schraffierung wird folgerichtig für das Kationenaustauscherharz verwendet, während eine Schraffierung von der oberen linken Seite zur unteren rechten Seite für ein Anionenaustauscherharz verwendet wird.

In Figur 2 ist die Kationenaustauscherflinheit die gleiche wie in Figur 1. Jedoch ist in Figur 2 die Anionenaustauschereinheit so dargestellt, daß sie aus den getrennten Betten H und 16 besteht, wovon das erstere aus den Anionenaustauscherharzen besteht, während das untere Bett 16 hauptsächlich aus dem starken Kationenaustauscherharz besteht. An der Oberfläche der Grenzfläche zwischen den beiden Harzen nach ihrer Aufschichtung ist eine Ausflußverbindung 18 angebracht, welche herkömmlicherweise aus Rohren besteht, die mit Perforationen versehen sind, die genügend klein sind, um das Ausströmen der Harzteilchen zu verhindern. Die Ausflußverbindung ist in Figur 1 gezeigt. Sie spielt jedoch bei den Betriebsstufen, auf die sich diese Figur bezieht, keine Rolle.

Vor der weiteren Beschreibung der Betriebsstufen sollen noch die Verbindungen betrachtet werden. Diese sind in erster Linie eher in ihrer funktioneilen Wirkung dargestellt, als in der offensichtlichen strukturellen Anordnung, die in der Praxis zu einer Wirtschaftlichkeit von

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Rohren und Ventilen führen würde. Sämtliche Verbindungen sind mit Ventilen gezeigt. Diese können in üblicher Weise zn Offen- und Sperrstellungen programmiert sein.

Eine Rohwasserverbindung 20 führt zum Zopf der Kationenaus tauscher einheit 2, von derem Boden eine Verbindung 22 zu dem oberen Ende der Anionenaustausehereinheit 8 führt. Eine Becriebsverbindung 24 führt das entmineralisierte Wasser zu dem Punkt des Gebrauchs. Um die Vermischung der Harze in der Einheit 8 zu gewährleisten, ist bei 26 die Einleitung von Luft vorgesehen, welche bei 28 wieder austritt.

In der Jj'igur 2 werden die Verbindungen gezeigt, die in erster Linie beteiligt sind, wenn die Aufschichtung der Harze in der Einheit 8 vorgenommen wird oder bei der Regenerierung verwendet wird. Eine Rückwaschverbindung 30 führt zu dem unteren Ende der Einheit 2. Der Rückwasch wird durch die Verbindung 32 am Kopf dieser Einheit zur Verwerfung weggeführt. Eine ähnliche Rückwaschverbindung 34 führt zu dem unteren Ende der Einheit 8, wobei die Wegführung bei 36 vorgesehen ist.

Der Eintritt der Säure zur Regenerierung findet bei 38 statt. Die Austragung der Fggenerierungssäure erfolgt durch die Verbindung 18 ur.d aie darauf folgendes Leitungen 40 und 42 in den Kopi' der Kationenaustausehei^iiiheit 2« Eine Säureabfali-Leitung ist bei 44 gezeigt. Dies© i'üßri· im allgemeinen im tJntersohied zu den anderen Abisll-Itsi« tungen_f die direkt in einen Abwasserkanal münden« zül einer Aufnahmeeinricntung« Ein alternativ erfolgender Jtefwärtß« strom der Säure durch aie Einheit 2 ist äurafe aie Leitung 45 vorgesehen. Wenn dieser Strom stattfindet, dann fließt aie verbrauchte Säure durch die Verbindung 47 nßcfe ai

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Wie hiernach noch genauer dargestellt werden wird, wird bei 46 Gegenstromwasser in den oberen Teil der Anionen- ·, austauschereinheit 8 eingeleitet, das die nach außen durch die Verbindung 18 fließende Säure trifft.

Es ist eine Spülwasserverbindung 48 gezeigt, die zum Kopf der Kationenaustauschereinheit 2 führt. Diese Verbindung ist als γόη der Verbindung 60 rür das Eohwasser getrennt gezeigt, welche ihrerseits wieder von der Verbindung 20 in Pig. 1 getrennt gezeigt ist, obwohl alle drei aus einer einzigen Verbindung bestehen können. Spül wasser, das nur eine geringe Menge säure enthalten kann, ™ kann durch die Leitung 50 zur Verwertung geführt werden, obwohl aie ursprüngliche Spülung, dia säurereicher ist, nach außen durch die Verbindung 44 fließen kann. Sine Abfallverbindung 52 ist auch am Boden der Anionenaustausehereinheit 8 vorgesehen.

In dem Kopf der Anionenaustauschsrsisfeeit 8 ist der 3?laß des Aikaliregenerierungsmittsls bei 54 vorgesehen* Der Alkaliabfall fließt aus der Verbindung 18 durch die in Serie geschalteten Leitungen 40 waü 55· Ss ist auch eine sweite Abfallverbindung 56 τοη te Verbindung 18 vorgesehen, die zu einem Abflußkansl führen kann* währsod * Älkaliafcfallverbindung 55 zu einem Sank fVts* iie sation von Säureabfall oder für i2,rm snüers Yerwecclusg führ©E. kar-ae Während £er Eegtrierieriung sit llkali bei 5& iß asu BoStE der Einheit S Tasses Ie S eingeleitet»

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Ein kompletter Zyklus von dem eben beschriebenen geht folgendermaßen vor sich:

Die Kationenaustauschereinheit enthält ein stark saures Kationenaustauscherharz, wie Rohm und Haas IR-120 oder 122, Dow HGR, HDE oder HGE oder Duolite 0-20 und ein schwach saures Kationenaustauscherharz, wie Rohm und Haas IRO-50 oder IEO-84· oder Duolite 003. Bei dieser ersten Beschreibung kann angenommen werden, daß diese Harze entweder vollständig oder teilweise miteinander vermischt sind. Die Beschreibung der Aufschichtung soll später geschehen.

In der Anionenaustauschereinheit 8 kann das schwach basische Anionenaustauscherharz Rohm und Haas IRA-93 oder dergleichen sein, während das stark basische Anionenaustauscherharz Rohm und Haas IRA-402 oder Dowez SBR-P oder ein anderes Anionenharz des Typs I sein kann. Das stark saure Kationenaustauscherharz kann vom selben !Typ sein als das in der Einheit 2. Gemäß der Erfindung sind die Anionenaustauscherharze und die Kationenaustauscherharze so, daß beide der Anionenaustauscherharze eine wirksame Dichte haben, die geringer ist als diejenige des Kationenaus taus cherhar ze s, so daß eine Aufschichtung vorgenommen werden kann, um eine gute Abtrennung des starken Kationenaustauscherhaztres als untere Schicht vorzusehen.

Zunächst soll angenommen werden, daß die beiden AnionenauBtauecherharze im wesentlichen vermischt bleiben, obwohl, wie später herausgestellt werden wird, eine Aufschichtung dieser.Harze gleichfalls bewirkt werden kann. In jedem falle Bind während der Betriebsperiode sämtliche Harze Miteinander vermischt, wie es in Figur 1 angegeben ist, obgleioh das Gemisch durch die ganze Einheit hindurch nicht gleichförmig sein kann, wobei das Kationenaustauscher-

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harz im unteren Teil der Einheit mehr konzentriert sein kann, während im oberen Teil, wenn überhaupt, nur wenig Kationenaustauscherharz vorliegen kann.

Gemäß Figur 1 findet die Entmineralisierung des Eohwassers, das bei 20 eintritt, durch ein der ReihÜPSurch die zwei Einheiten erfolgendes Uach-unten-Strömen statt, wobei das Wasser bei 24 zugegeben wird und es vom Boden der Einheit 2 durch die Verbindung 22 zum Kopf der Einheit 8 gelangt. Alle anderen Verbindungen sind zu dieser Zeit geschlossen. In der Kationenaustauschereinheit 2 werden in erster Linie die Kationen entfernt. Die Anionen werden in der Einheit 3 durch die .Anionenaustauscherharze entfernt. Irgendwelche restlichen Kationen, die von der alkalischen Regenerierung der Anionenaustauscherharze berührende Hatriumipnen einschließen können, werden durch das starke Kationenaustauscherharz innerhalb der Einheit 3 wirksam entfernt. Wie später hervorgehen wird, wird dieses Kationenaustauscherharz sehr gründlich durch die Säure regeneriert, so daß es eine sehr hohe Kapazität für die Entfernung restlicher Kationen besitzt. Durch diese Wirkung wird das Wasser tatsächlich "poliert", d.h. es werden auch die letzten Spuren von Kationen daraus entfernt.

Wenn die Regenerierung notwendig ist, dann wird die Betriebsperiode abgebrochen und die beiden Einheiten werden rückgewaschen. Das Rückwaschwasser tritt in die Kationenaustauschereinheit bei 30 ein und kann bei 32 zusammen mit entferntem Schmutzstaub zur Verwerfung ausgetragen werden. Da die Auftrennung der Kationenaustauscherharze während der im Abwärtsstrom erfolgenden Regenerierung nicht erwünscht .ist, sollte dieser strom so durchgeführt werden, ohne daß eine Aufschichtung stattfindet·

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Der abgetrennte Rückwasch tritt in die Anionenaustauschereinheit bei 34 ein und fließt bei 36 zum Abfall ab. Das Rückwaschen wird so durchgefünrt (in herkömmlicher Weise durch Kontrolle der tfließgeschwindigkeiten), daß nach dem Ende des Rückwaschbetriebs die Harze durch unterschiedliches Absetzen aufgeschicntet sind, wie es in Jj'igur 2 gezeigt isu. Ein Minimum des starken Kationenaustauscherüarzes wird dazu verwendet, die gewünscnten Ergebnisse der üoehreinigung zu gewährleisten. Es wurde gefunden, daß in der Praxis das Kationenaustauscherharz in der geschichteten Position nur etwa 45,72 cm tief zu sein braucht. Die Menge dieses Harzes und die Anordnung der Auslaßveroindung 18 sind miteinander so abgestimmt, daß die obere u-renzfläcne des Kationenaustauscnerharzes im wesentlichen, wie es in der Pigur 2 gezeigt ist, bei der Verbindung 18 liegt, wooei die (irenzflache in der Praxis nicht scharf definiert ist.

Nach der Vervollständigung des RÜckwaschens und der Aufschichtung ist das System zur Regenerierung der Kationenaustauscherharze durch Säure fertig. Als solches wird gewöhnlich Schwefelsäure verwendet, obwohl auch andere Säuren eingesetzt werden können.» wie Salzsäure ₉ Salpetersäure etc. Die Regenerierusigssäuri Sei. 38 ein,, fließt durch die Schicht des st-, :jkan Kationenaustausoliss'liar-ses bei 16 und dann nach si".i·--" durch die Verbindung IC- uiüi (in einem Alternativ-E&ir-isb) durch dia Verbiii-i^ii^ü 40 und 42 in das obere Er4« d$r Einheit 2 und flisl^ ::::^'-_: unten durch die Kati^aamu-staugeirierim:;;^ bei 6 u:v·-'. ¹V:*:./^ durch die Säureabf allverl^ndiirig 44 nach außen &~-ί:~..-. ^v τ* verhindern, dai3 äea oiia^eregoiierierungsmittel Il. ;/3:.: He.^:λ''^ teil der AnionenauatRu"&ch<j:pharze gelangt» wird scik_; 45 Gegenstromwasser eingeleitet ι ua nach unten. &m?m fii^ Anlonenauetauscherhar^e zu fließen und hierauf M&da 0.UL-/.

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durch die Verbindung 18, wobei es die strömende Säure trifft. Durch diese Anordnung wird nur ein geringerer •!Teil der Anionenaustauseherharze mit der Säure behandelt. Wie hervorgehen wird, wird dieser geringere Teil des Anionenaustauscherharzea während der Betriebsperiode mit dem vermischt, das nicht angegriffen ist.

Andererseits, was bevorzugt wird, wird das Säureregenerie rungsmittel von der Verbindung 18 durch die Verbindung 45 zum Aufwärtsstrom durch die Einheit 2 geleitet und tritt bei 47 aus, wobei die weiteren Bedingungen wie eben beschrieben sind.

Es ist offensichtlich, daß das starke Kationenaustauscher harz 16 gründlich regeneriert wird, da es mit großen Mengen frischer Säure im Vergleich zu seiner Menge, die auf einem Minimum gehalten wird, in Berührung kommt. Es ist daher letztlich dazu fähig, auch die letzten Spuren /on Kationen zu entfernen· Dia Katicnenaustauscher.harze in der Einheit 2 werden gleio&faXls wirksam regeneriert, obwohl es nicht so notwendig ist, eine Tollständige Eegeaarierung zu bewirken, weil während öer Betriebsperio^Q das Kationenaustauscherhapz in dem ^©sisehten Bett die restlichen Kationen abfangen unö estfcysan kann* £er Bineatg einer bsseferäslrfees li^gs ύοά Hs^ssü "bringt ^iss? aueh bsi

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einheit zu bewirken.

nachdem die gewünschte Regenerierung bis zu dem gewünschten Ausmaß vervollständigt worden ist, wird der Zustrom der Säure abgeschaltet und die Verbindungen für die Wasserspülung folgendermaßen eingestellt?

Das Kationenharz in dem Tank 8 wird dadurch gespült, daß. Spülwasser bei 63 eingeleitet wird, welches bei 18 herausfließt und durch 42 (oder 45) in den Tank 2 gelangt. Dieses Wasser dient auch als langsame Spülung zur Verdrängung der Säure aus der Kationeneinheit 2. Am Ende der Verdrängung der säure wird das Kationenharz in dem gemischten Bett 8 teilweise gespült. Ein weiteres Spülen wird durch den Betrieb mit dem Gegenstromwasser während der unten beschriebenen, darauffolgenden Einführung von Alkali erzielt.

Die Kationenaustauschereinheit wird schließlich durch Wasser gespült, welches bei 48 eintritt und bei 50 zum Abfall geleitet wird, oder anfänglich bei 44· Dieses Spülen kann während der darauffolgenden Regenerierung der Anionenaustauschereinheit 8 fortgesetzt werden.

Die Regenerierung der !!!ionenaustauscherharze wird durch die Einführung von Alkali bei 54 bewirtet. Dieses fließt durch die Verbindung 18 und die Verbindungen 40 und 55 zu dem Punkt zur Zugebe zum Alkaliabfali nach außen, während zurgleichen Zeit Gegenstromwasser in das untere Ende des Tanke bei 48 eingeleitet wird, um nach oben durch die Leitung 18 zu strömen und das ausfließende Alkali zu treffen. Durch die Verwendung dieser Anordnung wird eine Sehrankenbedingung erzielt, die das Alkali von dem Kationenaustauscherhorzbett 16 weghält.

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Die Verdrängung des Alkali und die langsame Spülung der Anionenaustauschereinheit 8 kann dadurch bewirkt werden, daß der Wasserstrom bei 46 eingeleitet wird, wobei die Abfallverbindung von 18 bei 56 geöffnet ist. Dieses entfernt das restliche KaOH, welches in irgendwelchen Anionenteilen aar getrennten Betten vorliegt.

Nach der Vervollständigung der Regenerierung und der langsamen Verdrängung und der Spülung der Anionenaustauscherharze kann eine schnelle Spülung erzielt werden, indem die Verbindungen so angeordnet werden, daß Rohwasser durch ^ die Leitung 60 am oberen Ende der Kationenaustauschereinheit eintritt, um nach unten durch das Bett 6 zu fließen und dann durch die leitung 62 zum Kopf der Einheit 8 bei 64» mit Ausfluß durch die Verbindung 18 und hierauf durch die Verbindung 56 zum Abfall. Während dieses SpüTbetrieos wird der Wasserfluß durch die Veroindung 58 fortgeführt, um den Eintritt von irgendwelchem AlKaIi in d as starke Kationenaustauscherharz oei 16 zu verhindern, wobei das Gegenstromwasser aas Spülwasser bei der Verbindung 18 trifft.

Der letzte Spülzyklus wird aurchgefünrt, um ein Komplettes . Spülen der beiden Einleiten zu gewänrleisten. Die Harze " sind nun in der erforderlichen Bedingung, um dem Entmineralisierungsbetrieb wieder zugeführt zu werden. Vor der Betriebsperiode wird jedoch das in Figur 1 veranschaulichte gemischte Bett wieder hergestellt, indem der Wasserstrom abgebrochen wird und bei 26 Luft zum Aufwirbeln eingeführt wird· Diese wird bei 28 wieder abgelassen. Nachdem ein genügender Luftstrom vorgesehen ist, um die gewünschte Vermischung (auf die vorstehend Bezug genommen wurde) zu erzielen, ist die gesamte Vorrichtung in der notwendigen Bedingung für die Wiederaufnahme der zuerst be-

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sohriebenen Betriebsperiode.

Die Vorteile des eben beschriebenen Vorgehens sind folgende :

Zunächst bestehen beträchtliche Einsparungen hinsichtlich der für die Regenerierung verwendeten Säuren und Alkalien· Weitere Einsparungen bestehen im Hinblick.auf die Menge des Abfallwassers· In typischer Weise wurden diese Gesichtspunkte wie folgt festgestellt:

Bei der Behandlung von Wasser, welches 100 bis 500 !eile pro Million gesamt gelöste Feststoffe (folgerichtig hierin als Calciumcarbonat berechnet) enthielt, konnte ein Ausfluß erhalten werden, welcher nur 0,1 bis 1,0 ppm gesamt gelöste Feststoffe enthielt· Pur diese aufeinanderfolgenden Beispiele betrug das bei der Regenerierung eines Zyklus verworfene Wasser 4 i» bzw. 19 # des behandelten Wassers. Zur Regenerierung von 64,8 g gesamt gelöste Feststoffe wurden etwa 0,08 bis etwa 0,09 kg Schwefelsäure benötigt, was 128 bis 150 $> der theoretischen stöchiometrischen Menge beträgt. Der Aufwärtsstrom der Regenerierungssäure in der Kationenaustauschereinheit 2 ermöglicht üblicherweise, via beschrieben, die Verwendung von weniger Säure für eine bestimmte Zusammensetzung -οώ Rohwassers·

Im Falle eines alkalischen legenerierungsmittelg zur Regenerierung pro 64_f8 g gesamt gelöste Fest etwa 0,08 bis etwa Ö_s09 kg Matriumhydroxyd ode?? ern^ if6 bis 160 5ί der theoretischen Menge nötig. Im Ve:?^l3l;h su bekannten Verfahren ©teilen diese Werte wasent3...· : ^?*- eparnisse eowohl des Abfallwaasers als euoh ά&τ Pä^c^t!

rungemlttel dar«

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Sin weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die hohe !Toleranz gegenüber schwankenden Zusammensetzungen .des eintretenden Wassers und dessen Fließgeschwindigkeit dar, wodurch eine sehr hohe Qualität des Ausflußes und dementsprechend eine gute Flexibilität der Betriebsbedingungen erzielt wird.

Die vorstehenden Vorteile werden demgemäß bei einfachen Vorrichtungen gewährleistet, wodurch zur Herstellung von entmineralisiertem Wasser mit hoher Qualität nur geringe Investitions- und Betriebskosten notwendig sind.

Die für die Regenerierung verwendete Alkalimenge ist sehr niedrig und beträgt etwa 0,91 bis etwa 1,4 kg KaOH pro

•2.

28,3 dar gemischte Anionenharze.

Die für die Regenerierung verwendete Säuremenge ist sehr niedrig und liegt in der Gegend von etwa 0,68 bis etwa 1,13 kg Schwefelsäure pro 28,3 dm^ in beiden Einheiten enthaltene Gesamtkationenaustausenerharze. Wenn man nur das Kationenaustauscherharz in der Ani'mena us tauscher einheit (das die Säure zuerst bekommt) in. Betracht zieht, dann ist die auf diese kleinere Menge bezogene Dosierung' ziemlich hoch, nämlich z.B. 2,5 bis 4 mal so hoch wie ψ normal. Diese höhere Dosierung gewO^-Leistet jedoch Wasser mit hofeer Qualität daraus, si» qs in dss gemischten Bett enthalten ist₉ Jadoch wirci £if- r-se "Gliche Säurs ame diesem besoMsx-en K&tionenausväucr-'isr.haa's hisraiif fsst ■T^llstliaiig Ie elsa? Ea-sioiieneisiisi; r-^enürs*

meta? el

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schiebt bilden, welche etwa 45,7 cm tief sein kann. Diese Tiefe stellt etwa die unterste praktische liefe dar, die mit einer angemessenen Abtrennung und einem angemessenen Betrieb vereinbar ist.

Wenn die Menge der Eegenerierungssäure zu stark eingeschränkt ist, z.B. unterhalb 0,68 kg pro 28,3 dm , dann würde eine sehr hohe Säure-wirksamkeit erhalten werden, doch leidet die Kapazität des Anionenaustauschers des gemischten Betts im gewissen Maße, was auf die Abwesenheit von freier Mineralsäure, die sich in der Kationenaustauschereinheit ausbildet, zurückzuführen ist. Demgemäß wird die Säuredosierung gewünschterweise in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des.zu behandelnden Wassers so eingestellt, daß gewährleistet wird, daß genügend Säure eingesetzt wird, um in den letzten Teilen der Betriebsläufe einen Gehalt an freier Mineralsäure zu bewirken. Ein im wesentlichen freier Mineralsäuregehalt ist aus den folgenden Gründen erforderlich:

Das schwach basische Anionenaustauscherharz, wie IRA-93» im gemischten Bett ist nur dazu fähig, freie Mineralsäure zu entfernen, während das stark basische Anionenaustauacherharz, wie IBA-402, dazu imstande ist, freie Mineralsäure alt niedriger Wirksamkeit zu entfernen. Wenn es daher gewünscht wird, die höchstmöglichste Wirksamkeit des Anionenaustauscherharzes oder die höchstmöglichste Wirfcsaaicelt der Alkalien im Anionenabschnitt des gemischten Bette zu haoen, dann muß von der Kationeneinheit etwas frei« Mineralsäure vorhanden sein. Dies wird durch die Verwendung sowohl von schwachen als auch von starken Kationsnhsxsen in der Kationeneinheit vorgesehen. Si· Verwendung von nur einem Harz mit Carboxylgruppen

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würde eine sehr hohe Säurewirksamkeit ergeben, würde jedoch für die Erzielung einer hohen Anionenaustauscher- oder Alkalien-Wirksamkeit nicht geeignet sein. Das Harz mit Carboxylgruppen, das schwach saure Kationenaustauscherharz ist erforderlich, um zu helfen, daß etwas der Abfallregenerierungssäure absorbiert wird, da es während der Regenerierung zur Absorption der Säure wirksamer ist. Auf der anderen Seite, wenn das Wasser überhaupt nicht alkalisch ist, dann ist dieses Harz unwirksam. Daher soll· te zu einem gewissen Ausmaß das Verhältnis des schwach sauren.Kationenharzes zu dem stark sauren Kationenharz entsprechend der Alkalinität des eintretenden Wassers eingestellt werden. Es liegen Anzeichen dafür vor, daß gewünschterweise das schwach saure Kationenharz etwa ein Viertel bis die Hälfte des Kationenaus~bauscherharz-Gemisches betragen sollte. So sollte z.B. bei einem alkalischen Rohwasser in der Gegend von einer 30 #igen Methylorange-Alkalinität das schwach saure Harz etwa 7,5 bis 15 fi des G-esamtkationenaustauscherharzes in der Kationenaustau3chereinheit betragen. Wenn das Wasser nur sehr wenig oder keine Alkalinität hat, dann ist kein schwach saures Kationenharz erforderlich.

Nunmehr sollen weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt werden.

Zum ersten kann, obgleich der Strom des Säureregenerierungsmittels durch das abgetrennte Harz 16 (Pigur 2) als aufwärts beschrieben worden war, der Fluß dieses Regenerierungsmittel8 auch nach unten gerichtet sein, d.h. die Säure kann bei der Verbindung 18, die als Verteilungseinrichtung wirkt, eintreten und kann nach unten durch da· abgetrennte starke Kationenaustauscherharz fließen und kann dann zum Kopf (oder dem Boden) der Kationenauetauschereinheit 2 gelangen, unter Einleitung von Gegenetroa-

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wasser oei 46, um die Säure aus den Anionenaustauscherharzen berauszuhalten, wobei das Wasser die Säure am Boden des Anionenaustauscherbettes trifft. Dieses Ergebnis ist demjenigen gegenüber gleichwertig, welches durch den bereits beschriebenen Fluß des Regenerierungsmittels gewährleistet wird.

Bis jjetzt wurde auf ein Gemisch der Kationenaustauscherharze in der Austauschereinheit 2 Bezug genommen. Die Vermischung der Kationenaustauscherharze während der Regenerierung ist erwünscht, weil das starke Säureregenerierungsmittel, welches in den Kopf dieser Einheit einströmt, das stark saure Kationenaustauscherharz anfänglich treffen soll, selbst wenn dieses mit dem schwach sauren Harz vermischt ist. Jedoch kann während des Flußes bei der Betriebsperiode, die Auftrennung dieser Harze einen geringen Vorteil mit sich bringen wenn das schwach saure Kationenaustauscherharz sicii am Kopf baflädst c ''?nn somit getrennte Betten verwendet werden, dann sollte das schwach saure Harz eine geringere wirksame Dichte besitzen, um die obere Schicht zu bilden. Die Auftrennung kann nach der öäureregenerierung vorgenommen werden, indem man Wasser nach oben durch die Austauschereinheit 2 strömen läßt und die Fließgeschwindigfceit so kontrolliert, daß das wirksam schwerere Harz sich zuerst absetzt. Die Bezeichnung "wirksam schwerer" bezieht sich auf die gewöhnlichen Bedingungen* Ein Harz, welches eine höhere tatsächliche Dichte besitzt und das aus größeren Teilchen gebildet iat, βοΐίίΐ Bich schneller zu einer Schicht ab_? als ainas mit geringerer Diente und mit kleineren Teilcnen« Solbst wenn die Harze von im wesentlichen üsr gleiehan wirkiiohan Dichte sind, können die Teiicbengrößen die Abaebaimg und aio Bildung äev Schichten bear. .Unman, idf.- να i*ak ^ ho ι\ύ ο η ^T|ia- : .-.iiiiti oiv/ünsöh S₉ v/yim ύαν lilvom bit -λ-'-ϊ- }Uj , cLqbn -

BAD ORIGINAL

Periode nach unten gerichtet wird, obwohl eine umgekehrte Bedingung in Betracht käme, wenn der Strom nach oben gerichtet ist. Ss ist offensichtlich, daß mit Ausnahme der physikalischen Behandlung entweder eine aufwärts oder abwärts gerichtete Betriebsperiode in Betracht kommt, obwohl zum Zweck der bequemen Bückspülung und Entfernung von Schmutz ein abwärts gerichteter Strom mehr erwünscht ist.

Mit den getrennten Kationenaustauscherharzen und den stärkeren, die die untere Schicht bilden, sollte die Regenerierung durch Aufwärtsstrom der Säure erfolgen, wie es beschrieben wurde.

was die Anioneneinheit angeht, so ist, wie bereits beschrieben wurde, die Vermischung der Hayae während der üetriebsperiode erwünscht, obwohl tür einen optimalen Bexrieb Vorsichtsaialsageln getroffen werden sollten, um zu gewährleisten, fiaB mindestens ein größerer Teil des Kationenaustauscherharzes sich im unteren Teil des jje-ctes Definden, wobei es relativ unwichtig ist, ob das Kationenaustauscheriaarz in den obersten Teilen des gemischten Bettes vorliegt. Ss kann jedoch eine gewisse Trennung der Anionenaus-üauseherharze vorliegen. In diesem j'ali sollte das schwach basische Anionenharz am Kopf des Bettes sein, und zwar mit geeigneter Wahl der Dichten und Größen der Anionenaustausoherherse. Bin geringer Vorteil wird erreicht, wenn das schwach basische Anionenharz als erstes von der freien Mineralsäure erreicht wird, die von der Kationenaustauschereinheit kommt. Um die Trennung zu gewährleisten, kann nach der Regenerierung, Spülung und Vermischung eine weitere Stufa durch einen Rückwaschstrom n&ofa olsan von der Grenz-CLaoiieTorbindung 18 durchgeführt ^sidatu Dies kann den ">iiiH;8ii ¹JoIl das achwach basiyohca Harzes au dam Kopf rM ;,»!;&L-r!.'nu, JoiUKih b-ji '/emvenclim.* -O.-vj schwach !muisohun

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BAD OBiGIMAL

Luftvermischung in dem Sank 8 im allgemeinen eine halbgemischte, teilweise geschichtete Bedingung, die zur Entmineralisierung der se isten Wässer ziemlich wirksam ist.

Zwischen die Kationen- und Anionen-Einheiten kann während der Betriebsperiode eine Vakuum-Entgaseinrichtung oder eine Entkohlungseinrichtung eingesetzt werden. Biese entfernt das freigesetzte Kohlendioxyd, das sonst mehr Anionenaustauscherharz für die Behandlung einer bestimmten Wassermenge erfordern würde. Daraus ergeben sich Ersparnisse des teueren Anionenaustaueeherharzes, sowie wesentliche Ersparnisse bei der Regenerierung derartiger Harze.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   1·/ Verfahren zum entmineralisieren ro η Wasser, bei welchem dieses zunächst durch ein Kationenaustauseherharzbett und dann durch ein Bett geleitet wird» das mindestens ein teilweises Gemisch aus einem Anionenaustauscherharz und einem stark: sauren Kationenaustauscherharz enthält, dadurch gekennzeichnet , daß man bei der Regenerierung der Harze das Kationenaustauscherharz des gemischten Bettes von dessen Anionenaustauscherharζ .abtrennt, der Reihe nach zunächst das so abgetrennte Kationenaustauscherharz und dann mit derselben Regenerierungssäure das Kationenaustauscherharz behandelt, das so abgetrennte Anionenaustauscherharz mit Alkali regeneriert, von allen Harzen die Regenerierungsmittel abspült, und daß man hierauf die vorher abgetrennten Anionen- und Kationenaustauscherharze wieder vermischt, um ein gemischtes Harzbett zu erhalten, welches zur weiteren Behandlung zum entmineralisieren von Wasser eingesetzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . daß das Kationenaustauscherharzbett aus Kationenaustauscherharzen sowohl von schwach als auch stark sauren Typen besteht.
3. 3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kationenaustauscherharzbett aus miteinander gemischten Kationenaustauscherharzen sowohl von schwach sauren als auch stark sauren Typen besteht.

   009830/1794
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenaustauscherharze des Bettes während der Regenerierung miteinander vermischt werden, jedoch während der Wasserbehandlung getrennt werden, wobei das Wasser zunächst durch das schwach saure Kationenaustauscherharz fließt.
5. 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anionenaustauscherharz aus einem Gemisch von schwach und stark basischen Anionenaustauscherharzen besteht.
6. o. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man beim Spülen die Anionen- und Kationenaustauscherharze zunächst getrennt spült und daß man hierauf das Spülen durch der Reihe nach erfolgendes Durchleiten von Wasser vornimmt, und zwar zuerst durch das Kationenaustauscherharzbett und dann durch das Anionenaustauscherharz·
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Regenerierung des Kationenaustauscherharzes durch einen Aufwärtsstrom der Säure vornimmt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man die Regenerierung des Kationenaustauscherharzes durch einen AD-wärtsstrom der Säure vornimmt.

   0098 30/1794

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