DE2029720C3 - Ionenaustauschanlage zur Behandlung von Flüssigkeit - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer lonenaustauschanlage gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Man kennt mehrere Arten von sogenannten kontinuierlich arbeitenden oder qüasi-kontinuierlich arbeitenden Kreislaufapparaten zur Behandlung von Wasser, bei denen die zum Betrieb eines Ionenaustauschfilters erforderlichen Vorgänge, wie Austauschen, Spülen und Regenerieren der Austauschermassen, nicht in einem einzigen Behälter vorgenommen, sondern in zeitlich hintereinanderliegender Folge in verschiedenen Kolonnen vollzogen werden. Gegenüber dem Betrieb mit sogenannten Festbettfiltern, bei denen Rückspülung, Regeneration und Waschung der Austauschermasse nach der Beladung im gleichen Behälter erfolgt, haben diese kontinuierlich arbeitenden Verfahren den Vorzug, daß während der Regeneration praktisch keine so Unterbrechungen stattfinden, so daß die beim herkömmlichen Verfahren während des Ausfalls des Betriebsfilters einzuschaltenden Ersatzfilter überflüssig sind. Bei einer solchen kontinuierlich arbeitenden Kreislaufapparatur laufen die der Behandlung des Wassers sowie der Regeneration der beladenen Austauschermasse dienenden Verfahrensstufen zeitlich parallel.

Es ist ein kontinuierliches Ionenaustauschverfahren bekanntgeworden, bei welchem das Absenken der Austauschermasse zum trichterförmigen Behälterboden und das Auslösen des Transports aus den Wasch- und Regenerierkolonnen nach einer festgesetzten Zeit erfolgt. Eine volumetrische Bestimmung der zu transportierenden Harzmasse wird nicht vorgenommen. Eine ^ Überwachung des Stillstandes des Transports erfolgt mit Hilfe von Fotozellen. Die zur Durchführung dieses Verfahrens verwendeten Kolonnen weisen den Nachteil einer großen Bauhöhe auf. Wegen der benötigten Vielzahl von Nebenaggregaten, wie Pumpen usw, sind derartige Anlagen sehr aufwendig.

Aus der DE-OS 14 42 459 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten bekanntgeworden mit einer Meßkolonne, in der ein Auslaßrohr angeordnet 1st, durch welches im freien Fall Ionenaustauschmasse in die Meßkolonne eingeleitet wird. Dabei soll die Strömung der Austauschmasse automatisch dann aufhören, wenn das obere Ende des im Meßgefäß abgesetzten Ionenaustauschers das Niveau erreicht hat, welches mit dem Ende des Auslaßrohres in gleicher Höhe liegt Diese Anordnung dient als Schaltmaßnahme für die Unterbrechung des Zuflusses der beladenen Ionenaustauschmasse. Eine exakte Bestimmung der zu regenerierenden Harzportionen ist jedoch nicht möglich, da stets ein verflüssigtes Austanscherbett und somit keine klare Trennzone zwischen der Charge und der Flüssigkeit vorliegt Ein stabiler kontinuierlicher Betrieb mit gleichbleibender Qualität des aufzubereitenden Wassers ist daher nicht möglich. Auch handelt es sich bei diesem Verfahren nicht um ein Abzugsverfahren mit Volumenbestimmung, da das Abziehen der Masse nach üblichem Verfahren durchgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer lonenaustauschanlage zu schaffen, durch welche eine exakte vohimetrische Bestimmung der abzuziehenden Austauschmasse möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst.

Mittels dieses Abzugsrohres ist sowohl eine einfache Bestimmung der jeweils zu fördernden Harzportion als auch ein einfacher und sicherer Harztransport gegeben. In den Tauchrohren sammelt sich nämlich bei gefülltem Behälter Wasser, so daß bei Einleitung des Harztransports zunächst Wasser gefördert wird, dem dann die Austauschercharge folgt. Es ist somit bei Transportbeginn überwiegend Wasser vorhanden, wodurch eine gute Transportsicherheit gegeben ist.

Damit die Anlage nicht nur auf solche Anwendungen beschränkt ist, bei denen im Betriebsbehälter nur Kationenaustauschmasse oder nur Anionenaustauschmasse vorhanden ist, sondern die Anlage mit gleichem Vorteil praktisch ohne nennenswerten baulichen Mehraufwand auch für einen Mischbettbetrieb geeignet ist, werden als vorteilhafte Weiterbildung die Merkmale gemäß dem Anspruch 2 vorgeschlagen.

Dementsprechend sind in der Rückspülkoionne zwei Abzugsrohre mit unterschiedlicher Eintauchtiefe angeordnet. Die Trennung der zwei verschiedenen Austauschersorten bei Mischbettfiltern ist bekannt Man verwendet hierzu eine Flüssigkeit von einem derartig spezifischen Gewicht, daß eine Schwerkrafttrennung der Austauschersorten eintritt. Mit einer solchen Trennung ist allerdings eine Unterbrechung der Verfahrensweise erforderlich, da der Austauscher aus dem normalen Wasserkreislauf herausgenommen, zur Trennung der Austauschermassen in die Trennflüssigkeit eingebracht und anschließend wieder ausgewaschen werden muß. Aus der US-Patentschrift 34 29 807 ist es bekannt, die Austauschersorten in einer Trennkammer auf hydraulische Weise durch Einleitung von Wasser zu trennen. Hierbei ist die Trennkammer durch radial angeordnete Wände in zwei Abteilungen geteilt und dann die in getrennten Schichten angesammelten Anionen- und Kationen-Austauscher tangential abgezogen und getrennten Regenerierkolonnen zugeführt. Der

bauliche Aufwand derartiger Anlagen ist recht beträchtlich, was durch die Erfindung vermieden werden solL

Nähere Erläuterungen des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich aus der Beschreibung anhand der Zeichnung, in welcher Ausführungsbeispiele des Gegen-Standes der Erfindung dargestellt sind. Hierin zeigt

F i g. 1 eine schematische Wiedergabe einer quasikontinuierlich arbeitenden Vollentsalzungsanlage gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Ausschnitt zu einer Abwandlung der Anlage geßiäß F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, wobei diese als Mischbettanlage betrieben ist

Bei der in F i g. 1 schematisch wiedergegebenen quasi-kontinuierlich arbeitenden Anlage handelt es sich um eine Vollentsalzungsanlage, bei welcher das durch is die Leitung 20 eintretende Rohwasser 2 Austauschkolonnen durchläuft, nämlich eine mit K bezeichnete, Kationen enthaltende Austauschkolonne 21, sowie eine zweite mit Anionen gefüllte Austauschkolonne A. Diese Anlage arbeitet quasi-kontinuierlich, indem der Transport der lonenaustauschermassen taktweise im Kreislauf geführt wird, und zwar in konstanten, durch ein Zeitrelais gesteuerten Intervallen, oder aber in diskontinuierlichen Intervallen, wenn die Unterbrechung durch einen Meßwertgeber, z. B. bei Erreichen eines bestimmten, von dem Erschöpfungsgrad der in den Kolonnen A und K befindlichen Austauschermassen abhängigen Leitfähigkeitswert gesteuert wird.

Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im wesentlichen auf den in der Zeichnung gemäß F i g. 1 dargestellten rechten Teil der Anlage, der die Kationen-Austauschkolonne 21 enthält, da die Anordnung und Funktion des den Anionen-Behälter A aufweisenden linken Teils der Anlage die gleiche ist.

Der Durchfluß des Rohwassers in der Leitung 20, der durch einen Durchflußmengenmesser 50 angezeigt wird, vor dem sich ein Rückschlagventil 51 befindet, ist mit Hilfe eines in der Leitung 20 liegenden Ventils 1 einstellbar. In der Kolonne 21 befindet sich Ionenaustauschermasse 22, die vom Rohwasser von unten nach oben durchflossen wird. Das Reinwasser tritt durch eine mittels eines Ventils 2 schaltbare Leitung 24 aus der Austauschkolonne 21 aus. Unmittelbar vor dem Eintritt in die Austauschkolonne 21 ist in der Rohwasserleitung 20 eine Abzweigung 20a mit einem Ventil 7 vorgesehen. «

Am Boden der Austauschkolonne 21 befindet sich ein trichterförmiger Sammelraum 21a, der über eine mit einem Ventil 4 versehene Leitung 25 mit einer Rückspülkolonne 31 verbunden ist. An diese Leitung 25 ist eine weitere mittels eines Ventils 14 schaltbare Zuleitung angeschlossen. Eine weitere Transportwasserleitung 27, die mittels eines Ventils 9 betätigt werden kann, ist über Kopf an die Rückspülkolonne 31 angeschlossen. Am Kopf der Rückspülkolonr.e 3i sind eine mittels eines Ventils 11 regulierbare Spülleitung 32, eine mittels eines Ventils 8 verschließbare Schmutzwasserleitung 34 sowie eine mittels eines Ventils 5 zu betätigende Verbindungs- und Transportleitung 36 zu einer Wasch- und Regenerierkolonne 41 vorgesehen. Das Regeneriermittel wird üb*r eine mit einem Ventil 52 versehene Leitung 46 >:. utii mittleren Teil der Kolonne 41 eingelassen. In diesem Bereich ist eine mit einer Pumpe 17 bestückte Umlaufleitung 18 vorgesehen.

Am Boden der Kolonne 41 ist eine ein Ventil 13 enthaltende Abflußleitung 38 für das Regenerat angebracht. Die Abflußleitung enthält einen Entlüftungsstutzen 39. Vor dem Ventil 13 befindet sich ein Hahn 15. Über Kopf der Kolonne 41 wird Verdünnungswasser in einer mittels eines Ventils 12 schaltbaren Leitung 42 zugeführt, an die auch noch die Transportwasserleitung 45 angeschlossen ist, in der ein Ventil 6 liegt. In diesem Bereich der Kolonne 41 sind ferner eine zur Ausiauschkolonne 21 führende, mittels eines Ventils 3 schaltbare Förderleitung und eine weitere, mittels eines Ventils 10 schaltbare Abfiußleitung 44 vorgesehen.

In der Austauschkolonne 21 sind in unterschiedlicher Höhe Hähne 53, 54, 55 und 56 zur Entnahme von Wasserproben zur Messung des Reinheitsgrades angebracht

Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Zum Transport der frisch regenerierten Austauschharze aus der Wasch- und Regenerierkolonne 41 über die Leitung 43 in die Austauschkolonne 21 wird das Ventil 6 geöffnet, um das erforderliche Transportwasser zur Verfügung zu stellen. Die Ionenaustauschermasse gelangt dann bei geöffnetem Ventil 3 in den Kopfteil der Austauschkolonne 21, in welcher sich weitere Austauschermasse 22 befindet. Nur während dieses kurzen Transports wird der Rohwasserzulauf 20 durch Schließen des Ventils 1 unterbunden und das in der Kolonne 21 befindliche Rohwasser bei geöffnetem Ventil 7 einem nicht dargestellten Rohwasserbehälter zur Wiederverwendung zugeführt

Nach der kurzen Unterbrechungsphase werden die Ventile 1 in der Rohwasserzuleitung 20 und das Ventil 2 in der Reinwasserleitung 24 wieder geöffnet. Mit dem nächsten Takt wird die im Abzugstrichter 21a der Austauschkolonne 21 liegende beladene Ionenaustauschermasse 22 bei kurzzeitig geöffneten Ventilen 4 und 11 über die Leitung 25 in die Rückspülkolonne 31 transportiert. Danach wird das Ventil 14 zum Zuführen von Rückspülwasser geöffnet Eine noch in der Rückspülkolonne 31 befindliche Harzportion wird bei geöffneten Ventilen 5, 9 und 10 in die Wasch- und Regenerierkolonne 41 gefördert.

Alsdann erfolgt der Rückspülvorgang in der Rückspülkolonne 31. Das Spülwasser wird über Ventil 14 und die Leitung 25 in den Kolonnenboden eingelassen, während das verschmutzte Waschwasser bei geöffnetem Ventil 8 durch die Leitung 34 abgelassen wird. Hierbei sind die Ventile 11 und 9 geschlossen. Gleichzeitig mit dem Rückspülen wird die in der Wasch- und Regenerierkolonne 41 befindliche Ionenaustauschermasse regeneriert. Das Regeneriermittel wird bei geöffnetem Ventil 52 über die Leitung 46 in die Kolonne 41 eingespeist und über das in der Rückspülkolonne 31 rückgespülte Harz geleitet, während Verdünnungswasser bei geöffnetem Ventil 12 über die Leitung 42 von oben in die Regenerierkolonne 41 eingelassen wird. Das verbrauchte Regenerat wird bei offenem Ventil 13 durch die Leitung 38 abgelassen. Der Ablauf des Transportwassers beim Einlassen der rückgespülten Austauscherportion erfolgt durch die Leitung 44 bei offenem Ventil 10.

Das aus der Austauscherkolonne 21 durch die Leitung 24 austretende Reinwasser wird einer weiteren Behandlung in analoger Weise der Anionenkolonne A zugeführt und verläßt diese über die Reinwasserleitung 30. Die Lauge zum Regenerieren der Anionen wird über eine Leitung 57 in die Regenerierkolonne gefördert.

Wie in den Zeichnungen angedeutet ist, werden die in den Kolonnen 31 und 41 befindlichen Austauschermassen mittels Abzugsrohren 23 und 33 abgezogen, deren jeweils in das Kolonnenkopfstück tauchende Höhe so bemessen ist, daß bis zum Niveau des Eintauchendes gerade eine einen Takt bestimmende Harzportion

abgezogen werden kann. Beim Eindrücken des Transportwassers wird das in dem Kolonnenkopf befindliche Harz bis zum Eintauchniveau des Abzugsrohres abgezogen. Hierdurch ist eine einfache Bestimmung der jeweils geförderten Harzportion möglich.

Die Verwendung der Abzugsrohre 23 und 33 hat außer der einfachen Volumenbestimmung der zu transportierenden Harzportionen noch folgenden wesentlichen Vorteil gegenüber allen bekannten Verfahren dieser Art: Der Transport der Harzportion wird durch Festlegung der öffnungs- und Schließzeiten der Ventile erst dann unterbrochen, wenn ein geringer Wasserstoß dem Harztransport nachgefolgt ist, so daß die Transportleitungen freigespült sind und keine Harzteilchen mehr in der Leitung und den Ventilen vorhanden sind. Hierdurch wird sowohl ein Verschleiß der Ventile als auch ein Verbrauch der Harze vermieden.

In der F i g. 2 ist ein Ausschnitt aus einer quasi-kontinuierlich arbeitenden Anlage ersichtlich, die als Mischbett-Anlage arbeitet. Der besseren Übersicht wegen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen wie im Schaltbild gemäß Fig. 1. In der Austauschkolonne 21 befindet sich ein Mischbett, das takt- und portionsweise in eine nachfolgende Rückspül- und Trennkolonne 31 gefördert wird. In dieser Kolonne werden die Harze einer gründlichen Rückspülung unterworfen, wobei sie sich entsprechend ihrem spezifischen Gewicht trennen. Die Kationen werden mittels eines Abzugsrohres 31a im Bereich des Bodens der Trennkolonne abgezogen, während die Anionenaustauscher über ein höher mündendes Abzugsrohr 31 b abgezogen werden. Der Raum 31c steht als zusätzlicher Auflockerungsraum zur Verfügung. Während die Kationen in einer nachgeschalteten Wasch- und

ίο Regenerierkolonne 71 regeneriert und dann gewaschen werden, werden die Anionen einer entsprechenden Regenerier- und Waschkolonne 72 zugeführt. Diese können im Bereich des U-Bogens eine Umwälzeinrichtung 17, 18 aufweisen. Nach dem Transport der Harze aus den Regenerier- und Waschkolonnen 71, 72 werden sie in einem Mischstück 73 wieder vereinigt und der Betriebskolonne 21 über die Leitung 43 zugeführt. Das Mischstück 73 ist so ausgebildet, daß die Anionen- und Kationenchargen innig vermischt werden, um dann als Mischbett wieder in den Betriebsbehälter zu gelangen Somit ist die gesamte Anlage ohne wesentliche Änderungen mit gleichem Vorteil auch für das Behandeln von Wasser in einem Mischbett mil Kreislaufführung geeignet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer lonenaustauschanlage zur Behandlung von Flüssigkeit, die eine mit Ionenaustauschmaterial gefüllte Austauschkolonne durchströmt und bei der das beladene Ionenaustauschmaterial portions- und taktweise aus der Austauschkolonne in eine nachgeschaltete Regenerier- und Waschkolonne transportiert und in vorbestimmten Volumina in die Austauschkolonne dadurch zurückgefördert wird, daß das regenerierte und gewaschene Austauschmaterial durch Einleiten von unter Druck stehendem Transportwasser mittels eines in dem Kopfstück der Regenerier- und Waschkolonne angeordneten Abzugsrohres abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe des Abzugsrohres in die Regenerier- und Waschkolonne so bemessen ist, daß das im Kopf des Behälters bis zum Niveau der Eintauchtiefe befindliche Austauschmaterial einer abzuziehenden Portion entspricht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleiche Volumina an Ionenaustauschmaterial aus einer der Regenerier- und Waschkolonne vorgeschalteten Rückspülkolonne, in der eine Trennung in Kationen- und Anionenaustauschermassen vorgenommen werden kann, in entsprechender Weise weitertransportiert werden.

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