DE2031513B2 - Verfahren zur entionisierung von frischwasser - Google Patents
Verfahren zur entionisierung von frischwasserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entionisierung von Frischwasser, das verschiedene Mineralionen
enthält, bei welchem das zu behandelnde Wasser mit einem stark sauren Kationenaustauscher, anschließend
mit einem schwach basischen Anionenaustauscher und dann mit einem stark basischen Anionenaustauscher mit
funktioneilen Trialkylammoniumgruppen in Kontakt gebracht wird, wobei der Ablauf aus dem Kationenaustauscher
in einen Haupttei! und in einen kleineren Teil aufgeteilt wird, der Hauplteil mit dem schwach
basischen Harz kontaktiert und anschließend mit dem stark basischen Anionenaustauscher behandelt wird.
Aus der US-PS 31 9? 401, »Ion Exchange Technology« von F.C. Nachod und J. Schubert, 1956,
Seite 112, Fig.5 und 14, sowie aus K. Dorfner »Ionenaustauscher«, 1963, Seite 149 ist es bekannt, bei
der Entsalzung von Rohwasser erst einen stark sauren Kationenaustauscher, dann einen schwach basischen
Anionenaustauscher und anschließend einen stark basischen Anionenaustauscher einzusetzen.
In der OE-PS 2 32 927 wird eine Wasseraufbereitungsvorrichtung beschrieben, die in der Weise arbeitet,
daß der gesamte Ablauf aus dem Kationenaustauscher durch einen schwach basischen Austauscher geschickt
wird, wobei der Abstrom aus dem schwach basichen Austauscher geschickt wird, wobei der Abstrom aus
dem schwach basischen Austauscher in drei Ströme aufgeteilt wird, von denen einer durch den stark sauren
Austauscher geschickt wird, einer durch den stark basischen Austauscher geleitet wild und einer durch
eine Kalkeinheit strömt, worauf die Ströme anschließend vereinigt werden.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Entionisierung von Frischwasser zu
schaffen, bei dessen Durchführung eine erhebliche Menge des Anionenaustauscherharzvolumens, das für
eine gegebene Wassermenge erforderlich ist, eingespart wird. Außerdem soll die Menge an Regenerierungsmittel,
das für das Harz erforderlich ist, gegenüber dem bekannten Verfahren gesenkt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Gattung dadurch gelöst, daß der
ι cilStrOiTi uiPCKi
Anionenaustauscher geleitet wird, wobei das Verhältnis der als CaCOj-Äquivalente ausgedrückten Gewichtsteile
der Kieselsäure zu den als CaCOj-Äquivalente ausgedrückten Gewichtsteilen der Mineralsäureionen in
der Wassermischung, die mit dem stark basischen Anionenaustauscherharz kontaktiert wird, zwischen 6/4
und 9,8/0,2 liegt.
Bei der Durchführung dieser Verfahrensweise wird eine Einsparung von wenigstens ungefähr 10% des
Anionenaustauscherharzvolumens, das für eine gegebene Wassermenge erforderlich ist, erzielt. Außerdem
wird eine entsprechende Einsparung an Regenerierungsmittel erreicht, das für das Harz notwendig ist.
In einem typischen Wasserentionisierungssystem, beispielweise in dem System, welches durch das
Fließbild von F i g. 2 wiedergegeben wird, wobei dieses Fließbild eine Dreibettvorrichtung zeigt, wird Frischwasser
zuerst (vgl. die Bezugszahl 10) durch einen stark sauren Kationenaustauscher 12 zur Entfernung von
bestimmten Kationen geschickt, beispielsweise zur Entfernung von Kalzium-, Magnesium- und Natriumionen.
Diese Ionen liegen im allgemeinen in Frischwasser vor. Es erfolgt ein Austausch gegen Wasserstoff. Die
Salze dieser Kationen werden auf diese Weise in ihre entsprechenden Säuren umgewandelt. Silikate im
Wasser werden in Kieselsäure überführt. Durch Durchschicken dieser Produkte durch Anionenaustauscher
14 und 16 werden diese verschiedenen Säuren entfernt, wie nachstehend noch näher erläutert werden
wird.
Der Abstrom aus der Kationenaustauscherbehandlungsstation enthält ferner Kohlensäure, die in ähnlicher
Weise entfernt wird. Geschieht dies durch eine mechanische Belüftung, dann werden die anschließenden
Anionenaustauscher von der Belastung befreit, die eine derartige zufließende weitere Säurebelastung
verursachen würde. Es werden daher vorzugsweise eine Entgasungs- oder Kohlensäurebeseitigungseinrichtung
18 verwendet, und zwar entweder vor der schwach basischen Anionenaustauscherharzeinheit 14 (wie in der
Zeichnung gezeigt wird) oder zwischen dieser Einheil und der sich anschließenden Einheit mit einem stark
basischen Anionenaustauscherharz. Da das schwach basische Anionenaustauscherharz keine merklichen
Mengen an CO2 oder Kohlensäure adsorbiert, hat man die Wahl, ob man die Einrichtung zur Entfernung von
Kohlensäure in dem System vor oder nach der schwach basischen Einheit anbringen soll. Wichtig ist nur, daß
diese Einrichtung vor dem stark basischen Anionenaus-
III
tauscher vorgesehen wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, (jaß dic lonenaustauscherkapazität des
uletzt genannten Ionenaustauschers nicht in irgendeinem merklichen Ausmaß zur Entfernung von Kohlensäure
verwendet wird, so daß folglich die Notwendigkeit entfällt, die Mengen an Natriumhydr .xyd zu steigern,
die für die Regeneration erforderlich ist.
Der Abstrom aus der Kationenaustauschereinheit gelangt als nächstes in den schwach basischen
Anionenaustauscher, und zwar unabhängig davon, ob er bereits durch eine Entgasungseinrichtung geschickt
worden ist. In diesem schwach basischen Anionenaustauscher werden Chloride und Sulfate aus dem Wasser
entfernt. Der Absirom strömt dann durch die stark basische Anionenaustauschereinheit, in welcher die ι
Kieselsäure und Spuren an CO2 adsorbiert werden. Die zuletzt erwähnte Einheit kann vollständig aus stark
basischen Anionenaustauscherharzen bestehen. Ferner kann diese Einheit gegebenenfalls aus einem Mischbett
aus stark basischen Anionen- und sauren Kationenaus- _> tauscherharzen bestehen.
Der Kationenaustauscher, der in typischer Weise ein sulfoniertes Harz sein kann, wird mit einer Mineralsäure
regeneriert (vergleiche die Bezugszahl 22 in der Zeichnung). Gegebenenfalls kann der Kationenaustau- :
scher eine in Reihe geschaltete Zweibetteinheit sein, wobei das erste Bett aus einem carbonsäureartigen
Harz besteht. Diesem Bett kann sich ein zweites Bett aus einem sulfonierten Harz anschließen. Der schwach
basische Anionenaustauscher, der in typischer Weise ein polyaminartiges Harz sein kann, kann unter Verwendung
von Natriumcarbonat regeneriert werden. Der stark basische Anionenaustauscher, der nachstehend als
stark basisches Anionenaustauscherharz des Typs 1 bezeichnet wird, besitzt funktionelle Trialkylammoniumgruppen,
beispielsweise Trimethylammonium-, Dimethyläthylenammonium-
oder Triäthylammonium-Gruppen.
Die Regenerierung des stark basischen Anionenaustauscherharzes
erfolgt unter Verwendung von Natriumhydroxyd (vergleiche die Bezugszahl 24). Die Regenerierung
des schwach basischen Anionenaustauscherharzes wird unter Verwendung von Natriumcarbonat
durchgeführt (vergleiche die Bezugszahl 26).
Das beschriebene bekannte System der Entionisierung und Harzregenerierung war insofern zufriedenstellend,
als es dieses System ermöglicht hat, Kesselbeschickungswasser oder dergleichen in wirtschaftlicher
Weise zu behandeln. Bei Anwendung dieses Systems wird die Wasserhärte auf ein Minimum reduziert. Die
Bicarbonat- oder Carbonatalkalinität wird dabei auf ein Minimum vermindert. Der Kohlendioxydgehalt des
Stroms wird ebenfalls reduziert, so daß eine Korrosion des Kondensatsystems verhindert wird. Außerdem wird
ein Austragen aus dem Boiler verhindert. Die Menge an Kieselsäure wird ebenfalls vermindert, so daß eine
Bildung eines Kieselsäure-Zunders in dem Boiler vermieden wird. Diese zuletzt genannte Wirkung ist im
Falle von Wasserdampfturbinen von besonderer Bedeutung. Es handelt sich dabei um ein sehr kritisches
Problem beim Betrieb von Kraftwerken, da derartige Ablagerungen den Wirkungsgrad der Turbinen herabsetzen
und es erforderlich machen, die Turbinen zur Beseitigung der Ablagerungen stillzulegen.
Stillegungen von Kraftwerken sind deshalh teuer, da
die Anlagen ihre Kapazität einbüßen, oder die Verwendung von Ersatzanlagen erforderlich ist. Eine
Verhinderung von Kieselerde-Ablagerungen in den Turbinen läßt sich nur in der W.;ise erreichen, daß die
Menge an Kieselerde in dem Wasserdampf, welcher die Turbinen antreibt, vermindert wird. Dies erfordert
seinerseits die Einstellung von geringen Konzentrationen an Kieselerde in den konzentrierten Kesselbeschikkungen,
und zwar insofern, als Kieselerde in dem Wasserdampf eine direkte Funktion der Kieselerde in
den Kesselbeschickungen ist. Derartig niedrige Konzentrationen können teilweise in der Weise erzielt werden,
daß die Kessel in erhöhtem Maße entspannt werden. In vielen Fällen kann das Frischbeschickungswasser
derartig hohe Mengen an Kieselerde enthalten, daß ein übermäßiges Ablassen erforderlich ist. Dann wird die
Behandlung des Beschickungswassers zur Herabset-" > zung seines Kieselerde-Gehaltes notwendig.
Es sind wenigstens drei Methoden zur Entfernung von Kieselerde bekannt. Sie werden in der US-Patentschrift
28 07 582 beschrieben. Eine dieser Methoden besteht in der Entionisierungs- oder Entmineralisie-Ii
rungsbehandlung, wie sie vorstehend beschrieben wird. Die zweite Methode ist eine Behandlung mit heißem
Kalk und Zeolith. Die dritte Methode wird in einer Anlage durchgeführt, und zwar unter Verwendung eines
auf kaltem Wege abgespaltenen Wasserstoffs sowie von 'Ί Natriumzc'olith. Dieser Behandlung schließt sich eine
Entgasungsbehandlung sowie anschließend eine Behandlung unter Verwendung von Anionenaustausehereinheiten
in der Hydroxydform an. Diese Einheiten werden teilweise mit Säure neutralisiert, um den pH des
in Wassers zu steuern, bevor das Wasser in einen Kessel
gelangt. Eine andere Methode zur Entfernung von Kieselerde ist Gegenstand der US-Patentschrift
3197 401. Diese Methode besteht darin, das als Regenerierungsmittel dienende Natriumhydroxyd mit
π einem Teil des ursprünglichen entionisierten Frischwassers oder mit einem sauren weichgemachten Wasser zu
verdünnen und anschließend das verdünnte Regenerierungsmittel in den schwach basischen Anionenaustauscher
einzuleiten.
-to Wenn auch die vorstehend beschriebenen bekannten
Methoden ihren beabsichtigten Verwendungszwecken
genügen, so stellt dennoch die vorliegende Erfindung
eine merkliche Verbesserung gegenüber allen diesen
Methoden insofern dar, als sie es ermöglicht, daß eine
·»■-> kleinere Menge des schwach basischen Anionenaustau-
scherharzes verwendet werden kann, um Wasser zu
entionisieren, das einen gegebenen Kieselerde-Gehalt
aufweist. Dies hat natürlich ferner zur Folge, daß eine
kleinere Menge des Regenerierungsmittels verwendet
in werden kann, das für das schwach basische Harz
erforderlich ist. Ferner ist die Konzentration der
restlichen Kieselsäure in dem fertigen entionisierten
Wasserabstrom aus dem System gemäß vorliegender
Erfindung erheblich geringer als die Konzentration, die
■">■·>
man bei der Anwendung des üblichen Dreibettsystems zur Wasserentionisierung findet.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß stark basische Anionenaustauscherharze des Typs 1 (OH-)
dazu in der Lage sind, Kieselsäure-Ionen im Wasser in «ο :>ehr wirksamer Weise zu adsorbieren. Derartige Harze
besitzen eine außergewöhnlich hohe Kapazität für Kieselerde-Ionen.
Dies geht aus Fig. 1 hervor. Diese Figur zeigt die
Ausnützung der lonenaustauscherkapazität eines typitv)
sehen Harzes des Typs 1. Unter dem Begriff »Ausnützung
der lonenaustauscherkapazität« soll die Durchbruchskapazität pro Volumeneinheit des Harzes des
Typs 1 (Milliäquivalente/1 des Harzes) geteilt durch die
Menge an Hydroxydionenaustauschergruppen pro Volumeneinheit (Milliäquivalente/1) des Harzes in der
regenerierten (Hydroxydform) Form verstanden werden. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß, falls alle
Hydroxydionen-Austauschergruppen in dem Harz durch eine äquivalente Menge der Ionen erschöpft sind,
die Kapazitätsausnutzung 1 beträgt.
Die Erfindung beruht ferner auf der Tatsache, daß eine maximale Kapazitätsausnutzung des Harzes erzielt
wird (vergleiche die Fig. 1), wenn das Prozentverhältnis
von Kieselsäure zu den gesamten Anionen in dem zufließenden Wasser zwischen ungefähr 80 und 90%
liegt. Diese Erscheinung ist der Tatsache zuzuschreiben, daß eine lonenaustauschergruppe des Harzes des Typs 1
dazu in der Lage ist, mehr als 1 Kieselsäure-Ion zu adsorbieren. Ein anderer Grund für diese Erscheinung
ist die Tatsache, daß, falls die Ionenaustauschergruppen, die mit Kieselsäure-Ionen erschöpft worden sind, in
Kontakt mit Chloridionen gelangen, Kieselsäure-Ionen durch Chloridionen ersetzt werden, wobei die meisten
der auf diese Weise in Freiheit gesetzten Kieselsäure-Ionen innerhalb der Harzteilchen verbleiben. Nur ein
kleiner Teil der freigesetzten Kieselsäure-Ionen diffundiert aus den Harzteilchen heraus. Es wurde ferner
festgestellt, daß, falls das Harz des Typs I, das mit nichtvereinigter Kieselsäure imprägniert ist, regeneriert
wird, die nichtvereinigte Kieselsäure sehr leicht durch eine Alkalilösung eluiert wird. Auf diese Weise ist die
erforderliche Menge des Regenerierungsmittels zur Erzielung einer gegebenen Menge an Hydroxydgruppen
in dem Harz des Typs I praktisch die gleiche, und zwar unabhängig von der Tatsache, ob das Harz nicht
gebundene Kieselerde enthält.
Die vorstehend beschriebenen Erscheinungen werden nur bei Verwendung von Harzen des Typs I
festgestellt. Andere stark basische Harze, wie beispielsweise Harze des Typs II, die funktioneile Alkyloxyalkylammonium-Gruppen
aufweisen, beispielsweise Dimethyl-2-oxyäthylammonium-Gruppen,
weisen geringere Kapazitäten für eine Kieselsäure-Adsorption als die Harze des Typs I auf. Derartige Harze sind im Handel
erhältlich. Diese Harze besitzen geringere Basizitäten.
In dem üblichen Dreibett-Wasserentionisierungssystem,
welches vorstehend beschrieben worden ist, machen Kieselsäure-Ionen praktisch 100% der Anionen
aus, die durch das stark basische Anioncnaustauscherharz adsorbiert werden. In diesem Falle ist die
Ausnützung auch dann, wenn ein Harz des Typs 1 verwendet wird, nur 1,3, wie aus Fi g. 1 hervorgeht. Die
Ausnützung der Kapazität ist noch geringer als dieser Wert, wenn ein Harz des Typs II eingesetzt wird. Diese
Tatsachen zeigen deutlich, daß, falls ein übliches Dreibett-Wasserentionisierungssystem eingesetzt wird,
man keinen Vorteil von dem vorstehend beschriebenen speziellen Merkmal des Harzes des Typs I ziehen kann.
Demgegenüber ermöglicht es das erfindungsgemäßc Dreibettsystem, daß eine merkliche Verbesserung bei
der Durchführung des Entionisicrungsvcrfahrcns erzielt werden kann, wie nachstehend noch näher erläutert
werden wird.
Beispielsweise wird ein Frischwasser 10, das cntionisicrt
werden soll, verwendet. Dieses Wasser enthält einwertige Kationen, wie beispielweise Natrium- und
Kaliumionen, zweiwertige Kationen, wie beispielsweise Magnesium- und Calciumioncn, Mincralsäurcanioncn,
wie beispielsweise Chlorid- und Sulfationcn, Bicarbonationcn
sowie Kiesclsöurc-Ioncn. Ein derartiges
Frischwasser wird zuerst durch eine Siitilc 12 geleitet,
die mit dem stark sauren Kationenaustauscherharz beschickt ist, um Wasserstoffionen in dem Harz durch
Kationen in dem Frischwasser zu ersetzen. Gegebenenfalls oder erforderlichenfalls wird der Abfluß 32 aus der
·-, Säule 12 durch eine Entgasungseinrichtung 18 zur Entfernung von Kohlendioxyd geleitet.
Ein Hauptteil (d. h. wenigstens die Hälfte) des sauren weichgemachten Wassers 32 (oder 41, falls eine
Entgasung durchgeführt wird), welches Kieselsäure-ίο Ionen und Mineralsäure-Ionen enthält, wird durch eine
Kolonne 14 mit einem schwach basischen Anionenaustauscherharz (vergleiche die Bezugszahl 41a in Fig. 1)
geschickt, das zuvor mit einer Alkalilösung zur Entfernung von Mineralsäure-Ionen regeneriert worden
ist. Der Rest des sauren weichgemachten Wassers 32 oder 41 wird (vergleiche 41^ der Kolonne 16 mit
einem stark basischen Anionenaustauscherharz zugeführt. Auf seinem Weg wird der Wasserstrom 41£>
mit dem Abfluß 42 aus dem schwach basischen Austauscher 14 vermischt. Auf diese Weise wird ein gemischter
Strom 50 gebildet, der durch den stark basischen Anionenaustauscher 16 geschickt wird.
Durch Steuerung der Menge an saurem weichgemachtem Wasser 41a, die durch die Kolonne 14
2j geschickt wird, und der Menge des Stroms 416 des
gleichen Wassers, das durch die Säule 16 geleitet wird, wird das Verhältnis von Kieselsäure-Ionen zu den
Mineralsäure-Ionen in dem gemischten Wasserstrom 50 auf einen Bereich von 6/4 bis 9,8/0,2 eingestellt.
jo Vorzugsweise erfolgt eine solche Einstellung, daß das
Verhältnis zwischen 8,0/2,0 und 9,5/0,5 schwankt. Der Abfluß, welcher aus der Kolonne 16 austritt, ist ein stark
gereinigtes entionisiertes Wasser.
Wird das Wasserentionisierungsverfahren in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführt, so daß
das Verhältnis von Kieselsäure-Ionen zu den Mineralsäure-lonen in dem Zufluß zu der Kolonne 16
beispielsweise 9/1 (vergleiche F i g. 1) wird, dann beträgt die Ausnutzung der Ionenaustauscherkapazität des
Harzes 1,8. Diese Kapazitätsausnutzung ist sehr hoch, insbesondere im Vergleich mit einem Kapazitätsausnützungswert
von 1,3, der dann erzielt wird, wenn die anionischen Bestandteile des Zuflusses praktisch aus
100% Kieselsäure-Ionen bestehen, so wie dies nor-5 malerweise in dem üblichen Dreibett-Wasserentionisic·
rungssystem der Fall ist. Ein anderer Vorteil dei vorliegenden Erfindung gegenüber der bekannter
Methode besteht in der Menge der Kieselsäure-Ionen die pro Einheit der Austauscherkapazität des Harze;
5(i des Typs I adsorbiert werden.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegen
de Erfindung gegenüber den üblichen Verfahren der Vorteil hat, daß sie eine Verminderung der Menge de;
schwach basischen Anionenaustauscherharzcs crmög licht, wobei diese Menge, bezogen auf ihr Volumen, dci
Wassermenge mit einem gegebenen Kicsclcrdcgchal entspricht, welche an dem Harz vorbcigelcitet wird um
direkt in die Kolonne mit dem stark basische! Anionenaustauscherharz eingeführt wird. Ferner is
w) weniger Harz des Typs I erforderlich, wobei glcich/citi]
die Menge des benötigten Regcncricrungsmittcl vermindert wird, und zwar trotz der Tatsache, daß de
Wirkungsgrad des RegcncricrungsmiUels des Harze des Typs I niedrig ist im Vergleich zu dem Wirkungs
i,5 grad, der bei dem üblichen Verfahren erzielt wird, wobc
dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß crfin (lungsgcmilß ein Teil der Mineralsiturc-Ioncn von der
Harz adsorbiert werden.
Diese erfindungsgemäßen Vorteile sind in der Tabelle I zusammengefaßt. Diese Werte zeigen die
irgebnisse, die unter Verwendung eines Harzes des
Typs 1, wobei dieses Harz mit 250 g NaOH/1 Harz
regeneriert worden ist, erhalten werden.
Neues Drcibettsvslcm llblichcs Drcibcttsystcm
Verhältnis von Kieselsäureionen zu den
Mineralsäureionen in dem Zustrom
Mineralsäureionen in dem Zustrom
Harz, das in die Hydroxydform bei der
Regenerierung umgewandelt worden ist
Regenerierung umgewandelt worden ist
Kapazitätsausnutzung (vergleiche die Figur 1)
Durchbruchskapazität
Verhältnis der Anionenkonzentration des
Zuflusses
Verhältnis des erforderlichen Harzvolumens
Rest-Kieselsäurckonzcntration des Abflusses
9/1
1,04 Äquivalente/1 9/0
1,17 Äquivalente/1 Harz
1,8 1,3
93,5 g als CaCO, pro 1 Harz 76,0 g als CaCO., pro 1 Harz
1,0 0,9
(M V76,C
93,5 0,03 ppm als SiO2
o,9O3
0,06 ppm als SiO2
Wie aus der Tabelle I zu ersehen ist, ermöglicht bei der Erzeugung einer gegebenen Menge an entionisiertem
Wasser das neue Dreibettsystem eine ungefähr 10%ige Einsparung an dem Harzvolumen, das erforderlich
ist. Daher wird eine äquivalente Einsparung an dem Regenerierungsmittel erzielt, das für dieses Harz
benötigt wird. Ferner läßt sich das neue System in vorteilhafter Weise mit dem üblichen System vergleichen,
und zwar bezüglich der Reinheit des fertigen Abflusses. Die Herabsetzung des erzielten Harzvolumens
hat eine Verminderung des Spülwasserbedarfs zur Folge, was seinerseits zu einer Erhöhung der Harzersparnis
beiträgt (d. h. Verminderung des erforderlichen Harzes), und zwar sowohl des schwach basischen
Harzes als auch des Harzes des Typs I sowie des stark sauren Harzes.
Eine andere durch die Erfindung ermöglichte Verbesserung besteht darin, daß bei der Erzeugung
eines entionisierten Wassers mit einer gegebenen Rest-Kieselsäurekonzentration das neue System eine
Verminderung des Regenerierungsgrades des Harzes des Typs I bis zu einem Punkt ermöglicht, der wesentlich
niedriger ist als dies bei dem üblichen System möglich ist. Diese Tatsache geht aus der Tabelle II hervor. Zui
Erzielung der in dieser Tabelle aufgeführten Ergebnisse wird das Harz des Typs I zur Erzeugung eine;
entionisierten Wassers verwendet, das eine Kieselerde konzentration von 0,05 ppm als SiO2 aufweist.
Neues Drcibcttsystcm
(ibliches Drcibcltsyslcm
Verhältnis von Kicsclsiiurcioncn zu den 9/1
Minuralsäurcioncn in dem ZuHuB
Rcgcncrierungsgrad, der zur Erzielung eines 160 g NaOIl pro 1 Har/
entionisierten Wassers erforderlich ist, das
0,05 ppm SiOj enthält
Harz, das in die Hydroxydform bei der
0,95 Äquivalente/1 Har/
9/0
28OgNaOII pro 1 Har/
1,15 Äquivalente/1 Har/
Regenerierung bei dem oben erwähnten Cirad
umgewandelt wird
Kiipii/.ilülsnusnützung (vergleiche Figur I)
Durchbruchskapa/.ität
Verhältnis der Anionenkon/.cntralion
des Zuflusses
Verhältnis des erforderlichen Harzvolumens ( JÄ\ ( ()?Λ ο
V «4,0/ \75.O/
1,8 1,3
84,0 μ als CaCO, pro 1 liar/ 75,Og als CaCO, pro I Har/
1.0 0,"
Wie aus den Werten der Tabelle Il hervorgeht, ermöglicht es das neue crfindungsgcmilßc Drcibctlsystcm.
den Rcgcncricningsgrnd (d. h. den Bedarf an
Chemikalien für die !Regenerierung) des stark basischi
Anioncnauslauschcrharzes des Typs I um mehr als 40
im Vergleich zu dem üblichen Dreibcttsyslem herab/
Anioncnauslauschcrharzes des Typs I um mehr als 40
im Vergleich zu dem üblichen Dreibcttsyslem herab/
setzen. Ferner ist das für das neue System erforderliche Harzvolumen merklich geringer als in dem üblichen
System.
Die Einzelheiten der Durchführung der vorliegenden Erfindung lassen sich unter Bezugnahme auf das durch
F i g. 2 wiedergegebene Fließbild erläutern. Die folgenden Beispiele zeigen (bezugnehmend auf das durch die
F i g. 2 gezeigte System) die Ausführung der vorliegenden Erfindung.
10
Das Bett 12 enthält ein stark saures Kationenaustauscherharz. Das Bett 14 wird mit schwach basischem
Anionenaustauscherharz (freie Baseform) gefüllt. Das Bett 16 wird mit stark basischem Anionenaustauscherharz
(OH-) beschickt. Das Volumen sowie der Regenerierungsgrad eines jeden Harzes sind wie folgt:
Harzvolumen
Rcgcncricrungsgrad
Handelsüblicher stark saurer Kationenaustauscher (sulfoniertes Harz)
Handelsüblicher schwach basischer Anioncnaustauscher (polyaminartiges Harz)
Handelsüblicher stark basischer Anionenaustauscher (mit funktionellen Trialkylammoniumgruppen)
Handelsüblicher schwach basischer Anioncnaustauscher (polyaminartiges Harz)
Handelsüblicher stark basischer Anionenaustauscher (mit funktionellen Trialkylammoniumgruppen)
40,0 1 (Na-Form) 12,5 1 (freie Basefbrm) 6,6 I (Cr-Form)
350 g von 33% HCl/1 Harz
Abfallregenerierungsmittel
250 g vonNaOH/1 Harz
Abfallregenerierungsmittel
250 g vonNaOH/1 Harz
Ein Frischwasser 10, das folgende Verunreinigungen enthält, wird durch das Dreibett-Ionenaustauschersystem
mit einer Fließgeschwindigkeit von 4001 pro Stunde geschickt. Das Wasser strömt zuerst in
Abwärtsrichtung durch die Kolonne 12 und anschließend (vgl. die Bezugszahl 32) durch die Entgasungseinrichtung
18.
Gesamte Kationen
Bicarbonationen
Mineralsäureionen
Kieselsäureionen
Bicarbonationen
Mineralsäureionen
Kieselsäureionen
220 ppm als CaCO j
140 ppm als CaCO3
80 ppm als CaCOj
55 ppm als CaCO3
Die Umrechnung der ermittelten ppm-Werte der Kationen und Anionen in als CaCCh-Äquivalente
ausgedrückte Gewichtsteile erfolgt in bekannter Weise (vgl. zum Beispiel Samuel P. Applebaum, Academic
Press, New York and London, 1968 »Demineralization by lon Exchange«, Seiten 11 bis 15.
Die Umrechnung der einzelnen Anionen in CaCOj erfolgt gemäß dem vorstehenden Beispiel in der
folgenden Weise:
Die Teile in Millionen (ppm) eines jeden Anions (oder
Kations) werden als CaCOj-Aquivalent durch Multiplizieren
der ppm-Werte mit dem Verhältnis der Äquivalentgewichtc des jeweiligen Ions sowie von
CaCOi ausgedrückt. Beispielweise kann diese Berechtigung wie folgt durchgeführt werden:
CaCO,
(Ί
1,41
(Äquivalcntgcwieht Cl --J5.5; Äquivalcntgewichi
CaCOi-M).
Um die Cl Werte in CaCOi-Äquivalenlo umzurechnen,
wird wie folgt vorführen:
ppm '.'I χ 1,41 ppM Cl (ills CaCO1) .
SO,
HCO1
HCO1
1,04 .
0.N2 .
Bezüglich der SO4 = -Ioncn wird der Äquivalentgewichtswert
von 1,04 eingesetzt. In bezug auf die HCO3~-Ionen kommt der Äquivalentgewichlswert 0,82
zur Anwendung. Die SiO2-Werte werden unter Anwendung
eines besonderen Wertes ermittelt, der sich zu 0,83 errechnet (Äquivalentgewicht von SiO2 = 60), wobei bei
der Division von 50 durch 60 der Wert von 0,83 erhalten wird.
Diese Methode beruht also im wesentlichen darauf, daß zuerst die ppm-Werte (Ionen) in Äquivalent/l (oder
mÄq/ml oder mVal/ml) umgewandelt werden, worauf
das Ergebnis mit dem Äquivalentgewicht von CaCOj (50) ermittelt wird.
Zur Berechnung auf der Basis von mVal wird ein Äquivalentgewicht von SiO2 von 60 zugrunde gelegt.
Ungefähr 92,4% des auf diese Weise entgasten, sauren und weichgemachten Wassers 41 werden durch
die Kolonne 14 zur Entfernung von Mineralsäureionen (vgl. die Bezugszahl 41a;geschickt. Der Abfluß 42 ist ein
Wasser, das noch Kieselerde enthält. Diesem Wasser werden (vgl. die Bezugszahl 41 ty die restlichen 7,6% des
entgasten, sauren und weichgemachten Wassers zugesetzt, das an der Kolonne 14 vorbeigeführt worden ist
Der auf diese Weise erzeugte gemischte Strom 50 wcisl eine Konzentration an Kieselsäureioncn und Mineralsäureionen
von 55 ppm als CaCO3 bzw. 6,1 ppm al.« CaCOj auf (dies bedeutet, daß das Verhältnis vor
Kicselsäureionen zu Mincralsäureioncn 9/1 beträgt) Der gemischte Wasserstrom 50 wird anschließen
durch die Kolonne 16 so lange geleitet, bis die Kiesclerdcauslaugung in dem AbHuB, welcher die
Kolonne 16 verläßt, einen Gehalt von 0,1 ppm als SiO. erreicht. Das Ergebnis dieser Behandlung besteh! darin
bis zu diesem Punkt der Kieselsüureau.slauguni; I Om
entionisiertes Wasser zu erhalten. Die cliirchschnittliclu
restliche Kicsclsäurekonzentration des behandelter Wassers betrügt 0,03 ppm, als SiO... Zu Vergleichszwek
ken wird ein Frischwasser mit der gleichen Zusammen·
Setzung, wie sie vorstehend angegeben worden ist ebenfalls mit einer Fließgeschwindigkeit von 400 1 pn
Stunde durch ein übliches Dreibetliuistausdiersysten
geschickt, wobei folgende llarzvolumina und Kcgeiic
ncrimgsgriule eingehalten werden (es erfolgt ebonfiill.1
eine Entgasung gcmllß der vorstehend beschriebene! Behandlung);
llarzvolunien
Rcgcncricrungsgraü
Handelsüblicher stark saurer Kationcnaustauscher
(sull'oniertes Harz)
Handelsüblicher schwach basischer Anionenaustauscher (polyamidartiges Harz)
Handelsüblicher schwach basischer Anionenaustauscher (polyamidartiges Harz)
Handelsüblicher stark basischer Anionenaustauscher (mit funktioncllcn Trialkylammoniumgruppcn)
40,0 I (Na-l-orm) 13,6 1 (freie Baselorm)
7,4 1 (Cr-Form)
35Og von 33% HC1/1 Harz
Abfallregencricrung
250 g von NaOll/l Harz
Abfallregencricrung
250 g von NaOll/l Harz
Das Ergebnis dieser Behandlung ist die Erzeugung von 10 mJ eines entionisierten Wassers zu dem
Zeitpunkt, wenn die Kieselerdeauslaugung in dem fertigen Abfluß aus der Kolonne 16 einen Gehalt von
0,1 ppm als SiO2 erreicht hat. Die durchschnittliche restliche Kieselsäurekonzentration des behandelten
Wassers beträgt 0,06 ppm als SiO2.
Die vorstehenden Vergleichsergebnisse zeigen, daß, falls das Harz des Typs I auf einen Grad von 250 g
NaOH/1 Harz regeneriert wird, in beiden Fällen das neue erfindungsgemäße Dreibettsystem dazu in der
Lage ist, eine gegebene Menge an entionisiertem Wasser zu liefern, wobei ein Harzvolumen eingespart
wird, das, im Vergleich zu dem üblichen Dreibettsystem,
1,1 1 (8,1%) im Falle des schwach basischen Anionenaustauscherharzes
und 0,81 (10,8%) im Falle des stark basischen Anionenaustauscherharzes des Typs I beträgt.
Dies bedeutet, daß das erfindungsgemäße Dreibettsystem dazu in der Lage ist, eine Ersparnis an
als Regenerierungsmittel dienendem Natriumhydroxyd von 10,8% im Vergleich zu den Natriumhydroxydmengcn,
die im Falle des üblichen Dreibettsystems erforderlich sind, zu erzielen. Ferner ermöglicht das
neue Dreibettsystem eine geringere Konzentration an restlichen Kieselsäureionen in dem fertigen abfließenden
Wasser, und zwar in der Größenordnung von 0,02 ppm SiOj, und zwar im Vergleich zu der Konzentration
die bei Verwendung des Dreibettsystems ermittelt wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Entionisierung von Frischwasser, das verschiedene Mineralionen enthält, bei welchem -,
das zu behandelnde Wasser mit einem si ϊαι^εη
Kationenaustauscher, anschließend η... einen'. schwach basischen Anionenaustauscher und dann
mit einem stark basischen Anionenaustauscher mit funktioneilen Trialkylammoniumgruppen in Kon- m
takt gebracht wird, wobei der Abbuf aus dem Kationenaustauscher in einen Hauptteil und in einen
kleineren Teil aufgeteilt wird, der Hauptteil mit dem schwach basischen Harz kontaktiert und anschließend
mit dem stark basischen Anionenaustauscher |-, behandelt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der kleinere Teiistrom direkt auf den stark basischen Anionenaustauscher geleitel wird, wobei
das Verhältnis der als CaCOrÄquivpJente ausgedrückten
Gewichtsteile der Kieselsäure zu den als CaCOj-Äquivalente ausgedrückten Gewichtsteilen
der Mineralsäureionen in der Wassermischung, die mit dem stark basischen Anionenaustauscherharz
kontaktiert wird, zwischen 6/4 und 9,8/0,2 liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Kieselsäureionen zu
den Mineralsäureionen zwischen 8,0/2,0 und 9,5/0,5 liegt.
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