-
Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Wasseraufbereitung
mit einer über ein Beladevirbelbett, ein Regenerierwirbelbett und ein Waschwirbelbett
im Kreislauf geführten Ionenaustauschmasse Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zur kontinuierlichen Wasseraufbereitung mit einer über ein Beladewirbelbett, ein
Regnerierwirbelbett und ein Waschwirbelbett im Kreislauf geführten lonenaustauschmasse,
bei dem in Gutwasser gewandeltes Rohwasser nach Durchlaufen des Beladewirbelbetts,
Regeneriermittellösung nach Durchlaufen des Regenerierwirbelbetts und Waschwasser
nach Durchlaufen des Waschwirbelbetts außerhalb der Wirbelbettzonen zum Weitertransport
der Ionenaustauschmasse verwendet werden.
-
Daneben bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens.
-
Bekanntlich sind insbesondere zum Enthärten bzw. Entsalzen von Trink-
und Brauchwasser eine Reihe von Ionenaustauschmassen entwickelt worden, die nach
ihrer Erschöpfung durch Regenerieren zur erneuten Verwendung kommen können. Das
Regenerieren erfolgt bei Kationenaustauschmassen zumeist durch Behandlung mit Salzsäure
und bei Anionenaustauschmassen zumeist durch Behandlung mit Natronlauge.
-
Während bei einer Wasserenthärtung im sogenannten Festbett das in
Gutwasser zu wandelnde Rohwasser nach dem Filterprinzip durch eine Schicht körnigen
Materials geleitet wird und die betreffende Vorrichtung fur die Zeit des Regenerierens
und Auswaschens der lonenaustauschmasse für die Gutwassergewinnung ausfällt, ist
bei einer Wasserenthärtung im Wirbelbett die lonenaustauchmasse nach der Art von
Schwebeteilchen in etwa gleichmäßig in der Flüssigkeitssäule verteilt und kann,
wenn für ein allmähliches Durchwandern der Flüssigkeitssäule vom einen zum anderen
Ende und für eine ständige Zu- und Abfuhr von Ionenaustauschmasse gesorgt ist, ein
kontinuierlicher Betrieb ohne Ausfallzeiten erzielt werden. Da das Wirbelbettverfahren
dem Festbettverfahren an sich schon durch kürzere Flüssigkeits-Durchlaufzeiten und
größere Flüssigkeits-Durchsatzmengen überlegen ist, bedeutet der Übergang zu einem
kontinuierlichen Betrieb in einer diesbezüglichen Anlage nochmals eine erhebliche
Leistungssteigerung.
-
Bei einem durch die deutsche Auslegeschrift 1 280 761 bekannten Verfahren
der eingangs angeführten Art wird die Ionenaustauschmasse im Beladewirbelbett, im
Regenerierwirbelbett und im Waschwirbelbett jeweils von oben her eingeführt, um
im Gegenstrom zu der von unten nach oben strömenden jeweiligen Flüssigkeit langsam
abzusinken. Bei einer gleichfalls durch die deutsche Auslegeschrift
1
280 761 bekannten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist für das Beladewirbelbett
, das Regenerierwirbelbett und das Waschwirbelbett je ein gesonderter Behälter mit
einem am unteren Ende befindlichen Einlauf und einem am oberen Ende befindlichen
Auslauf für die jeweilige Flüssigkeit vorgesehen und das Regenerierwirbelbett über
und das Beladewirbelbett neben dem Waschwirbelbett angeordnet.
-
Um hierbei im Beladewirbelbett eine möglichst gleichmäßige Beladung
der Ionenaustauschmasse zu erzielen und im oberen Teil des Beladewirbelbettbehälters
eine Beruhigungszone zu schaffen, aus der das gewonnene Gutwasser ohne Mitnahme
von Ionenaustauschmasse abfließen kann, sind die Strömungsverhältnisse genau festgelegt.
Dazu gehört, daß im Beladewirbelbettbehälter über dem Rohwassereinlauf ein Verteilerboden
mit einem aufgesetzten Füllkörper angeordnet ist und der Durchsatzmenge an Wasser
eine feste obere Grenze gesetzt ist. Durch entsprechende Maßnahmen wird im Regenerierwirbelbettbehälter
erreicht, daß eine möglichst gleichmäßige Regenerierung der Ionenaustauschmasse
erfolgt und im Behälteroberteil die verbrauchte Regeneriermittellösung ohne Mitnahme
von Ionenaustauschmasse abfließen kann.
-
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens erfolgt
der Weitertransport der Ionenaustauschmasse vom Beladewirbelbett zum Regenerierwirbelbett
über eine am Fuße des Beladewirbelbettbehälters befindliche Gegendruckkammer mit
Hilfe eines Teils der aus dem Regenerierwirbelbettbehälter abgeflossenen Regeneriermittellösung.
An diesem Transportvorgang ist jedoch auch ein entsprechendes Teil des Waschwassers
beteiligt, das sich
nach Durchlaufen des Waschwirbelbetts am unteren
Ende des Regenerierbetts mit der dort zugeführten Regeneriermittellösung vermischt.
Die Ursache dafür ist der unmittelbare Übergang vom Regenerierwirbelbett zum Waschwirbelbett,
durch den zwar der Weitertransport der Ionenaustauschmasse vom Regenerierwirbelbett
zum Waschwirbelbett aufs Äußerste vereinfacht wird, einer mehrmaligen Verwendung
der Regeneriermittellösung im Regenerierwirbelbett jedoch zusätzliche Hindernisse
bereitet sind. Dem Durchbrechen der Regeneriermittellösung in das Waschwirbelbett
wurde dadurch begegnet, daß der Waschwirbelbettbehälter dem Regenerierwirbelbettbehälter
gegenüber einen kleineren Durchmesser besitzt und ein Stück in diesen hineinragt.
-
Der abschließende Rücktransport der Ionenaustauschmasse vom Waschwirbelbett
zum Beladewirbelbett erfolgt mit Hilfe eines Teils des gewonnenen Gutwassers über
eine weitere Gegendruckkamer, die sich am Fuß des Waschwirbelbettbehälters befindet.
Mit einem weiteren Teil des gewonnenen Gutwassers wird außerdem der Waschwasserbedarf
gedeckt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
angeführten Art zu schaffen, durch das zusammen mit einer Leistungssteigerung eine
wirtschaftlichere Arbeitsweise erzielt wird und mit dem sich außerdem der apparative
Aufwand, der Platzbedarf und die Gestehungskosten einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens besonders niedrig halten lassen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die regenerierte
und gewaschene Ionenaustauschmasse vom Waschwasser getrennt und dem im Beladewirbelbett
befindlichen Einlauf für das Rohwasser zugeleitet wird, die beladene Ionenaustauschmasse
am Ende des Beladewirbelbetts mit dem
Gutwasser ausgetragen wird,
die ausgetragene beladene Ionenaustauschmasse vom Gutwasser getrennt und dem im
Regenerierwirbelbett befindlichen Einlauf für die Regeneriermittellösung zugeleitet
wird, die regenerierte Ionenaustauschmasse am Ende des Regeneriermittelbetts mit
der legeneriermittellösung ausgetragen wird, die ausgetragene regenerierte lonenaustauschmasse
von der Regeneriermittellösung getrennt und dem im Waschwirbelbett befindlichen
Einlauf für das Waschwasser zugeleitet wird und die regenerierte und gewaschene
Ionenaustauschmasse am Ende des Waschwirbelbetts mit dem Waschwasser ausgetragen
wird.
-
Um bei der Durchführung des Verfahrens einen einfachen Vorrichtungsaufbau
zu erzielen und bei der Übergabe der Ionenaustauschmasse von Wirbelbett zu Wirbelbett
ohne zusätzliche Förderpumpen und mit möglichst wenig Rohrleitung auszukommen, ist
nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß sämtliche Austragevorgänge
im Überlaufverfahren und sämtliche Trennvorgänge im Siebverfahren ablaufen.
-
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
dem aufzubereitenden Rohwasser im Beladewirbelbett, der Regeneriermittellösung im
Regenerierwirbelbett und dem Waschwasser im Waschwirbelbett eine schraubenförmige
Strömungsbahn zuteil, so daß erheblich kürzere Wirbelbettbehälter zur Anwendung
kommen können.
-
Zur zusätzlichen Reduzierung des apparativen Aufwandes wie der Betriebskosten
wird nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die regenerierte
und gewaschene lonenaustauschmasse nach ihrer Trennung vom Waschwasser mit Hilfe
des aufzubereitenden Rohwassers in das Beladewirbelbett eingebracht.
-
Dadurch, daß nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ausschließlich
Rohwasser als Waschwasser verwendet wird, nimmt man zwar eine gewisse Beladung der
Ionenaustauschmasse vor ihrer Rückführung in das Beladewirbelbett in Kauf, vermeidet
dadurch aber vorteilhafterweise einen beträchtlichen Verlust an gewonnenem Gutwasser.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht schließlich
auch darin, daß zur Ergänzung eines Vorrats an Regeneriermittellösung Waschwasser
nach seiner Trennung von der regenerierten und gewaschenen Ionenaustauschmasse verwendet
wird. Damit kann zeitweise oder kontinuierlich Regeneriermittel durch einen Teil
des gebrauchten Waschwassers gelöst werden und die ergänzte Regeneriermittellösung
von einem Vorratsbehälter aus das Regenerierwirbelbett mehrmals durchlaufen.
-
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte
Vorrichtung, bei der für das Beladewirbelbett, das Regenerierwirbelbett und das
Waschwirbelbett je ein gesonderter Behälter mit einem am unteren Ende befindlichen
Einlauf und einem am oberen Ende befindlichen Auslauf für die jeweilige Flüssigkeit
vorgesehen ist und das Regenerierwirbelbett über und das Beladewirbelbett neben
dem Waschwirbelbett angeordnet ist, zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus,
daß der Auslauf am oberen Ende des Beladewirbelbettbehälters durch eine Überlaufleitung
mit dem obenliegenden Einlauf einer ersten Siebkammer verbunden ist, die erste Siebkammer
mit ihrem Auslaß für die vom Gutwasser getrennte Ionenaustauschmasse über einem
fast bis zum Behälterboden hinabreichenden Einsatz des Regenerierwirbelbettbehälters
angeordnet ist, der Auslauf am oberen Ende des RegenerierwirbelbeCtbehalters durch
eine
Uberlaufleitung mit dem obenliegenden Einlauf einer zweiten Siebkammer verbunden
ist, die zweite Siebkammer mit ihrem Auslaß für die von der Regeneriermittellösung
getrennte lonenaustauschmasse über einem fast bis zum Behälterboden hinabreichenden
Einsatz des Waschwirbelbettbehälters angeordnet ist, der Auslauf am oberen Ende
des Waschwirbelbettbehälters durch eine überlaufleitung mit dem oben liegenden Einlauf
einer dritten Siebkammer verbunden ist, die dritte Siebkammer mit ihrem Auslaß für
die vom Waschwasser getrennte Ionenaustauschmasse über einem Sammelraum angeordnet
ist und der Sammelraum mit seinem unteren Ende an einen Injektor angeschlossen ist,
durch den kurz vor dem Rohwassereinlauf am unteren Ende des Beladewirbelbettbehälters
vom Waschwasser getrennte lonenaustauschmasse kontinuierlich vom aufzubereitenden
Rohwasser mitnehmbar ist.
-
Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird zugleich zur weiteren Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens im folgenden näher beschrieben.
-
Bei der gezeichneten Vorrichtung besitzen die Siebkammer 1 zur Trennung
der lonenaustauschmasse vom Gutwasser, die Siebkammer 2 zur Trennung der Ionenaustauschmasse
von der Regeneriermittellösung, die Siebkammer 3 zur Trennung der Ionenaustauschmasse
vom Waschwasser, der Regenerierwirbelbettbehälter 4, der Waschwirbelbettbehälter
5 und der Sammelraum 6 für die regenerierte und gewaschene Ionen aus tauschmasse
je die Form eines senkrechten Kreis zylinders mit jeweils demselben Außendurchmesser
und sind zu einer einzigen senkrecht stehenden Säule zusammengefügt. Damit erhält
man in diesem Teil des Kreislaufes für die Ionenaustauschmasse
einen
besonders platzsparenden und funktionsgerechten Vorrichtungsaufbau. Da außerdem
in der aus den drei Siebkammern 1,2 und 3, dem Regenerierwirbelbettbehälter 4, dem
Waschwirbelbettbehälter 5 und dem Sammelraum 6 bestehenden Säule drei gleiche Siebkammern
und zwei gleiche Wirbelbettbehälter vorgesehen sind, sind zugleich die Voraussetzungen
für eine besonders rationelle Fertigung dieses Vorrichtungsteils geschaffen.
-
Jede der Siebkammern 1, 2 und 3 weist, um eine möglichst weitgehende
Trennung der Ionenaustauschmasse von der jeweiligen Flüssigkeit zu erzielen, mindestens
zwei übereinander liegende Siebflächen 7 mit einem dazwischen*-liegenden Zwischenboden
8 auf, wobei vom Zwischenboden 8 aus ein Rohrstutzen 9 durch die darunterliegende
Siebfläche 7 und von jeder Siebfläche 7 aus ein Rohrstutzen 10 auf der jeweils gegenüberliegenden
Seite durch den darunter-liegenden Boden 11 bzw. 8 geführt ist.
-
Dadurch, daß die aus den drei Siebkammern 1,2 und 3, dem Regenerierwirbelbettbehälter
4, dem Waschwirbelbettbehälter 5 und dem Sammelraum 6 bestehende Säule als koaxialer
Kern eines kreiszylindrischen Beladewirbelbettbehälters 12 ausgebildet ist und der
am unteren Ende des Beladewirbelbettbehälters 12 befindliche Rohwassereinlauf 13
tangential auf den Mittelkreis der kreisringförmigen Querschnittsfläche des Beladewirbelbetts
ausgerichtet ist, wird mit einem verhältnismäßig kleinen Wirbelbettvolumen und mit
verhältnismäßig wenig Ionenaustauschmasse bei der Wasser aufbereitung eine besonders
hohe Leistung erreicht. Auf den Beladewirbelbettbehälter 12 ist ein Gutwassersammelbehälter
14 aufgesetzt, der ebenfalls die aus den drei Siebkammern 1,2 und 3, dem Regenerierwirbelbettbehälter
4,
dem Waschwirbelbettbehälter 5 und dem Sammelraum 6 bestehende
Säule als koaxialen Kern besitzt und den gleichen Außendurchmesser wie der Beladewirbelbettbehälter
12 aufweist, so daß zugleich in besonders platzsparender Weise ein Gutwasserspeicher
in erhöhter Lage entsteht, aus dem das Gutwasser auch ohne eine Förderpumpe entnommen
werden kann.
-
Um auch bei der Behandlung der Ionenaustauschmasse im Regenerierwirbelbettbehälter
4 und im Waschwirbelbettbehälter 5 mit einem verhältnismäßig kleinen Wirbelbettvolumen
eine besonders hohe Leistung zu erreichen, ist dort der jeweilige Einsatz 15 als
ein zu seiner Mittellinie drehsymmetrischer Trichter ausgebildet und koaxial zm
Wirbelbettbehälter angeordnet und ist der am unteren Ende des Wirbelbettbehälters
befindliche Einlauf 16 für die Regeneriermittellösung bzw.l7 für das Waschwasser
tangential auf den Mittelkreis der kreisringförmigen Querschnittsfläche des Wirbelbetts
ausgerichtet. Ferner ist beim Regenerierwirbelbettbehälter 4 und beim Waschwirbelbettbehälter
5 die zugehörige überlaufLeitung 18 bzw. 19 jeweils im Innern des Wirbelbettbehälters
angeordnet, um besonders kurze und funktionssichere Wege für den Weitertransport
der Ionenaustauschmasse zu erhalten. Zur Gewährleistung eines sicheren Austragens
der Ionenaustauschmasse aus dem Beladewirbelbettbehälter 12 sind an dessen oberem
Ende gleichmäßig verteilt mehrere überlaufleitungen 20 vorgesehen, deren Innenguerschnitts-Flächeninhalte
zusammengenommen kleiner sind als der Flächeninhalt des Innenquerschnitts des Rohwassereinlaufs
13 am unteren Ende des Beladewirbelbettbehälters 12.
-
Eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit ergibt sich für die erfindungsgemäße
Vorrichtung daraus, daß der Waschwassereinlauf
17 des Waschwirbelbettbehälters
5 vor dem Injektor 21 an die Rohwasserzuleitung 22 angeschlossen ist und der Waschwasserauslauf
23 am Boden 11 der Siebkammer 3 über je ein Absperrventil 24 mit einem Abwasserkanal
25 und dem Nachfülleinlauf 26 eines in einem Kreislauf für die Regeneriermittellösung
vorgesehenen Vorratsbehälters 27 verbunden ist. Somit wird einerseits ein beträchtlicher
Verlust an erzeugtem Gutwasser beim Auswaschen der regenerierten Ionenaustauschmasse
vermieden, andererseits das stattdessen zum Waschen verwendete und dabei zu einem
gewissen Grade aufbereitete Rohwasser teilweise noch einmal nutzbringend zur Bildung
neuer Regeneriermittellösung eingesetzt und ferner ein Kreislauf für die Regeneriermittellösung
geschaffen, bei dem die Regeneriermittellösung das Regenerierwirbelbett mehrmals
durchlaufen kann. Zu diesem Zweck kann noch nicht gelöstes Regeneriermittel auf
dem Rost 28 im Vorratsbehälter 27 bereitgehalten oder bei Bedarf automatisch über
ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Regeneriermittelzugabegerät bzw. manuell
eingegeben werden. Verbrauchte bzw. verschmutzte Regeneriermittellösung kann, gegebenenfalls
von einem nicht gezeichneten Meßgerät gesteuert, über das Ablaßventil 29 am Boden
des Vorratsbehälters 27 abgelassen werden. Vollautomatisch lassen sich auch die
beiden Absperrventile 24 mit Hilfe eines durch einen Schwimmer betätigten Niveauschalters
bei Niedrigstand der Regeneriermittellösung im Vorratsbehälter 27 gegensinnig derart
verstellen, daß der Vorratsbehälter 27 wieder die normale Füllung erhält.
-
Die Arbeitsweise der Wasseraufbereitungsvorrichtung ist demnach folgende:
Das aufzubereitende Rohwasser wird über das Rohr 22 dem Pfeil a folgend zunächst
dem Injektor 21 zugeführt, in dem kontinuierlich frische Ionenaustauscilmasse aus
dem nach unten trichterförmig verjüngten Sammelraum
6 nach Art
einer Wasserstrahlpumpe mitgerissen wird.
-
Die mitgerissene Ionenaustauschmasse wird zusammen mit dem Rohwasser
über das Rohr 30 dem Rohwassereinlauf 13 des Beladewirbelbettbehälters 12 zugeleitet
und im Beladewirbelbett den Pfeilen b folgend in einer schraubenförmigen Bewegung
allmählich zum oberen Ende des Beladewirbelbettbehälters 12 emporgehoben, wobei
anzumerken ist, daß die Steigung der Schraubenlinie in der Zeichnung sehr stark
überhöht ist. Als Auslauf sind am oberen Ende des Beladewirbelbettbehälters 12 kleine
Trichter 31 vorgesehen, um bei Pfeil c einen stetigeren Übergang auf die verhältnismäßig
hohe Strömungsgescslwindigkeit in den sich anschließenden Überlaufleitungen 20 zu
erzielen. In der Siebkammer 1 rutscht die Ionenaustauschmasse zunächst noch überwiegend
unter der Sthilfe des Gutwassers vom Einlauf-32 über die Siebflcchen 7 zum Auslaß
33, während das Gutwasser vom Boden 11 der Siebkammer 1 durch den Auslauf 34 in
den Gutwassersammelbehälter 14 abläuft. Spätestens beim Austritt aus der Siebkammer
1 ist die in der Zeichnung durch Punkte dargestellte Ionenaustauschmasse vollständig
beladen und das Rohwasser gleichmäßig gut enthärtet. Nachdem die Ionenaustauschmasse
vom Auslaß 33 der Siebkammer 1 über den Einsatz 15 des Regenerierwirbelbettbehälters
4 zum Boden des Regenerierwirbelbettbehälters 4 abgesunken ist, wird sie von der
dort zuströmenden Regeneriermittellösung (Pfeil d) mitgerissen, in einer schraubenförmigen
Bewegung (Pfeil e) nach oben befördert, über den Auslauf 35 des Regenerierwirbelbettbehälters
4 am oberen Rand der Überlaufleitung 18 ausgetragen (Pfeil f) und damit der Siebkammer
2 zugeführt, wo sich der bei der Siebkammer 1 beschriebene Trennvorgang entsprechend
wiederholt. Ein dritter Trennvorgang dieser Art findet in
der Siebkammer
3 statt, sobald die Ionenaustauschmasse über den Einsatz 15 des Waschwirbelbettbehälters
5 zum Boden des Waschwirbelbettbehälters 5 abgesunken, vom dort zuströmenden Waschwasser
(Pfeil g) mitgerissen, in einer schraubenförmigen Bewegung (Pfeil h) nach oben befördert
und über den Auslauf 36 des Waschwirbelbettbehälters 5 am oberen Rand der überlaufleitung
19 ausgetragen ist (Pfeil i). Danach befindet sich die Ionenaustauschmasse wieder
im Sammelraum 6, von wo aus sich der gesamte Kreislauf wiederholt.
-
Die Pfeile k, 1 und m deuten in der Zeichnung die Strömungsrichtung
in der Gutwasser-Entnahmeleitung 37, der Rucklaufleitung 38 für die Regeneriermittellösung
und der Waschwasser-Abflußleitung 39 an. Daneben sind in der Zeichnung die Zubringer
leitung 40 für die Regeneriermittellösung, die Waschwasser-Zuflußleitung 41 der
Massefänger 42 in der Gutwasser-Entnahmeleitung 37 und der Massefänger 43 in der
Rücklaufleitung 38 für die Regeneriermittellösung näher bezeichnet. Die einzige
angetriebene Förderpumpe 44 der gesamten Vorrichtung befindet sich in der Zubringerleitung
40 für die Regeneriermittellösung.
-
16 Ansprüche 1 Blatt Zeichnung