DE2260779B2 - Wasserentmineralisierungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserentmineralisielängsverfahren, bei dem Wasser der Reihe nach durch eine obere und eine untere Schicht von Ionenaustauschern geleitet wird, die in einem Behälter durch einen horizontalen Rost getrennt übereinander angeordnet sind, wobei die Entnahme der oberen Ionenaustauscherschicht unmittelbar oberhalb des Rosts über eine Entnahmeöffnung mittels Transportwasser erfolgt

Es ist seit langem ein Wasserentmineralisierungsverfahren bekannt, bei dem zu behandelndes Wasser durch einen Behälter geleitet wird, in dem eine Anionenaustauscherschicht und eine Kationenaustauscherschicht übereinander angebracht sind (z.B. DE-AS 10 76 624). Ist eine der beiden Schichten verbraucht oder kontaminiert, dann wird eine Regenerierungslauge oder Spülwasser in den Behälter eingeleitet und die Regenerierung bzw. Auswaschung der beiden Schichten gemeinsam und im wesentlichen gleichzeitig innerhalb des Behälters durchgeführt.

Das bekannte Verfahren weist eine Reihe von Nachteilen auf: Die verwendete Anlage kann während des zeitraubendden Regenerierungsvorganges nicht betrieben werden, so daß aufwendige Ersatzanlagen bereitgestellt werden müssen, und es ist durch einen einfachen Schaltfehler der Ventile am Behälter ohne weiteres möglich, daß Regenerierungslauge, Neutralisierungssäure oder Reinigungsflüssigkeit in den Umlauf für entmineralisiertes Wasser gelangen kann.

Um diesen Vorgängen abzuhelfen, ist ein Verfahren bekanntgeworden (»Vom Wasser«, Bd. XXXI (1964), Seiten 305 bis 310), bei dem anstelle der Regenerierung innerhalb des Behälters lediglich das Material der Ionenaustauscherschichten aus dem Behälter ausgespült und extern einer Regenerierung zugeführt wird. Da der Ausspülvorgang nach verhältnismäßig kurzer Zeit beendet ist, kann der Behälter wieder mit frischem oder regeneriertem Material aus einem Vorratsbehälter gefüllt und weiter betrieben werden; im übrigen ist es ausgeschlossen, daß zum Regenerieren und Reinigen verwendete Chemikalien in den Behälter und somit in den Umlauf für entmineralisiertes Wasser gelangen können.

Während das letztgenannte Verfahren von einem Mischbettfilter ausgeht, geht das eingangs genannte Verfahren (GB-PS 8 49 979) von getrennten Ionenaustauscherschichten aus, die jeweils getrennt mittels Transportwasser aus dem Behälter ausgespült werden.

Es hat sich aber herausgestellt, daß das Material der Ionenaustauscherschicht, durch das das zu entmineralisierende Wasser zuletzt fließt, sich weniger schnell verbraucht als das Material der Schicht, durch die das Wasser zuerst fließt, so daß folglich die stromabwärts gelegene Schicht seltener regeneriert und ausgewaschen zu werden braucht als die stromaufwärts gelegene Schicht, die als Filter für im Wasser mitgeführte Schwebstoffe und beim Ionisierungsvorgang anfallende Reaktionsprodukte dient

Da das bekannte Verfahren zwar das getrennte Auswaschen jeder Ionenaustauscherschicht vorsieht, hierzu aber gleichzeitig das Aufrechterhalten des normalen Stromes an zu entmineralisierendem Wasser erfordert, würde beim Ausspülen der stromaufwärts gelegenen Schicht allein ausgefiltertes Material mit dem normalen Wasserstrom in die stromabwärts gelegene Schicht gelangen und diese kontaminieren, so daß auch diese unverzüglich der Reinigung bedürfte.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß durch einfache Mittel die Entnahme der stromaufwärts gelegenen Ionenaustauscherschicht ermöglicht wird, ohne daß gleichzeitig eine Verschmutzung der stromabwärts gelegenen Schicht stattfindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Entnahme der oberen Schicht ein Wasserstrom über einen unter dem Rost angeordneten Verteiler durch den Rost nach oben gedrückt wird. Dieser Wasserstrom bildet eine hydraulische Sperre zwischen den beiden Ionenaustauscherschichten und hindert Schwebstoffe aus der oberen bzw. stromaufwärts gelegenen Schicht am Eindringen in die untere bzw. stromabwärts gelegene Schicht, indem der der Sinkrichtung entgegengerichtete Wasserstrom die Schwebstoffe mit sich reißt und ihr Ausspülen zusammen mit dem Material der oberen Schicht veranlaßt.

Durch die Erfindung wird gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil erreicht, daß weniger Material gereinigt oder regeneriert zu werden braucht, als dies bisher der Fall war, da die stromabwärts gelegene Schicht, die ein weniger häufiges Regenerieren oder Reinigen benötigt, beim Ausspülen der stromaufwärts gelegenen Schicht nicht kontaminiert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist.

F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt durch ein für die Durchführung der Erfindung typisches Gefäß, und

F i g. 2 ist ein Querschnitt in einer horizontalen Ebene gemäß 2-2 in F i g. 1 mit stellenweise weggelassenen Teilen.

Ein Gefäß 2 kann gemäß Fig. 1 als vertikaler Zylinder mit abgerundetem oberem und unterem Ende gestaltet sein, kann aber auch einen unteren Bereich reduzierten Durchmessers aufweisen, um eine untere Schicht Ionenaustauschharz aufzunehmen, in der für ein gegebenes Volumen die Tiefe vergrößert ist, um den Weg des vertikalen Flusses zu verlängern. Ein oberer Bereich 4 des Gefäßes enthält eine Harzschicht A aus Ionenaustauschharz (unvermischt oder vermischt), deren Oberfläche bei einer Höhe A' liegt. Ein Bereich 6 enthält eine untere Ionenaustauschharzschicht B. Die beiden Bereiche 4 und 6 sind begrenzt durch eine harzabschließende Konstruktion, die allgemein mit 8 bezeichnet und im Detail in F i g. 2 dargestellt ist, welche eine bevorzugte Konstruktion zeigt. Ein Rost 10 besteht

aus in Abständen parallel zueinander laufenden Stangen. Diese Stangen sind Dimensionsschwankungen unterworfen, können jedoch in der Regel eine Höhe in der Größenordnung von 0,95 bis 6,35 cm mit Dicken von ungefähr 0,32 bis 0,64 cm aufweisen und in Abständen von 0,64 bis 1,9 cm vorgesehen sein. Diese Stangen können zweckmäßig durch Anschweißen an (nicht gezeigte) Drähte in Gruppen angeordnet sein, wobei der Rost insgesamt den ganzen Querschnitt des Gefäßes bedeckt und aus solchen Stangengruppen hergestellt sein kann, die durch (nicht gezeigte) Revisionslöcher angeordnet werden können und auf weiter voneinander abgesetzten Haltestangen 14 ruhen. Unter dem Rost ist eine Wasserverteil- und -sammelanlage mit einem Verteiler 18 angeordnet, welcher mit Zweigrohren 20 in Verbindung steht, die mit öffnungen 22 zum Ein- und Ausfließen von Wasser während nachstehend beschriebener Vorgänge versehen sind. Die Größe der öffnungen ist so bemessen, daß ein Durchfließen des Harzes verhindert ist. Rohre mit größeren öffnungen können auch mit Gittern gegen ein Durchfließen der Harzperlen versehen sein. Der Verteiler ist mit einem sich aus dem Gefäß erstreckenden und ein Ventil 26 aufweisenden Rohr 24 verbunden. An einer Abzweigung 28 dieses Rohres sind Ventile 30 und 32 für eine nachstehend beschriebene Betätigung vorgesehen. Wenn auch Rost und Verteil- und Sammelelement als getrennte Elemente gezeigt sind, können sie auch kombiniert werden zu einer Kontraktion, welche die Aufwärts-Durchgänge der erwähnten Art vorsieht und für den Ein- und Ausfluß des Wassers und insbesondere für den Aufwärtsfluß durch die Durchgänge sorgt. Letztere können Öffnungen in einer Plattenkonstruktion mit den gleichen Ergebnissen wie ein Rost sein, indem sie ein Vermischen der Schichtmaterialien verhindern. Die öffnungen könne so klein gestaltet sein, oder wenn sie, wie oben angegeben, größer sind, vergittert sein.

Der Raum 40 am Boden des Gefäßes enthält eine Füllung gekörnten Materials zum Halten einer ebenen Tragfläche 41 aus Kunststoff oder kunstoffüberzogenem Metall, über welcher ein Verteiler 34 liegt, der an mit Perforationen 38 versehenen Zweigleitungen angeschlossen ist. Diese stellen ein Filter zum Abziehen des behandelten Wassers und Zurückhalten des Ionenaustauschmaterials dar, wobei der Ausfluß durch das mit einem Hauptventil 43 versehene Rohr 42 stattfindet. Diese untere Ablaufkonstruktion kann auch gemäß dem an Pratt et al. verliehenen US-Patent 32 91 311 konstruiert sein.

Bei 44 ist ebenfalls eine durch ein Ventil 46 regulierte Ausflußverbindung vorgesehen. Durch diese kann Ionenaustauschharz aus dem Raum oberhalb der Tragfläche 41 entfernt werden.

Das Ventil 43 wird umgangen durch eine vom Ventil 50 regulierte Verbindung 48 mit einer Rückverbindung bei 52. Eine durch das Ventil 56 regulierte Abzweigung ist bei 54 vorgesehen.

Eine durch ein Ventil 59 regulierte seitliche Ausgangsverbindung 57 ist oberhalb der Rostanordnung vorgesehen, um Harz aus der Schicht A zu entfernen.

Die Haupteinflußverbindung ist bei 58 gezeigt. Sie führt zu der herkömmlichen Wasserverteilungs-Anordnung61.

Eine Lüftungsverbindung 60 wird durch ein Ventil 62 reguliert.

Wasser für Transportzwecke kann in die durch ein Ventil 66 regulierte Verbindung 64 oben am Tank eintreten. Jedoch fließt das meiste Transportwasser durch das vom Ventil 32 regulierte Rohr 24 und gelangt von der Verteileranordnung durch den Rost 10 nach 5 oben.

Ein Durchgang 68 ist zur Einführung von Harz in Schlammform vorgesehen und wird durch das Ventil 70 reguliert.
Bei angeschalteter Austauschereinheit fließt das zu

ίο behandelnde Kondensat bei 58 ein, läuft der Reihe nach durch die Schichten A, B nach unten und durch die Ausflußleitung 42 ab. Dabei wirkt die obere Schicht A als ein Filter zum Entfernen fester Materialien, z. B. von Metalloxiden, und durch die normale Einwirkung der Kationen- und Anionen-Austauschharze findet der übliche Ionenaustausch statt Der Rost bei 19 verzögert den Fluß geringfügig, der sich durch die eine Reinigung bewirkende Schicht B fortsetzt. Wie bereits bemerkt, kann diese Schicht ein Gemisch aus Kationen- und Anionenaustauschharzen enthalten, wenn sie auch in einigen Fällen nur aus einem Kationen- oder einem Anionenaustauschharz besteht. Während dieses Vorganges ist der Ablauf 24 normalerweise geschlossen, kann aber von Zeit zu Zeit durch öffnung des Ventils 30 zur Entnahme von Proben geöffnet werden, um die Wirkung der oberen Schicht sowohl in bezug auf Ionenverlust als auch Vorkommen von festem Material im Ausfluß von der oberen Schicht zu überwachen.

Wie oben besprochen, ist der üblicherweise ein Außerbetriebsetzen der Einheit erfordernde Augenblick dann gekommen, wenn sich durch den Filtriervorgang abgeschiedene feste Materialien zu stark angesammelt haben. Wird dies durch Überwachung festgestellt, kann der Fließbetrieb durch Abstellen des Kondensationseinflusses unterbrochen werden. Jedoch ist durch Erfahrung mit dem Betrieb eine Zeitspanne ermittelbar, nach der als vorbeugende Maßnahme die obere Schicht gewaschen werden sollte. Durch Prüfungen bei für die Anlage normalen Betriebsbedingungen kann ein solcher Zeitabschnitt ermittelt werden, so daß die tatsächliche Überwachung nur dazu dient, vom Normalen abweichende Betriebsbedingungen zu melden, die möglichst nicht eintreten sollten. Nach Beendigung des Fließbetriebes ist es erforderlich, die obere Schicht zum Waschen in ein anderes Gefäß zu überführen. Dabei soll die untere Schicht B weder dadurch, daß eine wesentliche Materialmenge aus derselben entfernt wird, noch dadurch, daß das Material der oberen Schicht oder ihre ausfiltrierten Feststoffe in die untere Schicht gelangen können beeinträchtigt werden. Zu dem Zweck wird das Ventil 59 geöffnet, um einen Ausfluß des Materials der oberen Schicht zu ermöglichen, während durch öffner, des Vcniüs 32 ein Einfluß von Wasser bei geringer Geschwindigkeit durch den Verteiler 18, 20 geschaffen wird. Transportwasser tritt bei geöffnetem Ventil 66 bei 64 ein, um das Material der oberen Schicht in Schlammform nach außen zu drücken. Die Ventile 43,46,50 und 56 sind zu dieser Zeit geschlossen. Während der Schlamm durch die Verbindung 57 austritt, fließt ein relativ langsamer Wasserstrom durch den Rost 10 nach oben, wodurch ein etwaiger Materialfluß durch den Rost nach unten wirksam verhindert wird und der langsame Strom auch ein Aufsteigen des Materials der Schicht B durch den Rost im wesentlichen verhindert. Auf diese Weise ist für die Schichten ober- und unterhalb des Rostes eine hydraulische Sperre vorhanden.

Während die Einheit nicht in normalem Betrieb ist,

kann frisches oder aufbereitetes Material aus einem Vorratsbehälter unmittelbar zu der Einheit zurückgeführt werden, und zu diesem Zweck wird ein Schlamm daraus durch die Verbindung 68 und das offene Ventil 70 eingeführt, während Luft durch die Lüftungsöffnung 60 s austritt, deren Ventil 62 offen ist. Es ist erwünscht, daß ein fortgesetzter langsamer Zufluß von Wasser durch das Verteilersystem und das offene Ventil 32 stattfindet, aber nachdem sich ein Teil des Harzes gesetzt hat, kann das Ventil 32 geschlossen und das Ventil 26 geöffnet werden, um ein Austreten überschüssigen Schlammwassers möglich zu machen. Es ist erwünscht, daß während dieses Vorgangs ein langsamer Wasserstrom durch die untere Schicht nach oben fließt, wofür Wasser durch die Verbindung 48 eingeführt wird, das durch den Verteiler 20 austritt. Dieser aufwärts fließende Strom verhindert eine Verschmutzung der unteren Schicht. Das Ventil 59 ist während dieses Austausches der Schicht A geschlossen. Das Ventil 66 muß vor Beginn de! Vorganges geschlossen werden, so daß mittels der durch öffnen des Ventils 62 vorgesehenen Belüftung sich dei obere Teil des Gefäßes mit Luft füllen kann. Danach wird der Fließbetrieb wieder eingeschaltet, nachdem die Luft zuerst mittels Wasser durch die Lüftungsöffnung verdrängt wurde.

In größeren zeitlichen Zwischenräumen als für die Regeneration der oberen Schicht ist für die untere Schicht eine Regeneration oder ein Austausch nötig, Das Austauschverfahren ist einfach, da zu einer Zeit, während der die obere Schicht aus einer Entmineralisierungseinheit entnommen ist, die untere Schicht durch die Ausflußverbindung 44 entfernt werden kann, wobei Wasser durch das geöffnete Ventil 32 und den Verteiler 20, 22 und/oder durch 48 durch öffnen des Ventils 50 einfließt. Diese untere Schicht kann dann durch frisches oder aufbereitetes Material ersetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wasserentmineralisierungsverfahren, bei dem Wasser der Reihe nach durch eine obere und eine untere Schicht von Ionenaustauschern geleitet wird, die in einem Behälter durch einen horizontalen Rost getrennt übereinander angeordnet sind, wobei die Entnahme der oberen Ionenaustauscherschicht unmittelbar oberhalb des Rosts über eine Entnahme- ι ο öffnung mittels Transportwasser erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß während der Entnahme der oberen Schicht ein Wasserstrom über einen unter dem Rost angeordneten Verteiler durch den Rost nach oben gedrückt wird.