DE2403274C2 - Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer Ionenaustausch-Mischbettanlage zur Behandlung von Flüssigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von jenem bekanntgewordenen Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer Ionenaustausch-Mischbettanlage 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 die Austauschkolonne dadurch zurückgefördert wird, daß das regenerierte und gewaschene Austauschmaterial durch Einleiten von unter Druck stehendem Tr insportwasser mittels eines in dem Kopfstück der Regenerier- und Waschkolonne angeordneten Abzugsrohres abgezogen wird, und bei der die Eintauchtiefe des Abzugsrohres in die Regenerier- und Waschkolonne so bemessen ist, daß das Lm Kopf des Behälters bis zum Niveau der Eintauchtiefe befindliche Austauschmaterial einer abzuziehenden Portion entspricht, und wobei eine Portion an Ionenaustauschmaterial aus einer der Regenerier- und Waschkolonne vorgeschalteten Rückspülkolonne, in der eine Trennung in Kationen- und Anionenaustauschermassen vorgenommen wird, in entsprechender Weise weitertransportiert wird, nach Patent 20 29 720.

Bei jenem vorbekannten Verfahren werden die Ionenaustauschermassen in einer Rückspül- und Trennkoionne entsprechend ihrem spezifischen Gewicht getrennt Die entmischten Harze werden dann durch in unterschiedliche Höhen mündende Abzugsrohre abgezogen. Der schwerere, im unteren Bereich befindlicht Kationenaustauscher wird einer getrennten Regenerier- und Waschkolonne zugeführt, während der Anionenaustausch^ durch ein höher mündendes Abzugsrohr ebenfalls in eine eigene Regenerier- und Waschkolonne gefördert wird. Nach dem Regenerieren und Waschen werden die Harze taktweise einem Mischstück zugeführt und in diesem wieder vereinigt, von wo sie über Kopf in die Behandlungskolonne zurückgelangen.

Bei dem Betrieb einer Mischbett-Ionenaustauscheranlage ist das saubere Trennen der Kationen- und Anionenharze schwierig. Wenn Anteile der Kationenharze zusammen mit den Anionenharzen abgezogen werden und umgekehrt, werden diese beim jeweiligen Regenerierungsvorgang beladen und kommen in diesem Zustand in die Behandlungskolonne zurück. Dadurch wird die Qualität des Reinwassers vermindert. Je stärker das Mischungsverhältnis von Kationen- und Anionenharzen in den transportierten Chargen schwankt, um so breiter ist die Mischzone in der Trennkolonne und um so größer die Schwierigkeit der sauberen Entmischung. Der erzielbare maximale Reinheitsgrad des Deionats wird weitgehend durch den Entmischungsgrad bestimmt.

Es sind Vorrichtungen zum Entsalzen von Flüssigkeiten unter Verwendung von Mischbett-Ionenaustauschern bekanntgeworden, bei denen die Trennung und der Abzug der lonenaustauschermassen innerhalb der Betriebskolonne erfolgt (DE-AS 17 67 623). Zu diesem Zweck ist der Filterbehälter durch einen horizontalen Düsenboden in zwei Räume unterteilt, welche je ein Drainagesystem zum Abführen der Reinflüssigkeit enthalten. Der Düsenboden besitzt mehrere senkrecht angeordnete Rohre kleineren Durchmessers, die zum Hindurchführen der beladenen Ionenaustauscher aus dem unteren in den oberen Behälterraum dienen. In dem Raum oberhalb des Düsenbodens sind zwei Absaugstutzen zum getrennten Abführen der beladenen Ionenaustauscher angeordnet, von denen der eine zum Abführen der spezifisch schwereren Ionenaustauscher unterhalb

der Austrittsöffnungen der Rohre und der andere zum Abführen der spezifisch leichteren Ionenaustauscher oberhalb des Drainagesystems angebracht ist. Beide Absaugstutzen sind mit je einer Regeneriersäule für den jeweiligen Ionenaustauscher verbunden. Durch eine solche Anordnung von Einbauten in der Behandlungskolonne kann jedoch kein befriedigender Reinheitsgrad erreicht werden, da durch den ständigen Fluß der Harze durch die Rohre des Düsenbodens hindurch kein umschichtungsrreies Festbett geschaffen werden kann, ι ο Die Trennung der beladenen Austauscherharze erfolgt während des Betriebszustandes und der Abzug wird im Bereich der Reinwasserzonen vorgenommen. Somit befindet sich am Austritt des Reinwassers beladenes Austauscherharz, so daß kein hoher Reinheitsgrad des Wassers erzielbar ist

Aus der DE-OS 14 42 459 ist eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten bekanntgeworden mit einer Meßkolonne, in der ein Auslaßrohr angeordnet ist, durch welches im freien Fall Ionenaustauschermasse in die Meßkolonne eingeleitet wird. Dabei soll die Strömung der Austauschmasse automatirch 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 Austauscherbett und somit keine klare Trennzone zwischen der Charge und der Flüssigkeit vorliegt Ein stabiler, kontinuierlicher Betrieb von gleichbleibender Qualität de·: aufzubereitenden Wassers ist daher nicht möglich. Von einer bestimmten Bemessung der Eintauchtiefe der Auslaßleitung ist in dieser Druckschrift keine Rede. Auch kann das Abschalten des Ausströmvorgangs nicht zeitlich konstant eingehalten werden, weil sich die Druckverhältnisse im Austauschbehälter im Laufe der Zeit ändern und r>er unter der Schwerkraftwirkung erfolgende Ausströmvorgang der Austauschermassen aus dem Austauschbehälter von diesen Druckverhältnissen abhängig ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Reinheitsgrad des ?ufzubereitenden Wasser* unabhängig vom Salzgehalt des Rohwassers konstant zu halten und zu verbessern, sowie die den beschriebenen Verfahren anhaftenden Mängel zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird eriJndungsgemäß dadurch gelöst, so daß man die Abzugsrohre in der Rückspül- und Trennkolorne in einem derartigen Höhenabstand voneinander einstellt, daß die in der Rückspül- und Trennkolonne zwischen den Mündungen der Abzugsrohre befindlichen Austauschermassen jeder Harzart ein Mehrfaches der jeweils taktweise geförderten Ionenaustauscherportion betragen.

Versuche haben gezeigt, daß bei Einhaltung einer »Sicherheitszone« zwischen den Abzugszonen eine Gewähr gegeben ist, daß im Bereich der Mündungen der Abzugsrohre jeweils nur eine bestimmte Harzgattung, nämlich im oberen Bereich die Anionen, im unteren Bereich die schwereren Kationen, vorhanden ist, so daß eine maximale Gewähr für eine saubere Trennung gegeben ist. Da die Gewichtsunterschiede μ zwischen Kationenharz und Anionenharz zumindest teilweise recht gering sin.^J, ist durch die Zwischenschaltung einer »Sicherheitszone« durch den dadurch bedingten Abstand zwischen den Abzugsmündungen der beiden Rohre die größte Gewähr gegeben, daß im Bereich der Mündungen der Abzugsrohre nur jeweils eine Art der Austauschermassen, nämlich Kationenharz oder Anionenharz vorliegt

Um eine genaue und einfache Bemessung der Portion vornehmen zu können, ist vorgesehen, daß man das Volumen der in die Rückspül- und Trennkolonne zu fördernden Harzportion in einer dieser vorgeschalteten Meßkolonne einstellt Das Aufnahmevolumen der Meßkolonne entspricht zweckmäßig etwa einer Portion.

Es ist ferner eine Nachwaschung der wieder vereinigten lonenaustauschermassen unmittelbar vor Einleiten in die Behandlungskolonne vorgesehen, um sicherzustellen, daß vollkommen gereinigte Mischbettionenaustauschermassen in die Betriebskolonne gelangen. Diese Nachwaschung kann dann besonders vorteilhaft sein, wenn die Ionenaustauschanlage als Polizeifilter zur Nachentsalzung "on vorentsalztem Wasser oder bei der Aufbereitung von Wasser mit geringem Salzgehalt von Betriebskondensat oder TurbinenkondensiM, gegebenenfalls nach Durchlaufen einer Umkehrosmoseanlage oder Vollentsalzungsanlage eingesetzt wird.

Die Erfindung ist im einzelnen an Hand der schematisch dargestellten Zeichnung beschrieben, in welcher ein Ausschnitt der taktweise betriebenen Ionenaustauschanlage schematisch dargestellt ist

Das zu reinigende, nachfolgend der Einfachheit halber als Rohwasser bezeichnete Rohprodukt wird in die Betriebskolonne 10 über die Leitung 12 bei geöffnetem Ventil 2 im unteren Bereich eingeführt Das Rohwasser durchströmt die Betriebskolonne von unten nach oben und wird über die Reinwasserleitung 16 bei geöffnetem Ventil 3 abgezogen. Das Ionenaustauscherharz liegt in der Betriebskolonne als Mischbett 14 vor. Zum Transport von beladenem Austauscherharz senkt sich das Harzbett bei geöffnetem Ventil 4 und offenem Ventil 6 sowie geschlossenen Ventilen 2 und 3 in den trichterförmigen Bodenteil 10a der Behandlungskolonne 10 ab. Die Förderung der im Trichter 10a vorhandenen Harzportion in den Zwischenbehälter 18, der als Meßkolonne dient, geschieht durch öffnen der Ventile 2,5,7 und 9, wobei Ventil 3 ebenfalls geöffnet ist. In die Meßkolonne 18 kann, gegebenenfalls über einen Strahlsauger 19, Wasch- und Transportwasser durch die Leitung 22 über das Ventil 21 in die Leitung 20 eingeführt werden. Dieser Strahlsauger kann zur Zumischung von Chemikalien verwendet werden, die das Trennen der gemischten Harze in der angeschlossenen Rückspül- und Trennkolonne 26 verbessern. Aus der Meßkolonne 18 gelangt die noch gemischte lunenaustauschermasse portionsweise über eine Leitung 24 bei geöffneten Ventilen 25, 9 und 27 in eine Trenn- und Rückspülkolonne 26. Vom Kopfstück dieser Kolonne 26 ragen zwei Abzugsrohre 28 und 30 mit unterschiedlichen Eintauchtiefen in den Kolonnenraum hinein. Das höhe; mündende Abzugsrohr 28 ist zum Abzug von Anionenharz, das im Bodenbereich mündende längere Abzugsrohr 30 zum Abzug von Kationenharz bestimmt

Beim Transport der Harze aus der Meßkolonne 18 in die Trenn- und Rückspülkolonne 26 wird das spezifisch leichtere Anionenajitauscherharz bereits vom rpezifisch schwereren Kationenharz getrennt, wobei sich das Anionenaustauscherharz oben, das Kationenaustauscherharz darunter ablaecrt. Zwischen beiden bildet

sich eine je nach Harzart, Harzkörnung, Beladungs/.ustand und Betriebszeit der Harze unterschiedlich stark ausgeprägte Trennzone aus. Neben der Trennung werden die Harze infolge des Durchströmens mit Transportwasser, das über Ventii 27 abläuft, rückgespült und dabei von Schmutzstoffen befreit.

Die Trenn- und Rückspülkolonne 26 ist so ausgelegt, daß in ihr mehrere Portionen Kationen- und Anionenaustauscherharz Platz finden. Nach der Trennung und Sedimentation der beiden Harzportionen befinde! sich im Bereich des Mündungsrohres 28 Anionenaustauscherharz, während sich im Bereich des tiefer mündenden Abzugsrohres 30 Kationenaustauscherharz abgelagert hat.

Durch Öffnen des Ventils 29 wird Druckwasser in die Rückspül- und Trennkolonne eingespeist und eine Portion Kationenaustauscherharz über die Leitung 32 in die nachgeschaltete, nicht näher dargestellte Regeneiici- uiiu Wasciikuiuiiiie augeiüiiü. Däuci Sci'iKi SiCn uci Spiegel des Kationenaustauscherharzes entsprechend der entnommenen Harzmenge ab, und die Höhe der Anionenaustauscherschicht über der Mündung des Abzugsrohrs 28 für das Anionenaustauscherharz sinkt so weit ab, daß mit Sicherheit durch dieses Rohr nur Anionenaustauscherharz abtransportiert wird. Die zusätzliche Harzmenge, die sich zusätzlich zur transportierenden Menge an Harz noch in der Trennkolonne befindet, kann als Sicherheitsmenge bezeichnet werden und die durch sie gebildete Füllhöhe als Sicherheitszone.

Durch diese Sicherheitszone ist gewährleistet, daß die Abzugsrohre für die unterschiedlichen Harztypen nie in eine eventuell vorhandene Mischzone gelangen und dabei Harzgemisch abgezogen wird. Die Höhe der Sicherheitszone, die von der Harztype, dem Mischungsverhältnis der Harze, dem Beladungszustand und der Korngrößenverteilung abhängt, sollte in ihrer Höhe einer Portion der Harzmischung mindestens entsprechen.

Günstige Ergebnisse haben sich gezeigt, wenn die Trenn- und Rückspülkolonne so bemessen ist, daß das Aufnahmevermögen der Rückspül- und Trennkolonne mindestens 10 Portionsvolumen entspricht und die darin befindliche lonenaustauschermasse 5 Portionsvolumen beträgt, von der sich jeweils 1 Portion einer Gattung der Ionenaustauscherharze (Kationen und Anionen) im Bereich der Mündung der Abzugsrohre befindet, während sich zwischen diesen eine Menge von etwa 3 Takten befindet. Bei einer derartigen Bemessung steht genügend Rückspülraum zur Verfügung, während andererseits auch eine saubere Trennung des Mischbettes in Anionen einerseits und Kationen andererseits gewährleistet ist.

Während das Kationenaustauscherharz über die Leitung 32 einer nachgeschalteten, vorzugsweise in U-Form gestalteten Regenerier- und Waschkolonne zugeführt wird, gelangen die Anionenausiauscherharze über die Leitung 34 in eine gleichgestaltete Wasch- und Regenerierkoionne.

Nach dem getrennten Waschen und Reinigen werden die Anionen- und Kationenaustauscherharze in eine gemeinsame Leitung 40 bei geöffnetem Ventil 8 zu einer Misch- und Nachwaschkolonne 41, die über der

ίο Betriebskolonne JO angeordnet ist, geleitet, wobei das Ventil 4 zur Ableitung des Transportwassers geöffnet ist. Entsprechend der dem Behälter 41 zugeführten Harzportion wird aus diesem in die Betriebskolonne 10 frisch regeneriertes Harz verdrängt.

Ii Während dieses Transportvorgangs dient der Behälter 41 zur endgültigen Mischung der beiden Harze. Bei geöffneten Ventilen 2 und 3, also im Betriebszustand der Betriebskolonne 10, und geöffnetem Ventil 43 durchströmt u/CiönSi 3Ü3 *jCr ivCmiVaSSCrZGriv VJV.I ut.iiit.(/.ii\G- lonne den Behälter 41 und läuft über das Ventil 43 ab, wobei das in diesem enthaltene Harz gewaschen wird. Diese Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt ohne zusätzliche Druckerhöhungs- oder Absperrelemente. Der zuletzt beschriebene Nachwaschvorgang bringt für die Verfahrenstechnik des Mischbettfilters den Vorteil, daß Regenerierchemikalien, die aus den Regenerierkolonnen im gemischten Harz noch vorhanden :> id, in der Kolonne 41 restlos ausgewaschen werden. Diese Maßnahme ist vor allem dann vorteilhaft,

H) wenn das Mischbett als Polizeifilter eingesetzt wird, wobei es notwendig ist, dieses rr.it höheren Regeneriermittelüberschüssen zu regenerieren, als. es normalerweise bei dem Einsatz des Mischbettfilters als Arbeitsfilter erforderlich ist. Diese Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt ohne zusätzliche Druckerhöhungs- oder Absperrmittel. Dadurch ist die Gefahr, daß in den Harzen, die bereits die Regenerierkolonnen verlassen haben, noch Regeneriermittel vorhanden sind, größer als bei der Funktion der Anlage als Arbeitsmischbettfilter.

Es ist ersichtlich, daß mit der beschriebenen Anlage ein hoher Reinheitsgrad des zu behandelnden Wassers erzielt werden kann. Das frisch regenerierte Harz wird im Bereich des Auslasses des Reinwassers eingelassen.

so daß das Wasser im oberen Bereich der Behandlungskolonne eine Zone frisch regenerierter Austauschermasse durchläuft. Diese lonenaustauschermassen weisen keine Regeneriermittelüberschüsse oder beladene Ionen mehr auf, weil sie nach einer vollständigen Trennung in der Trennkolonne anschließend einwandfrei regeneriert, gewaschen und zusäTzlich nac^gewaschen wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum quasi-kontinuierlichen Betrieb einer Ionenaustausch-Mischbettanlage 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 Waschkolo ne transportiert und 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, und bei der 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, und wobei eine Portion an Ionenaustauschmaterial aus einer der Regenerier- und Waschkolonne vorgeschalteten Rückspülkolonne, in der eine Trennung in Kationen- und Anionenaustauschermassen vorgenommen wird, in entsprechender Weise weitertransportiert wird, nach Patent 2029 720, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abzugsrohre in der Rückspül- und Trennkoionne in einem derartigen Höhenabstand voneinander einstellt, daß die in der Rückspül- und Trennkolonne zwischen den Mündungen der Abzugsrohre befindlichen Austauschermassen jeder Harzart ein Mehrfaches de- jeweils taktweise geförderten Ionenaustauscherportion betragen.

2. Verfahren nach Anspruch % dadurch gekennzeichnet, daß man das Volumen der in die Rückspül- und Trennkolonne zu fördernden Harzportion in einer dieser vorgeschalteten Meßkolonne einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Regenerier- und Waschkolonne und der Betriebskolonne eine mit der Betriebskolonne vorzugsweise ohne zusätzliche Steuerelemente verbundene Misch- und Waschkolonne anordnet, in der während des Harztransportes eine Mischung der Harzkomponenten und im Betriebszustand der Behandlungskolonne eine Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachwaschung in der Misch- und Waschkolonne ohne Verwendung zusätzlicher Druckerhöhungsmittel und Absperrorgane mittels Reinwassers durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels eines zwischen Betriebsund Meßkolonne angeordneten Strahlsaugers eine Chemikalienzumischung vornimmt, weiche das anschließende Trennen in der Rückspül- und Trennkolonne verbessert.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustausch-Mischbett· &o anlage als Polizeifilter betrieben wird.