DE2723297B2

DE2723297B2 - Verfahren zur Herstellung von vollentsalztem Prozeßwasser

Info

Publication number: DE2723297B2
Application number: DE2723297A
Authority: DE
Inventors: Adalbert Dipl.-Ing. 4755 Holzwickede Huber
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1977-05-24
Filing date: 1977-05-24
Publication date: 1981-07-09
Also published as: SE7805896L; FR2401100B1; IT1192562B; NL7805466A; SE430152B; ATA374478A; DE2723297C3; GB1596799A; FR2401100A1; IT7823545A0; DE2723297A1; JPS5439950A; US4321144A; JPS649068B2; BE867431A; ES470099A1; AT358486B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von vollentsalztem Wasser mit einer Leitfähigkeit von <0,3μ8/αη aus aus Rohwasser mit Kationen- und Anionenaustauschern in getrennter Mehrstufen-Anordnung.

Bei der Vollentsalzungsanlage wird der Reinheitsgrad bezüglich Restsalzen, -säuren oder -laugen über die Leitfähigkeit gemessen. Für die Herstellung von Wasser mit einer Leitfähigkeit von <0,3 μ5Λ:ΐη ist es erforderlich, daß dieser Reinheitsgrad stets gewährleistet wird. Ein Durchbruch von Salzen, Säuren oder Laugen durch die Vollentsalzungsanlage wirkt sich verheerend auf die Apparate der Prozeßanlagen aus, in denen das Prozeßwasser eingesetzt wird.

Um ein vollentsalztes Wasser mit einer Leitfähigkeit von <0,3 μ5/ατι aus verschiedenen Rohwassern herzustellen, sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt; es sei verwiesen auf das Handbuch »Wasser«, Herausgeber: Vereinigte Kesselwerke AG, Düsseldorf, Ausgabe 1974, Seiten 101 bis 135, sowie des Permatit-Taschenbuchs, 7. Auflage, 1968, Seiten 94 -100.

Nach dem Stand der Technik ist ein Vollentsalzungsverfahren bekannt, bei dem das Rohwasser durch mindestens je einen stark sauren Kationenaustauscher und einen stark basischen Anionenauslauscher geführt wird. Zur Verbesserung des Entsalzungs- und Entkieselungseffektes wird das so gereinigte Wasser noch durch einen Mischbettaustauscher, der eine Mischung von stark saurem Kationen- und stark basischem Anionenaustauschermaterial in Festbett-Zustand enthält, geleitet.

Nach einem weiteren bekannten Vollentsalzungsverfahren erfolgt die Wasserreinigung mittels hintereinander geschalteten stark saurem Kationenaustauscher, schwach basischem Anionenaustauscher, CO₂-Rieseler und stark basischem Anionenaustauscher. Zur Gewährleistung der Endreinheit des Wassers wird auch hier wieder ein Mischbettfilter nachgeschaltet.

Ein wesentliches Merkmal ist jedoch, daß zur Sicherung einer Wasserqualität mit einer Leitfähigkeit von <0,3μ8/ϋΓη bisher alle Schaltungen einen Misch-NaCl+ OH · R

Cl · R+ NaOH

und verursachen eine hohe Leitfähigkeit des entsalzten Wassers, die zu einer unerwünscht hohen Belastung des Mischbettaustauschers führt.

R= Ionenaustauschermasse

Der Natriumschlupf steht im Verhältnis der einwertigen zu den zweiwertigen Kationen im aufzubereitenden Wasser. Der Schlupf allgemein kann durch folgende Zusatzmaßnahmen gemindert bzw. ausgeschaltet werden:

1. Luftspülung des Kationenaustauschers vor und nach der Regeneration zur Verteilung der im unteren Filterbereich mit Na+ -Ionen stärker beladenen Austauscherschicht.

2. Die Anwendung höherer Salzsäuremengen zur Regeneration.

3. Die Anwendung der Gegenstromregenerierung.

4. Die Einschaltung eines weiteren Kationenaustauschers nach dem schwach basischen Anionenaustauscher zur Restspaltung der aus dem ersten Kationenaustauscher austretenden Na-Verbindungen.

Der Chemikalienverbrauch einer konventionellen Vollentsalzungsanlage für 200 l/h vollentsalztes Prozeßwasser bei einer Rohwasseranalyse von:

pH-Wert	7,50
Gesamthärte	17,2°d
Karbonathärte	8,6° d
CaO	125 mg/1
MgO	34 mg/1
Freies CO₂	37 mg/1
NO₃	46 mg/1
Cl	46 mg/1
SO₄	109 mg/1
SiO₂	9 mg/1
KM_nO₄-Verbrauch	4 mg/1
errechnet sich zu:
HCl 30%ig	1644 t/Jahr
NaOH 50%ig	699 t/Jahr

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zahl der Apparate zu verringern, den Chemikalienverbrauch und damit die Umweltbelastung zu vermindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das die Kationenaustauscherstufe oder -stufen verlassende Wasser mit einem Rest-Natriumgehalt von

< 0,5 mg Na/1 vor dem Eintritt in die Anionemaustauscherstufe durch eine stark saure Kationenaustauscherstufe geführt wird, worin das Austauschermaterial zu höchstens 50% als Schwebebett und der verbleibende Rest als Festbett vorliegt

Die Restleitfähigkeit läßt sich besonders gut reduzieren, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Austauschermaterial in der stark sauren Kationenaustauscherstufe, die der ersten stark sauren Haupt-Kationenaustauscherstufe folgt, zu höchstens 25% als Schwebebett und der verbleibende Rest als Festbett vorliegt

Eine Vollentsalzungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß dem stark sauren Haupt-Kationenaustauscherbett ein weiteren Bett folgt mit stark saurem Kationenaustauschermaterial und das Bett an der Einströmseite eine an sich bekannte Verteilervorrichtung für das zuströmende Wasser und an der Ausströmseite eine an sich bekannte Siebvorrichtung für das Austauschermaterial aufweist und wobei der Schwebebettanteil zwischen den Vorrichtungen höchstens 50% beträgt

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß der den stark sauren Kationenaustauscher passierende bzw. verlassende Na-Anteil, der auch als »Natriumschlupf« bezeichnet wird, im direkt folgenden stark sauren Kationenaustauscher fast vollständig beseitigt wird. Voraussetzung hierfür ist, daß ein T 'jil des Austauschermaterials, ca. 5 bis 40%, als Schwebebett und der restliche Teil im oberen Bereich des Behälters als Festbett vorliegt. Für die spätere Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei der erste stark saure Kationenaustauscher als »Arbeitsfilter« und der folgende stark saure Kationenaustauscher mit Schwebebett und Festbett als »Feinreinigungsfilter« bezeichnet.

Durch das erfindungsgemäße Nachschalten des Feinreinigungsfilters wird erreicht, daß die als Natriumschlupf vorliegenden Na-Ionen nicht in die Anionenaustauscher gelangen und diese in ungünstiger Weise belasten. Die Aufspaltung von durchgeschlüpften Na-Verbindungen im stark basischen Anionenaustauscher nach der Gleichung (1) ist nicht mehr möglich, da keine Na-Verbindungen mehr bis in die Anionenaustauscher gelangen. Sie werden im Feir'-einigungsfilter aufgefangen. Auf den der konventionellen Vollentsalzungsanlage nachgeschalteten Mischbettaustauscher wird verzichtet.

Die Kapazitätsberechnung der Vollentsalzungsanlage richtet sich nur nach der Rohwasseranalyse und dem Regenerationszyklus. De;' erfindungsgemäße Feinreinigungsfilter wird in der Kapazitätsberechnung nicht berücksichtigt. Gegenüber der konventionellen Vollentsalzungsanlage nach Fig. Ib mit dem Miscbbettfilter am Ende der Anlage ergibt sich jedoch bei gleicher Rohwasseranalyse ein verminderter Chemikalienverbrauch, und zwar von nur

HCl 30%ig

NaOH 50%ig

1562 t/Jahr

gegenüber 1644 t/Jahr
645 t/Jahr
gegenüber 699 t/Jahr Die Differenz von 82 t/Jahr an HCl und von 54 t/Jahr an NaOH entspricht einer Minderung von 5 bzw. 8,4% und ist von besonderer Bedeutung für die Belastung des ablaufenden Regenerierwassers.

Schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den F i g. 2a und 2b dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 Vollentsalzungsanlage mit einstufigen Arbeitsfiltern,

Fig.2 Vollentsalzungsanlage mit zweistufigen Arbeitsfiltern.

Nach F i g. 2a fließt das Rohwasser über die Leitung 1 von unten in den stark sauren Kationenaustauscher 2,

r, der als »Arbeitsfiiter« ausgelegt ist Mit einem Restgehalt von max. 0,5 mg/ Na/I verläßt das Wasser das Arbeitsfilter und tritt dann in das »Feinreinigungsfilter« 3 ein zur vollständigen Anlagerung der restlichen Na-Ionen. Das Maß der Erschöpfung des »Arbeitsfilters« wird durch pH-Wert-Messung nach dem Arbeitsfiiter ermittelt Bevor das von Na-Ionen restlos befreite Wasser in den Anionenaustauscher 5 eintritt, wird es zweckmäßigerweise noch über den Harzfang 4 geführt, wo feine Austauscherharz-Massen zurückgehalten werj den. Im folgenden Anionenaustauscher 5 wirken sich Kationenaustauschermassen schädlich aus. Dem Anionenaustauscher 5, der ein vollentsalztes Wasser liefert, wird nochmals ein Harzfang 4 nachgeschaltet, da feine Austauscherharz-Massen im Reinstwasser unerwünscht

»ι sind. Über die Leitungen 6 und 7, die Umwälzpumpe 8 und mit Hilfe nicht eingezeichneter Ventile bzw. Schieber wird in bekannter Weise die Endauswaschung der Vollentsalzungsanlage durchgeführt.

In der in Fig.2b dargestellten Vollentsalzungsanlage

r> besteht die Katicnenaustauscherstufe aus dem schwach sauren Kationenaustauscher 11 und dem stark sauren Kationenaustauscher 12. Das Feinreinigungsfilter 13 oberhalb des Kationenaustauschers 12 ist durch eine Verteilervorrichtung, einen Düsenboden 14, abgetrennt.

4(i So wird sichergestellt daß das Feinreinigungsfilter nur die Beseitigung des Natriumschlupfes übernehmen muß. Dem im Wasserstrom folgenden Harzfang 15 ist der CO2-Rieseler 16 nachgeschaltet. Der CO₂-Rieseler dient zur Entfernung der Kohlensäure. Dem CO₂-Rieseler

4) folgt eine Zwischenpumpe 17 bzw. mehrere Zwischenpumpen Für die Überwindung der Druckverluste. Die Anionenaustauscherstufe ist ebenfalls 2stufig, als schwach basischer 18 und stark basischer Anionenaustauscher 19 aufgebaut wobei die beiden Anionenaustau-

>o scher Arbeitsfilter sind. Nach dem Harzfang 20 wird vollentsalztes Reinstwasser abgeführt.

Je nach den vorliegenden Rohwasseranalysen erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, das Feinreinigungsbett als Teilapparat direkt auf das erste bzw.

)■> zweite Kationenaustauscher-Arbeitsfilter aufzusetzen, wie in F i g. 2b dargestellt.

Bei der Regenerierung der Vollentsalzungsanlage wird diese in umgekehrter Richtung durchströmt, d. h. eingebaute Verteiler- und Siebvorrichtungen müssen

jo bei der umgekehrten Strömungsrichtung die konträre Funktion wahrnehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von vollentsalztem Wasser mit einer Leitfähigkeit von <0,3nS/cm durch Behandlung von Rohwasser mit Kationen- und Anionenaustauschern in getrennter Mehrstufen-Anordnung, wobei das die Haupt-Kationenaustauscherstufe oder -stufen verlassende Wasser einen Rest-Natriumgehalt in der Größenordnung von ca. 0,5 mg Na/1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Wasser vor dem Eintritt in die Anionenaustauscherstufe durch eine weitere stark saure Kationenaustauscherstufe geführt wird, worin das Austauschermaterial zu höchstens 50% als Schwebebett und der verbleibende Rest als Festbett vorliegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauschermaterial in der stark sauren Kationenaustauscherstufe, die der ersten stark sauren Kationenaustauscherstufe folgt, zu höchstens 25% als Schwebebett und der verbleibende Rest als Festbett vorliegt.

Γ)

bettfilter benötigen.

Auch ist bekannt, hinter das schwach basische Anionenfilter nochmals einen stark sauren Kationenaustauscher zu schalten, um den Natriumschlupf bis an die Nachweisgrenze zu mindern. Dann kann zwar auf ein Mischbettfilter verzichtet werden, der Bedarf an Regeneriersäure wird jedoch größer und damit auch die Belastung des ablaufenden Regenierwassers.

Der Mischbettfilter im Anschluß an die Anionenaustauscher wird erforderlich wegen des sogenannten Natriumschlupfes im bzw. in den Kationenaustauschern. Da die Kationenaustauscher nicht für einen Restgehalt an Na-Verbindungen von praktisch Null ausgelegt werden können, verlassen Na-Verbindungen in der Größenordnung von ca. 0,5 mg/1 oder höher den bzw. die Kationenaustauscher. Diese Verbindungen werden im stark basischen Anionenaustauscher aufgespalten zu Natronlauge nach der Gleichung