DE2823070C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren von anionischen und kationischen Austauschmaterialien, bei welchen die Materialien in einem ersten Behälter durch Zuführung von aufwärts strömendem Wasser am Boden des Behälters in eine obere anionische Austauschmaterialschicht und in eine untere kationische Austauschmaterialschicht getrennt werden, wobei ein Grenzflächenbereich zwischen den beiden Schichten gebildet wird, sodann das kationische Austauschmaterial am Boden des ersten Behälters über eine in der Nähe des Bodens mündende Rohrleitung in einen zweiten Behälter überführt wird, anschließend das anionische Austauschmaterial im ersten Behälter und das kationische Austauschmaterial im zweiten Behälter unabhängig voneinander regeneriert wird, und danach die regenerierten Materialien wieder miteinander vermischt werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Moderne Hochdruckboiler, insbesondere Durchlauferhitzer, erfordern eine hochgradige Reinheit ihres Speisewassers. Man muß dafür Sorge tragen, daß Korrosionsprodukte nicht in das Boilersystem eindringen, und die Geräte gegen das Eindringen löslicher Verbindungen durch Verdichterlecks und andere Beschädigungen schützen.

Hochreines Wasser wird oft auch in anderen Industriezweigen gefordert, beispielsweise beim Waschwasser in der Elektronikindustrie zum Waschen von elektronischen Bauteilen, die während der Herstellung absolut frei von Verunreinigungen sein müssen.

Eines der wesentlichsten Wasserbehandlungsverfahren zur Erzielung derart hochreinen Wassers ist das Mischbett- Entionisierungsverfahren. Bei diesem wird das zu reinigende bzw. zu neutralisierende Wasser durch eine Vielzahl von Schichten kationischen und anionischen Austauschmaterials hindurchgeleitet.

Die Regenerierung solcher Austauschmaterialien erfordert es, daß diese in diskrete Schichten getrennt werden. Dies wird durch periodisches Behandeln des gemischten Austauschmaterials erreicht, um das anionische Material, das die geringere Dichte hat, zu veranlassen, in eine obere Schicht aufzusteigen, die auf dem kationischen Material aufliegt.

Nach der vorerwähnten Trennung der Materialien können das anionische und das kationische Material unter Verwendung von Natriumhydroxid und Schwefelsäure bzw. Chlorwasserstoffsäure regeneriert werden.

Bei dieser Stufe treten unerwünschte Ungenauigkeiten auf. Beispielsweise ist es im Grenzbereich zwischen den Schichten unmöglich, eine perfekte Trennung der Materialien zu erreichen; folglich ist jede Schicht in gewissem Maße durch das Material der anderen Schicht verunreinigt. Für einen maximalen Reinheitsgrad des behandelten Wassers ist es wichtig, daß die Vermischung des einen Typs des Ionenaustauschmaterials mit dem jeweils anderen so weit als möglich vermieden wird.

Die Verunreinigung beruht darauf, daß mit anionischem Material vermischtes kationisches Material beim Regenerieren mit dem regenerierenden Natriumhydroxid in Verbindung kommt, was zur Folge hat, daß das kationische Material in die Natriumform umgewandelt wird, wodurch Natrium unerwünschterweise in das Mischbett gelangt.

Bei dem anionischen Material ist die Lage noch komplexer. Bei den zur Zeit gebräuchlichen anionischen Austauschmaterialien hat man festgestellt, daß während ihrer Gebrauchsdauer eine Güteminderung stattfindet, indem einige der stark basischen Gruppen in minderwertigere schwach basische Gruppen umgewandelt werden. Wenn nun anionisches Material in dem kationischen Material zurückbleibt, werden die schwach basischen Gruppen in die Sulfat- oder Bisulfatform umgewandelt, wenn Schwefelsäure als Regeneriermittel verwendet wird, wobei die umgewandelte Form ein starkes Absorbent für Schwefelsäure ist. Das Verhältnis, in welchem die absorbierte Schwefelsäure freigegeben wird, scheint sich mit dem Alter des Harzes zu verschlechtern. Dies führt bei dem anionischen Material zunehmend dazu, daß die Säure während der Standardspülungsperiode zurückgehalten wird, wodurch während der Betriebsdurchströmung stärker ausgelaugt wird. Auch führt während des Behandlungszyklus die Hydrolyse des anionischen Materials zu einer Freigabe von Säure in das zu behandelnde Wasser. Diese Situation tritt auch dann ein, wenn die Chlorwasserstoffsäureform des anionischen Materials nach der Regenerierung des kationischen Materials mit Chlorwasserstoffsäure anwesend ist, wodurch Chlorwasserstoffsäure in das zu behandelnde Wasser gelangt.

Die voneinander getrennten Schichten des Ionenaustauschmaterials können in dem Behälter regeneriert werden, in welchem sie getrennt wurden. Aus der US-PS 36 34 229 wie auch aus der GB-PS 13 18 102 ist ein typisches Regenerierverfahren der vorliegend in Betracht kommenden Art bekanntgeworden.

Nach dem Verfahren nach der erstgenannten Druckschrift wird miteinander vermischtes anionisches und kationisches Austauschmaterial nach dessen Verbrauch in einem ersten Behälter mittels eines aufsteigenden Wasserstroms klassiert bzw. getrennt, und zwar in eine untere Schicht, in welcher sich ausschließlich das anionische Material, und in eine obere Schicht, in welcher sich ausschließlich kationisches Material befindet, wobei sich zwischen den beiden Schichten eine Grenzschicht ausbildet, in welcher beide Austauschmaterialien anzutreffen sind. Das Material der unteren Schicht wird über eine Verbindungsleitung in einen zweiten Behälter überführt, worauf die Materialien in den beiden Behältern separat regeneriert werden. Schließlich wird das regenerierte Material aus dem zweiten Behälter in den ersten Behälter zurückgeführt und dort mit dem in diesem regenerierten Material vermischt.

Ein Nachteil dieses vorbekannten Verfahrens liegt darin, daß beim Trennen des Austauschmaterials dasjenige der Zwischenschicht ganz oder teilweise in den einen oder anderen Behälter gelangt oder verbleibt, was die bereits erwähnten nachteiligen Folgen hat.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens beruht darauf, daß die Kontrolle des Trennvorgangs der beiden Austauschmaterialien rein visuell-optisch erfolgt, und zwar anhand des bei der Beobachtung genommenen Farbeindrucks der unterschiedlich eingefärbten Materialien, die sich, wie bekannt, im Laufe der Zeit zunehmend entfärben.

Schließlich erwächst aus der Konstruktion der vorbekannten Vorrichtung nach der genannten Druckschrift der Mangel, daß beim Überführen der unteren Materialschicht in den zweiten Behälter die Schichtung des Materials und die Trennschicht zwischen den beiden Schichten so einwandfrei aufrechterhalten bleibt, wie dies erforderlich wäre, um entsprechende Ergebnisse erzielen zu können.

Aber auch bei dem gleichfalls bekannten Verfahren nach der GB-PS 13 18 102 ist es nicht möglich, eine weitestgehend exakte Trennung der beiden Austauschmaterialien herbeizuführen, so daß auch hier relativ große Mengen Material der einen oder anderen Schicht mit dem falschen Regeneriermittel in Berührung kommen können.

Eine Trennung der beiden Austauschmaterialien vor dem Regenerieren ist auch in der US-PS 34 14 508 beschrieben worden, jedoch weist dieses Verfahren die gleichen Nachteile auf wie dasjenige nach der US-PS 36 34 229.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zum Regenerieren von anionischem und kationischem Austauschmaterial in der Weise auszubilden, daß eine weitestgehende exakte Trennung der beiden Materialien vor deren Regenerierung durch die Bildung eines definierten Grenzflächenbereichs erfolgt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, diejenigen Maßnahmen zu ergreifen, die im Patentanspruch 1 angegeben sind.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 5 hervor.

Zur Durchführung dieses Verfahrens dient eine diesem speziell angepaßte Vorrichtung, deren besondere Merkmale in Anspruch 6 angegeben sind. Weitere Ausbildungen gehen aus den Unteransprüchen 7 bis 11 hervor.

Nachfolgend ist das Verfahren gemäß der Erfindung anhand der für dessen Durchführung bestimmten Vorrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist, und anhand des Leitfähigkeitsdiagramms nach Fig. 2 im einzelnen näher beschrieben.

Die Regeneriervorrichtung nach Fig. 1 weist einen Trenn- und Anionregenerierbehälter 10 für das anionische Material und einen Regenerierbehälter 12 für das kationische Material auf. Die Behälter 10 und 12 haben ein konusförmiges Unterteil mit einem Spitzenwinkel der Mantellinien von etwa 30°. Die Behälter 10 und 12 enthalten in der Nähe ihres Bodens Siebe 14 und 16, welche den Durchtritt von Flüssigkeiten gestatten, das Ionenaustauschmaterial jedoch zurückhalten.

In die Böden der Behälter 10 und 12 münden die Einlaß- bzw. Auslaßleitungen 18 und 20, welche

• a) mit einer Luftzuführungsleitung 22 über die Ventile 24 bzw. 26,
• b) mit einer Wasserzuführungsleitung 32 über die Zuflußregelventile 34, 36, 38 bzw. 40 und
• c) mit jeweiligen Abflußleitungen 42 und 44 über die Ventile 46 bzw. 48

verbindbar sind.

Die Luftzuführungsleitung 22 ist mit anderen Leitungen über die Ventile 28 und 30 mit dem Raum im oberen Teil der Behälter 10 bzw. 12 verbindbar.

In die Behälter 10 und 12 münden weiterhin die oberen Einlaß- bzw. Auslaßleitungen 50 und 52, welche

• a) mit einer weiteren Wassereinlaßleitung 32 a über Zuflußregelventile 54, 56, 58 bzw. 60 und
• b) mit den Abflußleitungen 66 und 68 über die Ventile 70 bzw. 72

verbindbar sind.

Die Leitung 50 ist auch mit einer Leitung 74 verbindbar, die ihrerseits in die Abflußleitung 66 über ein Regelventil 76 einmündet.

Die Behälter 10 und 12 weisen jeweils Regeneriermitteleinlaßleitungen 78 und 80 mit Regelventilen 82 bzw. 84 auf. Die Leitungen 78 und 80 sind mit Verteilern 86 bzw. 88 in den Behältern 10 und 12 verbunden. In die Leitung mündet eine Abflußleitung 102, in welcher sich das Regelventil 104 befindet.

In die oberen Teile der Behälter 10 und 12 münden obere Entlüftungsleitungen 90 bzw. 92 mit Entlüftungsventilen 94 bzw. 96.

Der Behälter 10 weist einen mittels des Ventils 100 gesteuerten Einlaß 98 auf, durch den das Austauschmaterial in den Behälter 10 eingebracht werden kann.

Eine Leitung 106, in der sich das Ventil 108 befindet, verbindet den Behälter 10 mit dem Behälter 12. Die Einlaßöffnung E der Leitung 106 befindet sich dicht oberhalb des Siebes 14 und ist mittig in dem Behälter 10 angeordnet. Als Richtlinie wird vorgeschlagen, daß der Abstand der Einlaßöffnung E von dem Sieb 14 etwa die Hälfte des Radius der Leitung 106 beträgt.

In der Leitung ist eine Leitfähigkeitsmeßzelle 110 mit einem Anzeigeinstrument angeordnet. Mit der Verbindungsleitung 106 ist eine von dem Ventil 114 steuerbare Rückflußleitung 112 verbunden. Das diese Überführung bewirkende Wasser kann über das Ventil 116, das eine hohe Durchflußmenge in den Behälter 10 hinein gestattet, in die Leitung 18 eingegeben werden.

Beiderseits des Ventils 108 münden die beiden Zweige einer Wasserzuführungsleitung 118, in welchen die Ventile 120 und 122 angeordnet sind, in die Verbindungsleitung 106, um in diese Wasser einleiten zu können.

Der Behälter 12 ist durch eine Verbindungsleitung 124, in welcher sich das Ventil 126 befindet, mit dem Behälter 10 verbunden.

Sämtliche Regelventile der Vorrichtung gestatten in einem jeden Verfahrensabschnitt einen bestimmten Durchfluß.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist einem Wasserenthärtungsbehälter zugeordnet, in welchem sich die Ionenaustauschmaterialien befinden. Diese bestehen aus einem anionischen Harz mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 0,9 mm Durchmesser, einem kationischen Harz mit einer Teilchengröße von nicht weniger als 0,7 mm Durchmesser und inerten Polystyrolcopolymerisatteilchen mit einer Teilchengröße im Bereich von 0,65 bis 0,85 mm Durchmesser und einer Dichte zwischen denen das Anion- bzw. des Kationharzes.

Wenn die Harze nach einer gewissen Betriebsdauer einer Regenerierung bedürfen, werden sich über die Leitung 98 in den Behälter 10 überführt, wobei das Ventil 94 geöffnet ist, um den Behälter 10 zu entlüften.

Das Ventil 24 ist geöffnet, um am Boden Luft in den Behälter 10 eintreten zu lassen. Anschließend wird das Ventil 36 geöffnet, um Wasser zum stoßweisen Waschen des Materials in den Behälter 10 eintreten zu lassen, das bei geöffnetem Ventil 70 über die Abflußleitung 66 wieder abläuft. Dies dient der Entfernung von Schmutz, der mit den Harzen in den Behälter 10 gelangt, um so eine bessere Trennung der Harze erreichen zu können.

Nach dem Schließen der Ventile 24 und 94 wird durch Öffnen des Ventils 34 ein zusätzlicher Wasserstrom in den Behälter 10 eingeleitet. Das Wasser verläßt den Behälter 10 über die Leitung 50 und die Abflußleitung 66, in welcher sich das geöffnete Ventil 70 befindet.

Diese gesteuerte Wasserströmung durch den Behälter besorgt eine Trennung der Harze, die eine obere anionische Harzschicht, eine mittlere Inertharzschicht und eine untere kationische Harzschicht bilden, wobei die Inertharzschicht den Grenzflächenbereich zwischen der Anion- und der Kationharzschicht ausfüllt.

Die Wasserströmung wird sodann durch Schließen des Ventils 34 gedrosselt, damit sich die klassierten bzw. voneinander getrennten Harze absetzten können.

Nach beendeter Trennung wird das Ventil 70 geschlossen und es werden die Ventile 76 und 96 geöffnet. Dadurch wird in dem Behälter 10 eine aufwärts gerichtete Strömung des Wassers bewirkt. Nach Öffnen des Ventils 108 wird das im Behälter 10 vorhandene Austauschmaterial mittels des eintretenden Wassers durch die Leitung 106 hydraulisch in den Behälter 12 überführt. Dies muß relativ langsam geschehen, um die Lage des Grenzflächenbereichs, d. h. der Inertharzschicht, zwischen der oberen und der unteren Harzschicht weitgehend aufrechtzuerhalten. Durch den sich nach unten verjüngenden konusförmigen unteren Teil des Behälters 10 verkleinert sich die Querschnittsfläche gegen den Entnahmepunkt des Austauschmaterials.

Wenn auch auf diese Weise der Grenzflächenbereich im wesentlichen in horizontaler Lage gehalten werden kann, so wird dies durch den Aufwärtsstrom des Wassers noch unterstützt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Aufwärtsstrom des Wassers die Harze in einem leicht fluidisierten Zustand hält, was eine kontinuierliche Trennung der Harze im Bereich der Grenzflächen fördert.

Wenn das Leitfähigkeitsmeßgerät 110 anzeigt, daß sich das inerte Harz aus dem Grenzflächenbereich in der Leitung 106 befindet, werden zunächst das Ventil 108 und sodann die Ventile 36 und 76 geschlossen. Dadurch wird das Harz aus dem Grenzflächenbereich in der Leitung 106 eingeschlossen. Damit befindet sich das Kationharz vollständig in dem Behälter 12 und wird sodann in diesem durch Öffnen des Ventils 26 für eine bestimmte Zeitdauer einer Luftspülung und anschließend durch Öffnen der Ventile 40 und 72 stoßweise einer Wäsche unterzogen.

Das Anionharz wird sodann in der gleichen Weise wie das Kationharz zunächst einer Luftspülung und anschließend einer stoßweisen Wäsche unterzogen.

Durch diese Reinigungsmethode werden die Harze gründlich gereinigt, ohne daß Harzpartikel durch Abfluß verloren gehen.

Nach dem Reinigen wird über die Leitung 78 Natriumhydroxid als Regeneriermittel in den Behälter 10 eingeleitet, welches nach Durchströmen des Behälters 10 diesen durch die Abflußleitung 42 wieder verläßt. Schwefelsäure als Regeneriermittel wird über die Leitung 80 in den Behälter 12 eingeleitet und verläßt diesen durch die Abflußleitung 44. Um einer Verdünnung der Regeneriermittel durch das Wasser entgegenzuwirken, können höherprozentige Regeneriermittel verwendet werden, so daß schließlich die erforderliche Konzentration in den Behältern eingehalten ist. Nach Beendigung der Regenerierung wird Spülwasser durch die Behälter 10 bzw. 12 hindurchgeleitet.

Während des Spülvorgangs wird auch die Verbindungsleitung 106 mit Wasser durchspült.

Das Anionharz wird sodann mittels Luftdrucks nach unten gezogen und anschließend wird das Ventil 46 geschlossen.

Nach Öffnen der Ventile 40, 58, 70 und 126 wird das regenerierte Kationharz hydraulisch aus dem Behälter 12 zurück in den Behälter 10 überführt. Nach beendeter Überführung werden die Ventile 40, 58, 70 und 126 geschlossen und der Inhalt des Behälters 10 wird durch Öffnen und anschließendes Schließen der Ventile 28 und 104 auf den Pegel des Verteilers 86 nach unten abgesenkt. Durch Öffnen der Ventile 24 und 94 und Hindurchleiten von Luft durch den Behälter 10 werden die regenerierten Harze miteinander vermischt.

Die vermischten Harze werden dann auf hydraulischem Wege entweder einem Lagerbehälter oder direkt dem Wasserenthärtungsgerät wieder zugeführt. Das Überführen geschieht durch Öffnen der Ventile 114, 36, 38 und 54; das in den Behälter 10 eintretende Wasser strömt unter Mitnahme der Harze durch die Leitung 106 aus dem Behälter 10 heraus. Nach beendeter Überführung muß die Leitung 106 mit Wasser aus der Leitung 118 gut durchgespült werden, um zu gewährleisten, daß jegliches in der Leitung 106 zurückbliebenes Harz in den Behälter 10 zurückgeführt wird.

Zwar lassen sich auch zylindrische Behälter benutzen, jedoch sind solche mit konusförmigem Unterteil zu bevorzugen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Im Falle des Behälters 10 begünstigt ein derart gestaltetes Unterteil das Überführen des Kationharzes in den Behälter 12 und ermöglicht eine Verringerung der dafür benötigten Wassermenge. Es konnte festgestellt werden, daß bei einem Spitzenwinkel von etwa 30° für das Unterteil zumindest des Behälters 10 der Grenzflächenbereich am schärfsten abgegrenzt ist, und die Behälterhöhe nicht zu hoch, sondern noch akzeptabel ist.

Die Siebe 14 und 16 können Drahtsiebe sein oder aus mittels Epoxidharz gebundenem Sand bestehen, wobei diese Siebe noch mit Epoxidharz beschichtet sein können. Es ist festgestellt worden, daß Drahtsiebe kationisches Harz zurückzuhalten vermögen. Die Ursache hierfür ist nicht eindeutig geklärt. Infolge dieses Effekts bleiben etwa 20 bis 30 ml pro 100 l Kationharz in dem Behälter 10 zurück und verunreinigen dadurch das Anionharz. Wenn ein solcher Verunreinigungsgrad noch tolerierbar ist, können solche Drahtsiebe eingesetzt werden. Andernfalls müssen die Siebe des anderen Typs verwendet werden. Diese haben den Vorteil, daß ihnen jede gewünschte Form gegeben werden kann. Beispielsweise kann die obere Fläche des Siebes die Form eines flachen Tellers haben, dessen Rand unter einem Winkel von ca. 10° nach außen ansteigt. Dadurch läßt sich die Verunreinigung des Anionharzes durch kationische Harzteilchen auf ein Minimum begrenzen.

Verunreinigungen des Anionharzes durch Kationharzfeinteilchen resultieren aus zwei Quellen. Beim Klassieren der Harze beim gebräuchlichen Sieben und während des Betriebes entstehen solche unerwünschten Feinteilchen. Um diese zu eliminieren, wird das Kationharz in den Behälter 10 eingebracht und sorgfältig stoßweise gewaschen. Dies veranlaßt den kleinen Anteil an Feinteilchen und anderen unerwünschten Harzkügelchen, wie solche mit niedriger Dichte, in den oberen Bereich des Kationharzbettes aufzusteigen. Das Kationharz wird dann bis auf einen Rest, der vorwiegend aus den unerwünschten Harzpartikeln besteht, in den Behälter 12 überführt.

Um die während des Betriebes entstehenden Kationfeinteilchen zu entfernen, werden die Harze auf ihre jeweiligen Behälter 10 bzw. 12 aufgeteilt, wie es vorstehend erläutert worden ist. Dann läßt man eine gesättigte Salzlösung durch den Behälter 10 hindurchlaufen, um die Harze zu klassieren. Anschließend werden die Kationfeinteilchen über eine Abflußleitung abgezogen und das Anionharz salzfrei gespült und regeneriert.

Kationharzfeinteilchen können üblicherweise in 6- bis 9-monatigen Intervallen entfernt werden. Diese Art der Entfernung der Kationfeinteilchen hat auch den Vorteil, daß die gesättigte Salzlösung angesammelte organische Bestandteile aus dem Anionharz entfernt.

Aus dem Anionharz entstehende Feinteilchen stellen kein Problem dar, weil diese während des stoßweisen Waschens abgeführt werden können.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand eines Beispiels im einzelnen erläutert.

Beispiel

Es wurde eine Versuchsanlage erstellt. Der Behälter 10 hatte einen oberen zylindrischen Teil von 1000 mm Höhe und 610 mm Durchmesser und einen unteren konischen Teil mit einer Höhe von 618 mm, einem unteren Durchmesser von 390 mm und einem Spitzenwinkel von 30°. Die Überführungsleitung 106 hatte einen Innendurchmesser von 20 mm. Der Abstand zwischen der Mündung E und dem Sieb 14 betrug 5 mm.

Der Behälter 12 war zylindrisch, hatte eine Höhe von 1300 mm und einen Durchmesser von 610 mm.

In der Tabelle 1 sind die Betriebsbedingungen des Versuchs angegeben.

Tabelle 1

In Versuchen wurde die Menge an Kationharz, die in dem Anionharz vorhanden war, durch Klassieren der Harze in dem Behälter 10, Überführen aller Harze in den Behälter 12 und Probenentnahme der Harze in der Überführungsleitung 106 ermittelt. Die Ergebnisse zeigt Tabelle 2.

Tabelle 2

Diese Versuche zeigen, daß der Grad der Kationverunreinigung auf einem äußerst niedrigen Niveau gehalten wird. Beispielsweise beträgt bei einem konventionellen Ionenaustauschverfahren der Prozentsatz des Kationharzes in dem Anionharz üblicherweise 5%.

Das Absinken der Wasserstoffionenkonzentration in dem Kationharz erhöht die Dichte des Harzes und scheint einen merklichen Einfluß auf den Verunreinigungsgrad zu haben. Beim Betrieb liegt die Wasserstoffionenkonzentration des Kationharzes normalerweise in einem Bereich von 10% bis 30%, bevor das Harz zu regenerieren ist.

Die Leitfähigkeiten der Harze wurden nur auf Vergleichsgrundlage gemessen. Fig. 2 zeigt ein Diagramm mit der Aufzeichnung des Leitfähigkeitswechsels bei einer vollständigen Überführung der klassierten Harze aus dem Behälter 10 in den Behälter 12.

Selbstverständlich wird die Überführung des Austauschmaterials bei der Ausführung des zuvor näher beschriebenen Verfahrens mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Erfassung des Wechsels der Leitfähigkeit beendet. Wie aus dem Verlauf der in Fig. 2 dargestellten Kurve hervorgeht, ist der Leitfähigkeitswechsel am ausgeprägtesten an der Zwischenzeit zwischen dem Kationharz und dem Inertharz des Grenzschichtbereichs. Es findet aber auch ein hinreichend deutlicher Wechsel an der Zwischenschicht zwischen dem Inertharz des Grenzflächenbereichs und dem Anionharz statt.

Aus Fig. 2 geht auch klar hervor, daß das Anion- und Kationharz wegen des relativ langgestreckten Grenzflächenbereichs weitgehend voneinander getrennt werden kann, was daher rührt, daß das Material die relativ lange Leitung 106 durchläuft, die einen Innendurchmesser aufweist, der um ein Mehrfaches geringer ist als der kleinste Durchmesser des unteren Bereichs des Behälters 10. Die im Behälter 10 erreichte Separierung oder Trennung wird durch die Einwirkung der Leitung 106 verstärkt; der Kurvenverlauf von Fig. 2 macht deutlich, daß die Trennung der Materialien durch dieses verbesserte Verfahren optimiert wird. Der kritische Grenzflächenbereich kann sehr genau bestimmt werden, so daß eine extrem effiziente Überführung von Kationharz in den Behälter 12 gewährleistet ist. Die sehr geringe Kontamination des Kationharzes ist weitgehend vernachlässigbar.

Durch Vorsehen eines inerten Materials im Grenzflächenbereich zwischen dem anionischen und dem kationischen Harz ist die Anordnung der Detektoreinrichtung 110 in der Leitung 106 unkritisch. Daher kann das Ventil 108 in unmittelbarer Nähe zu der Detektoreinrichtung 110 angeordnet sein.

Das Ventil 108 dient ausschließlich dazu, den Durchfluß bei der Materialüberführung zu beenden. Das Ventil 108 ist nicht dazu da, um bei jedem Regenerierzyklus, wenn eine Zwischenschicht das Ventil passiert, den Durchfluß zu sperren.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, daß die Anwesenheit des Grenzflächenbereichs in der Leitung 106 festgestellt wird, um das Schließen des Ventils 108 zu veranlassen. Dieses Erfordernis läßt sich leicht bei jedem Zyklus erfüllen. Trotzdem empfiehlt es sich, eine vollständige Überführung von Kationharz sicherzustellen, damit jegliche Kontaminierung unterhalb eines vernachlässigbaren Grenzwertes bleibt.

Der Fig. 2 kann außerdem entnommen werden, daß auch dann, wenn kein inertes Harz verwendet wird, noch ein hinreichender Leitfähigkeitswechsel feststellbar ist, der ausreicht, um anzuzeigen, daß sich die Grenzschicht in der Leitung 106 befindet, und das Kationharz die Leitung 106 passiert hat. Die zwischen dem im wesentlichen unkontaminierten Kation- und Anionharz befindliche Zwischenschicht ist in diesem Fall offensichtlich ebenso weit ausgedehnt wie der Grenzflächenbereich. Der Grenzflächenbereich enthält Kationharz, das stark mit Anionharz kontaminiert ist und Anionharz, das stark mit Kationharz kontaminiert ist.

Derart kontaminierte Austauschmaterialien werden in der Leitung 106 isoliert, so daß relativ nur sehr reine Kation- und Anionharze regeneriert werden.

Das in der Leitung 106 isolierte Material muß entfernt werden, bevor der nächste Regenerierzyklus beginnt. Wie bereits erwähnt, kann dieses Material in den Behälter 10 zurückgeführt werden, wo es verbleibt, bis es mit den verbrauchten, zu regenerierenden Harzen vereinigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine vollständige Isolierung der miteinander vermischten kontaminierten Harze, die den Grenzflächenbereich bilden, und zwar auch dann, wenn Inertmaterial nicht verwendet wird oder wenn dieses versehentlich in einer ungenügenden Menge zugesetzt wurde oder im Betrieb verloren ging.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die Leitfähigkeitszelle durch ein Instrument ersetzt sein, das zwischen den Harzen durch Anwendung von Lichttransmission oder Reflexion unterscheiden kann.

Es ist bekannt, daß, wenn während der Regenerierung Anionharz in Kontakt mit dem Kationregeneriermittel oder Kationharz in Kontakt mit dem Anionregeneriermittel gelangt, dies einen schädlichen Einfluß auf das Betriebswasser haben kann, wenn die Harze in die Wasserenthärtungsanlage zurückgeführt werden. Es hat sich gezeigt, daß dieses Problem mit zunehmendem Alter der Anionharze schwerwiegender wird, wobei das Anionharz eine vertärkte Neigung hat, Schwefelsäurekationen zu absorbieren und diese während des Betriebs langsam wieder freizugeben.

Claims (11)

1. Verfahren zum Regenerieren von anionischen und kationischen Austauschmaterialien, bei welchen
die Materialien in einem ersten Behälter durch Zuführung von aufwärts strömendem Wasser am Boden des Behälters in eine obere anionische Austauschmaterialschicht und in eine untere kationische Austauschmaterialschicht getrennt werden, wobei ein Grenzflächenbereich zwischen den beiden Schichten gebildet wird,
sodann das kationische Austauschmaterial am Boden des ersten Behälters über eine in der Nähe des Bodens mündende Rohrleitung in einen zweiten Behälter überführt wird,
anschließend das anionische Austauschmaterial im ersten Behälter und das kationische Austauschmaterial im zweiten Behälter unabhängig voneinander regeneriert wird
und danach die regenerierten Materialien wieder miteinander vermischt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung des kationischen Austauschmaterials in den zweiten Behälter (12) durch im ersten Behälter (10) langsam aufwärts strömendes Wasser bewirkt wird, welches dem Boden des ersten, sich zum Boden hin verjüngenden Behälters (10) zugeführt wird, wobei die hydraulische Überführung durch das gegenüber der Wassermenge überschüssige Wasser erfolgt, die den ersten Behälter (10) über eine mit diesem verbundene Rohrleitung (50) verläßt, und daß die Überführung des kationischen Austauschmaterials in den zweiten Behälter (12) dann beendet wird, wenn mittels einer in der Verbindungsleitung (106) zwischen den beiden Behältern (10, 12) angeordneten Prüfvorrichtung (110) festgestellt wird, daß sich der Grenzflächenbereich zwischen dem kationischen und dem anionischen Austauschmaterial vollständig in der Verbindungsleitung (106) befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Trennung der Austauschmaterialien diesen ein inertes, den Grenzflächenbereich bildendes Material mit einer Dichte zwischen der Dichte des anionischen und des kationischen Austauschmaterials zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das inerte Material eine Korngröße in dem Bereich zwischen 0,5 und 0,9 mm, vorzugsweise zwischen 0,65 und 0,85 mm, aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das kationische Austauschmaterial eine Korngröße nicht kleiner als 0,5 mm, vorzugsweise nicht kleiner als 0,7 mm, aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anionische Austauschmaterial eine Korngröße nicht größer als 1,2 mm, vorzugsweise nicht größer als 0,9 mm, aufweist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem ersten und einem zweiten Behälter (10, 12) zur Aufnahme von Ionenaustauschmaterial oberhalb von Sieben (14, 16) im unteren Teil, mit einer zwischen diesen angeordneten Verbindungsleitung (106), deren Einlaßende sich in der Nähe des Siebes (14) im ersten Behälter (10) befindet, deren Auslaßende oberhalb des Siebes (16) im zweiten Behälter (12) angeordnet ist, und durch die das Austauschmaterial hydraulisch vom ersten Behälter (10) in den zweiten Behälter (12) überführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter (10) mit einer Einrichtung zur Zuführung (18, 32, 34, 36, 38) und Abführung (66, 70, 74, 76) eines aufwärts gerichteten Wasserstroms verbunden ist, die Behälter (10, 12) ein sich zum Boden hin konusförmiges, verjüngendes Unterteil aufweisen, und in der Leitung (106) eine Prüf- und Anzeigevorrichtung (110) zur Ermittlung und Anzeige des Grenzflächenbereichs zwischen dem kationischen und dem anionischen Austauschmaterial angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Anzeigevorrichtung (110) eine in der Verbindungsleitung (106) angeordnete Leitfähigkeitsmeßzelle (110) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- und Anzeigevorrichtung (110) ein Lichttransmissions- oder Lichtreflektionsgerät umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Siebe (14, 16) in den Behältern (10, 12) Drahtsiebe vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest das Sieb (14) im ersten Behälter (10) aus mit Epoxidharz beschichtetem Sand hergestellt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßende der Verbindungsleitung (106) im ersten Behälter (10) um etwa die Hälfte des Radius dieser Verbindungsleitung oberhalb des Siebbodens (14) angeordnet ist.