DE3014310C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ionenaustauschfilter mit einer von der zu behandelnden Flüssigkeit zuerst durchflossenen ersten Filtereinheit und einer nachgeschalteten zweiten Filtereinheit, wobei jede Filtereinheit ein Filterbett aus Ionenaustauschmaterial sowie Einspeisungen und Ableitungen für die Flüssigkeit und die Regenerierlösung aufweist, und in den Filtereinheiten die Einspeisung für die Regenerierlösung und in der ersten Filtereinheit die Einspeisung für die zu behandelnde Flüssigkeit oberhalb des Filter­ bettes angeordnet sind.

In der DE-OS 22 10 450 wird beschrieben, Ionenaustausch­ filter in Serie zu schalten und während der Beladung von oben nach unten zu durchströmen. Die Regenerierflüssigkeit wird hier bevorzugt ebenfalls von oben nach unten durch die Filter geleitet. Gemäß US-PS 40 01 113 belädt man das erste Filter im Aufwärtsstrom und das in Serie geschaltete zweite Filter im Abwärtsstrom. Für die Regenerierung wird die entgegengesetzte Durchströmung bevorzugt.

Es hat sich gezeigt, daß die Gegenstromregenerierung des Filterbettes aus Ionenaustauschmaterial wirksamer als die Gleichstromregenerierung ist und eine höhere Reinheit der behandelten Flüssigkeit ermöglicht. Gegenstromregenerie­ rung bedeutet, daß die Regenerierlösung entgegengesetzt zu der Richtung durch das Filterbett geleitet wird, in wel­ cher die zu behandelnde Flüssigkeit durch das Filterbett fließt. Die zu behandelnde Flüssigkeit hinterläßt im Fil­ terbett dort, wo sie zuerst in das Bett eintritt, die stärkste Beladung bzw. Verschmutzung. Es ist deshalb zweckmäßig, die Regenerierlösung zunächst dort auf das Filterbett aufzugeben, wo die geringste Beladung vorhanden ist. Dadurch bietet sich die Gegenstromregenerierung an.

Bekannte Ionenaustauschfilter, die mit Gegenstromregene­ rierung arbeiten, weisen aber verschiedene Nachteile auf. Das Filterbett ist von vornherein in seinem Volumen fest­ gelegt und damit auch die Kapazität der betreffenden Fil­ tereinrichtung fixiert. Bei sehr großen Filterdimensionen wird es problematisch, die Umschichtung des Ionenaus­ tauschmaterials bei der Durchströmung in Richtung von un­ ten nach oben zu vermeiden. Von Zeit zu Zeit wird eine gründliche Spülung des Ionenaustauschmaterials außerhalb des Filtergehäuses notwendig. Hierzu sind separate Spül­ einrichtungen erforderlich. Die Anordnung von Dränage­ systemen, Düsenböden und dergl. für die Ableitung der be­ handelten Flüssigkeit kann zu Verstopfungen führen, da entweder Ableitungssysteme mit sehr geringen Durchtritts­ querschnitten (kleiner 0,2 mm) gewählt werden müssen oder aber zusätzlich ein körniges Filtermaterial mit einer ent­ sprechenden Filterwirkung zum Schutz der Ableitungsvor­ richtung vorgesehen werden muß. Ferner muß üblicherweise eine Mindestdurchflußmenge zum Aufrechterhalten eines mehr oder weniger kompakten Filterbettes gewährleistet sein.

Zu den Nachteilen bekannter Ionenaustauschfilter mit Ge­ genstromregenerierung gehört auch, daß die zu behandelnde Flüssigkeit durch vorausgehendes Filtrieren von groberen Verunreinigungen möglichst frei gehalten werden muß, da ansonsten das Filter zu stark verschmutzt und eine beson­ ders gründliche Rückspülung erforderlich wird. Jede Rück­ spülmaßnahme bedeutet jedoch eine unerwünschte Störung im Filter.

Werden große Filterdimensionen von mehr als 4 m Durchmes­ ser gewählt, sind aufwendige Systeme für die Einspeisung der zu behandelnden Flüssigkeit und der Regenerierlösungen erforderlich, wogegen bei der Gleichstromregenerierung nur eine einzige Einspeisung und eine einzige Ableitung not­ wendig wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die jeweiligen Vorteile der mit Gleichstrom- bzw. Gegenstromregenerierung arbeitenden Ionenaustauschfilter weitgehend zu verbinden. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die erste Fil­ tereinheit mit einem relativ großen Ausdehnungsraum etwa 60 bis 90% des gesamten Ionenaustauschmaterials enthält und in der zweiten Filtereinheit mit einem kompakten Fil­ terbett die Einspeisung für zu behandelnde Flüssigkeit un­ ter dem Filterbett angeordnet ist. Die dadurch entstehende Filterkombination eignet sich ganz besonders für Großanla­ gen, d. h. für den Durchsatz von mehreren 100 m³ zu be­ handelnder Flüssigkeit pro Stunde, für Filter mit mehr als 3 m Durchmesser und Ionenaustauschermengen von mehr als 20 m³.

Bei der Erfindung wird die erste Filtereinheit, die das Hauptfilter darstellt, mit Gleichstromregenerierung be­ trieben. Für diese Filtereinheit ist keine extreme Vor­ filtration der zu behandelnden Flüssigkeit erfor­ derlich. Die nachgeschaltete zweite Filtereinheit ist kleiner als die erste Einheit und arbeitet mit Gegenstromregenerierung. Dadurch bleiben die Vorteile der Gegenstromregenerierung, etwa verbesserte Qualität der behandelten Flüssigkeit und geringer Verbrauch an Regenerierchemikalien, in vollem Umfang bestehen. Da nur ein Teil des gesamten Ionenaustauschmaterials der Gegenstromregenerierung zu unterwerfen ist, wird auch nur eine verringerte Menge an hochwertigem Waschwasser erforderlich.

Um in der nachgeschalteten zweiten Filtereinheit das erwünschte kompakte Filterbett aufrechtzuerhalten, ge­ nügt ein Bruchteil der normalerweise durchgeleiteten, zu behandelnden Flüssigkeit. Dadurch wird in den meisten Fällen eine Kreislaufführung von Flüssigkeit zum Kom­ paktieren des Filterbettes überflüssig.

Der in der ersten Filtereinheit vorhandene relativ große Ausdehnungsraum erlaubt die Nachfüllung von Ionenaustausch­ material zwecks Erhöhung der Kapazität der Anlage und erhöht damit deren Anpassungsfähigkeit und Betriebs­ sicherheit. Günstig ist ferner, daß die Sonderquali­ täten an Ionenaustauschmaterial, die man für ein mit Gegenstromregenerierung betriebenes Filter gern ver­ wendet, nur für das kleine Volumen der zweiten Filter­ einheit gebraucht werden. Das größere Hauptfilter, d. h. die erste Filtereinheit, bedarf solcher Sonderqualitäten nicht. Die insgesamt eingesetzten Ionenaustauschermengen werden voll ausgenutzt, weil in dem erfindungsgemäßen zweiteiligen Filter keine Blindvolumina an Ionenaustausch­ material vorhanden sind.

Zu den mit dem erfindungsgemäßen Filter erreichten Vorteilen gehört auch, daß die Rückspülung des Ionenaustauschmaterials im Hauptfilter ohne Störung des Regeneriereffektes durchgeführt werden kann, weil bei der Regenerierung die gewünschte Abreinigung mit ausreichender Sicherheit stets erreicht wird. Will man das in der zweiten Filtereinheit befindliche Ionenaus­ tauschmaterial gründlich spülen, so kann auf den sonst üblichen externen Spülbehälter verzichtet werden. Bei der erfindungsgemäßen Filteranlage ist es nämlich im allgemeinen möglich, das kleinere Volumen an Ionen­ austauschmaterial der zweiten Einheit der ersten Fil­ tereinheit zusätzlich aufzugeben und dort die Spülung durchzuführen.

Zu den wichtigen Vorteilen der erfindungsgemäßen Fil­ teranlage gehört es auch, daß in den beiden Filterein­ heiten unterschiedliche Ionenaustauschmaterialien vor­ handen sein können. Es kann sich z. B. empfehlen, im Hauptfilter, d. h. in der ersten Filtereinheit, einen schwach sauren Kationenaustauscher anzuordnen und die zweite Filtereinheit mit einem stark sauren Kationen­ austauscher zu versehen. Natürlich ist ebenso die Kom­ bination schwach basischer Anionenaustauscher im Haupt­ filter und stark basischer Anionenaustauscher in der zweiten Filtereinheit möglich.

Die Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine Ausführungsform des Ionenaustauschfilters, wobei die beiden Filterein­ heiten in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

Die kompakte Anlage weist das gemeinsame Filtergehäuse 1 auf, das Zylinderform hat. Im Innern des Gehäuses 1 be­ findet sich ein zentrales Rohr 2, welches die zweite Filtereinheit umschließt. Zur zweiten Filtereinheit gehört das Filterbett 22.

Konzentrisch um die zweite Filtereinheit ist die erste Filtereinheit mit ihrem Filterbett 11 angeordnet. Oberhalb des Filterbettes 11 befindet sich eine ring­ förmige Einspeisungsvorrichtung 3, die sowohl für die zu behandelnde Flüssigkeit als auch für die Regenerier­ lösung verwendet wird. Den unteren Abschluß des Filter­ bettes 11 bildet ein flüssigkeitsdurchlässiger Filter­ boden 4. Die innerhalb des flüssigkeitsdichten Rohres 2 befindliche zweite Filtereinheit besitzt die Filter­ böden 5 und 6. An die Stelle der Filterböden können auch an sich bekannte Dränagesysteme treten.

Bei der Erläuterung der zum Filter gehörenden Leitungen und ihrer Funktionen wird auf Erklärungen zum Öffnen und Schließen von Ventilen verzichtet. Für den Fachmann versteht es sich nämlich von selbst, daß er die Ventile in einer auf Durchfluß geschalteten Leitung öffnen muß und die Ventile anderer Leitungen zu schließen hat.

Die zu behandelnde Flüssigkeit fließt durch die Leitun­ gen 12 und 13 zur Einspeisungsvorrichtung 3 und tritt von oben nach unten durch das Filterbett 11 aus Ionen­ austauschmaterial hindurch. Vom unteren Sammelraum 7 gelangt die Flüssigkeit durch die Leitungen 14 und 15 zur zweiten Filtereinheit und strömt von unten nach oben durch das Filterbett 22. Die behandelte Flüssigkeit ver­ läßt die zweite Filtereinheit durch die Leitung 16 und wird in der Leitung 17 abgezogen.

Zum Regenerieren des Ionenaustauschmaterials kommt die Regenerierlösung, üblicherweise Säure oder Lauge, aus der Leitung 18, fließt durch die Leitung 16 zunächst in die zweite Filtereinheit und durchdringt das Filter­ bett 22 von oben nach unten im Gegenstrom zur Fließ­ richtung der zu behandelnden Flüssigkeit. Von der zweiten Filtereinheit gelangt die Regenerierlösung durch die Leitungen 15 und 19 zur Leitung 13 und von da in die Einspeisungsvorrichtung 3 der ersten Filter­ einheit. Das Filterbett 11 wird der Gleichstromrege­ nerierung unterzogen und gebrauchte Regenerierlösung wird vom unteren Sammelraum 7 aus in der Leitung 20 entfernt.

Zum Entfernen von restlicher Regenerierlösung aus dem Ionenaustauschmaterial wird mit Wasser nachgewaschen. Dieses Waschwasser kommt aus der Leitung 21 und fließt von der Leitung 16 zunächst durch das Filterbett 22 und dann durch die Leitungen 15, 19 und 13 zur Einspeisungs­ vorrichtung 3. Gebrauchtes Waschwasser wird schließlich aus dem Sammelraum 7 durch die Leitung 20 abgeführt.

Gelegentlich muß das Filterbett 11 rückgespült werden, um das Bett aufzulockern und Abrieb des Bettmaterials zu entfernen. Eine Rückspülung für das Filterbett 22 ist dagegen nur selten erforderlich. Die Rückspülung der ersten Filtereinheit mit dem Filterbett 11 erfolgt durch die Leitungen 12, 19 und 14, mit Aufwärtsstrom der Rück­ spülflüssigkeit durch das Bett 11 zum oberen Sammelraum 8. Die Rückspülflüssigkeit wird in der Leitung 23 abgeführt. Die Rückspülung des Filterbettes 22 erfolgt durch die Leitungen 12, 19 und 15, wobei Austauschmaterial durch die Leitung 24 in den Sammelraum 8 gespült wird. Der Rücktransport des Materials geschieht durch Wasserzufuhr über die Leitungen12, 19, 14 und 24. Das Transportwasser tritt durch die Leitung 25 aus.

Claims (6)

1. Ionenaustauschfilter mit einer von der zu behandelnden Flüssigkeit zuerst durchflossenen ersten Filtereinheit und einer nachgeschalteten zweiten Filtereinheit, wobei jede Filtereinheit ein Filterbett aus Ionenaustausch­ material sowie Einspeisungen und Ableitungen für die Flüssigkeit und die Regenerierlösung aufweist, und in den Filtereinheiten die Einspeisung für die Regenerierlösung und in der ersten Filtereinheit die Einspeisung für die zu behandelnde Flüssigkeit oberhalb des Fil­ terbettes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Filtereinheit mit einem relativ großen Aus­ dehnungsraum etwa 60 bis 90% des gesamten Ionenaus­ tauschmaterials enthält und in der zweiten Filterein­ heit mit einem kompakten Filterbett die Einspeisung für zu behandelnde Flüssigkeit unter dem Filterbett ange­ ordnet ist.

2. Ionenaustauschfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die aus dem unteren Ende der zweiten Fil­ tereinheit herausführende Ableitung für Regenerierlö­ sung mit der zur ersten Filtereinheit führenden Ein­ speisung für Regenerierlösung verbunden ist.

3. Ionenaustauschfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Filterbetten eine absperrbare Transportleitung für Ionenaustausch­ material angeordnet ist.

4. Ionenaustauschfilter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fil­ tereinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

5. Ionenaustauschfilter nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Filtereinheit in einem die zweite Filtereinheit umgebenden Ringraum angeordnet ist.

6. Ionenaustauschfilter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterein­ heiten unterschiedliches Ionenaustauschmaterial aufwei­ sen.