DE3105550A1

DE3105550A1 - Verfahren zur mehrstufigen suesswasser-, brackwasser-, meerwasser- und abwasseraufbereitung mit energie- und betriebsmittelrueckgewinnung sowie entsorgung

Info

Publication number: DE3105550A1
Application number: DE19813105550
Authority: DE
Inventors: Kurt 7031 Holzgerlingen Marquardt
Original assignee: HAGER and ELSAESSER GmbH; Hager and Elsaesser GmbH
Current assignee: HAGER and ELSAESSER GmbH; Hager and Elsaesser GmbH
Priority date: 1981-02-16
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-08-19
Also published as: FR2499963B1; FR2499963A1; GB2092912B; DE3105550C2; GB2092912A; US4434057A

Description

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VERFAHREN ZUR MEHRSTUFIGEN SÜSSWASSER-, BRACKWASSER-, MEERWASSER- UND ABWASSERAUFBEREITUNG MIT ENERGIE- UND BETRIEBSMITTELRÜCKGEWINNUNG SOWIE ENTSORGUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von Süßwasser, Brackwasser, Meerwasser und Abwasser für Trink- und Brauchwasserzwecke sowie die Entsorgung der dabei anfallenden Konzentrate und Schlämme, wobei zwei Membrantrennstufen in Konzentratstufung miteinander verbunden sind und das Konzentrat der letzten Membrantrennstufe mittels eines thermischen Konzentrierungsverfahrens behandelt wird.

Beim Einsatz von Membrantrennverfahren wie Umkehrosmose und Elektrodialyse zur Süßwasser-, Brackwasser-, Meerwasser- und Abwasserentsalzung wird die damit erzielbare Produktausbeute speziell bei geringer salzhaltigem Brackwasser meist nicht durch den, bei der Aufkonzentrierung des Rohwassers entstehenden osmotischen Druck im Konzentrat begrenzt, sondern durch Rohwasserinhaltsstoffe, die bei der Aufkonzentrierung ihre Löslichkeitsgrenze überschreiten und ausfallen. Es bilden sich dann Membranbelegungen, das sogenannte "Membranscaling", die sowohl den Permeatfluß als auch die Salzrückhaltung der Membranen negativ beeinflussen. Um diese Störungen des Entsalzungsprozesses zu vermeiden, wird das Rohwasser vor dem Eintritt in die Entsalzungseinheit vorbehandelt. Ist z.B. die Karbonathärte der für die Bildung von Ausfällungen, limitierende Faktor, so dosiert man Säure und wandelt die Karbonathärte in Nicht-Karbonathärte um. Besteht die Gefahr von Calciumsulfatausfällungen bei dem gewählten Aufkonzentrierungsgrad, bzw. der gewünschten Permeatausbeute, so ist es notwendig, den Calciumgehalt des Rohwassers entweder mittels eines Ionenaustauscherverfahrens oder durch chemische

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Fällung soweit zu reduzieren, daß die angestrebte Produktausbeute möglich ist. Weiterhin kann durch eine Stabilisierung der scalingbildenden Verbindung die Ausfällung verzögert und dadurch eine gewisse, jedoch begrenzte Verbesserung des Aufkonzentrierungsgrades erreicht werden.

Das Konzentrat wird bei der bisherigen Betriebsweise solcher Anlagen dann normalerweise verworfen und das erhaltene Produkt nur durch die eine Membrantrenneinheit erzeugt.

Bei sehr ungünstigen Rohwasserverhältnissen ist es notwendig, die gesamte Einspeisemenge über eine Ionenaustauscherstufe oder einen chemische Fällungsreaktor zu führen. Wird das Konzentrat nach einer einstufigen Membrantrenneinheit verworfen, so muß je nach der in dieser erzielbaren Produktausbeute, bis zum Dreifachen der erhaltenen Produktleistung Rohwasser durch Fällung oder Ionenaustausch behandelt werden.

Beim Anionenaustausch wird ein schwach basischer Anionenaustauscher in der Chloridform eingesetzt, der Sulfat adsorbiert und dafür Chlorid an die Lösung abgibt. Ein derartiger Austauscher kann zwar mit der Sole eines nachgeschalteten Entsalzungs-Systems regeneriert werden; es ist jedoch notwendig, entweder im Beladungszyklus oder bei der Regeneration Säure einzusetzen, um eine ausreichend hohe Sulfat-Kapazität des Harzes zu erreichen. Trotzdem liegt die nutzbare Volumenkapazität des schwachbasischen Anionenaustauscherharzes nur bei 1,2 - 1,6 val/1,. Höhere Kapazitäten von 2-2,5 val/1 erreicht man mit dem schwachsauren Kationenaustauscher, der die Konzentration an Erdalkali-Ionen der aufzubereitenden Lösung auf einen gewünschten minimalen Wert verringert. Das Harz muß jedoch erst mit Salzsäure regeneriert und danach die Natronlauge oder Natriumcarbonat konditioniert werden. Die Regeneration mit einer ausreichend hohen Säuremenge

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ist dabei besonders wichtig, um möglichst niedrige Calciumkonzentrationen im enthärteten Wasser zu erhalten. Die Neutralsalze aus der Sole einer Entsalzungsanlage können direkt nicht zur Regeneration des Harzes eingesetzt werden.

Die Hochdruckpumpen der Umkehrosmose werden in vielen Fällen, vor allem in den Erdölländern, wo billiges öl zur Verfügung steht, mit Diesel-Aggregaten angetrieben. Die durch die Verbrennung des Öls entstehende Wärmeenergie wird dabei zu etwa 41 % in mechanische Energie umgesetzt, die im Entsalzungsprozeß verwertet werden kann. Die restliche Energie geht zu 28 % bei der Kühlung des Aggregats mit Wasser oder Luft, zu 24 % über das Abgas und zu 7 % anderweitig verloren.

Die Konzentrate der Membrantrenneinheit werden entweder in nahe gelegene Oberflächengewässer wie Flüsse, Seen oder das Meer abgelassen oder im Untergrund versickern lassen. Da es sich hierbei um sehr hoch salzhaltige Lösungen handelt, ist durch die Aufsalzung dieser Gewässer und bei der Bodenversickerung auch des Grundwassers eine ernst zu nehmende Gefährdung der Umwelt vorhanden. Dies ist auch der Grund, warum in naher Zukunft eine geregelte Entsorgung solcher hochsalzhaltiger Lösungen zur Auflage gemacht werden. Für den Betrieb derartiger Entsalzungs-Anlagen bedeutet dies, daß der Konzentratanfall beträchtlich reduziert werden muß, um bei der Flüssigdeponie die Transportkosten zum Deponieort niedrig zu halten oder daß die Salze in fester Form übergeführt werden müssen.

Die Membrantrennverfahren und hier speziell die Umkehrosmose sind z.B. bei der Entsalzung von Meerwasser energetisch der Verdampfung überlegen. Der bei der Aufkonzentrierung des Meerwassers beim Entsalzungsvorgang im Konzentrat sich einstellende osmotische Druck kann je nach dem Salzgehalt des Rohwassers bis zu 60 bar

betragen, und die z.Zt. möglichen Betriebsdrücke bei diesem Verfahren von maximal 70 bar limitieren daher die Produktausbeute bei Einsatz von Umkehrosmose für derart hochsalzhaltige Lösungen auf maximal 4 0 %. Konzentrate, die beim Entsalzen von Abwasser und Brackwasser mittels Membransystemen bei hohen Produktausbeuten entstehen, weisen Salzgehalte ähnlich denen von Meerwasser auf. Der bei diesen Betriebsbedingungen bedingte noch relativ hohe Abwasseranfall ist daher ein wesentlicher Nachteil der Membrantechnik. Für die weitergehende Aufbereitung derartiger Konzentrate und ihre Entsorgung sind daher zusätzliche Verfahrensstufen notwendig, die über die Salzgehaltsgrenzen der Umkehrosmose hinaus noch wirtschaftlich betrieben werden können- Bei der Verdampfung ist der limitierende Faktor für die Produktausbeute nicht der Salzgehalt des Konzentrats, bzw. dessen osmotischer Druck, sondern die Gefahr der Wärmeaustauscher-Flächenverkrustung durch Ausfällung von Wasserinhaltsstoffe bei der Aufkonzentrierung. Dieses chemische Problem kann durch entsprechende Vorbehandlung des Meerwassers gelöst werden und ermöglicht dann mit Verdampfersystemen auch die Aufbereitung höher salzhaltiger Lösungen.

Das mit Membranentsalzungsanlagen gewonnene Permeat entspricht normalerweise noch nicht den Trinkwasseranforderungen. Es hat einen erhöhten Anteil an Natriumsalzen und weist zuwenig Karbonathärte auf. Oft ist auch sein Gesamtsalzgehalt zu niedrig. Zur Härteerhöhung dosiert man oft Kohlendioxid in den Permeatstrom, führt diesen über Entsäuerungsfilter mit dolomitischem Material oder setzt Kalkwasser zu. Das Kohlendioxid setzt sich dann mit den alkalischen Calciumverbindungen zur Kalciumcarbonathärte um. Sehr oft muß das CO₂ aus der Luft oder durch Verbrennen von öl hergestellt werden, wenn es in weniger hoch industrialisierten Ländern als Industriegas nicht bezogen werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Erhöhung der Produktausbeute mit gleichzeitiger Verringerung sowohl des spezifischen Energie- und Betrxebsmittelbedarfs, als auch des Anlagenvolumens für die Vorbehandlung des Rohwassers sowie die wirtschaftliche Entsorgung der Konzentrate zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

a) das aufzubereitende Wasser vor Eintritt in die erste Membrantrennstufe vorzugsweise mit einfachen Konditionierungsverfahren wie Säure- und Stabilisatordosierung behandelt, mittels einer Hochdruckpumpe zur ersten Membrantrennstufe gefördert, das dort anfallende Konzentrat einer Weiterbehandlung durch Ionenaustausch oder chemische Fällung unterworfen, das so aufbereitete Wasser einer zweiten Membrantrennstufe zugeleitet und deren Konzentrat in einer thermischen Konzentrierungsstufe weiterbehandelt wird und die Energie für den Betrieb dieser thermischen Stufe aus Sonnenwärme, der Kühlluft oder dem Abgas von Wärmekraftmaschxnen oder extern zur Verfügung stehenden abwärmehaltigen Gasen gewonnen wird.

b) Natronlauge im Kathodenraum einer im Konzentratstrom der Membranstufen angeordneten Elektrolyse-Anlage und Salzsäure in einer Synthese-Einheit zur Salzsäureerzeugung gewonnen werden, wobei die für den Betrieb der Synthese-Einheit erforderlichen Gase Chlor und Wasserstoff im Anoden- und Kathodenraum der beschriebenen Elektrolyse-Anlage erzeugt werden, wobei die so erzeugte Salzsäure und Natronlauge zur Regeneration oder Konditionierung eines Ionenaustauschers dient, der zur Entfernung von scalingbildenden Ionen im Zulauf zur Entsalzung oder im Konzentrat der ersten Membrantrennstufe installiert ist.

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c) ein thermisch regenerierbares Ionenaustauscherharz zur Konditionierung eingesetzt wird, wobei dieser Ionenaustauscher bevorzugt im Konzentrat der ersten Membrantrennstufe, jedoch auch im Zulauf zu dieser installiert wird und ein Austauscherharz gewählt wird, das selektiv zweiwertige Ionen aus dem Flüssigkeits-Teilstrom entfernt, während einwertige Ionen unverändert die Konditionierungsstufe passieren.

d) das für die Nachbehandlung des in der Entsalzungsanlage erzeugten Produkts notwendige Kohlendioxid, bei Einsatz eines schwachsauren Kationenaustauschers als Konditionierungs- oder Konzentratbehandlungs-Verfahren durch thermische Spaltung d s im Konzentrat der Membrantrennstufen vorhandene Natriumbicarbonat bei einer Temperatur von mindestens 4 0 ⁰C gewonnen wird, wobei für die Zufuhr der notwendigen Wärme die Kühlluft und das Abgas einer, für den Antrieb der Hochdruckpumpe eingesetzten Wärmekraftmaschine oder extern zur Verfügung stehende abwärmehaltige Gase in Form von Abgas oder Abdampf dienen.

e) bei der Aufbereitung von Süßwasser, Brackwasser, Meerwasser und Abwasser in der ersten Membrantrennstufe Entsalzungseinheiten mit einem Betriebsdruck von 20-40 bar und einer Salzpassage von 5 - 20 %, in der zweiten Trennstufe Einheiten mit einem Betriebsdruck von 50 - 100 bar und einer Salzpassage von 0,5 - 5 % Verwendung finden.

f) in einer Zwangsverdunstungs-Einrichtung das Konzentrat der zweiten Membrantrennstufe mittels einer Verdunstungsstufe soweit aufkonzentriert wird, daß seine Inhaltsstoffe auskristallisieren oder in Feststoffe überführt werden und die Abscheidung dieser Stoffe auf kaskadenförmigen Holz- oder Kunststoffmaterialien oder Steinschüttungen erfolgt, die bei Erreichung eines bestimmten Belegungsgrades ausgeräumt und durch neue Materialien ersetzt werden.

g) die Behandlung der Konzentrate in zwei Verdunstungsstufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe dem Konzentrat soviel Wasser entzogen wird, daß noch keine Auskristallisation oder Ausfällung seiner Inhaltsstoffe stattfindet, die zweite Stufe mit auswechselbaren Einbauten versehen ist, dort die Aufkonzentrierung bis zur Kristallisation, Ausfällung oder zur Trocknung erfolgt und die Heizgase entsprechend dem Wärmebedarf in den beiden Stufen separat auf diese verteilt werden.

h) die Behandlung des Konzentrats in zwei Verdunstungsstufen erfolgt, beide Stufen über eine Gasleitung miteinander verbunden sind, das Konzentrat in die erste Stufe eingespeist wird, im Gegenstrom zum Gas in die zweite Stufe gelangt und in diese beide Heizgase (Heißluft, Abgas und Rauchgas) eingeleitet werden und beide Stufen mit, in den Flüssigkeitsvorlagen angeordnet, überstauten Gasverteilern versehen sind.

i) die Behandlung des Konzentrats in einem einstufigen Zwangsverdunstungsreaktor im Gegenstrom über Kaskaden-, Bodenoder Siebeinbauten erfolgt, in die Flüssigkeitsvorlage des Reaktors die Heizgase(heiße Luft, Rauchgas oder Abgas) gleichzeitig über einen oder mehrere Gasverteiler eingeleitet werden, Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom geführt werden, die wasserdampfhaltigen Heizgase am Kopf des Reaktors an einer gekühlten Kondensationsfläche vorbeigeführt werden und sich das dort abscheidende salzarme Wasser in einer Rinne sammelt und zum Verbrauch geführt wird.

j) die Konzentrate einer Membranentsalzungseinheit zur Süßwasser-, Brackwasser-, Meerwasser- oder Abwasserentsalzung einer mehrstufigen Verdampfungsanlage und wahlweise einem Verdampfungstrockner zugeleitet werden, wobei Rauchgas oder Abgas des

Antriebs-Aggregates für die Hochdruckpumpen der Membrantrennstufen zur Vorwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe vor Einspeisung in den Mehrstufen-Verdampfer, zur Soleaufwärmung in dessen Soleendvorwärmung und zur Beheizung des Verdampfungstrockners dient, vorhandener Abdampf zum Betrieb des Mehrstufenverdampfers und evtl. zusammen mit dem Rauchgas zur Beheizung des Verdampfungstrockners Verwendung findet und die Brüden des Mehrstufenverdampfers und des Verdampfungstrockners, evtl. zusammen mit dem Abdampf ebenfalls zur Aufwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe eingesetzt werden, zwecks Kühlung aus der Wärmekraftmaschine für die Hochdruckpumpen abzuleitende Wärmeenergie zur Vorwärmung des Zulaufs zu den Membrantrennprozeß Verwendung findet und das Produkt des Membrantrennverfahrens, das Kondensat der Mehrstufenverdampfung sowie das Brüdenkondensat des Verdampfungstrockners und der Mehrstufenverdampfung in einem solchen Verhältnis miteinander vermischt werden, so daß ein qualitativ gutes Trink- oder Brauchwasser entsteht.

k) über einem oben offenen Zwangsverdunstungsreaktor, der mit Einbauten in Kaskaden-, Lochblech-, Sieb- oder Bodenform ausgestattet ist, ein ringförmiges, abgeschrägtes Metalldach mit einer zentrischen öffnung angebracht ist, auf dem zwecks Kühlung ein Verteilungssystem für Kühlsole verlegt ist oder das mit Luft aus einem Gebläse angeströmt wird und an dessen Unterkante eine ebenfalls ringförmige Auffangrinne für kondensiertes Wasser mit einem oder mehreren Abläufen angebracht ist.

Zusammenfassend ermöglicht das beschriebene Verfahren durch die Kombinierung der beiden Membrantrenneinheiten, des spezifischen Einsatzes von Konditionierungsverfahren im Zulauf zur ersten Einheit und im Konzentrat derselben, der unter Ausnutzung von

Abwärme durchgeführten Mehrstufen-Verdampfung oder Zwangsverdunstung der Konzentrate der Membran-Entsalzungsstufen sowie der Erzeugung der Betriebsmittel für die Konditionierung des Rohwassers oder die Behandlung des Konzentrats der ersten Membrantrenneinheit, das folgende Vorteile erreicht werden:

a) Eine wesentliche Verbesserung der Produktausbeute des gesamten Entsalzungssystems über die Ausbeute hinaus, die normalerweise mit einer Membrantrenneinheit alleine erreicht wird.

b) Durch die höhere Produktausbeute eine beträchtliche Verringerung des Energiebedarfs, da mit Zunahme der Produktausbeute die Rohwassermenge, die in der Entsalzungsanlage eingespeist wird, sich entsprechend verringert und damit auch die notwendigen Fördereinrichtungen von ihrer Leistung her kleiner werden.

c) Eine Verringerung des Chemikalienbedarfs für die Konditionierung und chemische Fällung. Um Scaling in den Membrantrenneinheiten zu verhindern, muß die gesamte Zulaufmenge zur Entsalzungsanlage vorbehandelt werden. Je niedriger die Einspeisemenge und je höher die Produktausbeute ist, umso weniger Chemikalien werden in der Konditionierung verbraucht, da auch der Rohwasseranteil, der später als Konzentrat die erste Membrantrennstufe verläßt mitbehandelt werden muß. Weitergehende Aufbereitungsverfahren, wie die chemische Fällung, werden erfindungsgemäß vorzugsweise erst im Konzentrat der ersten Membrantrenneinheit eingesetzt, wo sich entsprechend der erzeugten Produktmenge in diesem Teil der Anlage, die zu behandelnde Wassermenge entsprechend reduziert hat. Daraus ergeben sich gegenüber dem Einsatz der chemischen Fällung im Zulauf zur Gesamtanlage eine wesentliche Verringerung der Chemikalienko s ten.

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d) Verringerung der Anlagenleistung und des Bauvolumens der Konditionierungs- und Fällungsverfahren. Erfindungsgemäß werden für die Behandlung des Zulaufs zur Gesamtanlage nur Konditionierungsverfahren eingesetzt, die sich auf die Verwendung von kostengünstigen Verfahrenstechniken, wie etwa die Dosierung von Säure oder Stabilisatoren beschränken. Die aufzubereitende Wassermenge beeinflußt kostenmäßig und von der Dimension her solche Einrichtungen viel weniger als z.B. die wesentlich aufwendigeren Reaktoren für die chemische Fällung. Dieses Verfahren wird dann für die Konzentratbehandlung der ersten Membrantrenneinheit verwendet, wo die hydraulische Leistung durch die vorher erfolgte Abzweigung des Produktstroms sich bereits beträchtlich verringert hat.

e) Die kostengünstige und umweltfreundliche Weiterbehandlung der Konzentrate durch

A) Ausnützung von Abwärme, Abdampf und Sonnenwärme in einfachen und leicht zu bedienenden Vorrichtungen zur Zwangsverdunstung. Durch den Einsatz eines Reaktors mit Brüdenrückgewinnung läßt sich eine weitere Zunahme der Produktausbeute der Gesamtentsalzungs-Anlage erreichen.

B) Ausnützung von Abwärme zur Entsorgung der Konzentrate in Mehrstufen-Verdampfern, allein oder gekoppelt mit Trocknungsverfahren.

f) Durch die weitgehende Eigenerzeugung von, für den Betrieb der Anlage notwendigen Chemikalien, eine sehr wirtschaftliche Betriebsweise vor allem auch in Gebieten in denen diese Betriebsmittel nicht oder nur schwierig zu beschaffen sind.

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Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten in den Zeichnungen 1-8 und der nachfolgenden Beschreibung erläutert.

Fig. 1 Schaltschema für die. Entsalzung mit zwei Membrantrennstufen und thermischer Konzentrierung des Konzentrats (Variante Zwangsverdunstung zur Konzentrat-Entsorgung)

Fig. 2-6 Schaltschemen für verschiedene Ausführungsarten von Verfahren zur Zwangsverdunstung.

Fig. 7 Diagramm zur thermischen Spaltung von Natrium-Bicarbonat (prozentuale Spaltung in Abhängigkeit von der Temperatur und der Verweilzeit).

Fig. 8 Schaltschema für die Entsalzung nach Fig. 1, jedoch mit mehrstufiger Verdampfung und Verdampfungs-Trocknung zur Konzentratentsorgung.

Nach Fig. 1 wird Rohwasser mit einem Salzgehalt z.B. im Brackwasser-Bereich (2000 - 5000 mg/1) über die Leitung 1 in die Konditionxerungsstufe A und von dort über die Leitung 2 in die Hochdruckpumpe C eingespeist und von dieser mit dem für die Membrantrennstufe E erforderlichen Betriebsdruck über die Leitung 3 in diese gefördert. Die Antriebseinheit D, die im Beispiel der Fig. 1 aus einem Diesel-Aggregat besteht, treibt die Hochdruckpumpe C an, an die zusätzlich noch ein Stromgenerator B gekoppelt ist. Der von diesem erzeugte Strom dient wie später noch beschrieben, zum Antrieb von Förderpumpen innerhalb der Entsalzungsanlage, um Membranbelegung in der Membrantrennstufe E zu verhindern, wird das Rohwasser vor Eintritt in die Hochdruckpumpe C in der Konditionxerungsstufe A behandelt.

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Diese Konditionierungsstufe A besteht erfindungsgemäß normalerweise aus einer oder mehreren Dosierstationen, im Teilstrombetrieb arbeitenden Ionenaustauschern oder ähnlichem. Die Stabilisierung, Umwandlung oder Konzentrationsverminderung der Sealingbildner geschieht dabei in einem Maße, daß in der ersten Membrantrennstufe E eine Produktausbeute erzeugt wird, die in der Größenordnung von in Minimum 40 - 50 %, in Maximum von ca. 7 0 % liegt. Das in der Membrantrennstufe E erzeugte Produkt fließt über die Leitung 4 dem Trink- und Brauchwasserreservoir I zu, wo es mit dem Produkt der zweiten Membrantrennstufe H vermischt und als Trink- und Brauchwasser mit der Pumpe M zum Verbraucher gefördert wird.

Das Konzentrat der Membrantrennstufe E gelangt über die Leitung in das Konzentrat - Behandlungsstufe G, das aus einem speziellen Ionenaustauscher, der mit Kationen- und/oder Anionenaustauschermaterial oder thermisch regenerierbarem Harz gefüllt ist, besteht. In dieser Behandlungsstufe wird die Kationen- oder Anionenkonzentration der Sealingbildner soweit verringert, daß mittels der Membrantrennstufe H eine Gesamtproduktausbeute der Anlage von in Minimum 75 und in Maximum 95 % erreicht wird. Das behandelte Kondensat wird mit der Hochdruckpumpe F über die Leitungen 6, 7 in die zweite Membrantrennstufe H eingespeist. Das dort entstehende Permeat gelangt über die Leitung 3 in das Trink- und Brauchwasserreservoir I, wo es zusammen mit dem Permeat aus der ersten Membrantrennstufe E vermischt wird. Das Konzentrat der Membrantrennstufe H wird über die Leitung 9 zur weiteren Aufkonzentrierung entweder einer der'in den Fig. 2-6 gezeigten Einrichtungen zur Zwangsverdunstung oder den beschriebenen (Fig. 8) Verdampfer-ZTrocknerkombinationen zugeführt.

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Bei Verwendung des Produkts der ersten und zweiten Membrantrennstufen E und H als Trinkwasser, muß dieses vor der Einspeisung in das Trinkwassernetz noch nachbehandelt werden. Dazu dient die Nachbehandlungseinrichtung N, die aus einer Dosiereinrichtung für gasförmiges Kohlendioxid und zwecks Erzielung der gewünschten Karbonathärte entweder aus einem Filter mit dolomitischem Material oder einer weiteren Dosiereinrichtung für Zusatz von Kalkwasser oder Kalkmilch besteht. Das CO₂ entsteht durch thermische Spaltung des in der Konditionierungsstufe A oder der Konzentratbehandlungsstufe G aus der Karbonathärte des Rohwassers gebildeten Natrium-Bicarbonats. Dieses entsteht bei Verwendung eines schwachsauren Austauschers dadurch, daß dieser die Erdkali-Ionen aufnimmt, und dafür Natrium an das Wasser abgibt. Wie die Fig. 7 zeigt, spaltet das Natriumcarbonat bereits bei einer Temperatur von 40 ⁰C teilweise in Kohlendioxid und Natriumcarbonat auf. Der prozentuale Anteil an CO₂, das durch Abwärmezufuhr aus dem Konzentrat der zweiten Membrantrennstufe H gewonnen werden kann, ist vom Grad der Aufwärmung und der Verweilzeit der konzentrierten Salzlösung in dem Spaltreaktor K abhängig. Er kann mit Rauchgas oder Abgas auf Temperaturen von 40 - 100 ⁰C erwärmt werden, wobei die Wärme über Wärmetauscher oder Heizschlangen dem Konzentrat zugeführt wird. Das entsprechende Kohlendioxid dient dem Spaltreaktor K auch zur Aufwärmung des Konzentratgemisches vor dessen Eintritt in die thermische Konzentrierungsstufe L. Das entsalzte Wasser aus dem Trink- und Brauchwasserreservoir I wird durch die Pumpe M über die Leitungen 10, 11 der Nachbehandlungseinrichtung N zugeführt. Dort wird dem Wasser über die Leitung 12 gasförmiges Kohlendioxid zugesetzt und entweder nach weiterer Zudosierung von Kalkhydrat in Form von Kalkwasser oder Kalkmilch oder durch Überleiten über dolomitisches Material die gewünschte Calciumcarbonathärte eingestellt.

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Bei Einsatz eines Ionenaustauschverfahrens zur Konditionierung des Rohwassers in Konditionierungsstufe A oder als Konzentratbehandlungsverfahren im Konzentrat - Behandlungsstufe G besteht dieser entweder aus einem schwachsauren Kationenaustauscher oder einem thermisch regenerierbarem Harz, wobei der erste in konventioneller Straßentechnik, jedoch in seiner wirtschaftlichen Ausbildung in kontinuierlicher Fahrweise betrieben wird. Thermisch regenerierbare Austauscher lassen sich unter diesen Bedingungen nur kontinuierlich betreiben. Nach der Beladung bis zur erreichbaren Kapazität wird der, in der Konzentratbehandlungsstufe G eingesetzte Austauscher mit Salzsäure regeneriert, die über die Leitung 13 aus der Salzsäure-Adsorptionseinheit P der Betriebsmittelerzeugungsanlage zugeführt wird.,Das Regenerat wird über die Leitung 14 in die Neutralisation Q eingeleitet, wo es mit Natronlauge, die ebenfalls aus der Betriebsmittelerzeugungsanlage stammt und über die Leitung 15 zur Neutralisation Q geführt wird. Zur nachfolgenden Konditionierung wird Natronlauge über die Leitung 16 der Konzentratbehandlungsstufe G zugeleitet und ebenfalls über die Leitung 14 in die Neutralisation Q abgeleitet. Die notwendige Salzsäure zur Neutralisation gelangt über die Leitung 17 aus der Betriebsmittelerzeugung in die Neutralisation Q. Über die Leitung 18 wird das neutralisierte Regenerat und Eluat des Ionenaustauschers dem Konzentrat in Leitung 19 zugemischt und der thermischen Konzentrierungsstufe L zugeleitet, wo es zusammen mit dem Konzentrat der Membrantrennstufen E und H weiterbehandelt wird.

Bei Verwendung eines schwachsauren Kationenaustauschers als Konditionierungsverfahren für die Rohwasserbehandlung in Konditionierungsstufe A wird diesem zur Regeneration die Salzsäure aus der Betriebsmittelerzeugungsanlage über die Leitungen 13, zugeführt. Natronlauge für die Konditionierung gelangt aus der

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Elektrolyseanlage R über die Leitungen 16, 37 in die Konditionierungsstufe A. Die Regenerate werden der Neutralisation Q über die Leitung 36 zugeleitet.

Wird als Konditionierungsverfahren in Stufe A oder G ein thermisch regenerierbares Austauschharz eingesetzt, so erfolgt die Eluierung des Harzes nach Erschöpfung mit Calcium und Magnesium durch Beaufschlagung des Harzes mit Heißwasser, das unter Verwendung von Abwärme aus Rauchgas, Abgas oder Abdampf aus Kaltwasser erzeugt wird. Die notwendige Einstellung der austauschaktiven Gruppen des Harzes mit Säure oder Lauge kann wie oben bei der Regeneration des schwachsauren Austauschers beschrieben, erfolgen. Das dabei anfallende Regenerat wird ebenfalls wie dort beschrieben entsorgt.

Die Elektrolyseanlage R enthält die getrennten Kathoden-Anodenräume Ra und Rb. Über die Leitung 26 wird der Kathodenraum Ra der Elektrolyseanlage R mit Konzentrat gespeist. Das Konzentrat verläßt den Anodenraum Rb dieser Einheit über die Leitung 27 und wird wieder in die Leitung 9 eingeführt. Im Kathodenraum Rb entsteht Natronlauge und Wasserstoff. Die Natronlauge wird, wie oben beschrieben, für die Konditionierung des Ionenaustauschers der Stufen A oder G sowie die Neutralisation Q eingesetzt. Der Wasserstoff wird abgetrennt und wie das in der Anodenkammer Rb entstehende Chlor der ChlorwasserstoffSyntheseeinheit O über die Leitung 20 zugeführt. Das Chlor gelangt über die Leitung 21 in das Aggregat O. Dort werden beide Gase verbrannt und der gebildete Chlorwasserstoff über die Leitung 22 in die Salzsäureadsorptionseinheit P eingeleitet. Über die Leitung 23 wird Trinkoder Brauchwasser aus dem Reservoir I entnommen und als Adsorptionsmittel in die Salzsäureadsorptionseinheit P eingespeist. Die entstehende Salzsäure verläßt über Leitung 13 die Salzsäureadsorptionseinheit P zur Regeneration des Ionenaustauschers der

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Konzentratbehandlungsstufe G; über die Leitung 17 wird sie in die Neutralisation Q eingespeist. Über die Leitung 24 wird Rohwasser oder Konzentrat der Meinbrantrennstufe der Chlorwasserstoffsyntheseeinheit O zur Kühlung zugeführt. Das aufgeheizte Kühlmedium verläßt das Aggregat über die Leitung 25 zur Weiterbehandlung.

Ein Teil des im Anodenraum Rb der Elektrolyseanlage R erzeugten Chlors wird über die Leitung 28 abgezweigt. Ein Teil der Kathodenkammer Ra der Elektrolyseanlage R erzeugten Natronlauge wird über die Leitungen 16, 29 entnommen und mit dem Chlor in Leitung 28 vermischt. Die entstehende Chlorbleichlauge wird dann in Fortsetzung der Leitung 28 dem Rohwasser vor der Konditionierungsstufe A zugesetzt um biologisches Wachstum in der Entsalzungsanlage zu verhindern.

Der Betrieb der thermischen Konzentrierungsstufe L bei Ausbildung als Zwangsverdunstung wird in Fig. 1 gezeigt und nachfolgend beschrieben:

Bei Verwendung eines Diesel-Aggregats D zum Antrieb der Hochdruckpumpe C wird Luft zur Kühlung und Verbrennung über die Leitung 30 aus der Umgebung entnommen und die aufgewärmte Luft dann über die Leitung 31 in die Zwangsverdünstung L eingespeist. Das im Diesel-Aggregat D entstehende Abgas wird über die Leitung 32 ebenfalls zur Stufe ¹L¹ geführt. In einer Variante der Erfindung kann Abgas vor Einspeisung in die Verdunstung noch in einem Wärmetauscher des Spaltreaktors K, durch den Konzentrat der zweiten Meinbrantrennstufe H über die Leitung 19 geführt wird, noch Wärme an diesen abgeben. Die aufkonzentrierte Lösung verläßt über die Leitung 33 die Zwangsverdunstung L um dann entsorgt zu werden.

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Wird die thermische Konzentrierungsstufe wie in der Fig. 1 gezeigt, als Zwangsverdunstungseinheit mit Brüdenrückgewinnung betrieben, so fließt das Brüdenkondensat aus den Sammelrinnen der Kühlhaube über die Leitung 34 dem Trink- und Brauchwasserreservoir I zu. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Verdunstungseinrichtung ist es möglich, mit der Umwälzpumpe Sa konzentrierte Lösung aus der Ablaufleitung 33 in die Zulaufleitung 19 der Zwangsverdunstungseinrichtung rückzuführen.

Fig. 2

Die Zwangsverdunstungseinrichtung nach Fig. 2 ist als pyramidenförmige Kaskade ausgebildet. Das Konzentrat wird über die Leitung 19 in den Kopf der Kaskade gefördert, der als Wanne aus Holz oder Kunststoff ausgebildet ist. Über die Ränder der Kopfwanne 101 fließt das Konzentrat in die nächste Stufe 102, die ebenfalls aus einer Wanne besteht, und von dort weiter in die nächste Stufe 103, wobei jede folgende Wanne entsprechend größer ausgebildet ist als die darüber liegende. Die Wannen sind auf einer Mittelhalterung 105, die aus Holz, Metall oder Kunststoff in Form einer durchgehenden Platte oder mehreren Stäbe bestehen kann, fixiert. Zusätzlich sind die Wannen noch durch seitliche Streben 106 miteinander verbunden. Unterhalb der letzten Wanne 103 und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Sammelwanne 104, in die die konzentrierte Lösung fließt, ist ein Drainagesystem aus gelochten Metall- oder Kunststoffrohren angebracht, in das die heißen Gase (Kühlluft, Abgas) über Leitungen 31 und 32 eingeleitet werden und über die Fläche der Verdunstungseinrichtung L verteilt im Gegenstrom zum herabfließenden Konzentrat nach oben streichen. Durch die Verrieselung des Konzentrats wird eine entsprechend große Austauschflache geschaffen, so daß durch die Wärme der im Gegenstrom geführten Gase eine starke Verdunstung des Wassers der konezentrierten Lösung auftritt. Die gesamte Einrichtung L wird der

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direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt, wodurch die in dünner Schicht in den Wannen der Kaskade verteilte und herabrieselnde Lösung noch weiter aufgewärmt und die Verdunstung unterstützt wird. Eine weitere Verbesserung der Konzentrierung wird auch dadurch erreicht, daß mittels der Pumpe Sa ein Teil der Lösung aus der Auffangwanne 104 entnommen und wieder in den Kopf 101 der Kaskade geführt wird. Durch die Umwälzung wird eine Verlängerung der Aufenthaltszeit der Lösung im System sowie eine zusätzliche Aufwärmung der in den Kopf 101 eingetretenen Lösung erreicht.

Fig. 3

Das in der Fig. 3 beschriebene System entspricht in der Art der Betriebsweise und im prinzipiellen Aufbau her der Kaskade der Fig. 2. Auch hier wird das Konzentrat in den Kopf 107 der Kaskade, der aus einer offenen Wanne besteht, eingespeist. Von dort fließt die Lösung in eine darunter angeordnete zweite, größere Wanne 108. Unterhalb der Wanne ist eine Schüttung aus großen, unregelmäßig geformten Steinen 109 auf einem Mittelrost 110 angebracht, durch die von oben die Lösung rieselt, während von unten her aus den Drainagerohren 111 Kühlluft und Rauchgas entgegenströmen. Die Lösung sammelt sich auch hier in einer Bodenwanne 112 und kann von dort über die Pumpe Sa und den Kopf 107 des Systems im Talstrom umgewälzt werden.

Fig.' 4

Fig. 4 zeigt eine zweistufige Betriebsweise der beschriebenen Zwangsverdunstungseinrichtung. Der Verdunstungsreaktor 113 der ersten Stufe ist mit Einbauten 114 in Form gelochter Böden oder Siebe versehen, über die von oben nach unten die Lösung

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geleitet wird. Im Gegenstrom dazu wird das heiße Gas durch den Reaktor geführt. Zur Vergrößerung der Verdunstungsoberfläche der Lösung können auf den Böden unterschiedlich geformte Füllkörper gelagert werden. Aus der ersten Stufe läuft die vorkonzentrierte Lösung in eine zweite Stufe. Der Reaktor 115 der zweiten Stufe ist im Unterschied zum Reaktor 113 mit herausnehmbaren Einbauten 116 versehen. Als Reaktor 115 kann auch ein System wie es in Fig. 2 oder 3 beschrieben ist, Verwendung finden. Mit der Pumpe Sa kann Lösung aus dem Reaktor 115 entnommen und in den Reaktor 113 zurückgeführt werden. Die zweistufige Anlage wird so betrieben, daß in der ersten Stufe die Lösung bis zu einem Grad aufkonzentriert wird, bei dem noch keine Ausfällung oder Auskristallisierung ihrer Inhaltsstoffe erfolgt. Eine Verfestigung erfolgt erst in der zweiten Stufe, wo dann die mit Feststoff bedeckten Einbauten leicht entfernbar sind. Die Zuführung der heißen Gase wird daher auch so gestaltet, daß je nach Temperatur des Abgases oder der Kühlung in den ersten Reaktor 113 ein Gas oder ein Gasgemisch eingeblasen wird, das nur soviel Temperatur abgibt, daß dort die Auskristallisation und Verfestigung vermieden wird. Es ist auch möglich, den Reaktor 115 der zweiten Stufe ohne Zuhilfenahme von heißem Gas nur mit Sonnenwärme allein zu betreiben.

Fig. 5

In Fig. 5 wird ebenfalls ein zweistufiges System beschrieben. Über die Leitung 19 gelangt die hoch salzhaltige Lösung in den Reaktor 116, fließt dort über entsprechende Einbauten 117 in eine Vorlage 118, in der der Flüssigkeitsspiegel so eingestellt wird, daß er ein Gasverteilungsrohr 119 bedeckt, aus dem Gas aus dem zweiten Reaktor 120 in den Reaktor 116 eingespeist wird. Aus der Wasservorlage fließt die vorkonzentrierte Lösung über die Leitung 121. Dieser Reaktor ist über die Gasleitung 122 mit dem

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Reaktor 116 verbunden. Das heiße Geis tritt in den Reaktor 120 über die getrennten Gaseintrittsleitungen 31 für Kühlluft und 32 für Rauch- und Abgas in die Viasservorlage 124 ein. Die Flüssigkeit aus dem Reaktor 116 fließt im freien Gefälle über Einbauten 123 im Gegenstrom zum Gas in die genannte Vorlage und von dort über die Leitung 33 zur Entsorgung. Das verbrauchte Gas entweicht aus dem oben offenen Reaktor 116.

Fig. 6

Die Sole tritt über die Leitung 19 in das Kaskadensystem 130 ein, das aus in der Größe zunehmenden flachen Wannen besteht, über deren Ränder stufenweise die Lösung von oben nach unten fließt. Nach der Kaskade fließt die Lösung über Einbauten 125 (Lochbleche, Siebe mit oder ohne Füllkörper) nach unten, während ihr Gas entgegen strömt. Die Flüssigkeit sammelt sich in der Lösungsvorlage 126, die so gestaltet ist, daß der Flüssigkeitsspiegel die Gaseintrittsrohre 32 für Rauch- oder Abgas und 31 für Kühlluft bedeckt. Über die Leitung 33 verläßt die aufkonzentrierte Sole das System. Die durch die Verdunstung in der Kaskade und dem mit Einbauten versehene Verdunstungsraum gebildeten Brüden steigen zusammen mit dem Gas in dem Reaktor nach oben. Am Kopf des Reaktors ist ein ringförmiges abgeschrägtes Dach 127 angeordnet, das durch die Außentemperatur, durch Zufuhr von Luft mittels Gebläsen oder über mit Kühlmittel durchflossenen Kühlschlangen gekühlt wird. An diesem Dach kondensiert der in den Gasen enthaltene Wasserdampf und läuft über die, unter der Unterkante des Daches 127 angeordnete Kondensatsammelringe 128 und über die Ablaufleitung 34 dieser Rinne z. B. in das Trink- und Brauchwasserbecken I (siehe Fig. 1), wo es mit den Produktströmen der Membranentsalzungsstufen E und H vermischt und zum Verbraucher gefördert wird. Das Abgas, das jetzt einen entsprechend niedrigen Wassergehalt aufweist, verläßt über die Brüdenleitung 129, die zentrisch im Kopf des Daches 127 angebracht ist, den Reaktor.

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Fig. 8

Die Vorteilhafte Kombination von Verdampfer- und Trocknereinheiten als Alternative zur Zwangsverdunstung in der thermischen Konzentrierungsstufe L zur Weiterbehandlung des Konzentrats aus der Hochdruckstufe H (siehe Fig. 1), einschließlich der Konditionierung des Zulaufs zu dieser Stufe in der Behandlungsstufe G wird in Fig. 8 dargestellt und nachfolgend beschrieben:

Konzentrat aus der Membrantrennstufe E wird über die Leitung 5 in die Konzentratbehandlungsstufe G geleitet. Das behandelte Konzentrat wird durch eine Förderpumpe F über die Leitungen 40, 41 und 42 in die Membrantrennstufe H gefördert. Wird die Förderpumpe F durch ein Diesel-Aggregat DD angetrieben, so wird die dort bei der Kühlung des Diesel-Aggregats DD entstehende Abwärme zur Vorwärmung des Konzentrats ausgenutzt. Bei Wasserkühlung des Diesel-Aggregats DD tritt die Konzentratleitung 40 direkt in den Wasserkühler des Diesel-Aggregats DD ein. Bei Luftkühlung wird in der Leitung 40 ein zusätzlicher Gas- und Flüssigkeits-Wärmetauscher angeordnet, über den die Wärmeabgabe an das Konzentrat erfolgt.

Über die Leitung 41 gelangt das vorgewärmte Konzentrat dann in die Hochdruckpumpe F und von dort über die Leitung 42 in die Membrantrennstufe H. In dieser wird ein gering salzhaltiges Permeat und ein hochsalzhaltiges Konzentrat erzeugt. Das Permeat gelangt über die Leitung 8 in das Trink- und Brauchwasserreservoir I, während das Konzentrat über die Leitungen 43, 44 und 45 zu den Wärmetauschern X und Y gelängt, und danach mit Hilfe einer je nach Höhenverhältnissen eventuell notwendigen Konzentratpumpe Z über die Leitungen 4 6 und 47 zum Mehrstufenverdampfer U gefördert wird.

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Zwischen den Konzentratleitungen 43 und 44 ist die Energierückgewinnungseinheit W angeordnet, die entweder mit der Hochdruckpumpe F, der Vakuumpumpe CC, der Konzentratpumpe Z oder der Solepumpe T mechanisch gekoppelt wird. Findet für die Energierückgewinnung die Verbindung mit einem Stromgenerator Verwendung, so können ein Teil oder je nach Menge der mit der Einheit erzeugbaren Elektrizitätsmenge und je nach Stromaufnahme der einzelnen Pumpenaggregate alle der genannten Pumpen mit Strom versorgt werden (mit X X gekennzeichnet). In gleicher Weise wird auch der Strom verwendet, den man durch die Koppelung eines Stromgenerator s BB mit dem Diesel-Aggregat DD erhält. Die Wärmeaustauscher X und Y dienen zur Vorwärmung des Konzentrats vor dessen Eintritt in den Mehrstufenverdampfer U. Der Wärmeaustauscher X wird mit Brüden aus dem Mehrstufenverdampfer U und dem Trommeltrockner S über die Leitung 48, wie später im Detail beschrieben, gespeist. In den Wärmeaustauscher Y wird das Abgas des Diesel-Aggregats DD über die Leitungen 49, 50 eingespeist, nachdem es im Soleendvorwärmer V der Mehrstufenverdampfer ü bereits einen Teil seiner Wärme zur Aufheizung der Sole abgegeben hat. Von dort gelangt ein Teil des Abgases über die Leitung 50 in den Wärmeaustauscher Y und verläßt diesen dann mit einer Austrittstemperatur von ca. 110 - 160 ⁰C als Abgas. Ein weiterer Teil des Abgases wird über die Leitung 51 in den Trommeltrockner S eingespeist, indem, wie später noch beschrieben, die Sole des Mehrstufenverdampfers U weiterbehandelt wird. Das abgekühlte Gas verläßt den Trommeltrockner S über die Leitung 52 und wird dann eventuell in der Leitung 49 wieder mit dem heißen Rauchgas aus dem Diesel-Aggregat DD zwecks Restwärmeausnutzung vermischt. Das vorgewärmte und über die Leitung 47 in den Mehrstufenverdampfer U eingespeiste Konzentrat wird dort weiter aufkonzentriert und die sich dort bildende Sole über die Leitungen 53, 54 von der Solepumpe T in den Trommel-Trockner S eingespeist. Das entstehende salzarme Produkt des Mehrstufenverdampfers U wird dem Brauch- und Trink-

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Wasserreservoir I über Leitung 55 zugeführt und dort mit den anderen salzarmen Produktströmen vermischt. Noch in geringerer Menge aus dem Mehrstufenverdampfer U abgeleitete Brüden werden über die Leitung 48 mit den Brüden des Trommeltrockners aus Leitung 56 vermischt und über die Leitung 48 in den Wärmeaustauscher X eingespeist. Die Absaugung der Brüden erfolgt über eine Vakuumpumpe CC, die in'den Leitungen 57, 58 angeordnet ist. Anstelle der Pumpe kann auch ein Strahlsauger Verwendung finden, der eventuell mit Abdampf betrieben wird. Die im Wärmetauscher X kondensierten Brüden gelangen dann mit Hilfe der Vakuumpumpe CC über die Leitungen 57, 58 ebenfalls in das Brauch- und Trinkwasserreservoir I. Sollte das entsprechende Kondensat einen so hohen Salzgehalt aufweisen, daß es für die Verwendung als Trinkwasser nicht geeignet ist, kann es über die Leitung 59 wieder dem in der Leitung 5 in die Gesamtanlage eingespeisten Konzentrat zugeführt werden.

Das im Brauch- und Trinkwasserreservoir I aus dem Produkt der Membranentrennstufen E und H dem Kondensat der Mehrstufenver-. dämpfer U und dem aus den Brüden des Trommeltrockners S erhaltene Trinkwasser wird über die Leitung 10 dem Verbraucher zugeführt (siehe Fig. 1). Die mit der Solepumpe T über die Leitungen 53 und 54 in den Trommeltrockner S eingespeiste Sole der Mehrstufenverdampfer U wird dort im Verdampferteil des Trommeltrockners S noch weiter aufkonzentriert und im Kristallisations- und Trockenteil nach Entfernung der Restfeuchte in Trockensubstanz umgewandelt. Diese wird in dafür bereitgestellten Containern 60 gesammelt und entweder zur Deponie oder zur Weiterverarbeitung transportiert.

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Falls Abdampf und Rauchgas aus einem Kraftwerk zur Verfügung stehen, kann die Hochdruckpumpe F mit einer Turbine gekoppelt werden, die mit dem entsprechenden Dampf angetrieben wird. Nach Austritt aus der Turbine wird der Dampf zur Beheizung des Mehrstufenverdampfers U und des Trommeltrockners S verwendet und kann auch zusammen mit den Brüden dieser beiden thermischen Verfahrensstufen zur -Vorwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe H im Wärmeaustauscher X Verwendung finden. Zur Verfügung stehendes Rauchgas kann in gleicher Weise wie oben für das Abgas des Diesel-Aggregats DD beschrieben, geführt werden, nämlich im Wärmeaustauscher Y zur Aufwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe H, zur Beheizung des Trommeltrockners S und zur Soleaufwärmung im Soleendvorwärmer V des Mehrstufenverdampfers U eingesetzt werden.

Der Betrieb der Konzentrat-Behandlungsstufe G unter Verwendung eines schwachsauren Kationenaustauschers zur Entfernung zweiwertiger Ionen, wie er in Fig. 8 der Vollständigkeit halber nochmals aufgenommen wurde, ist bereits auf Seiten 11 - 18 in der Erläuterung der Fig. 1 im Detail beschrieben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Aufbereitung von Süßwasser, Brackwasser, Meerwasser und Abwasser für Trink- und Brauchwasserzwecke sowie der Entsorgung der dabei anfallenden Konzentrate und Schlämme, wobei zwei Membrantrenneinheiten in Konzentratstufung miteinander verbunden sind und das Konzentrat der letzten Stufe mittels eines thermischen Konzentrierungsverfahrens behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Wasser vor Eintritt in die erste Membrantrennstufe vorzugsweise mit einfachen Konditionierungsverfahren wie Säure- und Stabilisatordosierung behandelt, mittels einer Hochdruckpumpe zur ersten Membrantrennstufe gefördert, das dort anfallende Konzentrat einer Weiterbehandlung durch Ionenaustausch oder chemische Fällung unterworfen, das so aufbereitete Wasser einer zweiten Membrantrennstufe zugeleitet und deren Konzentrat in einer thermischen Konzentrierungsstufe weiterbehandelt wird und die Energie für den Betrieb dieser thermischen Stufe aus Sonnenwärme, der Kühlluft oder dem Abgas von Wärmekraftmaschinen oder extern zur Verfügung stehenden abwärmehaltigen Gasen gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Natronlauge im Kathodenraum einer im Konzentratstrom der Membrantrennstufen angeordneten Elektrolyse-Anlage und Salzsäure in einer Synthese-Einheit zur Salzsäureerzeugung gewonnen werden, wobei die für den Betrieb der Synthese-Einheit erforderlichen Gase Chlor und Wasserstoff im Anoden- und Kathodenraum der beschriebenen Elektrolyse-Anlage erzeugt werden, wobei die so erzeugte Salzsäure und Natronlauge zur Regeneration oder Konditionierung eines Ionenaustauschers dient, der zur Entfernung von scalingbildenden Ionen im Zulauf

zur Entsalzung oder im Konzentrat der ersten Membrantrennstufe installiert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermisch regenerierbares Ionenaustauscherharz zur Konditionierung eingesetzt wird, wobei dieser Ionenaustauscher bevorzugt im Konzentrat der ersten Membrantrennstufe, jedoch g auch im Zulauf zu dieser installiert wird und ein Austauscherharz gewählt wird, das selektiv zweiwertige Ionen aus dem Flüssigkeits-Teilstrom entfernt, während einwertige Ionen unverändert die Konditionierungsstufe passieren.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Nachbehandlung des in der Entsalzungsanlage erzeugten Produkts notwendige Kohlendioxid, bei Einsatz eines schwachsäuren Kationenaustauschers als Konditionierungs- oder Konzentratbehandlungsverfahren durch thermische Spaltung des im Konzentrat der Membrantrennstufen vorhandene Natriumbicarbonat bei einer Temperatur von mindestens 40 ⁰C gewonnen ^ wird, wobei für die Zufuhr der notwendigen Wärme die Kühlluft und das Abgas einer, für den Antrieb der Hochdruckpumpe eingesetzten Wärmekraftmaschine oder extern zur Verfügung stehende abwärmehaltige Gase in Form von Abgas oder Abdampf dienen.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

bei der Aufbereitung von Süßwasser, Brackwasser, Meerwasser und Abwasser in der ersten Membrantrennstufe Entsalzungseinheiten mit einem Betriebsdruck von 20-40 bar und einer Salzpassage von 5 - 20 %, in der zweiten Trennstufe Einheiten mit einem Betriebsdruck von 50 - 100 bar und einer ψ Salzpassage von 0,5 - 5 % Verwendung finden.

6. Verfahren für die Aufbereitung von Brackwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zwangsverdunstungs-Einrichtung das Konzentrat der zweiten Membranstufe einer Verdunstungsstufe aufkonzentriert wird, daß seine Inhaltsstoffe auskristallisieren oder in Feststoffe überführt werden und die Abscheidung dieser Stoffe auf kaskadenförmigen Holz- oder Kunststoffmaterialien oder Steinschüttungen erfolgt, die bei Erreichung eines bestimmten Belegungsgrades ausgeräumt und durch neue Materialien ersetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Konzentrate in zwei Verdunstungsstufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe dem Konzentrat soviel Wasser entzogen wird, daß noch keine Auskristallisation oder Ausfällung seiner Inhaltsstoffe stattfindet, die zweite Stufe mit auswechselbaren Einbauten versehen ist, dort die Aufkonzentrierung bis zur Kristallisation, Ausfällung oder zur Trocknung erfolgt und die Heizgase entsprechend dem Wärmebedarf in den beiden Stufen separat auf diese verteilt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Konzentrats in zwei Verdunstungsstufen erfolgt, beide Stufen über eine Gasleitung miteinander verbunden sind, das Konzentrat in die erste Stufe eingespeist wird, im Gegenstrom zum Gas in die zweite Stufe gelangt und in diese beiden Heizgas (Heißluft, Abgas und Rauchgas) eingeleitet werden und beide Stufen mit, in den Flüssigkeitsvorlagen angeordnet, überstauten Gasverteilern versehen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung des Konzentrats in einem, einstufigen Zwangsverdunstungsreaktor im Gegenstrom über Kaskaden-, Bodenoder Siebeeinbauten erfolgt, in die Flüssigkeitsvorlage des Reaktors die Heizgase (heiße Luft, Rauchgas oder Abgas) gleichzeitig über einen oder mehrere Gasverteiler eingeleitet werden, Gas und Flüssigkeit im Gegenstrom geführt werden, die wasserdampf haltigen Heizgase am Kopf des Reaktors an einer gekühlten Kondensationsfläche vorbeigeführt werden und sich das dort abscheidende salzarme Wasser in einer Rinne sammelt und zum Verbrauch geführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrate einer Membranentsalzungseinheit zur Süßwasser-, Brackwasser-, Meerwasser- oder Abwasserentsalzung einer mehrstufigen Verdampfungsanlage und wahlweise einem Verdampfungstrockner zugeleitet werden, wobei Rauchgas oder Abgas des Antriebs-Aggregates für die Hochdruckpumpen der Membrantrennstufen zur Vorwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe vor Einspeisung in den Mehrstufen-Verdampfer, zur Soleaufwärmung in dessen Soleendvorwärmung und zur Beheizung des Verdampfungstrockners dient, vorhandener Abdampf zum Betrieb des Mehrstufenverdampfers und evtl. zusammen mit dem Rauchgas zur Beheizung des Verdampfungstrockners Verwendung findet und die Brüden des Mehrstufenverdampfers und des Verdampfungstrockners, evtl. zusammen mit dem Abdampf ebenfalls zur Aufwärmung des Konzentrats der Membrantrennstufe eingesetzt werden, zwecks Kühlung aus der Wärmekraftmaschine für die Hochdruckpumpen abzuleitende Wärmeenergie zur Vorwärmung des Zulaufs zu den Membrantrennprozeß Verwendung findet und das Produkt des Membrantrennverfahrens, das Kondensat der Mehr-

Stufenverdampfung sowie das Brüdenkondensat des Verdampfungstrockners und der Mehrstufenverdampfung in einem solchen Verhältnis miteinander vermischt werden, so daß ein qualitativ gutes Trink- oder Brauchwasser entsteht.

11. Vorrichtung für die Entsorgung von Konzentrat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über einem oben offenen Zwangsverdungstungsreaktor L, der mit Einbauten (124) (125) in Kaskaden-, Lochblech-, Sieb- oder Bodenform ausgestattet ist, ein ringförmiges, abgeschrägtes Metalldach (127) mit einer zentrischen öffnung (129) angebracht ist, auf dem zwecks Kühlung ein Verteilungssystem für Kühlsole verlegt ist oder das mit Luft aus einem Gebläse angeströmt wird und an dessen Unterkante eine ebenfalls ringförmige Auffangrinne (128) für kondensiertes Wasser mit einem oder mehreren Abläufen angebracht ist.