DE3337169C2 - Verfahren zur Demineralisierung von Wasser und Demineralisator zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Demineralisierung von Wasser und Demineralisator zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Demineralisie­ rung von Wasser und einen Demineralisator zur Durchfüh­ rung des Verfahrens. Bei der Demineralisierung von Was­ ser werden Mineralien, insbesondere Salze, aus einer Flüssigkeit wie Wasser abgetrennt. Ein entsprechendes Verfahren wird auch als "Entsalzung", bzw. eine ent­ sprechende Vorrichtung als "Entsalzungsanlage" bezeich­ net.
Im allgemeinen wird reines Wasser, beispielsweise aus Meerwasser, nach einem der drei folgenden Verfahren her­ gestellt, nämlich einem Destillationsverfahren, einem Ionenaustauschverfahren und einem Verfahren, das mit um gekehrter Osmose arbeitet.
Bei dem Destillationsverfahren wird das als Ausgangspro­ dukt dienende Wasser, beispielsweise Meerwasser oder Ab­ wasser, durch Erwärmung verdampft. Der sich ergebende Wasserdampf wird abgekühlt und zu reinem Wasser konden­ siert. Bei dem Ionenaustauschverfahren fließt das Aus­ gangsprodukt durch ein Ionenaustauscher-Harz, wodurch die gelösten ionischen Substanzen entfernt werden und reines Wasser übrig bleibt. Bei dem Verfahren mit der umgekehrten Osmose wird das Ausgangswasser durch eine Art "Molekularsieb" gefiltert, wobei eine spezielle, semipermeable Membran verwendet wird.
Bei herkömmlichen Verfahren bzw. Anlagen zur Herstellung von reinem Wasser werden üblicherweise verschiedene Be­ handlungssysteme mit entsprechenden Produktionseinheiten für die Behandlung des Wassers nach einem der drei oben beschriebenen Verfahren in Kombination von zwei oder mehr Sätzen solcher Produktionseinheiten durchlaufen. Die Anzahl der verwendeten Produktionseinheiten ist vom Zustand des zu behandelnden Wassers abhängig.
Eine solche herkömmliche Anlage ist beispielsweise aus dem Artikel "Messen und Regeln in der chemischen Tech­ nik" von J. Hengstenberg et al., 2. Auflage, Springer Verlag, Berlin 1964, Seite 610 bis 612, bekannt. Bei die­ ser vorbekannten Anlage sind eine Anzahl von Ionenaus­ tauschern mittels eines Wasserdurchlaufs in Serie mit­ einander verbunden. An einem Ende des Wasserdurchlaufs wird Rohwasser in den Demineralisator eingespeist und am anderen Ende das behandelte Wasser entnommen. Unmittel­ bar hinter jedem einzelnen Ionenaustauscher sind Meßge­ räte angeordnet, die mit Hilfe einer Leitfähigkeits­ messung den Erschöpfungszustand der Ionenaustauscher an­ zeigen und ggf. die Demineralisierung des Wassers unter­ brechen, um das Austauschmaterial durch aufeinanderfol­ gendes Einleiten von Säure und/oder Lauge und Spülwasser zu regenerieren. Eine weitere herkömmliche Anlage zur Vollentsalzung von Wasser ist aus dem VKW-Handbuch Was­ ser, 5. Auflage, Vulkan-Verlag, Essen 1979, Seite 118 und Seiten 134 bis 143, bekannt. Bei dieser Vollentsal­ zungsanlage sind eine Vielzahl von Ionentauschern mit­ einander verbunden. Mit Hilfe von Leitfähigkeitsmessun­ gen wird der Erschöpfungszustand der Austauscher kon­ trolliert und ggf. der Ionenaustauscher mittels Chemika­ lien und Spülwasser regeneriert.
In der US-PS 33 66 241 soll die Regeneration von Ionen­ austauschern verbessert werden, ohne den Betrieb einer Entsalzungsanlage zu unterbrechen. Ein Meßgerät kon­ trolliert die Erschöpfung des Ionenaustauschmediums und steuert über eine Vielzahl von Leitungen den Zufluß von Regenerationslösung und Spülwasser.
In der DE-OS 29 39 197 wird eine Steuereinrichtung für eine Flüssigkeitsaufbereitungseinrichtung offenbart. Ein Flüssigkeitszustandssensor überwacht die Aufbereitung der Flüssigkeit und veranlaßt ggf. eine Regeneration der Flüssigkeitsaufbereitungseinrichtung.
In dem Permutit-Taschenbuch, 7. Auflage, Permutit Aktiengesellschaft, Berlin Duisburg 1968, Seite 104, wird mittels einer Leitfähigkeitsmessung die Qualität des von einem Behandlungssystem abgegebenen Wassers überwacht und ggf. die Regeneration des Systems eingeleitet.
In der US-PS 24 22 054 werden hintereinander angeordnete Ionenaustauscher offenbart, bei denen nur am letzten Ionenaustauscher ein Meßgerät zur Bestimmung der Rein­ heit des Wasser angeordnet ist. Bei nicht ausreichender Reinheit werden die Ionenaustauscher nochmals durchlau­ fen.
Weiterhin ist aus der US-PS 31 76 844 ein Meßgerät zur direkten Überwachung von Ionenaustauschmaterial bekannt. Gleichzeitig wird als Referenz ein Meßwert des durch­ strömenden Wasser aufgenommen und die Temperatur be­ stimmt. Mittels eines Tanks soll die Härte des Wassers mit Hilfe des Ionenaustauschmaterials reduziert werden, wobei in einem weiteren Tank die Regenerierung dieses Materials durchgeführt werden kann.
Verfahren und Vorrichtung zur Leitfähigkeitsmessung und damit zur Bestimmung der Reinheit oder der Salzbelastung des Wassers sind beispielsweise aus Hartinger, Taschen­ buch der Abwasserbehandlung, Bd. 2, Carl Hanser Verlag, München, Wien 1977 und R. Süß:"Einsatz von Analysenver­ fahren zur Wassergüteüberwachung", wlb-wasser, luft und betrieb, 22 (1978) Nr. 9, Seiten 430 bis 438, bekannt.
Bei all den vorbekannten Demineralisationsverfahren bzw. -vorrichtungen ist von Nachteil, daß die Reinheits­ messungen des Wassers in den Behandlungssystemen nur da­ zu dienen, diese Systeme rechtzeitig zu regenerieren. Weiterhin wird das Wasser weiter behandelt, wenn ein be­ stimmter Reinheitsgrad noch nicht erreicht ist. Dies kann dazu führen, daß nachfolgende Behandlungssysteme, die beispielsweise ein relativ hohes Demineralisierungs­ vermögen aufweisen, mit relativ stark verschmutztem Was­ ser betrieben werden. Dadurch können diese Behandlungs­ systeme schneller verschmutzen oder gar beschädigt wer­ den.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Demineralisierung von Wasser bzw. einen Demi­ neralisator zur Durchführung des Verfahrens bereitzu­ stellen, bei denen ein einem Behandlungssystem folgendes Behandlungssystem vor Zufuhr von unzureichend vorgerei­ nigtem Wasser geschützt wird. Dazu wird eine Auswahl ge­ troffen, ob das behandelte Wasser weiterbehandelt oder aus dem System abgeführt wird. Das behandelte Wasser wird nur dann weitergeführt, wenn bereits eine bestimmte Reinheit erreicht ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß beispielsweise bei Ausfall eines ersten Behandlungs­ systems oder bei einer unzureichenden Reinigung durch das erste Behandlungssystem einem folgenden Behandlungs­ system zu stark verunreinigtes Wasser zugeführt wird. In diesem Fall wird das unzureichend behandelte Wasser als Wasser abgeleitet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. durch die Merkmale des Anspruchs 2 gelöst. In den weite­ ren Unteransprüchen sind Merkmale von vorteilhaften Aus­ führungsbeispielen der Erfindung offenbart.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schema­ tischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anwendung des Grund­ gedankens der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt das Grundprinzip eines Demineralisators 1, der aus dem Ausgangsprodukt "Wasser", beispielsweise Ab­ wasser oder Meerwasser, reines Wasser herstellt. Dieses Ausgangswasser wird über eine Zuführpumpe 19 einem drei­ stufigen Prozeß mit ersten, zweiten und dritten Produk­ tionseinheiten 3, 5 und 7 für die Herstellung von reinem Wasser zugeführt, wobei die Behandlung des Wassers nach einem der drei oben erwähnten Verfahren erfolgt, also entweder durch Destillation, Ionenaustausch oder umgekehr­ te Osmose; diese Produktionsanlage wird durch einen Mikro­ computer 9 gesteuert. Dieser Mikrocomputer 9 vergleicht die Ergebnisse der Reinheitsmessungen, die von ersten, zweiten und dritten, die elektrische Leitfähigkeit benutzen­ den Meßgeräten durchgeführt werden, mit einem über eine Einstelleinrichtung 17 vorgegebenen Sollwert für die Reinheit des Endproduktes "Wasser"; die einzelnen Meßgeräte 11, 13 und 15 sind an den Auslässen der Produktionseinheiten 3, 5 und 7 vorgesehen. In Abhängigkeit von den Vergleichs­ ergebnissen steuert der Mikrocomputer 9 die Zuführpumpe 19 für das Ausgangswasser, ein erstes Elektromagnetventil 21, um den Wasserabfluß von der ersten Produktionseinheit 3 zu einem Auslaß umzustellen, ein zweites Elektromagnet­ ventil 23, einen Rückflußmotor 25, der eine Rückflußsteu­ erung des behandelten Wassers zu der dritten Produktions­ einheit 7 ermöglicht, also das Wasser vom Auslaß der Pro­ duktionseinheit 7 zu ihrem Einlaß zurückleitet, sowie eine Alarmeinrichtung 27, die bei einer Abweichung vom normalen Betrieb ein Warnsignal erzeugt.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Produktionsanla­ ge für die Herstellung von reinem Wasser gemäß der be­ schriebenen Anwendung des Grundgedankens der Erfindung anhand der Funktion der Zentraleinheit CPU (Central Pro­ cessing Unit) des Mikrocomputers 9 beschrieben.
Im allgemeinen steht das Ausgangswasser, beispielsweise in Städten, als Abwasser zur Verfügung. Unmittelbar nach dem Beginn der Wasserzufuhr können manchmal verschiedene Verunreinigungen über das Wasserrohr eines städtischen Abwassersystems in dieses Abwasser eindringen, so daß es unmöglich wird, reines Wasser mit vorgegebener Reinheit aus diesem Abwasser zu erzeugen. Aus diesem Grund liest die Zentraleinheit CPU nach dem Zurücksetzen des Zeit­ gebers an dem ersten Meßgerät 11, welches die elektri­ sche Leitfähigkeit des Wassers ermittelt, die Reinheit des Wassers ab, das in der ersten Produktionseinheit 3 behandelt worden ist, der das Abwasser über die Zuführ­ pumpe 19 zugeführt wird. Das Ergebnis (U1) dieser Messung wird mit der vorgegebenen Reinheit (Ux) verglichen. Wenn U1 < Ux, sollte das erste Elektromagnetventil 21 zu der Seite "Wasserzuführung" umgestellt werden, um das Wasser der folgenden Produktionseinheit 5 für die Her­ stellung von reinem Wasser zuzuführen. Wenn U1 < UX, soll­ te der erste Elektromagnet 21 zur Seite "Ablassen" umge­ schaltet werden, da in diesem Fall die Herstellung von reinem Wasser unmöglich ist, das gereinigte Wasser also nicht weiter verwendet werden kann.
Unmittelbar nach dem Beginn der Wasserzufuhr erfolgt das Ablassen des Wassers durch die Produktionseinheit 3, weil das zugeführte Abwasser Verunreinigungen enthält, die vom Rohrsystem der Stadt herrühren. Dementsprechend betätigt die Zentraleinheit CPU den Zeitgeber, sobald das Ablassen des Wassers beginnt. Wenn das Ablassen für eine bestimmte Zeitspanne (beispielsweise 5 min.) fortgesetzt wird, stoppt die Zentraleinheit CPU die Zuführpumpe 19. Gleich­ zeitig bewirkt die Zentraleinheit CPU die Erregung der Alarmeinrichtung 27, um anzuzeigen, daß die erste Pro­ duktionseinheit für die Herstellung von reinem Wasser aus­ gewechselt werden muß; gleichzeitig wird die Antriebssek­ tion dieser Produktionsanlage 1 zur Herstellung von rei­ nem Wasser angehalten.
Wenn festgestellt wird, daß U1 < Ux, dann wird das erste Elektromagnetventil 21 zur Seite "Wasserzuführung" umge­ schaltet; nun wird die Reinheit U2 des Wassers, das der Produktionseinheit 5 zugeführt, dort behandelt und schließ­ lich abgegeben wird, an dem zweiten, die elektrische Leit­ fähigkeit ermittelnden Meßgerät 13 abgelesen und mit der Reinheit U1 des Abwassers vor der Behandlung in der zwei­ ten Produktionseinheit 5 verglichen, um den relativen Grad der Reinheitsverbesserung (U2/U1) mit dem vorgegebenen Wert Ur zu vergleichen. Wenn (U2/U1) < Ur, so kann man davon ausgehen, daß die zweite Produktionseinheit 5 defekt oder beschädigt ist und ihre Behandlung nicht mehr einwandfrei durchführen kann; deshalb wird die Alarmeinrichtung 27 erregt, um anzuzeigen, daß die zweite Produktionseinheit 5 ausgewechselt werden muß; gleichzeitig wird der Betrieb der Produktionsanlage 1 unterbrochen.
In ähnlicher Weise betätigt die Zentraleinheit CPU die Alarmeinrichtung 27 und unterbricht den Betrieb des De­ mineralisators wegen der dritten Produktionseinheit 7, wenn die an dem dritten, die elektrische Leitfähigkeit erfassenden Meßgerät 15 abgelesene Reinheit U3 einen sol­ chen Wert hat, daß der Quotient (U3/U2) kleiner als der vorgegebene Wert Uz ist.
Wenn (U3/U2) < Uz, sollte ein Vergleich mit der vorlie­ genden, gewünschten Reinheit UH des reinen Wassers vorge­ nommen werden. Wenn U3 < UH, sollte das zweite Elektromag­ netventil 23 auf den Strömungsweg umgestellt werden, bei dem das Wasser im Umlauf geführt wird; gleichzeitig soll­ te die Zirkulationspumpe 25 betätigt werden, um das Was­ ser in der dritten Produktionseinheit 7 zu behandeln.

Claims (4)

1. Verfahren zur Demineralisierung von Wasser, bei dem Wasser wenigstens ein erstes Behandlungssystem durchläuft, bei dem dann die Reinheit des behandelten Wassers gemessen wird, der Meßwert mit einem ersten Sollwert verglichen wird, wobei
  • a) bei geringerer Reinheit als dem ersten Sollwert das behandelte Wasser abgelassen wird, oder
  • b) bei einer Reinheit größer als dem ersten Sollwert das behandelte Wasser einem weiteren Behandlungssystem zugeführt wird.
2. Demineralisator zur Durchführung des Verfahrens mit
  • - einem ersten Behandlungssystem, umfassend
  • - eine Produktionseinheit (3),
  • - ein Meßgerät (11) zur Ermittlung der Reinheit des behandelten Wassers,
  • - einem Umstell-Ventil (21) zum Ablassen oder zum Weiterführen des behandelten Wassers zu einem weiteren Behandlungssystem.
3. Demineralisator nach Anspruch 2, wobei das weitere Behandlungssystem umfaßt:
  • - eine zweite Produktionseinheit (5) mit einem nachgeschalteten Meßgerät (13),
  • - eine dritte Produktionseinheit (7) mit einem nachgeschalteten Meßgerät (15) und einem nachge­ schalteten Ventil (23), und
  • - eine Zirkulationspumpe (25).
4. Demineralisator nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Behandlungssysteme an einer Zentralrecheneinheit (CPU) (9) angeschlossen sind.
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