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