DE3411474A1 - Verfahren zur regeneration von ionenaustauschfiltern - Google Patents
Verfahren zur regeneration von ionenaustauschfilternInfo
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Description
Vyzkumny iistav vodohospodärsky
Prag, GSSR
Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschfiltern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschfiltern, die zur Entfernung
von Nitraten und gegebenenfalls der Härtekomponenten aus Wasser verwendet werden.
Der "ständig wachsende Gehalt an Nitraten in natürlichen
Gewässern stellt in der letzten Zeit ein ernstes Problem dar. Nitrate können aus dem Wasser
nicht durch übliche Wasseraufbereitungsverfahren entfernt werden, da sie unter natürlichen, dh aeroben
Bedingungen ein stabiles Endprodukt der Umwandlung von Stickstoffverbindungen im Boden und im Wasser
sind. Die wichtigste Stickstoffquelle stellen dabei die großflächigen Verunreinigungen dar, die
durch die Anwendung von stickstoffhaltiger industrieller
Düngemittel in der Landwirtschaft verursacht werden.
233-S1O4O3-SF-Bk
Nitrate rufen bei Menschen und warmblütigen Tieren gesundheitliche Schäden bis hin zu tödlichen Erkrankungen
hervor. Am bekanntesten ist der Einfluß der Nitrate auf das Auftreten der sog. Nitrat-Alimentärmethoglobaemie,
die bei Säuglingen bis zum Alter von drei Monaten auftreten kann, wenn zur Bereitung der
künstlichen Nahrung Wasser verwendet wird, das mehr als 15 mg-1~ NO," enthält, wobei üblicherweise erheblich
höhere Nitratgehalte behördlich zugelassen sind. Bei Erwachsenen rufen höhere Nitratkonzentrationen
im Trinkwasser Speiseröhren-, Magen- und Harnblasenkrebs hervor. Ferner ist nachgewiesen, daß hierdurch
Fehlgeburten bei Kühen und tödliche Vergiftungen bei künstlich ernährten Kälbern auftreten
können. Nitrate im Wasser sind ferner auch in der Lebensmittelindustrie, zB bei der Malzkeimung, bei
der Konservierung von Lebensmitteln sowie etwa bei der Herstellung von Getränken äußerst ungünstig.
Neben den Nitraten sind die Härtebestandteile des Wassers unerwünscht, wenn ihr Gehalt im aufbereiteten
Wasser die durch die Trinkwassernormen festgelegten Werte überschreitet. Außerdem führen
sie in bestimmten Betrieben der Lebensmittelindustrie zu Schwierigkeiten, zB in der Getränkeindustrie,
wo durch höhere Härte des Wassers zB Trübungen bei Getränken hervorgerufen werden.
Eine der Möglichkeiten, Nitrate aus dem Wasser zu entfernen, besteht in der bekannten Anwendung
von Ionenaustauschern. Vorteile sind hierbei die Unabhängigkeit von der Wassertemperatur, die günstige
Reaktionsgeschwindigkeit, die hohe Wirksamkeit und der Umstand, daß die Nitratabtrennung (Denitri-
341H74
fikation) ohne Zusatz von Fremdstoffen und ohne der
Notwendigkeit eines anaeroben Milieus erfolgt. In den meisten Fällen verändert sich jedoch der Gehalt
der übrigen Anionenkomponenten des Wassers in ungünstiger Weise. Am häufigsten werden stark basische
Anionenaustauscher in der Chloridform verwendet. Ihr Nachteil liegt im hohen Chloridgehalt im
Filtrat, da derartige Anionenaustauscher insbesondere am Anfang des Arbeitszyklus sämtliche vorhandenen
Anionen gegen Chloridionen austauschen.
Der Chloridionengehalt im aufbereiteten Wasser überschreitet dann die in den Trinkwassernormen festgelegten
Grenzwerte. Das Filtrat stellt in diesen Fällen grundsätzlich ein Chloriddenaturat dar,
das physiologische Beschwerden hervorrufen kann. Demgegenüber werden Sulfate zusammen mit den Nitraten
aus dem aufbereiteten Wasser entfernt. Auch Hydrogencarbonationen werden teilweise entfernt,
so daß durch den Anionenaustausch die Qualität des Wassers erheblich verändert wird. Der Vorteil
der Anwendung von Anionenaustauschern in der Chloridform liegt andererseits in der einfachen
Regenerierbarkeit, da bei der Regenerierung des Filterbettes die Nitrate schon bei Anwendung des
achtfachen Volumens einer 10-1igen Natriumchloridlösung,
bezogen auf das Anionenaustauschervolumen, ausgewaschen werden.
Die Anwendung stark basischer Anionenaustauscher in der Hydrogencarbonatform ist wegen des hohen
Hydrogencarbonatgehalts im Filtrat ebenfalls ungünstig. Hydrogencarbonationen ersetzen in der
ersten Hälfte der Sorptionsphase alle anderen vor-
341U74
handenen Anionen. Erst im zweiten Drittel der Sorptionsphase kommt es zu einem fortschreitenden Anwachsen des
Chloridgehalts, und im letzten Drittel ist die Chloridkonzentration im Filtrat wegen der fortschreitenden
Desorption von Chloridionen aus dem Ionenaustauscherbett wesentlich höher als die Chloridkonzentration
des aufzubereitenden Wassers.
Dies bedeutet, daß bei Eingangswässern mit höheren Chloridkonzentrationen die festgesetzten maximalen
Chloridwerte im Filtrat überschritten werden. Die Sulfate werden in diesen Fällen vollständig abgetrennt,
wobei die Sulfationenkonzentration erst mit wachsender Nitrationenkonzentration ansteigt.
Ein weiterer Nachteil stark basischer Anionenaustauscher in der Hydrogencarbonatform ist ihre
schwierige Regenerierbarkeit, da in der Regenerationsphase die Nitrate erst nach Anwendung des 23-fachen
Volumens 10-Hger NaHCO,-Lösung, bezogen auf das
Anionenaustauschervolumen, ausgewaschen werden.
Bekannt ist ferner die Anwendung von regenerierter stark basischer Anionenaustauscher in gemischter
Chlorid-Hydrogencarbonatform. Ihr Vorteil ist, daß bereits am Anfang der Arbeitsphase (Sorptionsphase)
Chloride wie auch Hydrogencarbonate, dh zwei Anionenkomponenten,im
Filtrat enthalten sind. Die Sulfate werden jedoch wieder gemeinsam mit den Nitraten
entfernt. Das Filtrat stellt daher in diesen Fällen ein Chlorid-Hydrogencarbonat-Denaturat
dar. Infolge der Desorption der Chloridionen in der zweiten Hälfte der Arbeitsphase wird auch hier
die festgelegte maximale Chloridionenkonzentration im Filtrat überschritten, wenn im Eingangswasser
höhere Chloridionenkonzentrationen, auch innerhalb
der Normen für Trinkwasser, enthalten sind.
In ähnlicher Weise werden bei der Entfernung von Nitraten mit Anionenaustauschern in der Sulfatform
am Anfang der Arbeitsphase alle Anionen gegen Sulfationen ausgetauscht.
Zur Denitrifikation von Trinkwasser werden ferner
auch schwach basische Anionenaustauscher in der Hydrogencarbonatform verwendet. Dieses Verfahren
weist jedoch neben dem Auftreten überschüssiger Hydrogencarbonationen im Filtrat und der Desorption
von Chloridionen in der zweiten Hälfte des Arbeitszyklus sowie der Unterdrückung der Sulfate noch
weitere Nachteile auf. Bei vergleichbaren Wässern beträgt die Denitrifikationskapazität schwach basischer
Anionenaustauscher etwa nur ein Viertel der Denitrifikationskapazität stark basischer Anionenaustauscher.
Wenn folglich das aufzubereitende Wasser über einen derartigen Anionenaustauscher fließt,
dessen Denitrifikationskapazität bereits erschöpft ist, tritt eine spontane Elution der gebundenen Nitrate
vom Anionenaustauscher ein, was dazu führt, daß das abfließende Wasser sogar an Nitraten angereichert
ist.
Von den bisher bekannten Verfahren zur Nitratentfernung aus Wasser durch Ionenaustauscher erscheint
im Hinblick auf die Effektivität die Verfahrensweise optimal, bei der nur die Nitrate selektiv
mit einem Ionenaustauscher entfernt werden, während die übrigen Anionenkomponenten im Wasser verbleiben.
Bei dieser Verfahrensweise werden drei verschie-
dene basische Anionenaustauscher eingesetzt, die in der Chlorid-, Sulfat- bzw Hydrogencarbonatform in
einem bestimmten Mischungsverhältnis vorliegen. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch
darin, daß das so erhaltene Filterbett nicht regeneriert werden kann und entsprechend die drei
verschiedenen Ionenaustauscherformen nach ihrer Erschöpfung separat neu hergestellt werden müssen.
Dieses Verfahren kann daher nur in kleinen, auf einen einzigen Anwendungsfall ausgerichteten Anlagen
eingesetzt werden, beispielsweise zur Denitrifikation von Trinkwasser für Haushaltzwecke, üblicherweise
zur Herstellung von künstlicher Säuglingsnahrung. Wenn derartige Filterbetten erschöpft sind, werden
sie weggeworfen.
Aus dem Obigen geht hervor, daß die bisher bekannten Verfahren, die wirtschaftlich arbeiten und
eine einfache Regenerierung des Anionenaustauschers erlauben, zwar zur Entfernung von Nitrationen aus
Wasser geeignet sind, hierbei jedoch die Qualität des Wassers, insbesondere in physiologischer Hinsicht,
verschlechtert wird, und diejenigen Verfahren, die zu einer selektiven Nitratentfernung in der Lage sind,
nicht in technischem Maßstab angewandt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschfiltern
zur Denitrifikation von Wasser mit stark basischen An ionenaustauschern anzugeben, das in technischem Maßstab
angewandt werden kann, wirtschaftlich arbeitet und eine selektive Entfernung von Nitrationen aus
Wasser ermöglicht.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regeneration
von Ionenaustauschfiltern mit einem Denitrifikationsfilter zur Denitrifikation von Wasser auf der Basis
eines stark basischen Anionenaustauschers und ggf einem Enthärtungsfilter auf der Basis eines stark
sauren Kationenaustauschers zur gleichzeitigen Was- . serenthärtung ist gekennzeichnet durch
Inkontaktbringen des Denitrifkationsfilters mit dem stark basischen Anionenaustauscher und ggf
des Enthärtungsfilters
(A) in einer ersten Regenerationsphase mit einer Chloridionen enthaltenden ersten Regenerationslösung
und
(B) in einer zweiten Regenerationsphase mit einer Sulfationen enthaltenden zweiten Regenerationslösung.
Erfindungsgemäß kann entweder in der zweiten Regenerationsphase
eine zweite Regenerationslösung, die neben Sulfationen auch Hydrogencarbonationen enthält,
oder in einer nachgeschalteten dritten Regenerationsphase eine dritte Regenerationslösung verwendet
werden, die Hydrogencarbonationen enthält.
Für die Chloridionen enthaltenden Lösungen werden vorzugsweise Natriumchlorid und/oder Kaliumchlorid
herangezogen. Als Sulfate werden für die entsprechenden Lösungen vorzugsweise Na9SO4 und/oder K2SO.
verwendet. Als Hydrogencarbonate für die entsprechenden Lösungen sind NaHCO, und/oder KHCO, bevorzugt.
Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise bei
der Regeneration von Denitrifikationsfiltern auf der
Basis stark basischer Anionenaustauscher kann das Ionenaustauscherbett wiederholt verwendet werden,
was wirtschaftlich von großer Bedeutung ist. Ferner kann die Regeneration in einfacher Weise durchgeführt
werden. Die beim erfindungsgemäßen Regenerationsverfahren anfallenden Ionenaustauschfilter sind zu
einer selektiven Nitratentfernung und ggf gleichzeitig auch zur Entfernung der Härtekomponenten
aus Wasser in der Lage.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Regenerationsverfahrens beruhen entsprechend darauf, daß die erfindungsgemäß
regenerierten Ionenaustauscher unter wirtschaftlich vorteilhaften Bedingungen zur selektiven
Abtrennung von Nitraten aus Wasser herangezogen werden können, wobei zugleich die übrigen Anionenkomponenten
und entsprechend auch die physiologischen Eigenschaften der entsprechenden Wässer erhalten
bleiben. Aufgrund der relativ einfachen Regeneration ist das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt und
in großtechnischem Maßstab anwendbar. Bei der gleichzeitigen Denitrifikation und Enthärtung des Wassers,
beispielsweise bei der industriellen Getränkeherstellung, liegen besondere wirtschaftliche Vorteile
der erfindungsgemäßen Verfahrensweise darin, daß die bei der Regeneration des Anionenaustauschers anfallenden
Lösungen zur Regeneration des Kationenaustauschers herangezogen werden können.
In der ersten Phase der Regeneration erfolgt eine wirksame Desorption der gebundenen Nitrate,
die im vorhergehenden Arbeitszyklus mit einer nur
-II-
verhältnismäßig kleinen Menge der Chloridionen enthaltenden
Lösung abgefangen wurden. Der Anionenaustauscher wird in dieser Phase überwiegend in die Chloridform
übergeführt. Bei der Regeneration von Denitrifikationsund
Enthärtungsfiltern wird das Regenerationsmittel aus dem Anionenaustauscher gleichzeitig zur Regeneration
des Kationenaustauschers verwendet, wobei auch umgekehrt das zur Regeneration des Kationenaustauschers
verwendete Regenerierungsmittel zur Regeneration des Anionenaustauschers herangezogen werden
kann. In der anschließenden zweiten Regenerationsphase wird der stark basische Anionenaustauscher,
der in der Chloridform vorliegt, in ein Gemisch verschiedener Anionenaustauscherformen übergeführt, wobei
gleichzeitig die letzten Nitratreste aus dem Arbeitszyklus desorbiert werden. Die Kationenkomponenten
dieser zweiten Lösung können ggf auch zur Regeneration des Kationenaustauschers herangezogen werden.
Das Erfindungskonzept wird im folgenden anhand beispielhafter Angaben erläutert.
In der nachstehenden Tabelle 1 ist die Zusammensetzung des Filtrats nach dem Filterbett eines stark
basischen Anionenaustauschers, der nur bis zur Chloridform regeneriert wurde, angegeben, wobei
die Filtrate in der ersten Spalte in Vielfachen des Anionenaustauschervolumens, das im Filterbett
verwendet wurde, ausgedrückt ist.
Li T T- Τ· / ο
341H74
Filtratmenge | 3 | 0 | Zuaamcsen | actzuna; des ( ηιπο1.ϊ-χ) |
Filtrate |
(ν-ν;1) | 0 | 1/2 SO^- | HCO3 | Cl" | |
20 | 0 | 0 | 0,2 | 5.8 | |
40 | 0 | 0 | 0,3 | 5.7 | |
60 . | 0 | 0 | 0,3 | 5.6 | |
80 | 0 | 0 | 0,4 | 5,6 | |
100 | 0.01 | 0 | 0.8 | 5.4 | |
12 0 | 0,03 | 0 | 1,1 | 4,9 | |
140 | 0,07 | 0 | 1.8 | ||
160 | 0.20 | 0 | 2.2. | 3*.8 | |
150 | 0.3Ö | 0 | 2,4 | 3.6 | |
200 | 0.55 | 0,1 | 2,3 | 3.4 | |
220 | 1,53 | 0.3 | 2.0 | 3.3 | |
240 | 0,55 | 1.8 | 3.1 | ||
Eingangswasser | 0,94 | 1.8 | 0.8 | ||
V = Filtratvolumen
V = Volumen des Anionenaustauschers s , = spezifische Belastung
Als Filterbett wurde ein stark basischer Anionenaustauscher
des zweiten Typs verwendet. Kolonnenhöhe 0,6 m;s =20 V-VQ '.h . Die Regeneration erfolgte im
Gleichstrom mit 8 V einer NaCl-Lösung einer Konzentration
von 100 g/l in destilliertem Wasser bei s =
3 V-V ~ -h" . Die Elution erfolgte mit 8 V destillier-ο
ο
tem Wasser.
In Tabelle 2 ist die Filtratzusammensetzung nach dem Anionenaustauscherbett, das nach dem erfindungsgemäßen
.Verfahren regeneriert wurde, angegeben. Die
Filtratmenge in der ersten Spalte ist wieder durch Vielfache des Anionenaustauschervolumens im Filterbett
ausgedrückt.
Filtratmenge
NO,
Zusammensetzung des FiI tra ta (nmol .1 )
1/2 S02-
HCO,
Cl
100 120 140 160 ISO 2 00
220 210
O | 1,3 | 3,5 | 1,2 |
O | 1,4 | 3,2 | 1,4 |
O | 2,3 | 2,3 | 1,4 |
O | 2,8 | 1,9 | 1,3 |
O | 3,1 | 1,8 | 1.1 |
0,01 | 3,4 | 1,8 | 0,3 |
O1Od | 3,3 | 1,3 | 0,8 |
0,12 | 3,2 | 1.8 | 0,8 |
0,24 | 3,3 | 1,8 | 0,8 |
0,40 | •3,0 | 1,3 | 0,8 |
0,52 | 2,9 | 1,8 | 0,5 |
0,66 | 2,7 | i.s | 0,3 |
Eingangswasser 1,53
0,94
1,8
0,8
Als Filterbett wurde ein stark basischer Anionenaustauscher des zweiten Typs verwendet. Kolonnenhöhe
0,6 m. Die Regeneration erfolgte im Gleichstrom mit 5 Vo einer NaCl-Lösung einer Konzentration von 100 g/l
in destilliertem Wasser und dann mit 5 V einer Mischlösung aus 85,9 g Na2SO4 und 14,1 g NaHCO, pro Liter
destilliertem Wasser be ^/spezifischen Belastung von
s = 3 V-Vo-h . Die Elution erfolgte mit 8 V destilliertem
Wasser.
Aus den Werten der Tabellen 1 und 2 geht hervor, daß mit den erfindungsgemäß regenerierten Ionenaustauschfiltern
eine außerordentlich gute Abtrennung von Nitraten erzielt werden kann. Nach dem zweiten
Filter (vgl Tabelle 2) liegen die übrigen Anionen andererseits in relativ gleichmäßiger Konzentrationsverteilung vor, wobei zugleich die für Trinkwasser
geltenden Normen nicht überschritten werden. Nach dem ersten Filter werden zusammen mit den Nitraten auch
die Sulfate entfernt, ferner in der ersten Hälfte
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des Arbeitszyklus auch der Großteil der Hydrogencarbonate Das Filtrat stellt entsprechend ein Chloriddenaturat dar;
es enthält vier bis siebenmal mehr Chloride als das Eingangswasser und entspricht folglich nicht der üblichen Norm für Trinkwasser (2,82 nmol-1 ).
In den nachstehenden Tabellen 3 bis 6 sind weitere Beispiele zur Verwendung erfindungsgemäß regenerierter
Ionenaustauscher angegeben.
FiI tratmenge (v-v:1) '
NO,
Zusammensetzung des Filtrate(nmol.1~ )
1/2 SO|- HC O~
Cl
20 | 0 | 0,1 | 1,05 | 0,50 |
40 | 0 | 0,1 | 1,0 | 0,50 |
60 | O | 0,15 | 0,85 | 0,65 |
80 | . 0 | 0,20 | 0,70 | 0,80 |
100 | . 0 | 0,25 | 0,55 | 0,85 |
120 | 0,01 | 0,25 | 0,50 | 0,90 |
140 | 0,01 | 0,30 | 0,45 | 0,87 |
160 | 0,06 | 0,50 | 0,40 | 0,60 |
160 | 0,10 | 0,80 | 0,40 | 0,30 |
2 00 | 0,25 | 0,85 | 0,40 | 0,10 |
220 | 0,90 . | 0,30 | 0,25 | 0,05 |
260 | 1,40 | 0,10 | 0,10 | 0 |
280 | 1,60 | 0 | 0 | 0 |
300 | 1,60 | 0 | 0 | 0 |
Eingangswässer
Bei den Versuchen, deren Ergebnisse in Tabelle aufgeführt sind, wurde ein stark basischer Anionenaustauscher
des zweiten Typs verwendet. Füllhöhe in der Kolonne 0,6 m; spezifische Belastung s = 45 V-V -h~
Diese Füllung wurde im Gleichstrom mit 5 VQeiner Lösung,
die 100 g Chlorid pro Liter destilliertem Wasser enthielt,
regeneriert und dann noch mit 5 V einer Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat und 14,1 g Natriumhydrogen-
carbonat pro Liter destilliertem Wasser behände Lt. Die
Elution erfolgte mit 8 V destilliertem Wasser.
Daneben wurde ein künstliches Eingangswasser hergestellt, das Natriumnitrat in einer Konzentration
von 100 nig-l~ in destilliertem Wasser enthielt,
wobei keine weiteren Anionenbestandteile vorlagen. Obgleich im Eingangswasser nur Nitrate enthalten
waren, enthielt das durch das erfindungsgemäße regenerierte
Filterbett durchgelaufene Wasser Chloride, Sulfate und Hydrogencarbonate, und zwar in
den Trinkwassernormen entsprechenden Mengen, was erweist, daß selbst in·diesem in der Praxis normalerweise
nicht auftretenden Extremfall einer ausschließlich Nitrationen in hoher Konzentration enthaltenden
Lösung als Eingangswasser mit den erfindungsgemäß regenerierten Ionenaustauschfiltern eine quantitative
Nitratabtrennung und gleichzeitig ein Ersatz durch die wichtigsten Anionenkomponenten möglich ist.
N03 | Tabelle 4 | HCO- | Filtrata (ntnol.l" , | |
0 | 7,2 | Cl" | ||
Filtratmenge | 0 | 6,6 | 1,2 | |
:v-vf) | 0 | Zusammensetzung des | 6,3 | 1.5 |
20 | 0 | 1/2 SO^" | 6,1 | 1.7 |
40 | 0 | 5,8 | 6,1 | 2.3 |
60 | 0,01 | 6,2 | 6.1 | 2.4 |
80 | 0,01 | 6,2 | 6,1 | 2,5 |
100 | 0,02 | 5.9 | 6,1 | 2.6 |
120 | Ο,Οϋ | 5,7 | 6,1 | 2,8 |
140 | 0,10 | 5,G | 6,1 ■ | a.s |
160 | 0.15 | 5,4 | 6,1 | 2,7 |
180 | 0,20 | 5,3 | 6.1 | 2,7 |
2 00 | 0.24 | 5.3 | ö,l | 2,7 |
220 | 0,3-S | 5.3 | 6.1 | |
240 | Ü, I9 | 5,2 | 6,1 | 2.7 |
260 | Ü.bl | 5,2 | 6,0 | 2 , .j:> |
280 | 0, fi 1 | 5,1 | 6,0 | 2,tiO |
300 | 0,61. | 5,1 | 6,0 | 2,60 |
320 | .0,61 | 5. υ | 6,0 | •1 ,5U |
34U | 5,0 | 2,6 | ||
36 0 | 5,0· | |||
E ingang swas s e r | 5,0 | |||
5,0 | ||||
Die in Tabelle 4 angeführten Ergebnisse wurden mit einem stark basischen Anionenaustauscher des
zweiten Typs erhalten. Filterbetthöhe 0,6 m; spezifische Belastung s = 40 V*V -h . Die Regeneration erfolgte
im Gleichstrom mit 5 V einer NaCl-Lösung einer Konzentration von 100 g/l und 5 V einer Mischlösung
mit 85,9 g Natriumsulfat und 14,1 g Natriumhydro.gencarbonat
pro Liter destilliertem Wasser bei einer spezifischen Belastung von s = 3 V-V -h~ . Die
Elution erfolgte mit 8 V destilliertem Wasser.
Wie die Ergebnisse von Tabelle 4 zeigen, führt der erfindungsgemäß regenerierte Anionenaustauscher
zu einer ausgeglichenen Anionenzusammensetzung des Eluats, ohne daß Extremwerte der Konzentration einzelner
Anionen einschließlich der Sulfate auftreten, die zudem während der gesamten Arbeitsphase in
größenordnungsmäßiger Entsprechung zu den Eingangsw.erten erhalten bleibt. Aus den Daten von Tabelle
geht ferner hervor, daß nach der Erschöpfung der Denitrifikationskapazität des erfindungsgemäß regenerierten
Anionenaustauschers keine Erhöhung der Nitratkonzentration im Filtrat durch spontane.Desorption
aus dem Filterbett vorkommt, was für die Betriebssicherheit entsprechender Denitrifikationsanlagen
von außerordentlicher Bedeutung ist.
341H74
FiItra tmenge
Zusammensetzung des FiI trats (jimol. 1 )
1/2 SO4 2" HCQ- Cl"
20 | 0,006 | 2,9 | 7,5 | 2,7 |
4 0 | 0,006 | 3,5 | 6,8 | 2,8 |
60 | 0,010 | 4,2 | 6,45 | 2,6 |
SO | 0,010 | 4,5 | 6,^0 | 2,6 |
100 | 0,016 | 4,8 | 6,2 0 | 2,5 |
UO | 0,0Id | 4.8 | 6,20 | d, 3 |
140 | 0,0-Jj | 4,7 | 6,15 | 2,3 |
160 | 0,050 | 4 ,05 | 6,15 | 2,3 |
ISO | 0,0 96 | 4,65 | 6,10 | 2,2 |
200 | 0,150 | 4,6 | 6,10 | 2,2 |
2 20 | 0,130 | 4,6 | 6,10 | 2,2 |
24 0 | 0,25 0 | 4,6 | 6,10 | 1,1 |
2RO | 0,320 | 4,55 | 6.10 | 2,2 |
280 | 0,43 | 4 ,50 | 6,1 J | ) I — , *- |
Eingangswasser | U,61 | 4,4Ü | ο,υυ | Z,I |
In Tabelle 5 sind Ergebnisse aufgeführt, die mit einein erfindungsgemäß
regenerierten stark basischen Anionenaustauscher des zweiten Typs erhalten wurden. Filterbetthöhe
0,6 m; spezifische Belastung s = 40 V-V "1-h~1
Die Regeneration erfolgte im Gleichstrom mit nur 4 VQ einer NaCl-Lösung einer Konzentration von
100 g pro Liter Eingangswasser und dann mit nur 4 VQ einer Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat
und 14,1 g Natriumhydrogencarbonat pro Liter Eingangswasser bei einer spezifischen Belastung von . .
s = 3 V-V0"1.h"1. Die Elution erfolgte mit 8· V
des Eingangswassers. Diese Regeneration entspricht einer wirtschaftlich besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung.
Auch bei dieser unter sehr wirtschaftlichen Bedingungen
ablaufenden Regeneration entspricht die Zusammensetzung des Filtrats hinsichtlich sämtlicher
Bestandteile Jen Tr inkwasse rno rm on . Im Vergleich
mit der Regeneration mit 5 Volumina 10-»iger Reagens-
341H74
lösungen wird ein etwas kürzerer Denitrifikationszyklus
erzielt. Hierbei sind jedoch auch die spezifischen Kosten zur Beseitigung einer Konzentrationseinhei.t
Nitrate geringer.
In ähnlich wirtschaftlicher Weise können Denitrifikationsbetten
auch mit Lösungen folgender Konzentrationen erfindungsgemäß regeneriert werden:
Mit 5 V einer
!-!igen NaCl-Lösung + 5 V einer
8-Sigen gemischten Regenerationslösung, 5 V einer 8-!igen NaCl-LÖsung + 4,3 Vq einer 8-Sigen Na3SO4-
Lösung und 0,7 V einer 8-ligen NaHCO,-Lösung oder
4 V einer 10-^igen NaCl-Lö
10-!ig-en Na-SO.-Lösung udgl
10-!ig-en Na-SO.-Lösung udgl
4 V einer 10-^igen NaCl-Lösung + 4 V einer
NO- | Tabelle 6 | HC03 | Filtrats (nmol.l"1) | |
0,048 | 3,6 | Cl" | ||
FiI tratmenge | 0,048 | 3,45 | 2,0 | |
0,052 | Zusammensetzung des | 3,30 | 2,25 | |
20 | 0,05 j | 1/2 SO^" | 3,25 | 2,4 2 |
4 0 | 0.O59 | 1,00 | 3,25 | 2,55 |
60 | o.orta | 0,90 | 3,1 | 2,55 |
ft υ | 0, 07 0 | 0,90 | 3,0 | 2,45 |
I 0.0 | 0.085 | 0,90 | 2,9 | 2,20 |
120 | 0,085 | 0,95 | 2,7 | 2,00 |
LtO | 0,01)0 | 1,05 | 2,4 | 1,90 |
Iß θ' | 0,11 | 1,25 | 2.1 | 1,90 |
IHO | 0,13 | 1,60 | 2,1 | 1.S5 |
2 00 | 0, 180 | 1,80 | 2.1 | 1,80 |
2 20 | 0,316 | 2,00 | 2,05 | 1,80 |
^40 |
2 "71S
i. , -D |
J,77 | ||
2t.rO | 2,35 | |||
Bingangswasser | 2,40 | |||
2,08 | ||||
In Tabelle 6 sind Ergebnisse aufgeführt, die mit einem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten
Typs erhalten wurden. Filterbetthöhe 1 ,05 m; spezifische
Belastung s = 20 V-V~1-h~ . Die Regeneration er-
' ' 34ΊΗ7Α
folgte im Gegenstrom mit 5 V einer NaCl-Lösung einer Konzentration von 100 g pro Liter Eingangswasser und danach mit 5 V einer Mischlösung mit
85,9 g Na7SO4 und 14,1 g Natriumhydrogencarbonat
pro Liter Eingangswasser bei einer spezifischen Belastung von s = 3 V-V "1-h~1. Die Elution erfolgte
mit 10 V des Eingangswassers.
Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch
im Gegenstrom regeneriert werden, wobei jedoch die Denitrifikationswirkung des so regenerierten
Filterbetts gewöhnlich kleiner ist und die Konzentrationen der übrigen Anionen im Filtrat unterschiedlicher
sein können.
Bei der Herstellung eines Filterbetts aus einem neuen, noch unbenutzten Anionenaustauscher wird
die Tatsache ausgenützt, daß der Anionenaustauscher überwiegend bereits in der Chloridform geliefert
wird. Deshalb wird bei der ersten Aufbereitung vor der Anwendung die Behandlung mit einer Chloridionen
enthaltenden Lösung weggelassen und der Anionenaustauscher nur mit einer Lösung in Kontakt gebracht,
die Sulfate oder Sulfate und gleichzeitig Hydrogencarbonate enthält. Dadurch ist der Ionenaustauscher
zur ersten Anwendung sowie zur erfindungsgemäßen Regeneration bereit.
341U74
N0„
Zu.saimnt!nset7uni: des FiI tra ts (nmo) . l~L).
2-
IU SO HCJO" Cl" IU T
IU SO HCJO" Cl" IU T
20 | O | 1,3 | 3,5 |
40 | O | 1.4 | 3,2 |
60 | O | 2,3 | 2,3 |
80 | O | 2.8 | 1,9 |
100 | O | 3,1 | 1.8 |
12 0 | • 0,01 | 3,4 | 1.8 |
140 | 0,05 | 3.3 | 1.8 |
160 | 0,12 | 3.2 | 1.8 |
180 | 0,24 | 3,3 | 1,8 |
200 | 0,40 | 3,0 | 1.8 |
22 0 | 0,66 | 2,7 | 1.8 |
240 | 0,66 | 2,7 | 1,8 |
1,2 | 0,02 |
1,4 | 0,02 |
1.4 | 0,02 |
1,4 | P.15 |
1,1 | 0,24 |
0,8 | 0,34 |
0,8 | 0,40 |
0.8 | 0,70 |
0,8 | 0,90 |
0,8 | 1,20 |
0.8 | 2,40 |
O.S | 2,40 |
Eingangswasser 1.53
0,94
1.8
0,8
5,20
In Tabelle 7 sind Ergebnisse aufgeführt, die mit einem stark basischen Anionenaustauscher des zweiten
Typs erhalten wurden. Die Filterbetthöhe betrug 0,6 m. Hinter dem Anionenaustauscher war ein stark saurer
Kationenaustauscher eingeschaltet, dessen Filterbetthöhe 0,15 m betrug. Es wurde bei einer spezifischen Belastung von s = 20 V-V -h gearbeitet. Die Regeneration erfolgte im Gleichstrom mit 5 V einer
NaCl-Lösung einer Konzentration von 100 g/l in
destilliertem Wasser und dann mit 5 V einer Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat und 14,1 g Natriumhydrogencarbonat pro Liter destilliertem Wasser bei einer spezifischen Belastung von s = 3 V-V
Kationenaustauscher eingeschaltet, dessen Filterbetthöhe 0,15 m betrug. Es wurde bei einer spezifischen Belastung von s = 20 V-V -h gearbeitet. Die Regeneration erfolgte im Gleichstrom mit 5 V einer
NaCl-Lösung einer Konzentration von 100 g/l in
destilliertem Wasser und dann mit 5 V einer Mischlösung mit 85,9 g Natriumsulfat und 14,1 g Natriumhydrogencarbonat pro Liter destilliertem Wasser bei einer spezifischen Belastung von s = 3 V-V
• h
Die Elution erfolgte mit 8 V destilliertem Wasser.
Die Kationenkomponente beeinflußte auch die Absenkung der Wasserhärte. Der schwerere Kationenaustauscher
bildete die untere. Filterschicht.
Das Verhältnis von Anionenaustauscher zu Kationen-
austauscher beträgt 4:1 bis 12:1. Im Gegensatz zur Anwendung von Kationenaustauschern etwa in der
Energiewirtschaft handelt es sich bei der Enthärtung von Trinkwasser nicht um eine vollständige
Beseitigung von anwesendem Calcium und/oder Magnesium. In diesen Fällen ist das Verhältnis von Anionenaustauscher
zu Kationenaustauscher durch den erwünschten Grad der Enthärtung, die Kapazität des Ionenaustauschers
und die Gesamtzusammensetzung des Wassers gegeben.
Claims (8)
- AnsprücheÖ Verfahren zur Regeneration von Ionenaustauschfiltern mit einem Denitrifikationsfilterbett zur Denitrifikation von Wasser auf der Basis eines stark basischen Anionenaustauschers und ggf einem Enthärtungsfilterbett auf der Basis eines stark sauren Kationenaustauschers zur gleichzeitigen Wasserenthärtung,gekennzeichnet durchInkontaktbringen des Denitrifikationsfilters mit dem stark basischen Anionenaustauscher und ggf de- Enthärtungsfilters(A) in einer ersten Regenerationsphase mit einer Chloridionen enthaltenden ersten Regenerationslösungund(B) in einer zweiten Regenerationsphase mit einer Sulfationen enthaltenden zweiten Regenerationslösung,
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Regenerationsphase (B) eine Sulfationen und Hydrogencarbonationen enthaltende zweite Regenerationslösung verwendet wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stark basische Anionenaustauscher in einer dritten Regenerationsphase (C) mit einer dritten Regenerationslösung in Kontakt gebracht wird, die Hydrogencarbonationen enthält.233-S1O4O3-SF-Bk
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei räumlich getrennten stark basischem Anionenaustauscher und stark saurem Kationenaustauscher beide Austauscher zunächst in der ersten Regenerationsphase mit der Chloridionen enthaltenden ersten Regene- rationslösung in Kontakt gebracht werden.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwendung einer NaCl- und/oder KCl-Lösung als erste Regenerationslösung in der ersten Regenerationsphase (A).
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Verwendung einer Na2SO,- und/oder K-SO.-Lösung als zweite Regenerationslösung in der zweiten Regenerationsphase (B).
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Verwendung von NaHCO, und/oder KHCO, als Hydrogencarbonate in der zweiten Regenerationslösung in der zweiten Regenerationsphase (B) bzw in der dritten Regenerationslösung in der dritten Regenerationsphase (C).
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei Verwendung eines Ionenaustauschfilters mit einem stark basischen Anionenaustauscher zur Denitrifikation und einem stark sauren Kationenaustauscher zur Enthärtung, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Denitrifikation des stark basischen Anionenaustauschers herangezogene Regenerationslösung als Regenerationslösung für den stark sauren Kationenaustauscher verwendet wird.
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