DE4306426A1 - Variable Anlage zur Wasserbehandlung mit zentraler Regenerierstation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung von wäßrigen Lösungen mit mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Untereinheiten, in denen in jeweils unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Art auf die zu behandeln­ den wäßrigen Lösungen eingewirkt werden kann, und zu deren Regeneration jeweils eine Versorgung mit Säure und/oder Lau­ ge und/oder Wasser und/oder Spülluft in unterschiedlichen Mengen und Konzentrationen erforderlich ist.

Derartige Anlagen sind beispielsweise bekannt aus den Fir­ menprospekten der Anmelderin "Wasser-Vollentsalzung" vom April 1992 und "Ionenaustauscher-Kreislaufanlagen" vom Sep­ tember 1992.

In der bekannten Wasser-Vollentsalzungsanlage wird die zur Behandlung zugeführte wäßrige Lösung möglichst vollständig entmineralisiert, d. h. sowohl die Kationen als auch die An­ ionen aller im Wasser gelösten Salze entfernt. Derartig ent­ mineralisiertes Wasser mit einer Leitfähigkeit L<0,02 mScm^-1 wird beispielsweise in Laboratorien und wissenschaftlichen Forschungsstätten, zur Verdünnung von alkoholischen Lö­ sungen, als Ansatz- und Spülwasser in der Galvanotechnik oder als Betriebs- und Prozeßwasser bei der Herstellung elektronischer Bauelemente, in der chemischen und pharmazeu­ tischen sowie in der Film- und Fotoindustrie benötigt. Die bekannte Anlage ist eine Zweisäulenanlage mit einer Katio­ nenaustauschersäule und einer Anionenaustauschersäule als Untereinheiten. Beim Entsalzungsvorgang durchfließt das Roh­ wasser zuerst den Kationenaustauscher, in welchem die Katio­ nen der im Wasser gelösten Salze durch das Kationenaustau­ scherharz aufgenommen und gegen Wasserstoffionen ausge­ tauscht werden. Danach durchläuft das entbaste Wasser den Anionenaustauscher, wo die Anionen der gelösten Salze gegen Hydroxylionen ausgetauscht werden. Das ablaufende Wasser ist praktisch salzfrei bzw. entmineralisiert, was durch ständige Leitfähigkeitsmessungen überprüft wird.

Nach Durchfluß einer theoretisch errechenbaren Wassermenge ist die Anlage erschöpft und muß regeneriert werden. Beim Kationenaustauscher erfolgt die Regeneration mit Säure, beim Anionenaustauscher mit Lauge, welche jeweils aus unter­ schiedlichen Vorlagegefäßen über unterschiedliche Leitungs­ wege und mit unterschiedlichen Pumpen in die beiden Unter­ einheiten gefördert werden.

Die oben zitierte bekannte Ionenaustauscher-Kreislaufanlage ist eine Recycling-Anlage, aus der das gereinigte Wasser wieder in einen industriellen Fertigungsprozeß zurückgeführt wird, wodurch ungefähr 95% der benötigten Wassermenge ein­ gespart werden kann. Derartige Ionenaustauscher-Kreislaufan­ lagen werden immer dann eingesetzt, wenn schwach belastete Spülwässer anfallen oder die Frischwasserqualität nicht aus­ reicht. Die bekannte Anlage enthält insgesamt 6 Untereinhei­ ten, nämlich zwei Hydroanthrazitfilter, zwei Kationenaustau­ scher und zwei Anionenaustauscher. Die vereinigten Spülwäs­ ser aus dem Fertigungsprozeß fließen in ein Sammelbecken, von wo sie über einen Vorfilter gepumpt und mechanisch vor­ gereinigt werden. Danach durchlaufen sie die Kationenaustau­ scher-, anschließend die Anionenaustauscher-Säule, wo je­ weils die entsprechenden Ionenaustauschreaktionen stattfin­ den. Bei Anstieg der Leitfähigkeit, die ständig durch Ver­ gleichsmessung über eine elektronische Schaltung überwacht wird, wird eine Regeneration der entsprechenden Ionenaustau­ schersäule mit Säure (Kationenaustauscher) oder Lauge (Anio­ nenaustauscher) eingeleitet. Die Hydroanthrazitfilter werden dadurch regeneriert, daß sie in bestimmten Zeitabständen mit Frischwasser rückgespült werden. Auch bei dieser bekannten Anlage sind für jede einzelne Behandlungsart der wäßrigen Lösung unterschiedliche Regenerierstationen den einzelnen Untereinheiten zugeordnet.

In Fig. 5a ist der typische Einsatz einer solchen Kreislauf­ ionenaustauscheranlage (KIA) als Teil einer größeren Ferti­ gungsanlage schematisch gezeigt. In n verschiedenen Pro­ zeßschritten, typischerweise Entfetten, Beizen, Metallisie­ ren (Verzinken, Vernickeln, Verkupfern usw.) und Konvertie­ ren (z. B. Chromatieren) werden die zu behandelnden Teile je­ weils zunächst einem Prozeßbad, dann einem Vorspülbad und schließlich einem Fertigspülbad zugeführt. Während die ver­ brauchte Prozeßlösung sowie verbrauchtes Vorspülbad direkt einer gemeinsamen Abwasserneutralisationsstufe (ANA) zuge­ führt werden, wird das Fertigspülbad über die KIA gereinigt und dem Prozeß wieder zugeführt. Das anfallende Regenerat aus der KIA wird ebenfalls der ANA zugeführt. Die in der ANA von sämtlichen Prozeßbädern und Vorspülbädern sowie von der KIA aufgesammelten Abwässer (Charge) werden neutralisiert und einer Fällung unterzogen. Ausgefällter Schlamm wird in einer Filterpresse entwässert und das daraus entstehende Ab­ wasser inklusive der darin enthaltenen Neutralsalze dem Ka­ nal zugeführt.

Da bei dieser üblichen Vorgehensweise sämtliche Abwässer mit völlig unterschiedlichen Inhaltsstoffen über die ANA geführt werden, in der folglich ein Ionengemisch mit vielen unter­ schiedlichen Bestandteilen, insbesondere aber auch vielen verschiedenen Wertstoffen und hohen Metallgehalten im Bereich einiger g/l anfällt, muß diese Art der Abwasserent­ sorgung zwangsläufig teuer und hochgradig umweltbelastend sein.

Um eine sortenreine Erfassung der in den verschiedenen Ab­ wässern enthaltenen Wertstoffe zu ermöglichen, wurden daher die Abwasserströme insbesondere bei Fertigungsanlagen mit großen Anfallmengen oder teuren Inhaltsstoffen in einzelne, separat zu behandelnde Teilströme aufgetrennt, wie in Fig. 5b gezeigt. Dort sind als kompakte Untereinheiten neben der KIA und der ANA auch eine Vollentsalzungsanlage (VEA), eine Ionenaustauscheranlage zur Entfernung von Störstoffen aus sauren Prozeßlösungen (ESS), eine Ionenaustauscheranlage zur Rückgewinnung von Buntmetallen aus sauren oder komplexbild­ nerhaltigen Vorspülwassern (MER) sowie eine Selektivaus­ tauscheranlage (SAT) für die Nachreinigung von aus der ANA austretendem behandeltem Abwasser eingesetzt.

Bei einer solchen komplexen Anlage mit vielen Untereinhei­ ten, die auf jeweils völlig unterschiedliche Weise mit völ­ lig unterschiedlichen Fluiden regeneriert werden müssen, sind entsprechend viele Einzel-Regenerierstationen für jede Untereinheit erforderlich. Zwar soll unter dem Aspekt der Abfallvermeidung und des Umweltschutz es bei derartigen Ab­ wasserbehandlungsanlagen in Zukunft eine immer weitergehende Aufgliederung in differenzierte Teilströme erfolgen, jedoch steigt der dafür erforderliche Aufwand linear mit der Zahl der eingesetzten Untereinheiten an, das heißt, die Gesamtan­ lage wird bei gleicher Menge von behandeltem Abwasser immer teuerer. Dieser zusätzliche Aufwand kann nur zu einem gerin­ gen Teil durch die dadurch rückgewinnbaren Wertstoffe abge­ deckt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anlage der eingangs genannten Art vorzustellen, bei der eine be­ liebig feine Aufgliederung in Teilstrombehandlungen zur sor­ tenreinen Erfassungen von Inhaltsstoffen in diversen Unter­ einheiten erfolgen kann, die aber insgesamt möglichst kom­ pakt bleiben soll und gegenüber den bisher bekannten Anlagen bei gleichem Leistungsvermögen wesentlich billiger ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine einzige zentrale Regenerierstation mit einer Förderpumpe vorgesehen ist, von der jede einzelne Untereinheit durch ei­ ne die zentrale Regenerierstation verlassende gemeinsame Versorgungsleitung mit dem jeweils benötigten Regenerier­ fluid (Säure oder Lauge oder Wasser oder Spülluft) versorgt werden kann, wobei die gemeinsame Versorgungsleitung in Zu­ laufleitungen zu den verschiedenen Untereinheiten mündet, welche jeweils durch ein ansteuerbares Absperrventil geson­ dert von der gemeinsamen Versorgungsleitung abkoppelbar sind.

Durch die Verwendung einer einzigen zentralen Regeneriersta­ tion mit lediglich einer Förderpumpe wird die Zurüstung neu­ er Untereinheiten gegenüber den bisher bekannten Anlagen be­ deutend billiger, da die jeweils bislang erforderliche eige­ ne Regenerierstation für jede neue Untereinheit entfällt. Die Gesamtanlage wird dadurch variabler und auch kompakter, da die zentrale Regenerierstation wesentlich weniger Platz verbraucht als viele Einzel-Regenerierstationen für die di­ versen Untereinheiten.

Auch der Bedarf an Leitungsrohren nimmt deutlich ab, da statt der bisher üblichen Vielzahl von Versorgungsleitungen aus den diversen Einzel-Regenerierstationen nunmehr ledig­ lich eine einzige gemeinsame Versorgungsleitung benötigt wird. Außerdem entfällt eine Vielzahl von Förderpumpen für jede Einzel-Regenerierstation sowie die zum Betrieb der ein­ zelnen Förderpumpen üblicherweise eingesetzten elektroni­ schen Steuerungseinrichtungen. Insbesondere soweit es sich bei den Untereinheiten um Ionenaustauscher handelt, wird de­ ren Bauweise nunmehr wesentlich vereinfacht. Insgesamt gese­ hen ist die erfindungsgemäße Anlage von größerer Wirtschaft­ lichkeit als die bisher bekannten Anlagen und hat einen merklich geringeren Raumbedarf.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Anlage ist die Förderpumpe eine Druckluft- Membranpumpe und weist eine Zähleinrichtung zur Hubzählung auf, wobei eine mit der Zähleinrichtung verbundene Steuer­ einrichtung zur Steuerung der Volumenströme von Säure, Lau­ ge, Wasser oder Spülluft über die Absperrventile aufgrund der jeweiligen Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe vorgesehen ist. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung einer Druck­ luft-Membranpumpe liegt in der Möglichkeit einer hubzahlge­ steuerten Förderung unterschiedlicher Volumenmengen des zu fördernden Fluids.

Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt aber auch in der besonderen Betriebssicherheit dieses Pumpentyps. Bei der Verwendung der üblicherweise als Dosierpumpen oder Förder­ pumpen eingesetzten mechanischen Verdrängerpumpen bei be­ kannten Anlagen ergibt sich nämlich die Notwendigkeit einer Installation von besonderen Sicherungseinrichtungen. Da mit der Pumpe konzentrierte Säuren und Laugen gefördert werden, muß das System auf jeden Fall gegen ein Auslaufen von Flüs­ sigkeiten im Störfall abgesichert werden. Beispielsweise bei Druckluftausfall, Leitungsverstopfung aufgrund von Ver­ schmutzungen oder Fehlstellungen von Ventilen im Leitungs­ system muß die Förderpumpe gegen ein Heißlaufen und ein da­ raus sich ergebendes Undichtwerden oder gegen eine unzuläs­ sige Überdruckerzeugung, die zum Platzen der Leitungen füh­ ren könnte, abgesichert werden. Derartige Sicherungseinrich­ tungen bedeuten aber eine zusätzliche Investition, wobei aufgrund von möglichen Fehlern, die im Sicherungssystem auf­ treten können, eine absolute Absicherung der Anlage gar nicht möglich sein dürfte.

Derartige Sicherungseinrichtungen sind bei der Verwendung einer Druckluft-Membranpumpe nicht erforderlich. Bei einem eventuellen Störfall während der Regenerierungsphase bleibt die erfindungsgemäße Anlage mit der Druckluft-Membranpumpe in einer für das System sicheren Betriebsstellung stehen, da die Druckluft-Membranpumpe im Gegensatz zu einer Verdränger­ pumpe mit mechanischem Antrieb weder heißlaufen noch einen unzulässigen Überdruck im Leitungssystem erzeugen kann, der zum Platzen von Leitungen führen könnte. In einem etwaigen Störfall bleibt die Druckluft-Membranpumpe ganz einfach ste­ hen.

Bei der Regeneration der einzelnen Untereinheiten kann die Zumessung und Dosierung des Regenerierfluids bei Verwendung einer Druckluft-Membranpumpe aufgrund der Anzahl der Hübe der Pumpe erfolgen, die proportional zu einer gewissen ge­ förderten Volumenmenge ist. Damit wird das bei der Regenera­ tion anfallende Problem einer genauen Zumessung auf ebenso überraschend elegante wie preisgünstige Weise gelöst, wobei die Genauigkeit der Dosierung im Ergebnis selbst mit aufwen­ digen bekannten Verfahren, wie beispielsweise der Absetz­ methode konkurrieren kann. Da zur Förderung der Regenerier­ fluide in alle Untereinheiten lediglich die eine Druckluft- Membranpumpe in der zentralen Regenerierstation verwendet wird, werden alle anderen zusätzlichen Maßnahmen und Vor­ richtungsteile, die üblicherweise der Dosierung und der Ver­ mischung der Regeneriermittelfluide dienen, bei der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung überflüssig.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage sind mindestens zwei Druckluftleitungen mit Luft von unterschied­ lichem Druck vorgesehen, wobei die Druckluft-Membranpumpe alternativ mit Druckluft aus einer der Druckluftleitungen betrieben werden kann. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, auf einfache und billige Weise die Förderpumpe mit unter­ schiedlichen Geschwindigkeiten zu betreiben, was an ver­ schiedenen Stellen im Betriebszyklus der Anlage von Vorteil sein kann. Zwar läßt sich auch eine herkömmliche mechanische Verdrängerpumpe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten be­ treiben, jedoch ist dazu in der Regel ein wesentlich höherer Aufwand im elektrischen oder elektromechanischen Steuer­ system der Pumpe erforderlich.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist in jeder der Druckluftleitungen ein Druckluftventil vor­ gesehen, und die Druckluftleitungen münden nach den Druck­ luftventilen und vor der Druckluft-Membranpumpe in eine ge­ meinsame Luftzufuhrleitung zur Druckluft-Membranpumpe. Damit ergibt sich eine einfache Möglichkeit der Umschaltung der Druckluftzuführung der Pumpe von einer Druckluftleitung auf eine andere.

Dieser Vorteil wird bei einer besonders bevorzugten Weiter­ bildung dadurch ausgenutzt, daß die Druckluftventile von der Steuereinrichtung aufgrund der aktuellen Hubzahl der Druck­ luft-Membranpumpe ansteuerbar sind. Auf diese Weise kann die Umschaltung der Hubgeschwindigkeit der Druckluft-Membranpum­ pe vollautomatisch erfolgen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Zähleinrichtung zur Hubzählung ein vorzugsweise elektroni­ sches Zählwerk mit mehreren abspeicherbaren, diskreten Hub­ werten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der gemeinsamen Versorgungsleitung ein Durchflußwächter (Flow Indicator Switch Alarm = FISA) vorgesehen. Der Durchfluß­ wächter kann beispielsweise mit einem Reed-Kontakt versehen sein, der auf eine Passage des üblicherweise verwendeten Strömungskörpers reagiert. Der gleiche Effekt könnte durch ein Turbinenrad mit einem Hall-Sensor erzielt werden, mit dem die Umdrehungszahl des Turbinenrades festgestellt werden kann. Damit läßt sich über den Durchfluß in der gemeinsamen Versorgungsleitung eine Wirkungsüberwachung durchführen. So kann beispielsweise der Leerzustand in der Leitung erkannt und eine Leermeldung an eine zentrale Steuerungseinheit ab­ gegeben werden. Dies ist immer dann erforderlich, wenn in der zentralen Regenerierstation ein Vorratsgefäß für ein zu förderndes Fluid leergepumpt worden ist. Mit Hilfe der Leer­ zustandsüberwachung können aber auch Stellungsfehler an ei­ nem der Absperrventile oder sonstige Störungen im Leitungs­ weg erkannt und Abhilfe geschaffen werden.

Die diversen Untereinheiten können bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage die unterschiedlichsten Funktionen der Wasserbehandlung übernehmen. Derartige Untereinheiten können beispielsweise sein:

• - eine Ionenaustauscheranlage zur Kreislaufführung von Spülwasser (KIA);
• - eine Selektivaustauscheranlage (SAT) zur Entfernung von Schwermetallspuren aus gereinigtem Abwasser;
• - eine Behandlungsanlage zur Neutralisation (Abwasser­ neutralisationsanlage = ANA) der Eluate aus Ionenaustau­ scheranlagen;
• - eine Vollentsalzungsanlage (VEA);
• - eine vorzugsweise rückspülbare Filtrieranlage, insbeson­ dere eine Kiesfiltereinheit (KIF);
• - eine Ionenaustauscheranlage zur Rückgewinnung von Bunt­ metallen (MER) aus sauren oder komplexbildnerhaltigen Vorspülwässern;
• - eine Ionenaustauscheranlage zur Entfernung von Störstof­ fen (ESS) aus sauren Prozeßlösungen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist min­ destens eine der Untereinheiten einen Tank auf, in den zu behandelnde wäßrige Lösung oder Regeneriermittelflüssigkeit eingeleitet werden kann, wobei im Eintrittsbereich der Rege­ neriermittelflüssigkeit in den Tank eine Mischzone zur Durchmischung der eingeleiteten Flüssigkeit vorgesehen ist. Damit kann sichergestellt werden, daß die durch die gemein­ same Versorgungsleitung in die entsprechende Untereinheit eingeleitete Flüssigkeit, insbesondere Regeneriermittelflüs­ sigkeit optimal vermischt und homogenisiert wird. Dadurch wird insbesondere die Präzision des Regeneriervorgangs er­ höht.

Bei einer einfachen Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die Mischzone durch einen im Eintrittsbereich der Rege­ neriermittelflüssigkeit im Tank angeordneten Düsenboden so­ wie ein Totvolumen zwischen dem Düsenboden und dem Tankboden gebildet.

Bei einer anderen, noch einfacheren Weiterbildung wird die Mischzone durch einen im Eintrittsbereich der Regeneriermit­ telflüssigkeit im Tank angeordneten Düsenstern gebildet.

Die Wirkung derartiger Mischzonen kann bei erfindungsgemäßen Anlagen, die im Abstrom-Gegenstromverfahren betrieben wer­ den, dadurch entscheidend verbessert werden, daß der Ein­ trittsbereich der Regeneriermittelflüssigkeit im unteren Teil des Tanks vorgesehen ist, und daß zwischen dem unteren Tankboden und der Oberseite des Düsenbodens bzw. auf dem Dü­ senboden eine Schicht von vorzugsweise grobkörnigem Filter­ kies, insbesondere mit einem Partikeldurchmesser zwischen 2 mm und 5 mm angeordnet ist. Eine derartige Mischzone ist ohne großen finanziellen und apparativen Aufwand herstellbar und erfüllt optimal die Aufgaben eines Statikmischers.

Bei anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anlage kann bei Untereinheiten, die im Aufstrom-Gegenstrom-Verfah­ ren betrieben werden, der Eintrittsbereich der Regenerier­ mittelflüssigkeit im oberen Teil des Tanks vorgesehen sein, wobei unterhalb der oberen Tankwand eine Schicht aus Inert­ material in Form von kleinen Partikeln mit geringem spezifi­ schem Gewicht, bei Ionenaustauscheranlagen insbesondere mit einem geringeren spezifischen Gewicht als dem der Harzfül­ lung, angeordnet ist. Günstigerweise wird bei dieser Ausfüh­ rungsform ein oberer Düsenboden oder Düsenstern im Tank vor­ gesehen sein, der ein oberes Totvolumen zwischen der Ober­ seite der Inertmaterialschicht und der oberen Tankwand schafft. Bei der im Aufstrom-Gegenstrom-Verfahren von oben nach unten erfolgenden Regenerierung schwimmen die leichten Deckschichtpartikel aus Inertmaterial auf der im Tank be­ findlichen, meist wasserhaltigen Flüssigkeit und werden durch die aus dem oberen Düsenboden nach unten dringenden Regeneriermittelflüssigkeit in Rotation versetzt und verwir­ belt, so daß sie eine sehr effektive Durchmischung und Homo­ genisierung der Regeneriermittelflüssigkeit bewirken.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der gemeinsamen Versorgungsleitung ein Absperrventil vorgesehen, und auf der der Druckseite der Förderpumpe abgewandten Seite des Ab­ sperrventils mündet eine mit einem weiteren Absperrventil abkoppelbare Druckluftleitung in die gemeinsame Versorgungs­ leitung. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Anlage als Untereinheit eine Filtrierein­ heit aufweist, die auf diese Weise mit Druckluft aus der zentralen Regenerierstation rückgespült werden kann.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist in der gemeinsamen Versorgungsleitung ein Absperrventil vorgesehen und auf der der Druckseite der Förderpumpe abgewandten Seite des Ab­ sperrventils mündet in die gemeinsame Versorgungsleitung ei­ ne mit einem weiteren Absperrventil abkoppelbare Fluidlei­ tung, die an ihrem anderen Ende in eine saugseitige Zufüh­ rungsleitung zur Förderpumpe mündet. Dadurch kann mit Hilfe der Förderpumpe auch Fluid aus der gemeinsamen Versorgungs­ leitung abgepumpt werden, was insbesondere beim Absenken des Flüssigkeitsspiegels in einer als Kiesfilter ausgebildeten Untereinheit von Vorteil ist.

Besonders einfach ist eine Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Anlage, bei der die Förderpumpe saugseitig an handels­ übliche Chemikalien-Gebinde angeschlossen ist. Die Förderung der Regeneriermittelflüssigkeiten kann dann direkt aus den entsprechenden Chemikaliengefäßen erfolgen, ohne daß eigene Vorlagetanks für die entsprechenden Fluide in der zentralen Regenerierstation erforderlich wären.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der in der zentralen Regenerierstation ein Behälter mit Wasser vorgese­ hen ist, wobei ein Anschluß des Behälters über ein Absperr­ ventil an eine saugseitige Zuführungsleitung zur Förderpumpe am äußersten Ende der Zuführungsleitung nach den Anschlüssen aller anderen in der Regenerierstation vorgesehenen Behälter angeordnet ist. Dadurch wird beim Spülen der Leitungen der Anlage mit Wasser aus der zentralen Regenerierstation si­ chergestellt, daß auch die Anschlußleitungen sämtlicher Che­ mikalienbehälter gespült werden.

In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Verfahren zum Be­ trieb einer Anlage der oben beschriebenen Art, bei der mit­ tels der Förderpumpe verschiedene Fluide in unterschied­ lichen Konzentrationen und in einem wählbaren Mischungsver­ hältnis aus der zentralen Regenerierstation in die diversen Untereinheiten entsprechend dem jeweiligen Bedarf der momen­ tan bedienten Untereinheit gefördert werden. Besonders vor­ teilhaft ist diese Verfahrensweise, wenn die Förderpumpe der zentralen Regenerierstation saugseitig direkt an handelsüb­ liche Chemikalien-Gebinde angeschlossen ist. Durch das wähl­ bare variable Mischungsverhältnis der geförderten Chemika­ lien können unterschiedliche Untereinheiten mit völlig ver­ schiedenem Bedarf an Regenerationsmitteln von einer einzigen zentralen Regenerierstation bedient werden.

Bei einer einfachen Verfahrensvariante wird die Variation der Mischungsverhältnisse der geförderten Fluide durch un­ terschiedlich lange Förderzeiten je Fluid erreicht. Mit der Förderzeit wird bei einer gleichmäßig fördernden Pumpe gleichzeitig auch die Fördermenge festgelegt.

Besonders vorteilhaft ist eine Verfahrensvariante, bei der die zur Regeneration der Untereinheiten erforderlichen Säu­ ren oder Laugen durch mehrfach alternierende Förderung von konzentrierter Säure oder Lauge einerseits und Wasser ande­ rerseits aus der zentralen Regenerierstation auf ihre jewei­ ligen Anwendungskonzentrationen verdünnt werden. Dadurch können Vorlagegefäße mit bereits verdünnten Chemikalien so­ wie das umständliche und zeitaufwendige Ansetzen der jewei­ ligen Mischungen eingespart werden. Insbesondere bei der Verwendung von Untereinheiten mit Mischungszonen im Ein­ gangsbereich, wie sie oben beschrieben sind, können die Vor­ teile dieser Verfahrensvariante besonders gut ausgenutzt werden.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Verwendung dieser Verfahrensvariante zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Anla­ ge mit einer Druckluft-Membranpumpe als Förderpumpe in der zentralen Regeneriereinheit. Die Volumina der geförderten Flüssigkeiten können dann nämlich auf äußerst simple und dennoch hochgenaue Weise über die Hubzahl der Druckluft- Membranpumpe dosiert werden.

Bei Durchführung dieser Verfahrensvariante kann eine Varia­ tion der Mischungsverhältnisse der geförderten Fluide ein­ fach durch unterschiedliche Tastverhältnisse bei der mehr­ fach alternierenden Förderung erreicht werden.

Vorzugsweise erfolgt die mehrfach alternierende Förderung von Fluiden in schnellem zeitlichen Wechsel, insbesondere in Zeitintervallen von weniger als 10 s. Vor allem bei der Be­ dienung von Ionenaustauscher-Untereinheiten werden dadurch die Teilflüssigkeiten der Regeneriermittelflüssigkeit be­ reits vor Erreichen der Kolonne vermischt und eine Abgabe der Mischungswärme an die Zuleitungswände bzw. an die Behäl­ terwand der Untereinheit gewährleistet. Bei entsprechender Wasserzufuhr wird das Gemisch zunehmend abgekühlt, bevor es dann schließlich bei unkritischen Temperaturen das wärme­ empfindliche Harzbett der Ionenaustauscher-Untereinheit er­ reicht.

Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der eine Variation der Mischungsverhältnisse der geförderten Fluide durch unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten je geförder­ tes Fluid erreicht wird. Damit ist auch eine Fördermengen­ steuerung beispielsweise bei gleichbleibenden Förderzeiten pro bedienter Untereinheit möglich.

Falls die zentrale Regenerierstation mit einer Druckluft- Membranpumpe als Förderpumpe ausgerüstet ist, können bei ei­ ner besonders einfachen Verfahrensvariante die unterschied­ lichen Fördergeschwindigkeiten durch unterschiedliche Hub­ zahlen pro Zeiteinheit der Druckluft-Membranpumpe aufgrund der Zufuhr von Luft mit unterschiedlichem Druck zur Druck­ luft-Membranpumpe erreicht werden.

Bei einer anderen Verfahrensvariante werden die unterschied­ lichen Fördergeschwindigkeiten durch unterschiedliche Dreh­ zahlen einer elektrischen Förderpumpe, beispielsweise durch Verwendung eines Frequenzumrichters erreicht.

Besonders empfehlenswert ist eine Verfahrensvariante, bei der nach jeder Versorgung einer Untereinheit mit Regenerier­ mittel aus der zentralen Regenerierstation als letzter För­ derschritt eine Spülung der gemeinsamen Versorgungsleitung mit Wasser erfolgt. Dadurch kann sichergestellt werden, daß keine Chemikalienreste aus dem vorhergehenden Versorgungs­ schritt im nächsten Versorgungsschritt, bei dem möglicher­ weise eine Untereinheit mit völlig anderem Regeneriermittel­ bedarf bedient werden soll, zurückbleiben. Dies ist insbe­ sondere wichtig, wenn von der zentralen Regenerierstation sowohl Kationenaustauscheranlagen mit verdünnter Säure als Regeneriermittel als auch Anionenaustauscheranlagen mit ver­ dünnter Lauge als Regeneriermittel bedient werden sollen.

Zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Anlage mit einer Druck­ luft-Membranpumpe in der zentralen Regenerierstation und mindestens einer Filtrieranlage, insbesondere einer Kiesfil­ tereinheit als Untereinheit ist eine Verfahrensvariante be­ sonders günstig, bei der vor einem Durchblasen der Filtrier­ anlage mit Druckluft im Gegenstrom ein definiertes Absenken der in der Filtrieranlage befindlichen Füllflüssigkeit auf eine bestimmte Füllhöhe, insbesondere auf die Füllhöhe der Filterkiesschicht in einer Kiesfiltereinheit durch Hubzahl gesteuerte Absaugung der Füllflüssigkeit mittels der Druck­ luft-Membranpumpe erfolgt. Die Erfahrung zeigt, daß das Durchblasen der Filtrieranlage mit Druckluft nach einem sol­ chen definierten Absenken der Füllflüssigkeit besonders wir­ kungsvoll ist, und daß so eine optimale Menge an Schmutzpar­ tikeln aus dem Filtermaterial entfernt werben kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entneh­ menden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Er­ findung einzeln, für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1a ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Anlage;

Fig. 1b einen Durchflußmesser mit Reed-Kontakt als Leerzu­ standsanzeiger;

Fig. 2 ein Anschlußschema einer erfindungsgemäßen Anlage mit verschiedenen Untereinheiten;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anlage mit einem Kiesfilter als Untereinheit und der Möglichkeit zum definier­ ten Absenken des Füllstands im Kiesfilter;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Wasserbehand­ lungstanks

• a) aus Stahl mit einem Düsenboden bzw.
• b) aus Kunststoff mit einem Düsenstern und
• c) eine schematische Ansicht des Düsensterns im geöffneten Kunststofftank von oben;

Fig. 5 Funktionsschemata von Wasserbehandlungsanlagen nach dem Stand der Technik, nämlich

• a) eine Anlage mit KIA zur Bedienung von n Pro­ zeßschritten sowie einer nachgeschalteten ANA; und
• b) eine Anlage mit KIA, VEA, ESS, MER, ANA und SAT als unabhängig operierende Untereinheiten.

Bei der in Fig. 1a gezeigten erfindungsgemäßen Anlage zur Behandlung von wäßrigen Lösungen werden drei Untereinheiten A, B, C aus einer einzigen zentralen Regenerierstation 1 mittels einer Förderpumpe 2, insbesondere einer Druckluft- Membranpumpe über eine gemeinsame Versorgungsleitung 3 mit dem zur Regeneration jeder Untereinheit benötigten Regene­ rierfluid (Säure oder Lauge oder Wasser oder Spülluft) ver­ sorgt. Die Untereinheiten A, B, C sind über ansteuerbare Ab­ sperrventile 13a, 13b, 13c unabhängig voneinander von der gemeinsamen Versorgungsleitung 3 abkoppelbar.

In den Untereinheiten A, B, C kann auf unterschiedliche che­ mische und/oder physikalische Art auf die zu behandelnde wäßrige Lösung eingewirkt werden. Eine solche Untereinheit kann beispielsweise sein:

• - eine Ionenaustauscheranlage zur Kreislaufführung von Spülwasser (KIA);
• - eine Selektivaustauscheranlage (SAT) zur Entfernung von Schwermetallspuren aus gereinigtem Abwasser;
• - eine Behandlungsanlage zur Neutralisation (ANA) der Eluate aus Ionenaustauscheranlagen;
• - eine Vollentsalzungsanlage (VEA);
• - eine vorzugsweise rückspülbare Filtrieranlage, insbeson­ dere eine Kiesfiltereinheit (KIF);
• - eine Ionenaustauscheranlage zur Rückgewinnung von Bunt­ metallen (MER) aus sauren oder komplexbildnerhaltigen Vorspülwässern; oder
• - eine Ionenaustauscheranlage zur Entfernung von Störstof­ fen (ESS) aus sauren Prozeßlösungen.

Die Druckluft-Membranpumpe 2 der in Fig. 1a schematisch dar­ gestellten zentralen Regenerierstation 1 weist eine Zählein­ richtung 8 zur Hubzählung auf, die mit einer Steuereinrich­ tung 9 zur Steuerung der Volumenströme von Säure, Lauge, Wasser oder Spülluft über die Absperrventile 10 bis 19 oder 23 aufgrund der jeweiligen Hubzahl der Druckluft-Membranpum­ pe 2 verbunden ist.

Die Druckluft-Membranpumpe 2 kann mit Luft von unterschied­ lichem Druck und folglich mit unterschiedlichen Hubgeschwin­ digkeiten betrieben werden. In Fig. 1a sind zwei Druckluft­ leitungen gezeigt, die jeweils mit Hilfe eines Druckluftven­ tiles 21, 22 geöffnet oder geschlossen werden können. Die Druckluftleitungen münden bei der gezeigten Ausführungsform nach den Druckluftventilen 21, 22 in eine gemeinsame Luftzu­ fuhrleitung zur Druckluft-Membranpumpe 2.

Ebenso wie die Absperrventile 10 bis 19, 23 sind auch die Druckluftventile 21, 22 von der Steuereinrichtung 9 ansteu­ erbar. Falls die Versorgung der Untereinheiten A, B, C aus­ schließlich mit Flüssigkeiten als Regeneriermittel erfolgt, kann ein spezielles Steuerprogramm das Öffnen und Schließen der Ventile 10 bis 22 aufgrund der jeweiligen Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe 2 regeln. Falls jedoch Rückspül­ schritte mit Spülluft aus der Druckluftleitung 24 über das Absperrventil 23 erforderlich sind, muß das Absperrventil 10 geschlossen werden, so daß die Druckluft-Membranpumpe 2 nicht mehr fördern kann. Daher ist für den Rückspülschritt mit Spülluft eine Ventilsteuerung aufgrund der Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe 2 nicht möglich.

Für die anderen Fälle ist es vorteilhaft, wenn die Zählein­ richtung 8 zur Hubzählung ein vorzugsweise elektrisches Zählwerk mit mehreren abspeicherbaren, diskreten Hubwerten umfaßt, die bei der Verteilung von Flüssigkeiten über die gemeinsame Versorgungsleitung 3 jeweils die Dauer eines be­ stimmten Versorgungsschrittes definieren.

Weiterhin ist in der zentralen Regenerierstation 1 in Fig. 1a ein Durchflußwächter 7 in der gemeinsamen Versorgungslei­ tung 3 vorgesehen. Der Durchflußwächter 7 (Flow Indicator Switch Alarm = FISA) kann beispielsweise, wie in Fig. 1b an­ gedeutet, aus einem in die gemeinsame Versorgungsleitung 3 geschalteten, vorzugsweise durchsichtigen Zylinder 70 beste­ hen, der einen in der Regel größeren Durchmesser als die ge­ meinsame Versorgungsleitung 3 aufweist. Wenn der Zylinder 70 in Fig. 1b von unten nach oben mit Flüssigkeit durchströmt wird, wird ein Schwebekörper 77 entsprechend der Strömungs­ geschwindigkeit und in Abhängigkeit von der Dichte der Flüs­ sigkeit angehoben. Sobald die Strömungsgeschwindigkeit auf Null zurückgeht, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn die Druckluft-Membranpumpe leer fördert oder wenn eine Blockie­ rung in der gemeinsamen Versorgungsleitung 3 auftritt, fällt der Schwebekörper 77 auf den Boden des Zylinders 70 wobei ein Reed-Kontakt 78 geschlossen wird. Dadurch wird ein elektrisches Signal erzeugt, das als Störungsmeldung an die Steuereinheit 9 und/oder eine nicht dargestellte Alarmein­ richtung weitergegeben wird. Die Steuereinrichtung 9 kann dann ein Schließen sämtlicher Absperrventile 10 bis 23 ver­ anlassen und die Förderpumpe 2 anhalten. Eine Bedienungsper­ son kann aufgrund der Alarmmeldung die genaue Ursache des Fehlers suchen der z. B. darin bestehen kann, daß einer der Behälter 4, 5 oder 6 mit Flüssigkeiten zum Regenerieren der Untereinheiten A, B, C leer ist, oder daß eines der Absperr­ ventile 10 bis 16 eine Fehlstellung aufweist.

Anstelle eines Durchflußwächters wie dem in Fig. 1b gezeig­ ten kann aber auch die Strömungsgeschwindigkeit beispiels­ weise mit einem Turbinenrad gemessen werden, dessen Frequenz von einem Hall-Sensor abgegriffen wird. Auch damit ist eine Erkennung des Leerzustands in den Behältern 4 bis 6 oder ein Stellungsfehler an einem der Ventile 10 bis 17 sowie die An­ forderung von Abhilfe möglich.

Bei den in den Fig. 1a, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbei­ spielen sind über eine saugseitige Zuführungsleitung 26 je­ weils mit Absperrventilen 14, 15 bzw. 16 abkoppelbare Flüs­ sigkeitsbehälter 4, 5 bzw. 6 an die Förderpumpe 2 ange­ schlossen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Flüssig­ keitsbehältern 4, 5, 6 um handelsübliche Chemikalien-Gebin­ de, in denen Säure, Lauge oder Wasser für die Regeneration der Untereinheiten A, B, C angeliefert wird. Das Wasser könnte allerdings auch aus einer in die zentrale Regenerier­ station 1 geführten Wasserleitung entnommen werden. Spülluft für Rückspülungen der Untereinheiten A, B, C kann, wie be­ reits oben erwähnt, der Druckluftleitung 24 entnommen wer­ den. Dabei wird das Absperrventil 10 in der gemeinsamen Ver­ sorgungsleitung 3 geschlossen und das weitere Absperrventil 23 zur Druckluftleitung 24 geöffnet.

Bei der in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Wasserbehand­ lungsanlage ist die zentrale Regenerierstation 1 lediglich schematisch und nicht mehr in allen Einzelheiten darge­ stellt. Über die gemeinsame Versorgungsleitung 3 und ein Ab­ sperrventil 13d können Untereinheiten wie beispielsweise eine Kreislauf-Ionenaustauscheranlage KIA, eine Vollent­ salzungsanlage VEA oder eine Selektivaustauscheranlage SAT mit Regeneriermittelflüssigkeit aus der zentralen Regene­ rierstation 1 bedient werden. Statt der lediglich einen ge­ zeigten Abzweigung von der Versorgungsleitung 3 und dem ei­ nen Absperrventil 13d können selbstverständlich für jede einzelne Untereinheit unterschiedliche Abzweigungen und Ab­ sperrventile vorgesehen sein.

Das gleiche gilt für die Versorgung der in Fig. 2 ebenfalls nur schematisch angedeuteten Ionenaustauscheranlage zur Ent­ fernung von Störstoffen (ESS) aus sauren Prozeßlösungen bzw. der Ionenaustauscheranlage zur Rückgewinnung von Buntmetal­ len (MER) aus sauren oder komplexbildnerhaltigen Vorspülwäs­ sern. Hier wird über ein Absperrventil 13f konzentrierte Säure oder Lauge in einen Vorlagenbehälter 50 gefördert, aus dem mit Hilfe einer Förderpumpe 20 genau definierte Mengen der jeweiligen Flüssigkeit über eine Zuführleitung mit einem Absperrventil 17 der entsprechenden Untereinheit zugeführt werden.

Schließlich zeigt Fig. 2 auch noch den Anschluß einer Be­ handlungsanlage zur Neutralisation (ANA) der Eluate aus Io­ nenaustauscheranlagen an die zentrale Regenerierstation 1 über die gemeinsame Versorgungsleitung 3 und ein Absperrven­ til 13e. Mit dieser Anlage können beispielsweise Schwerme­ talle aus dem Abwasser durch Neutralisationsfällung entfernt werden. Um den Fällungs-pH-Wert des in der ANA zu behandeln­ den Abwassers einzustellen, ist ein pH-Meßgerät 72 vorgese­ hen. Die in der ANA befindliche Flüssigkeitsmenge wird über einen Füllstandsmesser 71 gemessen.

Zusätzlich zu den oder an Stelle der in Fig. 2 beispielhaft gezeigten Untereinheiten können aber auch beliebige andere Kombinationen von Untereinheiten in der erfindungsgemäßen Wasserbehandlungsanlage vorgesehen sein. Das gemeinsame Prinzip liegt in der Verwendung einer zentralen Regenerier­ station 1 und einer Versorgung der einzelnen Untereinheiten mit dem jeweils benötigten Regenerierfluid über eine gemein­ same Versorgungsleitung 3, wobei die Verwendung einer Druck­ luft-Membranpumpe als Förderpumpe 2 in der zentralen Regene­ rierstation 1 besonders vorteilhaft ist.

Fig. 3 zeigt beispielhaft den Anschluß einer Filtrieranlage, im dargestellten Ausführungsbeispiel speziell einer Kiesfil­ tereinheit KIF über die gemeinsame Versorgungsleitung 3 und ein Absperrventil 13g an die zentrale Regenerierstation 1. Die dargestellte Filtrieranlage wird im Abstrom-Gegenstrom betrieben, d. h. die zur Filtrierung zugeführte Flüssigkeit (meist Wasser mit gelösten Bestandteilen und Schwebestoffen) wird über ein geöffnetes Absperrventil 19 bei geschlossenem Absperrventil 18 von oben in den Tank 30 eingeleitet, wo sie zunächst auf einen Prallteller 33 trifft, um den linearen Impuls der zugeführten Flüssigkeit zu verringern und einen Impulsübertrag auf die Filterschicht zu minimieren. Danach durchströmt die Flüssigkeit im gezeigten Beispiel eine Fil­ terkiesschicht 31, die vorzugsweise Kiespartikel mit einem Durchmesser zwischen 1 mm und 5 mm enthält. Die Filterkies­ schicht 31 ist auf einem Düsenboden 32 angeordnet. Zwischen dem Düsenboden 32 und dem unteren Boden des Tankes 30 bleibt ein Totvolumen 35, durch das die in der Filterkiesschicht 31 gereinigte Flüssigkeit im Abstrom nach unten den Tank 30 verläßt. In diesem Betriebszustand ist das Absperrventil 13 g zur gemeinsamen Versorgungsleitung 3 geschlossen und ein Absperrventil 19′ zur Ableitung der in der Filtrieranlage behandelten Flüssigkeit geöffnet.

Beim Regenerieren der Filtrieranlage sind die Absperrventile 19 und 19′ geschlossen, während die Absperrventile 13g und 18 geöffnet sind. Zur mechanischen Reinigung der Filtrieran­ lage wird Druckluft aus der Druckluftleitung 24 bei geöffne­ tem Absperrventil 23 und geschlossenen Absperrventilen 10 und 11 von unten in den Tank 30 eingeblasen. Es hat sich al­ lerdings gezeigt, daß eine mechanische Druckluftrückspülung der Filterschicht 31 dann besonders effektiv ist, wenn der Flüssigkeitsspiegel 34 im Tank 30 definiert bis zur Ober­ grenze der Kiesfilterschicht 31 abgesenkt worden ist. Dazu wird von der Förderpumpe 2 in geöffneter Stellung des Ab­ sperrventiles 13g die Flüssigkeit über die gemeinsame Ver­ sorgungsleitung 3 mit Hilfe der Förderpumpe 2 durch eine Fluidleitung 25 und das ebenfalls geöffnete Absperrventil 11 in die saugseitige Zuführleitung 26 gesaugt und über ein ge­ öffnetes Absperrventil 13h in einen Vorlagebehälter 50′ ge­ pumpt. Bei diesem Betriebsschritt sind die Absperrventile 10 und 23 geschlossen.

Insbesondere bei Verwendung einer Druckluft-Membranpumpe als Förderpumpe 2 kann das definierte Absenken der in der Fil­ trieranlage befindlichen Füllflüssigkeit auf die Füllhöhe 34 Hubzahlgesteuert erfolgen.

Nach dem Durchblasen der Filtrieranlage mit Druckluft im Aufstrom bei geöffnetem Absperrventil 23 und geschlossenen Absperrventilen 10 und 11 wird die Filterschicht an­ schließend bei geschlossenem Absperrventil 23 und geöffnetem Absperrventil 10 mit Wasser im Aufstrom durchgespült, wobei die von der Druckluft gelösten Schmutzpartikel nach oben über die Filterschicht transportiert werden. Das Rückspül­ wasser mitsamt den darin schwimmenden Schmutzpartikeln kann beispielsweise über das geöffnete Ventil 18 bei geschlosse­ nem Ventil 19 in Gegenstromrichtung aus der Filtriereinheit entsorgt werden. Anschließend kann die im Vorlagebehälter 50′ beim Absenkvorgang gesammelte Flüssigkeit über eine För­ derpumpe 20′ bei geöffnetem Ventil 19 und geschlossenem Ab­ sperrventil 18 von oben im Abstrom wieder der Filtrierein­ heit zugeführt werden.

Insbesondere bei Kiesfiltern kann ein Rückspülen auch mit Säure statt mit Wasser erfolgen. Dadurch wird die Oberfläche der Kiespartikel von auskristallisierten Salzen, insbesonde­ re Karbonaten befreit.

Der in Fig. 3 gezeigte Düsenboden 32 kann auch bei anderen Untereinheiten, vorzugsweise bei im Abstrom-Gegenstromver­ fahren betriebenen Ionenaustauscheranlagen verwendet werden. Die Kombination eines solchen Düsenbodens 32 mit einem Tot­ volumen 35 bildet eine vorzügliche Mischzone zur Durch­ mischung der eingeleiteten Regeneriermittelflüssigkeit.

Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Anlage mit einer Druckluft-Membranpumpe als Förderpumpe 2 der zentralen Regenerierstation 1 betrieben wird. Die in unterschiedlichen Konzentrationen mit wählbarem Mischungsverhältnis aus der zentralen Regenerierstation 1 in die diversen Untereinheiten entsprechend dem jeweiligen Bedarf der momentan bedienten Untereinheit geförderten Regeneriermittelflüssigkeiten kön­ nen bei Verwendung einer Druckluft-Membranpumpe durch mehr­ fach alternierende Förderung von konzentrierter Säure oder Lauge einerseits und Wasser andererseits auf ihre jeweiligen Anwendungskonzentrationen verdünnt werden. Die Volumina der geförderten Flüssigkeiten können dabei über die Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe dosiert werden. Außerdem kann eine Variation der Mischungsverhältnisse der geförderten Flüssig­ keiten auch durch unterschiedliche Tastverhältnisse bei der mehrfach alternierenden Förderung erreicht werden.

Um die Durchmischung zu fördern, erfolgt die mehrfach alter­ nierende Förderung vorzugsweise in schnellem zeitlichen Wechsel, insbesondere in Zeitintervallen von weniger als 10 s.

Die Variation der Mischungsverhältnisse der geförderten Flüssigkeiten kann aber auch durch unterschiedlich lange Förderzeiten je Fluid erreicht werden. Eine weitere Möglich­ keit die Mischungsverhältnisse zu variieren besteht in einer Variation der Fördergeschwindigkeit je geförderter Flüssig­ keit bei gleich langen Förderzeiten. Dies kann bei einer Druckluft-Membranpumpe aufgrund von unterschiedlichen Hub­ zahlen pro Zeiteinheit durch Zufuhr von Luft mit unter­ schiedlichem Druck erfolgen. Bei Verwendung einer elektri­ schen Förderpumpe können unterschiedliche Fördergeschwindig­ keiten durch unterschiedliche Drehzahlen, beispielsweise durch Verwendung eines Frequenzumrichters erreicht werden.

Eine Durchmischung durch mehrfach alternierende Förderung zugeführten unterschiedlichen Flüssigkeitsbestandteile in der jeweiligen Untereinheit kann statt durch einen Düsenbo­ den auch durch einen im Eintrittsbereich der Regeneriermit­ telflüssigkeit im Tank 44 angeordneten Düsenstern 46 er­ reicht werden, der, wie in Fig. 4b gezeigt, ebenfalls als Mischzone wirken kann. Fig. 4c zeigt eine Draufsicht auf einen solchen Düsenstern 46, der üblicherweise bei Kunst­ stofftanks 44 Verwendung findet. Ein solcher Düsenstern 46 besteht aus einem Zuleitungsrohr, das an seinem Ende in eine Vielzahl von sternförmig angeordneten, geschlitzen Düsenroh­ ren aufgefächert ist.

Bei Verwendung eines Stahltanks 40, an den, wie in Fig. 4a gezeigt, am unteren Ende mit Hilfe einer Schraubverbindung 43 eine Kalotte 41 befestigt ist, werden üblicherweise meist aus Stahlblech gefertigte Düsenböden 42 verwendet, wobei ein Totvolumen 45 zwischen dem Düsenboden 42 und der unteren Ka­ lotte 41 gebildet wird.

Besonders effektiv ist eine Mischzone, bei der entweder auf dem Düsenboden 32, 42 oder zwischen dem unteren Tankboden und der Oberseite eines Düsensterns 46 eine Schicht von vor­ zugsweise grobkörnigem Filterkies 31 angeordnet ist. Dies ist besonders vorteilhaft bei Ionenaustauscheranlagen, die im Abstrom-Gegenstromverfahren betrieben werden. Bei der im Aufstrom erfolgten Regeneration können dann die alternierend zugeführten Teilflüssigkeiten der Regeneriermittelflüssig­ keit, soweit sie nicht bereits in der Zuleitung vermischt wurden, in der so gebildeten Mischzone, die die Funktion ei­ nes Statikmischers übernimmt, optimal homogenisiert werden. Ein weiterer Vorteil einer solchen Mischzone besteht darin, daß die möglicherweise auftretende Mischungswärme (bei­ spielsweise bei Vermischung von konzentrierter Schwefelsäure mit Wasser oder Natronlauge mit Wasser) nicht an das tempe­ raturempfindliche Ionenaustauscherharz, sondern an die Tank­ wände in der Umgebung der Mischzone abgegeben wird.

Bei Untereinheiten, die im Aufstrom-Gegenstromverfahren be­ trieben werden, kann im Eintrittsbereich der Regeneriermit­ telflüssigkeit im oberen Teil des Tanks unterhalb der oberen Tankwand eine Schicht aus Inertmaterial in Form von kleinen Partikeln mit geringem spezifischem Gewicht vorgesehen sein. Eine solche Schicht aus Inertmaterial wirkt ebenfalls als vorzüglich Mischzone, da die leichten Teilchen, deren spezi­ fisches Gewicht insbesondere bei Ionenaustauschern leichter als das Gewicht des Ionenaustauscherharzes gewählt wird, beim Durchströmen des Tanks mit Regeneriermittelflüssigkeit von oben in Rotation geraten und wie eine Vielzahl kleiner Rührwerke wirken. Dadurch kann auch bei einer im Aufstrom- Gegenstromverfahren betriebenen Untereinheit eine optimale Durchmischung und Homogenisierung der Regeneriermittelflüs­ sigkeit sichergestellt werden.

Nach jeder Versorgung einer Untereinheit mit Regeneriermit­ tel aus der zentralen Regenerierstation 1 sollte in jedem Fall als letzter Förderschritt eine Spülung der gemeinsamen Versorgungsleitung 3 mit Wasser erfolgen, damit im nachfol­ genden Schritt wieder möglicherweise anders geartete Chemi­ kalien (beispielsweise konzentrierte Säure nach konzentrier­ ter Lauge) in die gemeinsame Versorgungsleitung 3 eingelei­ tet werden können.

Abschließend sollen Anlagen zum Stand der Technik, wie sie bereits eingangs beschrieben wurden, gezeigt werden, bei de­ nen die erfindungsgemäße zentrale Regenerierstation 1 vor­ teilhaft eingesetzt werden könnte. Fig. 5a zeigt eine solche herkömmliche Wasserbehandlungsanlage mit einer Ionenaustau­ scheranlage zur Kreislaufführung von Spülwasser (KIA) und einer Behandlungsanlage zur Neutralisation (ANA) der Eluate aus der Ionenaustauscheranlage KIA sowie verbrauchter Pro­ zeßflüssigkeiten als Untereinheiten. Dabei ist schematisch angedeutet, daß in n verschiedenen typischen Prozeßschritten wie beispielsweisen Entfetten, Beizen, Metallisieren (Ver­ zinken, Vernickeln Verkupfern) und Konvertieren (beispiels­ weise Chromatieren) die zu behandelnden Teile einem Prozeß­ bad 51, danach einem Vorspülbad 52 und schließlich einem Fertigspülbad 53 zugeführt werden. Lediglich die Spülflüs­ sigkeit im Fertigspülbad 53 wird im Kreislauf einer Ionen­ austauscherstation 55 mit angeschlossener Regeneriereinheit 55′ zugeführt und ständig gereinigt. Das Eluat aus der KIA sowie die verbrauchten Prozeßlösungen und Vorspülbäder wer­ den gemeinsam einer Neutralisationsanlage (ANA) 54 zugelei­ tet, an die üblicherweise bisher eine separate Regenerier­ station 54′ angeschlossen ist. Die in der ANA gesammelte Charge wird durch Zuführung entsprechender Chemikalien neu­ tralisiert wobei in der Regel auch Fällungsreaktionen statt­ finden. Der ausgefällte Schlamm wird einer Filterpresse 56 zugeführt, die einerseits das aus dem Schlamm herausgepreßte Abwasser inklusive der darin enthaltenen Neutralsalze dem Kanal zuführt und andererseits den entwässerten Schlamm als Feststoffabfall auswirft.

In Fig. 5b ist eine modernere Wasserbehandlungsanlage ge­ zeigt, die sehr viele verschiedene Untereinheiten zur Be­ handlung von Teilströmen enthält, so daß im Wasser gelöste Wertstoffe sortenrein erfaßt werden können. Nach dem Stand der Technik weist bisher jede einzelne Untereinheit eine ei­ gene Regenerierstation auf. Gerade bei einer solchen komple­ xen Anlage ist daher die Einführung einer zentralen Regene­ rierstation gemäß der oben beschriebenen Erfindung von gro­ ßem Vorteil.

Claims (34)

1. Anlage zur Behandlung von wäßrigen Lösungen mit min­ destens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Untereinhei­ ten, in denen in jeweils unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Art auf die zu behandelnden wäßrigen Lösungen eingewirkt werden kann, und zu deren Regeneration jeweils eine Versorgung mit Säure und/oder Lauge und/oder Wasser und/oder Spülluft in unterschied­ lichen Mengen und Konzentrationen erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige zentrale Regenerierstation (1) mit ei­ ner Förderpumpe (2) vorgesehen ist, von der jede ein­ zelne Untereinheit durch eine die zentrale Regenerier­ station (1) verlassende gemeinsame Versorgungsleitung (3) mit dem jeweils benötigten Regenerierfluid (Säure oder Lauge oder Wasser oder Spülluft) versorgt werden kann, wobei die gemeinsame Versorgungsleitung (3) in Zulaufleitungen zu den verschiedenen Untereinheiten mündet, welche jeweils durch ein ansteuerbares Absperr­ ventil gesondert von der gemeinsamen Versorgungsleitung (3) abkoppelbar sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (2) eine Druckluft-Membranpumpe ist und ei­ ne Zähleinrichtung (8) zur Hubzählung aufweist, und daß eine mit der Zähleinrichtung (8) verbundene Steuerein­ richtung (9) zur Steuerung der Volumenströme von Säure, Lauge, Wasser oder Spülluft über die Absperrventile (10 bis 19, 23) aufgrund der jeweiligen Hubzahl der Druck­ luft-Membranpumpe (2) vorgesehen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Druckluftleitungen mit Luft von unter­ schiedlichem Druck vorgesehen sind, und daß die Druck­ luft-Membranpumpe (2) alternativ mit Druckluft aus ei­ ner der Druckluftleitungen betrieben werden kann.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der Druckluftleitungen ein Druckluftventil (21, 22) vorgesehen ist, und daß die Druckluftleitungen nach den Druckluftventilen (21, 22) und vor der Druck­ luft-Membranpumpe (2) in eine gemeinsame Luftzufuhrlei­ tung zur Druckluft-Membranpumpe (2) münden.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftventile (21, 22) von der Steuereinrichtung (9) ansteuerbar sind.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (8) zur Hubzäh­ lung ein vorzugsweise elektronisches Zählwerk mit ab­ speicherbaren, diskreten Hubwerten umfaßt.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Versorgungslei­ tung (3) ein Durchflußwächter (7) vorgesehen ist.

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Ionenaustauscheranlage zur Kreislaufführung von Spülwasser (KIA) ist.

9. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Selektivaustauscheranlage (SAT) zur Entfernung von Schwermetallspuren aus gereinigtem Abwasser ist.

10. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Behandlungsanlage zur Neutralisation (ANA) der Eluate aus Ionenaustauscheranlagen oder verbrauchter Prozeßlösungen ist.

11. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Vollentsalzungsanlage (VEA) ist.

12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine vorzugsweise rückspülbare Filtrieranlage, insbe­ sondere eine Kiesfiltereinheit (KIF) ist.

13. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Ionenaustauscheranlage zur Rückgewinnung von Bunt­ metallen (MER) aus sauren oder komplexbildnerhaltigen Vorspülwässern ist.

14. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten eine Ionenaustauscheranlage zur Entfernung von Stör­ stoffen (ESS) aus sauren Prozeßlösungen ist.

15. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten einen Tank (30, 40, 44) aufweist, in den zu behandelnde wäßrige Lösung oder Regeneriermittelflüssigkeit einge­ leitet werden kann, wobei im Eintrittsbereich der Rege­ neriermittelflüssigkeit in den Tank (30, 40, 44) eine Mischzone zur Durchmischung der eingeleiteten Flüssig­ keit vorgesehen ist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone durch einen im Eintrittsbereich der Rege­ neriermittelflüssigkeit im Tank (30, 40) angeordneten Düsenboden (32, 42) sowie ein Totvolumen (35, 45) zwi­ schen dem Düsenboden (32, 42) und dem Tankboden gebil­ det wird.

17. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone durch einen im Eintrittsbereich der Rege­ neriermittelflüssigkeit im Tank (44) angeordneten Dü­ senstern (46) gebildet wird.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Eintrittsbereich der Regenerier­ mittelflüssigkeit im unteren Teil des Tanks (30, 40 bzw. 44) vorgesehen ist, und daß auf dem Düsenboden (32, 42) bzw. zwischen dem unteren Tankboden und der Oberseite des Düsensterns (46) eine Schicht von vor­ zugsweise grobkörnigem Filterkies (31), insbesondere mit einem Partikeldurchmesser zwischen 2 mm und 5 mm angeordnet ist.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Eintrittsbereich der Regenerier­ mittelflüssigkeit im oberen Teil des Tanks vorgesehen ist, und daß unterhalb der oberen Tankwand eine Schicht aus Inertmaterial in Form von kleinen Partikeln mit ge­ ringem spezifischen Gewicht angeordnet ist.

20. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Versorgungslei­ tung (3) ein Absperrventil (10) vorgesehen ist, und daß auf der der Druckseite der Förderpumpe (2) abgewandten Seite des Absperrventils (10) eine mit einem weiteren Absperrventil (23) abkoppelbare Druckluftleitung (24) in die gemeinsame Versorgungsleitung (3) mündet.

21. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Versorgungslei­ tung (3) ein Absperrventil (10) vorgesehen ist, und daß auf der der Druckseite der Förderpumpe (2) abgewandten Seite des Absperrventils (10) eine mit einem weiteren Absperrventil (11) abkoppelbare Fluidleitung (25), die an ihrem anderen Ende in eine saugseitige Zuführungs­ leitung (26) zur Förderpumpe (2) mündet, in die gemein­ same Versorgungsleitung (3) mündet.

22. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (2) saugseitig an handelsübliche Chemikalien-Gebinde (4, 5, 6) ange­ schlossen ist.

23. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der zentralen Regenerierstation (1) ein Behälter (6) mit Wasser vorgesehen ist, wobei ein Anschluß des Behälters (6) über ein Absperrventil (16) an eine saugseitige Zuführungsleitung (26) zur Förderpumpe (2) am äußersten Ende der Zuführungsleitung (26) nach den Anschlüssen aller anderen in der Regene­ rierstation (1) vorgesehenen Behälter (4, 5) angeordnet ist.

24. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, vorzugsweise nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Förderpumpe (2) verschiedene Fluide in unterschiedlichen Konzentratio­ nen und in einem wählbaren Mischungsverhältnis aus der zentralen Regenerierstation (1) in die diversen Unter­ einheiten entsprechend dem jeweiligen Bedarf der momen­ tan bedienten Untereinheit gefördert werden.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation der Mischungsverhältnisse der geförder­ ten Fluide durch unterschiedlich lange Förderzeiten je Fluid erreicht wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zur Regeneration der Untereinheiten erforderlichen Säuren oder Laugen durch mehrfach alter­ nierende Förderung von konzentrierter Säure oder Lauge und Wasser aus der zentralen Regenerierstation (1) auf ihre jeweilige Anwendungskonzentrationen verdünnt wer­ den.

27. Verfahren nach Anspruch 26 zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Volu­ mina der geförderten Flüssigkeiten über die Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe (2) dosiert werden.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27 zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Variation der Mischungsverhältnisse der geförderten Fluide durch unterschiedliche Tastverhältnisse bei der mehrfach alternierenden Förderung erreicht wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrfach alternierende Förderung in schnellem zeit­ lichen Wechsel, vorzugsweise in Zeitintervallen von we­ niger als 10 s erfolgt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation der Mischungsver­ hältnisse der geförderten Fluide durch unterschiedliche Fördergeschwindigkeiten je gefördertes Fluid erreicht wird.

31. Verfahren nach Anspruch 30 zum Betrieb einer Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unter­ schiedlichen Fördergeschwindigkeiten durch unterschied­ liche Hubzahlen pro Zeiteinheit der Druckluft-Membran­ pumpe (2) aufgrund der Zufuhr von Luft mit unterschied­ lichem Druck zur Druckluft-Membranpumpe (2) erreicht werden.

32. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten durch un­ terschiedliche Drehzahlen einer elektrischen Förderpum­ pe, beispielsweise durch Verwendung eines Frequenzum­ richters, erreicht werden.

33. Verfahren nach Anspruch 24 bis 32 zum Betrieb einer An­ lage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Versorgung einer Untereinheit mit Regeneriermit­ tel aus der zentralen Regenerierstation (1) als letzter Förderschritt eine Spülung der gemeinsamen Versorgungs­ leitung (3) mit Wasser erfolgt.

34. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33 zum Be­ trieb einer Anlage nach den Ansprüchen 2, 12, 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß in der Filtrieranlage, insbesondere einer Kiesfiltereinheit (KIF), vor einem Durchblasen der Filtrieranlage mit Druckluft im Gegen­ strom ein definiertes Absenken der in der Filtrieranla­ ge befindlichen Füllflüssigkeit auf eine bestimmte Füllhöhe, insbesondere auf die Füllhöhe (34) der Fil­ terkiesschicht (31) in einer Kiesfiltereinheit (KIF) durch hubzahlgesteuerte Absaugung der Füllflüssigkeit mittels der Druckluft-Membranpumpe (2) erfolgt.