DE4306426C2 - Variable Anlage zur Wasserbehandlung mit zentraler Regenerierstation - Google Patents
Variable Anlage zur Wasserbehandlung mit zentraler RegenerierstationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung von wäßrigen
Lösungen mit mindestens zwei, vorzugsweise mehr als
zwei Untereinheiten umfassend Ionenaustauscher-, Selektivio
nenaustauscher-, Abwasserneutralisations-, Vollentsalzungs- und
Filtrationsanlagen, in denen in jeweils unterschiedli
cher chemischer und/oder physikalischer Art auf die zu be
handelnden 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.
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 (HER) 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 Umweltschutzes 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 und die gemeinsame Versorgungsleitung in Zu
laufleitungen zu den verschiedenen Untereinheiten mündet,
daß die Förderpumpe eine Druckluft-Membranpumpe ist und eine
Zähleinrichtung zur Hubzählung aufweist, und daß eine mit
der Zähleinrichtung verbundene Steuereinrichtung zur
Steuerung der Volumenströme von Säure, Lauge, Wasser oder
Spülluft über die Absperrventile aufgrund der jeweiligen
Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe vorgesehen ist.
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.
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung einer Druckluft-Membranpumpe
liegt in der Möglichkeit einer hubzahlgesteuer
ten Förderung unterschiedlicher Volumenmengen des zu för
dernden 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 Ansetz
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.
Die Mischzone kann durch einen im Eintrittsbereich der Rege
neriermittelflüssigkeit im Tank angeordneten Düsenboden so
wie ein Totvolumen zwischen dem Düsenboden und dem Tankboden
oder durch einen im Eintrittsbereich der Regeneriermittel
flüssigkeit im Tank angeordneten Düsenstern gebildet werden.
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 Untereinheiten, die im Aufstrom-Gegenstrom-Verfahren be
trieben werden, kann der Eintrittsbereich der Regeneriermit
telflüssigkeit im oberen Teil des Tanks vorgesehen sein, wo
bei unterhalb der oberen Tankwand eine Schicht aus Inertma
terial 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 dabei ein oberer
Düsenboden oder Düsenstern im Tank vorgesehen sein, der ein
oberes Totvolumen zwischen der Oberseite der Inertmaterial
schicht und der oberen Tankwand schafft. Bei der im Auf
strom-Gegenstrom-Verfahren von oben nach unten erfolgenden
Regenerierung schwimmen die leichten Deckschichtpartikel aus
Inertmaterial auf der im Tank befindlichen, meist wasserhal
tigen Flüssigkeit und werden durch die aus dem oberen Düsen
boden nach unten dringenden Regeneriermittelflüssigkeit in
Rotation versetzt und verwirbelt, so daß sie eine sehr ef
fektive Durchmischung und Homogenisierung der Regeneriermit
telflüssigkeit 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 dem vor
gesehen ist, daß mittels der Druckluft-Membranpumpe die Vo
lumina der verschiedenen geförderten Fluide über die Hubzahl
der Pumpe in unterschiedlichen Konzentrationen und in einem
wählbaren Mischungsverhältnis aus der zentralen Regenerier
station in die diversen Untereinheiten entsprechend dem je
weiligen Bedarf der momentan bedienten Untereinheit dosiert
werden. Besonders vorteilhaft ist diese Verfahrensweise,
wenn die Förderpumpe der zentralen Regenerierstation saug
seitig direkt an handelsübliche Chemikalien-Gebinde ange
schlossen ist. Durch das wählbare variable Mischungsverhält
nis der geförderten Chemikalien können unterschiedliche Un
tereinheiten mit völlig verschiedenem Bedarf an Regenerati
onsmitteln von einer einzigen zentralen Regenerierstation
bedient werden. Die Volumina der geförderten Flüssigkeiten
können auf äußerst simple und dennoch hochgenaue Weise über
die Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe dosiert 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 sowie
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.
Bei Durchführung dieser Verfahrensvariante kann eine Varia
tion der Mischungsverhältnisse der geförderten Fluide ein
fach durch unterschiedliche Taktverhältnisse bei der mehr
fach alternierenden Förderung erreicht werden.
Vorzugsweise erfolgt die mehrfach alternierende Förderung
von Fluiden in schnellem zeitlichen Wechseln 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.
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 bestimmt 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 werden 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 Druckluft-Membranpumpe
2 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 Blockierung
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 13g
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.
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 Taktverhältnisse 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
los.
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 (22)
1. Anlage zur Behandlung von wäßrigen Lösungen mit minde
stens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Untereinheiten
umfassend Ionenaustauscher-, Selektivionenaustauscher-,
Abwasserneutralisations-, Vollentsalzungs- und Filtra
tionsanlagen, in denen in jeweils unterschiedlicher
chemischer und/oder physikalischer Art auf die zu be
handelnden wäßrigen Lösungen eingewirkt werden kann,
und zu deren Regeneration eine Versorgung mit mehreren
unterschiedlichen Regenerationsmedien, nämlich Säure
und/oder Lauge und/oder Wasser und/oder Spülluft in un
terschiedlichen 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 und die gemeinsame Versorgungsleitung (3) in Zu
laufleitungen zu den verschiedenen Untereinheiten mün
det, daß die Förderpumpe (2) eine Druckluft-Membranpum
pe ist und eine Zähleinrichtung (8) zur Hubzählung auf
weist, und daß eine mit der Zähleinrichtung (8) verbun
dene Steuereinrichtung (9) zur Steuerung der Volumen
ströme von Säure, Lauge, Wasser oder Spülluft über die
Absperrventile (10 bis 19, 23) aufgrund der jeweiligen
Hubzahl der Druckluft-Membranpumpe (2) vorgesehen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, 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.
3. Anlage nach Anspruch 2, 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.
4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Druckluftventile (21, 22) von der Steuereinrichtung (9)
ansteuerbar sind.
5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Zähleinrichtung (8) zur Hubzäh
lung ein vorzugsweise elektronisches Zählwerk mit ab
speicherbaren, diskreten Hubwerten umfaßt.
6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß in der gemeinsamen Versorgungslei
tung (3) ein Durchflußwächter (7) vorgesehen ist.
7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten
eine Ionenaustauscheranlage ist.
8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Untereinheiten
eine vorzugsweise rückspülbare Filtrieranlage, insbe
sondere eine Kiesfiltereinheit (KIF) ist.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Förderpumpe (2) saugseitig an
handelsübliche Chemikalien-Gebinde (4, 5, 6) ange
schlossen ist.
13. 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.
14. Verfahren zum Betrieb einer Anlage nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit
tels der Druckluft-Membranpumpe (2) die Volumina der
verschiedenen geförderten Fluide über die Hubzahl der
Pumpe in unterschiedlichen Konzentrationen und in einem
wählbaren Mischungsverhältnis aus der zentralen Regene
rierstation in die diversen Untereinheiten entsprechend
dem jeweiligen Bedarf der momentan bedienten Unterein
heit dosiert werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Variation der Mischungsverhältnisse der geförder
ten Fluide durch unterschiedlich lange Förderzeiten je
Fluid erreicht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, 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.
17. Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß eine Variation der Mischungsverhältnisse
der geförderten Fluide durch unterschiedliche Taktver
hältnisse bei der mehrfach alternierenden Förderung er
reicht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
die mehrfach alternierende Förderung in schnellem zeit
lichen Wechsel, vorzugsweise in Zeitintervallen von we
niger als 10 s erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Variation der Mischungsver
hältnisse der geförderten Fluide durch unterschiedliche
Fördergeschwindigkeiten je gefördertes Fluid erreicht
wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die unterschiedlichen Fördergeschwindigkeiten durch un
terschiedliche Hubzahlen pro Zeiteinheit der Druckluft-Membranpumpe
(2) aufgrund der Zufuhr von Luft mit un
terschiedlichem Druck zur Druckluft-Membranpumpe (2)
erreicht werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20 zum Be
trieb einer Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß nach jeder Versorgung einer Untereinheit
mit Regeneriermittel aus der zentralen Regenerierstati
on (1) als letzter Förderschritt eine Spülung der ge
meinsamen Versorgungsleitung (3) mit Wasser erfolgt.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21 zum Be
trieb einer Anlage nach den Ansprüchen 8, 10 und 11,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Filtrieranlage, ins
besondere 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4306426A DE4306426C2 (de) | 1992-11-26 | 1993-03-02 | Variable Anlage zur Wasserbehandlung mit zentraler Regenerierstation |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9216084U DE9216084U1 (de) | 1992-11-26 | 1992-11-26 | |
DE9216153U DE9216153U1 (de) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | |
DE4306426A DE4306426C2 (de) | 1992-11-26 | 1993-03-02 | Variable Anlage zur Wasserbehandlung mit zentraler Regenerierstation |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4306426A1 DE4306426A1 (de) | 1994-06-01 |
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