DE69430176T2

DE69430176T2 - Kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung

Info

Publication number: DE69430176T2
Application number: DE69430176T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Iwatsuka; Kazuhiko Shimizu
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-12-23
Also published as: CN1107386A; AU680564B2; MY112268A; AU8042794A; JP3145240B2; US5580445A; DE69430176D1; JPH07185358A; EP0659483A2; CN1073889C; EP0659483B1; EP0659483A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung mit zwei Betten, z.B. zur Verwendung für die Herstellung von hochreinem Wasser, wie deionisiertem Wasser, wobei das Speisewasser nach oben durch eine Ionenabsorptionszone, eine Waschzone, eine Harzregenerationszone geführt wird, die sequentiell vom unteren Bereich zum oberen Bereich innerhalb einer einzigen mit einem Ionenaustauschharz gefüllten Säule als Segmente vorgesehen sind, wobei das Ionenaustauschharz nach unten oder in der entgegengesetzten Richtung zur Speisewasserdurchflussrichtung auf solch eine Weise geführt wird, dass das Ionenaustauschharz, das regeneriert und gewaschen worden ist, kontinuierlich in die Adsorptionszone von dem oberen Bereich zugeführt werden kann, wodurch eine im wesentlichen kontinuierliche Ionenaustauschbehandlung des Speisewassers, das durch die Adsorptionszone gelangt, vorgenommen wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Eine typische Vorrichtung für die Produktion von hochreinem Wasser, wie deionisiertem Wasser, ist bislang als Ionenaustauschvorrichtung mit Festbett bekannt, wobei eine Ionenaustauschbehandlung und eine Regenerationsbehandlung durch den Durchgang eines Regenerierungsmittels wechselweise durchgeführt werden. Die Vorrichtung hat jedoch schlechte Produktivitätseigenschaften aufgrund der Unterbrechung des Durchlasses von Speisewasser während der Regenerationsbehandlung und ist somit nicht geeignet für eine Anwendung, die eine ständige Zufuhr von Wasser benötigt. Aus diesem Grund wurden verschiedene Vorrichtungen, die eine kontinuierliche Ionenaustauschbehandlung ohne Unterbrechung ermöglichen, in praktische Verwendung gebracht.
Die kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtungen werden in einen Typ mit Fließbett und einem Typ mit sich bewegendem Bett klassifiziert, wobei letzterer gewöhnlich industriell verwendet wird und in einen Typ mit gemischtem Bett und einen Typ mit Mehrfachbett untergruppiert wird. Die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung mit gemischtem Bett umfasst eine Entleerungs-(Adsorptions)-Säule, die gemischt mit Kationenaustauschharz und Anionenaustauschharz gefüllt ist, eine Harzseparationssäule und mehrere Regenerationssäulen. Bei dieser Vorrichtung wird Speisewasser in die Entleerungssäule durch deren unteren Bereich eingeführt, so dass das gemischte Harzbett in Richtung auf den oberen Bereich der Entleerungssäule gedrückt wird, so dass es ein festes Bett bildet, wobei das Speisewasser, das dadurch geführt wird, einer Ionenaustauschbehandlung unterworfen wird. Dies ermöglicht eine graduelle Bewegung der Ionenaustauschzone nach oben, wobei der Ionenaustausch innerhalb des Mischarzbettes stattfindet, durch das das Speisewasser gelangt. Die mit Verunreinigungsionen aufgebrauchten Harze (die Harze, deren Ionenaustauschfähigkeit zur Adsorption von Ionen aufgebraucht ist) werden als Schlamm durch den Boden der Entleerungssäule zur Harzseparationssäule transferiert, wobei der Harzschlamm rückgewaschen wird und in das Kationenaustauschharz und das Anionenaustauschharz getrennt wird und dann in die jeweiligen Regenerationssäulen gesendet wird. Die in diesen Säulen erzeugten Ionenaustauschharze werden gemessen und gemischt und dann zur Oberseite des Innenraums der Etleerungssäule zugeführt, während der Durchlass von Speisewasser durch die Entleerungssäule (gewöhnlich etwa einige 10 Sekunden) unterbrochen wird, so dass ein im wesentlichen kontinuierlicher Ionenaustausch erreicht wird.
Andererseits wird die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung mit Mehrfachbett durch eine Produktionseinheit für deionisiertes Wasser, die beispielsweise ein Zweibetttyp ohne oder mit Decarbonator ist, dargestellt. Bei dem Zweibetttyp ohne Decarbonator wird das Speisewasser durch eine Kationensäule (untenstehend ebenfalls als "Säule C" bezeichnet) geführt, die mit Kationenaustauschharz gefüllt ist, und dann durch eine Anionensäule (untenstehend auch als "Säule A" bezeichnet), die mit einen Anionenaustauschharz gefüllt ist, geführt. Die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vom Zweibetttyp mit einem Decabonator umfasst ferner einen Decarbonator, der zwischen die Säulen C und A geschaltet ist, um die Ionenlast auf die Säule A zu reduzieren.
Die oben beschriebene kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung mit Mehrfachbett, beispielsweise die Zweibettvorrichtung mit einem Decarbonator, kann auch als Zweibett-Siebensäulentyp bezeichnet werden, da zusätzlich zur Decarbonatorsäule jede der Säulen C und A eine Regenerationssäule (zum Regenerieren des Kationen- oder Anionenharzes) sowie eine Waschsäule (zum Waschen des Kationen- oder Anionenharzes nach der Regeneration) benötigt. Diese Anzahl von Säulen (oder Gefäßen) erfordert eine große Anzahl von Zusatzausrüstung wie Leitungen und Ventilen, die nötig für den Harztransfer sind, was wiederum zu erhöhten Ausrüstungskosten und einem größeren Installationsraum und einem komplizierten Betrieb führt.
Im Gegensatz dazu hat die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung mit gemischtem Bett einen Vorteil über den Mehrfachbetttyp in dem Fall, in dem die Qualität des Speisewassers verhältnismäßig gut ist, der Anteil an schwach säurehaltigen Komponenten, wie Kohlensäure oder Kieselsäureanhydrid (Kieselsäure), in dem Speisewasser gering ist, die Menge des zu behandelnden Speisewassers groß ist oder der Installationsraum begrenzt ist. Dennoch hat die Vorrichtung mit Mischbett einige Nachteile, beispielsweise 1) benötigt sie mehr alkalisches Regenerierungsmittel als die kontinuierliche Mehrfachbetttyp-Ionenaustauschvorrichtung, die einen Decarbonator hat, da das Anionenaustauschharz, das für die Mischbetteinheit verwendet wird, Bicarbonationen und ähnliches ebenso wie die anderen Anionen adsorbiert, und 2) das Kationenaustauschharz in die Anionenaustauschharz- Regenerationssäule aufgrund einer nicht ausreichenden Trennung des Kationenaustauschharzes und des Anionenaustauschharzes innerhalb der Harzseparationssäule gemischt werden kann, wodurch Kalziumionen oder Magnesiumionen, die das Kationenaustauschharz adsorbiert hat, unlöslich in der Anionenaustauschharz-Regenerierungssäule nach der Eloierung aus dem Kationenharz werden können, wodurch sie einen Sammler usw. verstopfen. Auf diese Weise gibt es einiges, was bei den bislang in Betrieb gesetzten kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtungen wünschenswert ist, unabhängig davon, ob sie ein Mischbetttyp oder ein Mehrfachbetttyp sind.
Außer der oben beschriebenen bekannten kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung hat der vorliegende Anmelder eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorgeschlagen, die thermisch regenerierbare spezielle Ionenaustauschharze verwendet (siehe japanische Patentveröffentlichung Nr. 50379/1984). Diese kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung verwendet die speziellen Eigenschaften der thermisch regenerierbaren Harze, deren Ionenaustauschfähigkeit durch Heißwasser regeneriert werden kann, so dass dadurch sowohl die Ionenaustauschbehandlung als auch die Regenerationsbehandlung innerhalb einer einzigen Behandlungssäule durchgeführt werden.
Eine andere Ionenaustauschvorrichtung, die ein thermisch regenerierbares Harz zur kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Ionenaustauschbehandlung einsetzt, ist in der US 4,293,423 beschrieben.
Eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung, die schleifenförmige Säulen hat, die aus getrennten monofunktionalen Betriebsabschnitten aufgebaut sind, die durch Ventilklappen getrennt sind, ist in Chemical Engineering Progress, Juni 69, Seiten 59-62, beschrieben.
Der vorliegende Erfinder hat aufgrund der Besonderheit des verwendeten Harzes in Betracht gezogen, dass die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung, die die thermisch regenerierbaren Harze verwendet, nicht direkt auf eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung anwendbar ist, die Ionenaustauschharze verwendet, deren Ionenaustauschfähigkeiten durch gewöhnliche Säure oder Alkali wiedergewonnen werden. Trotz der Unzulänglichkeiten wie beispielsweise dem Mischen des Regenerierungsmittels in das behandelte Wasser, das durch unausreichendes Waschen hervorgerufen werden kann, der Verschlechterung in der Wascheffizienz, die aufgrund des Anstiegs im Volumen des Waschwassers hervorgerufen werden kann, oder der Verringerung der Wiedergewinnung des Speisewassers, hat sie jedoch beträchtliche Vorteile, beispielsweise 1) besteht keine Notwendigkeit, getrennt eine Regenerationssäule vorzusehen, da die Ionenaustauschbehandlung und die Regenerierung innerhalb einer einzigen Säule durchgeführt werden können, was zur Eliminierung oder Verringerung der Nachteile wie eines größeren Raums, der zur Installation der oben beschriebenen Zweibettvorrichtung benötigt wird, führt. Somit hat der vorliegende Erfinder die weitere Anwendung der kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung weiter studiert, die für thermisch regenerierbare Harze gestaltet ist.

ZUSAMMENFASSUNG ER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde als Folge der Forschung und Entwicklung aus dem oben beschriebenen Gesichtspunkt getätigt. Das Ziel der Erfindung ist es, die vorliegenden Aufgaben zu erreichen:
[1] Eine neue kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die sowohl eine Ionenaustauschbehandlung als auch die Regenerierung innerhalb einer einzigen Säule durch Verwendung von einem Ionenaustauschharz/Ionenaustauschharzen durchführen kann, dessen/deren Ionenaustauschfähigkeiten durch Säure oder Alkali regeneriert werden können, und die somit nicht das Vorsehen von getrennten Regenerierungs- und Waschsäulen verlangt, und die eine Verringerung des Installationsraums und der Leitungsmengen und der Anzahl der Ventile sicherstellt;
[2] eine neue kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die eine Verringerung in der Säulenhöhe ermöglicht und dadurch den zur Installation benötigten Raum verringert;
[3] eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die die Kosten für die Herstellung des behandelten Wassers durch Minimieren von sowohl den Installations- als auch Betriebskosten ermöglicht;
[4] eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die kein Waschwasserzufuhrleitungssystem benötigt, indem das behandelte Wasser zum Waschen des Kationen- oder Anionenharzes verwendet wird, das durch ein Regenerierungsmittel innerhalb einer einzigen Säule regeneriert worden ist;
[5] eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die die Attrision der Ionenaustauschharze durch Minimieren der Transferstrecke der Ionenaustauschharze und der Anzahl der Ventile und ähnlichem, das innerhalb der Transferleitungen benötigt wird, minimiert;
[6] eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die die Variation der Menge von Wasser, die durch die Regenerierungs- und Waschzonen geführt wird, minimiert, die aufgrund von einer Druckänderung innerhalb der Säule hervorgerufen werden kann, so dass ein stabiles und sicheres Regenerieren und Waschen sichergestellt wird; und
[7] eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorzusehen, die effektiv verhindern kann, dass Regenerierungsmittelabfall (sauer oder alkalisch) in Richtung auf die Seite des behandelten Wassers ausfließt, so dass dadurch stabil eine hohe Qualität des behandelten Wassers sichergestellt wird.
Um die oben beschriebenen Aufgaben zu erzielen, hat der vorliegende Erfinder die vorliegende Erfindung getätigt, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
Insbesondere liegt eines der Merkmale der vorliegenden. Erfindung im Vorsehen einer kontinuierlichen Mehrfachbetttyp- Ionenaustauschvorrichtung, die eine Kationensäule (Säule C), die mit Kationenaustauschharz zur Kationenaustauschbehandlung von Speisewasser gefüllt ist, einen Decarbonator (Säule B) zum Entfernen von Kohlensäure, die in dem behandelten Wasser enthalten ist, das der Kationenaustauschbehandlung unterzogen worden ist, und eine Anionensäule (Säule A) umfasst, die mit einem Anionenaustauschharz zum Behandeln von saurem decarboniertem Wasser aus dem Decarbonator gefüllt ist,
wobei die Kationensäule umfasst:
eine Adsorptionszone, eine Waschzone und eine Regenerationszone, die sequentiell vom Boden der Säule in Richtung auf deren Oberseite eingeteilt sind, die mit dem Kationenaustauschharz gefüllt sind,
eine Wasserflussdurchlasseinrichtung zum Zuführen von Speisewasser durch den Boden der Adsorptionszone und zum Abgeben von behandeltem, der Kationenaustauschbehandlung unterzogenen Wasser durch die Oberseite der Adsorptionszone, wobei der Zufuhrdruck des Speisewassers einen Teil des behandelten Wassers, der der Kationenaustauschbehandlung unterzogen wurde, in eine Strömung nach oben in die Waschzone drückt,
eine erste Regenerierungsmittel-Durchlasseinrichtung, die die Zufuhr des Kationenharz-Regenerierungsmittels durch den Boden der Regenerierungszone und die Abgabe von Regenerierungsmittelabfall durch die Oberseite der Regenerierungszone ermöglicht,
eine erste Harztransfereinrichtung, die das Zurückziehen eines Teils des Kationenharzes durch den Boden der Säule ermöglicht und die Zufuhr davon zur Oberseite der Säule; und
eine erste Strömungsratensteuereinrichtung, die sicherstellt, dass ein Verhältnis b/a gleich oder geringer als 1 ist, wobei "a" eine Variationsrate in der Strömungsrate des behandelten Wassers ist, das der Kationenaustauschbehandlung unterworfen wurde, das von der Oberseite der Adsorptionszone in der Kationensäule abgegeben werden soll, und "b" eine Variationsrate in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls ist, der von der Oberseite der Regenerierungszone in der Kationensäule abgegeben werden soll;
wobei die Anionensäule umfasst:
eine Adsorptionszone, eine Waschzone und eine Regenerierungszone, die sequentiell jeweils vom Boden der Säule in Richtung auf deren Oberseite unterteilt sind, die mit dem Anionenaustauschharz gefüllt sind;
eine zweite Wasserdurchlasseinrichtung, die die Zufuhr des säurehaltigen decarbonierten Wassers und den Ablass des deionisierten Wassers ermöglicht, das durch die Anionenaustauschbehandlung erhalten wurde, von der Oberseite der Adsorptionzone, wobei der Zufuhrdruck des behandelten Wassers einen Teil des behandelten Wassers, der der Ionenaustauschbehandlung unterworfen wurde, zur Strömung in die Waschzone nach oben drückt,
eine zweite Regenerierungsmitteldurchlasseinrichtung, die die Zufuhr eines Ionenharz-Regenerierungsmittels vom Boden der Regenerierungszone und den Auslass des Regenerierungsmittelabfalls von der Oberseite der Regenerierungszone ermöglicht,
eine zweite Harztransfereinrichtung, die das Zurückziehen eines Teils des Anionenaustauschharzes durch den Boden der Säule und die Zufuhr davon zur Oberseite der Säule ermöglicht; und
eine zweite Strömungsratensteuereinrichtung, die ein Verhältnis b/a gleich oder geringer als 1 sicherstellt,
wobei "a" eine Variationsrate in der Strömungsrate des deionisierten Wassers ist, das der Anionenaustauschbehandlung unterworfen wurde, das von der Oberseite der Adsorptionszone in der Anionensäule abgegeben werden soll, und "b" eine Variationsrate der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls ist, der von der Oberseite der Regenerierungszone in der Anionensäule abgegeben werden soll;
wobei sowohl die Kationensäule als auch die Anionensäule einen Einlass für Speisewasser und einen Auslass für behandeltes Wasser umfassen, wobei der Auslass für behandeltes Wasser auf der Kationensäule mit dem Decarbonator verbunden ist und der Decarbonator mit dem Einlass für Speisewasser auf der Anionensäule verbunden ist.
Die Säulen C, D und A sind in Reihe in dieser Reihenfolge verbunden. Es ist zu verstehen, dass die Kationensäule (Säule C) aus einem Säulenkörper, einem Wasserdurchlasssystem, das damit verbunden ist, und einem Harztransfersystem besteht. Das gleiche gilt für die Anionensäule.
Die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die sich aus den Säulen C-D-A zur Produktion von deionisiertem Wasser zusammensetzt, bewirkt auf die gleiche Weise wie die herkömmliche kontinuierliche Zweibett-Ionenaustauschvorrichtung (mit Decarbonator) eine Kationenaustauschbehandlung, eine Decarbonisationsbehandlung und eine Anionenaustauschbehandlung in dieser Reihenfolge. Die Vorrichtung der Erfindung unterscheidet sich jedoch beträchtlich in der Konfiguration von der herkömmlichen dahingehend, dass jede der Säulen C und A sowohl die Ionenaustauschbehandlung als auch die Regenerierungsbehandlung in einer einzigen Säule ausübt, wodurch die Notwendigkeit eliminiert wird, getrennt eine zusätzliche Regenerierungs- oder Waschsäule vorzusehen.
Bei der oben beschriebenen Konfiguration der kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung der Erfindung sind die Kationensäule (Säule C) und die Anionensäule (Säule A) jeweils mit einer Wasserströmungssteuerungseinrichtung versehen, um sicherzustellen, dass ein Verhältnis b/a gleich oder kleiner als 1 ist, wobei "a" die Variationsrate in der Strömungsrate des behandelten Wassers ist, das vom oberen Bereich der Adsorptionszone zur Ionenaustauschbehandlung des Speisewassers zur Außenseite der Säule abgegeben wird, und "b" die Variationsrate in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls ist, der von dem oberen Bereich der Regenerierungszone zur Außenseit der Säule abgegeben wird.
Es wird bevorzugt, dass durch diese Strömungssteuerungseinrichtung sichergestellt wird, dass die Variation in der Strömungsrate des behandelten Wassers, das von dem oberen Bereich der Adsorptionszone abgegeben wird, im wesentlichen gleich ist zur Variation in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls, der vom oberen Bereich der Regenerierungszone abgegeben wird, oder dass die Variation in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls, der vom oberen Bereich der Regenerierungszone abgegeben wird, geringer ist als die Variation in der Strömungsrate des behandelten Wassers, das vom oberen Bereich der Adsorptionszone abgegeben wird.
Im Fall der Säule C wird beispielsweise, wenn die Strömungsrate des von der Kationensäule (Säule C) zugeführten behandelten Wassers so reguliert wird, dass das Wasserniveau innerhalb des Decarbonators gesteuert wird (Säule D), bevorzugt, dass die Variation in ausreichendem Maß in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls vermieden wird, die vom oberen Bereich der Regenerierungszone der Säule C abgegeben wird. Gewöhnlich wird die Variation in der Strömungsrate des behandelten Wassers, das vom oberen Bereich der Adsorptionszone abgegeben wird, durch eine Druckänderung im oberen Bereich der Adsorptionszone begleitet. Diese Druckänderung in der Adsorptionszone kann eine beträchtliche Variation in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls mit sich bringen, der vom oberen Bereich der Regenerierungszone abgegeben wird, was wiederum die folgenden Nachteile bewirken kann. Wenn die Menge des behandelten Wassers, das vom oberen Bereich der Adsorptionszone abgegeben wird, begrenzt ist, wobei der Druck des Speisewassers, der zum unteren Bereich der Adsorptionszone zugeführt wird, konstant ist, bedeutet das, dass der obere Bereich der Adsorptionszone unter Druck gesetzt wird, so dass ein Anstieg der Strömungsrate des behandelten Wassers (säurehaltiges deionisiertes Wasser) nach oben, das in die Waschzone geführt wird, zunehmen kann, was zu einer Verringerung der Wiedergewinnung des Speisewassers als behandeltes Wasser führt. Ferner kann die Regenerierungsmitteleinspeisung in die Regenerierungszone durch ein großes Volumen von behandeltem Wasser verdünnt werden, das nach oben durch die Waschzone geführt wird, was eine ausreichende Regenerierung des Kationenaustauschharzes innerhalb der Regenerierungszone verhindern kann. Folglich kann ein Absinken des Kationenaustauschharzes, das nicht voll regeneriert worden ist, aus der Regenerierungszone durch die Waschzone in die Adsorptionszone möglicherweise eine Verringerung der Reinheit des behandelten Wassers hervorrufen.
Andererseits entspannt eine Zunahme der Strömung des Speisewassers, das vom oberen Bereich der Adsorptionszone abgegeben wird, den oberen Bereich der Adsorptionszone und somit verringert dies die Strömung des behandelten Wassers, das nach oben durch die Waschzone geführt wird. Dies kann zu einer nicht ausreichenden Waschung des Kationenaustauschharzes führen, das in der Waschzone gehalten wird. Folglich kann Kationenaustauschharz, aus dem rückständiges Regenerierungsmittel nicht vollständig entfernt worden ist, in die Adsorptionszone fallen, was wiederum ermöglicht, dass Regenerierungsmittel in das behandelte Wasser gemischt wird und möglicherweise die Qualität des abzugebenden behandelten Wassers verschlechtert.
Zum Überwinden der oben beschriebenen Probleme ist die oben beschriebene Strömungsraten-Regulierungseinrichtung effektiv. Eine solche Strömungsratenregulierungseinrichtung kann eine Einrichtung umfassen, mit der der interne Druck in dem oberen Bereich der Adsorptionszone (einer Position, in der das behandelte Wasser aus der Adsorptionszone zur Außenseite der Säule abgegeben wird) so festgelegt wird, dass er einen Kopfverlust übertrifft, der durch die Höhendifferenz zwischen dem oberen Bereich der Adsorptionszone und dem oberen Bereich der Regenerierungszone (einer Position, in der der Regenerierungsmittelabfall zur Außenseite abgegeben wird) entsteht. Insbesondere kann eine solche Strömungssteuerungseinrichtung durch das Vorsehen eines Auslassventils zum Regulieren der Auslassströmungsrate des behandelten Wassers, das aus der Adsorptionszone abgegeben wird, oder dem zusätzlichen Vorsehen eines Auslassventils zum Regulieren der Auslassströmungsrate des Regenerierungsmittelabfalls, das zusammen mit dem Auslassventil für das behandelte Wasser eingesetzt werden kann, geschaffen werden. Dies sind jedoch lediglich nicht beschränkende Beispiele. Genauer gesägt, wenn die Höhendifferenz vom oberen Bereich der Adsorptionszone zum oberen Bereich der Regenerierungszone gleich oder kleiner als 1,5 m ist, dann kann das Verhältnis b/a der Variationsraten nicht größer als 1 festgelegt werden, indem der interne Druck in dem oberen Bereich der Adsorptionszone auf 0,5 Kgf/cm² oder mehr durch die Justierung des behandelten Auslassventils usw. festgelegt wird. Aus diesem Grund kann die Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls, der aus dem Regenerierungsmittelabfallauslass abgegeben wird, stabil durch die Steuerung des Regenerierungsmittelabfall- Auslassventils beibehalten werden, unabhängig von beispielsweise der Trübung des Speisewassers, einem Verstopfen des Kollektors, der sich im oberen Bereich der Adsorptionszone befindet, das durch Harzfeinpartikel hervorgerufen werden kann, oder der Änderung des internen Drucks aufgrund der Regulierung bezüglich des Öffnens oder Schließens des Strömungsratensteuerventils für die Wasserniveaujustierung innerhalb der Säule D. Somit kann ein stabiles Waschen des Harzes sichergestellt werden. Je höher der interne Druck im oberen Bereich der Adsorptionszone ist, desto kleiner ist die Variation in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls, der vom Regenerierungsmittel- Auslassventil abgegeben wird, was eine ausreichende Waschung des Harzes sicherstellt. Entsprechend ist das Verhältnis b/a der Variationsraten gleich zu oder geringer als 1 und weiter bevorzugt gleich zu oder geringer als 0,5.
In der Anionensäule (Säule A), die so konfiguriert ist, kann erwärmtes Waschwasser in den Bereich zwischen dem oberen Bereich der Adsorptionszone und dem unteren Bereich der Regenerierungszone zugeführt werden. Das Vorsehen der Zufuhreinrichtung für erwärmtes Waschwasser stellt nicht nur die Zunahme in der Entfernungseffizienz des Siliziumoxids sicher, das auf dem Anionenaustauschharz adsorbiert ist, sondern auch das Voranschreiten der Waschwirkung des Anionenaustauschharzes.
Das Verhältnis der Variationsraten (b/a), das größer als 1 ist, würde nachteilhafter Weise zu einer nicht ausreichenden Waschung des Harzes, zu einer Verdünnung des Regenerierungsmittels, zu einem Absenken der Wiedergewinnung des behandelten Wassers aus dem Speisewasser oder dazu, dass die Reinheit des behandelten Wassers verringert wird, führen.
Auf diese Weise hat die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die so konfiguriert ist, zum ersten Mal ermöglicht, dass die herkömmliche kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung, die eine einfache Konfiguration hat und spezielle thermisch regenerierbare Harze verwendet, als Vorrichtung verwendet wird, die die Verwendung von Ionenaustauschharzen ermöglicht, die chemisch regeneriert werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer kontinuierlichen Mehrfach(Zwei)bett- Ionenaustauschvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und
Fig. 2 stellt schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung zum Erzeugen von Weichwasser dar, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegenden Erfindung wird nun unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen davon darstellen.

Ausführungsform 1

Zunächst unter Verweis auf Fig. 1 ist dort eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung dieser Ausführungsform dargestellt, die ein Typ ist, der ähnlich der herkömmlichen Zweibett-Produktionseinheit für deionisiertes Wasser ist (mit einem Decarbonator), wobei Speisewasser von einem Speisewasserbehälter 1 durch eine Kationensäule 2, einen Decarbonator 3 und eine Anionensäule 4 in dieser Reihenfolge für die Behandlungen des Kationenaustausches, der Decarborierung und des Anionenaustausches jeweils geführt wird, um hochreines deionisiertes Wasser herzustellen, wobei das so erzeugte deionisierte Wasser in einem Behälter 5 für deionisiertes Wasser gespeichert wird. Die oben beschriebenen Kationensäule 2 und die Anionensäule 4 haben eine gemeinsame Struktur, außer dass sie mit unterschiedlichen Harzen gefüllt sind und dass in dieser Ausführungsform die Anionensäule 4 getrennt mit einer Zufuhreinrichtung für erwärmtes Waschwasser versehen ist.
Es wird die Struktur der Kationensäule 2 beschrieben. Die Kationensäule 2 umfasst einen länglichen Säulenkörper 201, der eine Höhe in der Größenordnung von einigen Metern hat, wobei das Innere der Säule mit einem Kationenaustauschharz gefüllt ist. Ein Speisewasser-Durchlasssystem umfasst einen Verteiler 211 und einen Kollektor 212, wobei ein Durchlasssystem für ein säurehaltiges Regenerierungsmittel (z.B. Chlorwasserstoffsäure) einen Verteiler 221 und einen Kollektor 222 umfasst. Innerhalb des Säulenkörpers sind in dieser Reihenfolge von unten eine Adsorptionszone 202, durch die das Speisewasser vom Verteiler 211 zum Kollektor 212 geführt wird, in der unteren Hälfte der Säule, eine Waschzone 303, durch die ein Teil des mit Ionenaustausch behandelten Wassers (deionisierten Wassers) von dem Wasserdurchlasssystemkollektor 212 zum Regenerierungsmitteldurchlasssystemverteiler 221 geführt wird, und eine Regenerierungszone 204, in der der Verteiler 221 des Regenerierungsmitteldurchlasssystems das säurehaltige Regenerierungsmittel dem Kollektor 222 zuführt, gebildet.
Durch eine Speisewasserzufuhrpumpe 101 wird Speisewasser von dem Speisewasserbehälter 1 über ein Wasserdurchlasssystemeinlassventil 102 zu dem Verteiler 211 für das Wasserdurchlasssystem geführt. Das Speisewasser wird dann einer Ionenaustauschbehandlung mit dem Kationenaustauschharz während des Durchgangs durch die Adsorptionszone 202 unterzogen, wobei der Hauptteil des behandelten Wassers zur Außenseite über den Kollektor 212 von einem Auslassventil 213 des Wasserdurchlasssystems abgegeben wird. Ein Strömungsraten-Steuerungsventil, das mit 214 bezeichnet ist, ist stromabwärts des Auslassventils 213 des Wasserdurchlasssystems angebracht, und dient dazu, die Strömungsrate des behandelten Wassers, das von der Kationensäule 2 abgeleitet wird, als Antwort auf die Niveau- Information zu regeln, die durch einen Niveausensor LS erfasst wird, wodurch das Wasserniveau in dem Decarbonator 3, der später beschrieben wird, gesteuert wird. Es ist anzumerken, dass der Durchlass des Speisewassers das Kationenaustauschharz innerhalb der Säule gegen den oberen Bereich der Säule insgesamt drückt, so dass ein Festharzbett in der Säule gebildet wird. Mit dem Durchlass des Speisewassers wird die Zone des Kationenaustauschharzes, die Verunreinigungsionen in der Adsorptionszone 202 adsorbiert, graduell nach oben bewegt.
Der Regenerierungsmitteldurchlasssystemverteiler 221 wird durch ein Einlassventil 223 mit einer Regenerierungsmittellösung, die durch konzentrierte Chlorwasserstoffsäure erzeugt wird, aus einem nicht gezeigten Regenerierungsmittelbehälter, und durch deionisiertes Wasser aus dem Behälter für deionisiertes Wasser 5 versorgt. Die Regenerierungsmittellösung, die so zugeführt wird, wird in Kontakt mit dem Kationenaustauschharz in der Regenerierungsmittelzone 204 gebracht, um das Harz zu regenerieren, wobei der säurehaltige Regenerierungsmittelabfall weg über den Kollektor 222 durch ein Auslassventil 224 abgeführt wird. Es ist für die Vorrichtung dieser Ausführungsform wesentlich, dass eine sichere Regenerierungsbehandlung (Wiedergewinnung der Ionenaustauschfähigkeit) mit einem Regenerierungsmittel sichergestellt wird und dass verhindert wird, dass sich das Regenerierungsmittel zur Adsorptionszone bewegt. Es wird daher aus einem praktischen Gesichtspunkt in bezug auf die Harzabsenkverfahrensschritte, die intermittierend wie später beschrieben durchgeführt werden, bevorzugt, hoch konzentrierte Chlorwasserstoffsäure als Regenerierungsmittel zur sicheren Regenerierung in der ersten Hälfte während der Dauer von einem Harzabsenken zum nächsten Harzabsenken zuzuführen und verdünnte Chlorwasserstoffsäure oder nur Waschwasser von der Waschzone ohne Zufuhr von Chlorwasserstoffsäure in der zweiten Hälfte zuzuführen. Eine solche Änderung in der Konzentration der Chlorwasserstoffsäure kann beispielsweise durch die Steuerung des Öffnens/Schließens (Drosselns) eines Ventils 501 durchgeführt werden (das mit 502 bezüglich der Anionensäule 4 bezeichnet ist), das in einem Wasserzufuhrsystem aus dem Wassertank 5 für deionisiertes Wasser vorgesehen ist.
In der Waschzone 203 strömt ein Teil des ionenaustauschbehandelten Wassers (säurehaltiges dekartionisiertes Wasser), das durch die Adsorptionszone 202 erhalten wird, nach oben als Waschwasser, um das Regenerierungsmittel in den regenerierten Harzen zu waschen und zu entfernen. Das Waschwasser strömt ferner nach oben und wird mit dem Regenerierungsmittel in der Regenerierungszone 204 gemischt. Das Waschwasser wird somit verwendet, um das einströmende Regenerierungsmittel zu verdünnen und der Regenerierungsmittelabfall wird dann durch das Regenerierungsmittelauslassventil 224 zur Außenseite der Säule abgeführt.
Das oben Beschriebene sind die Flüssigkeitsströmungen in dem Wasserdurchlasssystem und dem Regenerierungsmitteldurchlasssystem in der Kationensäule 2.
Als nächstes wird die Strömung (Bewegung) des Harzes in der Kationensäule beschrieben. Das Harz, das Verunreinigungsionen adsorbiert hat, wird aus dem Boden der Säule durch eine Harzrückzugleitung 231 zurückgezogen und durch eine Transferleitung 232 einem Messbehälter 233 zugeführt, der auf der Oberseite der Säule vorgesehen ist. Der Transfer des Harzes wird beendet, wenn der Messbehälter 233 voll von Harz wird. Der Transfer des Harzes wird durch den Wasserdruck des Speisewassers ausgeführt, das von dem Verteiler 211 eingeführt wird. Während des Harztransfers bleibt das Harz innerhalb der Säule fest gegen die Oberseite der Säule gepresst. Das durch den Messbehälter 233 abgemessene Harz wird zu einem Trichter 234 geführt und ist dann fertig zur Zufuhr durch ein im Normalzustand geschlossenes Harzzufuhrventil 235 in die Oberseite des Säulenkörpers 201. Hier sollte bemerkt werden, dass der Trichter 234 zum Entfernen von Harzfeinpartikeln oder zur Nachfüllung von neuem Harz verwendet werden kann.
In der so konfigurierten Kationensäule 2 wird beim Ablauf einer vorbestimmten Wasserdurchführzeit der Transfer des Harzes durch einen kurzzeitigen Harzabsenkverfahrensschritt durchgeführt, der unten beschrieben wird. Das heißt, das Einlassventil 102 wird geschlossen und ein Abführventil 241 wird temporär geöffnet, um partiell das Wasser innerhalb der Säule zur Außenseite abzugeben. Dies ermöglicht, dass das Harz innerhalb der Säule durch die Schwerkraft fällt, während das Harzzufuhrventil 235 gleichzeitig geöffnet wird, damit das Harz vom Trichter 234 zum oberen Bereich der Säule zugeführt werden kann. Danach kehren die Ventile in ihre jeweiligen normalen Zustände zurück, so dass der Durchgang von Wasser durch das Wasserdurchlasssystem wieder aufgenommen wird.
Auf diese Weise können die Betriebszustände des Durchführens von Wasser während einer vorbestimmten Zeit und des vorübergehenden Abfallenlassen des Harzes zyklisch in der Kationensäule 2 wiederholt werden, so dass der Durchlass von Wasser und die Regenerierung kontinuierlich innerhalb einer einzigen Säule durchgeführt werden können.
Das Verhältnis "b/a" in dieser Ausführungsform zwischen einer Rate "a" der Variation in der Auslassströmungsrate des Wasserdurchlasssystems und der Rate "b" der Variation in der Ablassströmungsrate des Regenerierungsmitteldurchlasssystems kann innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegen, d.h. b/a ≤ 1, indem die Öffnung des Wasserdurchlasssystemauslassventils 213 und des Regenerierungsmitteldurchlasssystem-Auslassventils 224 passend festgelegt werden.
Die Struktur der Anionensäule 4 wird nun beschrieben. Die Anionensäule 4 hat eine Grundstruktur, die identisch zu der der Kationensäule 2 ist, in der die Ionenaustauschbehandlung durch den Durchlass von Wasser und die Regenerierungsbehandlung des Harzes durch das Regenerierungsmittel innerhalb einer einzigen Säule durchgeführt werden können, so dass eine Einbett- Einsäulenstruktur geschaffen wird. Entsprechend werden aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung Strukturelemente der Anionensäule, die denen der Kationensäule entsprechen, durch Referenzziffern bezeichnet, die daraus entstehen, dass den Referenzziffern der entsprechenden Elemente der Kationensäule jeweils 200 zuaddiert wird. Die Beschreibung der gemeinsamen Elemente wird übergangen, und lediglich Elemente, die unterschiedlich sind, werden beschrieben.
Das Innere der Anionensäule 4 ist mit einem Anionenaustauschharz gefüllt und das säurehaltige decarbonierte Wasser, das aus dem Decarbonator 3 erhalten wird, wird über ein Einlassventil 302 einem Verteiler 411 zugeführt. Das Regenerierungsmitteldurchlasssystem wird ebenfalls über ein Einlassventil 423 mit einer Mischung einer Natronlauge (NaOH) aus einem Regenerierungsmittelbehälter (nicht gezeigt) und deionisiertem Wasser aus dem Behälter 5 für deionisiertes Wasser versorgt, wobei die Mischungslösung in der Regenerierungszone 404 in Kontakt mit dem Anionenaustauschharz zu dessen Regenerierung gebracht wird, wobei der alkalische Regenerierungsmittelabfall aus dem Kollektor 422 über ein Auslassventil 424 zur Außenseite der Säule abgegeben werden kann.
Um die Effizienz des Regenerierens des Anionenaustauschharzes voranzutreiben, wird in dieser Ausführungsform zusätzlich eine Zufuhreinrichtung für erwärmtes Waschwasser vorgesehen. Insbesondere ist ein Verteiler 451 für das System für erwärmtes Waschwasser zwischen einem Wasserdurchlasssystemkollektor 412 und einem Regenerierungsmitteldurchlasssystemverteiler 421 vorgesehen und wird über ein Einlassventil 452 mit durch Dampf erwärmtes Waschwasser versorgt. Durch das Vorsehen dieser Zufuhreinrichtung für erwärmtes Waschwasser kann die gesamte Menge des behandelten Wassers (deionisiertes Wasser) in der Adsorptionszone durch ein Auslassventil 413 in den Behälter 5 für deionisiertes Wasser zugeführt werden, ohne dass ein Teil des behandelten Wassers (deionisiertes Wasser) von der Adsorptionszone zur Waschzone abgeleitet wird. Ferner ist die Verwendung des deionisiertes Wassers als erwärmtes Waschwasser praktisch, da kein Verunreinigungsproblem auftritt, selbst wenn das Wasser von dem System für erwärmtes Waschwasser in den Kollektor 412 des Wasserdurchlasssystems strömt.
Ferner kann bei dieser Anionensäule das Verhältnis "b/a" zwischen einer Variationsrate "a" in der Auslassströmungsrate des Wasserdurchlasssystems und einer Variationsrate "b" in der Abgabeströmungsrate des Regenerierungsmitteldurchlasssystems innerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegen, d.h. b/a ≤ 1, indem die Öffnung des Wasserdurchlasssystem-Auslassventils 413 und des Regenerierungsmitteldurchlasssystem-Auslassventils 424 passend festgelegt werden.
Wenn auch das Harzabsacken in der Anionensäule und das Harzabsacken in der Kationensäule gleichzeitig durchgeführt werden können, wird es bevorzugt, diese Harzfälle zeitlich zu versetzen, im Hinblick auf die Vereinfachung der Wartung, wie die Regulierung der zu zirkulierenden Harzmengen, und im Hinblick auf das Sicherstellen eines optimalen und effizienten Betriebs als Antwort auf eine Variation in der Qualität des Speisewassers.
Der Decarbonator (Säule D) 3 kann von der gleichen Art sein, wie der, der für die herkömmliche kontinuierliche Zweibett- Ionenaustauschvorrichtung (mit einem Decarbonator) verwendet wird. Das Wasserniveau innerhalb eines Bodentanks des Decarbonators wird durch einen Niveauschalter (LS) erfasst, so dass die Strömungsrate von dem Wasserdurchlasssystem der Kationensäule 2 durch ein Strömungsratenregulierungsventil 214 reguliert werden kann.
Die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung, die die oben beschriebene Struktur hat, verringert den zur Installation benötigten Raum und die Anzahl der Säulen (Gefäße) und Ventile, und der Leitungen, und bildet eine Ausrüstung, die die einfache Betriebssteuerung und Verringerung der Produktionskosten für deionisiertes Wasser sicherstellt.

Ausführungsform 2 (nicht Teil der Erfindung)

Unter Verweis auf Fig. 2 ist eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung dieser Ausführungsform dargestellt, die mit einem Kationenaustauschharz beschickt ist, so dass sie als Weichwasserproduktionseinheit des Einbetttyps mit einer Säule dient. Diese Vorrichtung kann im wesentlichen die gleiche Struktur wie diejenige der Kationensäule 2 in Ausführungsform 1 umfassen. Daher sind gemeinsame Elemente durch die gleichen Referenzziffern bezeichnet und eine Beschreibung davon wird übergangen. Natriumchloridsäure wird als Regenerierungsmittel verwendet.
Gemäß dieser Ausführungsform ist eine kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung vorgesehen, die eine im wesentlichen kontinuierliche Zufuhr von Weichwasser ermöglicht, das beispielsweise als Niederdruckboilerwasser, Reinigungswasser oder Verfahrenswasser verwendet werden kann, wobei die Vorrichtung einen geringeren Platz zur Installation und eine verringerte Anzahl von Säulen (Gefäßen) und Ventilen und Leitungen ermöglicht und eine Ausrüstung darstellen kann, die eine einfache Betriebssteuerung sicherstellt und zur Verringerung der Produktionskosten des Weichwassers beiträgt.

Testbeispiel

Unter Verwendung der Vorrichtung der Ausführungsform 1 wurde ein Test zur Herstellung von deionisiertem Wasser unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.

Vorrichtungsdimensionen

Kationensäule: Gesamthöhe 4200 mm
Säulenkörper: 2400 mm · 200 dia
(Adsorptionszone: 1200 mm
Waschzone: 500 mm
Regenerierungszone: 300 mm)
Trichter: 15 Liter
Messbehälter: 2,5 Liter
Anionensäule: Gesamthöhe 4200 mm
Säulenkörper: 2400 mm · 200 dia
(Adsorptionszone: 1200 mm
Waschzone: 500 mm
Regenerierungszone: 300 mm)
Trichter: 15 Liter
Messbehälter: 2,5 Liter
Decarbonator: Höhe: 2500 mm, Durchmesser 250 mm (Bodentankkapazität: 500 Liter)

Ionenaustauschharze:

Kationenaustauschharz: Amberlite 200 85 l (hergestellt durch Rohm & Haas Company)
Anionenaustauschharz: Amberlite IRA-910 85 l (hergestellt durch Rohm & Haas Company)

Testbedingungen

Menge behandelten Wassers: 2,56 m³/h
Qualität des behandelten Wassers:
Total Kationen: 100 mg als CaCO&sub3;/l (Kationenlast: 5,1 eq/h)
Gesamt Anionen: 120 mg als CaCO&sub3;/l
Bicarbonationen: 26 mg als CaCO&sub3;/l
Freies Kohlenstoffdioxid: 10 mg als CaCO&sub3;/l
Siliziumoxid: 10 mg als CaCO&sub3;/l
Geladen Anionen 90 mg als CaCO&sub3;/l (Anionenlast: 4,6 eq/h)
Kationensäulenharzzirkulationsmenge: 6,4 l/h
Anionensäulenharzzirkulationsmenge: 6,0 l/h
Kationensäulenharz Fallhöhe: 8,0 cm
Anionensäulenharz Fallhöhe: 8,0 cm
Chlorwasserstoffsäurenverbrauch: 5, 7 eq/h (näherungsweise 560 ml - 25% HCl/h)
Regenerierungsniveau: 1,3 mal der stöchiometrische Wert
Natriumlaugenverbrauch: 6,0 eq/h (ungefähr 720 ml-25% NaOH/h)
Regenerierungsniveau: 1,3 mal den stöchiometrischen Wert
Verhältnis der Strömungsratenvariation in der Kationensäule:
b/a = 0,5
Verhältnis der Strömungsratenvariation in der Anionensäule:
b/a = 0,5

Testergebnis

Menge des erhaltenen deionisierten Wassers: 2,50 m³/h (Wiedergewinnung: 97,7%)
Qualität des erhaltenen Wassers: Leitfähigkeit 0,5 uS/cm Siliziumoxid 18 ug als SiO&sub2;
Wie es aus diesen Testergebnissen offensichtlich wird, kann die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung aus Ausführungsform 1 eine kontinuierliche Zweibett- Ionenaustauschvorrichtung (mit einem Decarbonator) bilden, die einen geringeren Installationsraum und eine kontinuierliche Zufuhr von deionisiertem Wasser mit höhrerer Qualität ermöglicht im Vergleich zu herkömmlichen kontinuierlichen Zweibett-Ionenaustauschvorrichtungen (mit einem Decarbonator), die getrennte Regenerierungs- und Waschsäulen usw. benötigen.
Wie es oben beschrieben wurde, bringt die kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen mit sich:
[1] Verwendung eines Kationen- oder eines Anionenaustauschharzes, das durch Säure oder Alkali regeneriert werden kann, führt dazu, dass sowohl die Ionenaustauschbehandlung als auch die Regenerierungsbehandlung in einer einzigen Säule durchgeführt werden können. Entsprechend besteht kein Bedarf zum Vorsehen von herkömmlichen getrennten Regenerierungs- und Waschsäulen, was zu einer Verringerung des Installationsraums und einer geringeren Menge an Leitungen und Ventilen führt, was die Betriebssteuerung vereinfacht.
[2] Bei der herkömmlichen kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung wurde typischerweise die Regenerierungsmitteldurchfuhrrate (lineare Geschwindigkeit) auf 10 m/h festgelegt, um die Harzschicht im oberen Bereich der Regenerierungssäule zur effizienten Regenerierung festzulegen, und die Regenerierungssäule wurde auf 500 cm oder größer festgelegt, um eine passende Kontaktzeit zwischen dem Harz und dem Regenerierungsmittel sicherzustellen. Bei der kontinuierlichen Ionenaustauschvorrichtung der vorliegenden Erfindung drückt der Durchgang des Speisewassers durch das Innere der Säule, die eine Ionenaustauschbehandlung durchführt, das Harz in Richtung auf den oberen Bereich der Säule, so dass ein Festbett geformt wird, wobei die Höhe der Regenerierungszone, die benötigt wird, nur bestimmt werden muss, um die passende Zeit sicherzustellen, während derer das Regenerierungsmittel in Kontakt mit dem Harz kommt. Als Folge kann die Säulenhöhe auf etwa ³/&sub4; bis ¹/&sub2; (unter 1/10 in der Regenerierungszone) im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung verringert werden und der Installationsraum kann in großem Maß verkleinert werden.
[3] Das behandelte Wasser, das durch die Adsorptionszone mit einer einzigen Säule gelangt ist, wird in der gleichen Säule als Waschwasser verwendet, wodurch die Notwendigkeit des Vorsehens eines Waschwasserzufuhrsystems eliminiert wird, das für die herkömmliche Waschsäule unerlässlich war. Folglich kann die Höhe der Säule im Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung verringert werden und die Anzahl der Komponenten, wie Leitungen und Ventile, können in großem Maß verringert werden.
[4] Die obenstehenden Punkte 1 bis 3 verringern nicht nur die Installationskosten, sondern auch die Betriebskosten aufgrund der geringeren Anzahl von zu kontrollierenden Ventilen, wodurch somit eine Verringerung der Behandlungs- und Produktionskosten ermöglicht wird.
[5] Ein kürzerer Transferweg der Ionenaustauschharze, eine verringerte Frequenz des Harztransfers und eine verringerte Anzahl von Ventilen, durch die das Ionenaustauschharze während des Transfers gelangen, tragen zur Minimierung von Abnützungsverlusten der Ionenaustauschharze bei und zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Harze und daher zur effektiven Verwendung der Rohstoffe und Verringerung der Abfallmaterialien.
[6] Die Variation des Wasch- und Regenerierungsströmungsverhältnisses aufgrund einer Druckänderung innerhalb der Säule kann verkleinert werden, so dass eine stabile und sichere chemische Regenerierungsbehandlung unter Verwendung von Säure und Alkali sichergestellt werden kann.
[7] Der oben beschriebene Punkt [6] wird zum effektiven Verhindern einer Ausströmung des Regenerierungsmittels in Richtung auf die Seite des behandelten Wassers (Adsorptionszone), wodurch eine stabile und hohe Qualität des behandelten Wassers sichergestellt wird.

Claims

1. Kontinuierliche Mehrfachbettionen-Austauschvorrichtung, umfassend eine Kationensäule, die mit einem Kationenaustauschharz zur Kationenaustauschbehandlung von Speisewasser gefüllt ist, einen Dekarbonator, zum Entfernen von Kohlensäure, die in dem behandelten Wasser enthalten ist, das der Kationenaustauschbehandlung unterzogen wurde, und eine Anionensäule, die mit Anionenaustauschharz zum Behandeln von säurehaltigem decarboniertem Wasser aus dem Decarbonator gefüllt ist,

wobei die Kationensäule umfasst:

eine Adsorptionszone, eine Waschzone, und eine Regenerationszone, die sequentiell jeweils von dem Boden der Säule in Richtung auf deren Oberseite eingeteilt sind, die mit dem Kationenaustauschharz gefüllt sind,

eine Wasserflussdurchlasseinrichtung zum Zuführen von Speisewasser durch den Boden der Adsorptionszone und zum Abgeben von behandeltem, der Kationenaustauschbehandlung unterzogenem Wasser, durch die Oberseite der Adsorptionszone, wobei der Zufuhrdruck des Speisewassers einen Teil des behandelten Wassers, das der Kationenaustauschbehandlung unterzogen wurde, nach oben in die Waschzone drückt,

eine erste Regenerierungsmittel-Durchlasseinrichtung, die die Zufuhr des Kationenharzregenerierungsmittels durch den Boden der Regenerierungszone und die Abgabe von Regenerierungsmittelabfall durch die Oberseite der Regenerierungszone ermöglicht,

eine erste Harztransfereinrichtung, die das Zurückziehen eines Teils des Kationenharzes durch den Boden der Säule ermöglicht und die Zufuhr davon zur Oberseite der Säule; und

eine erste Strömungsratensteuereinrichtung, die ein Verhältnis b/a gleich zu oder weniger als 1 sicherstellt,

wobei "a" eine Variationsrate in der Strömungsrate des behandelten Wassers ist, das der Kationenaustauschbehandlung unterworfen wurde, das von der Oberseite der Adsorptionszone in der Kationensäule abgegeben werden soll, und "b" eine Variationsrate in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls ist, der von der Oberseite der Regenerierungszone in der Kationensäule abgegben werden soll;

wobei die Anionensäule umfasst:

eine Adsorptionszone, eine Waschzone und eine Regenerierungszone, die sequentiell jeweils von dem Boden der Säule in Richtung auf deren Oberseite unterteilt sind, die mit dem Anionenaustauschharz gefüllt sind,

eine zweite Wasserdurchlasseinrichtung, die die Zufuhr des säurehaltigen dekarbonierten Wassers und den Ablass des deionisierten Wassers ermöglicht, das durch die Anionenaustauschbehandlung von der Oberseite der Absorptionszone erhalten wurde, wobei der Zufuhrdruck des behandelten Wassers einen Teil des behandelten Wassers, das der Anionenaustauschbehandlung unterworfen wurde, zur Strömung in die Waschzone nach oben drückt,

eine zweite Regenerierungsmittel-Durchlasseinrichtung, die die Zufuhr eines Anionenharz-Regenerierungsmittels vom Boden der Regenerierungszone und den Auslass des Regenerierungsmittelabfalls von der Oberseite der Regenerierungszone ermöglicht,

eine zweite Harztransfereinrichtung, die das Zurückziehen eines Teils des Anionenaustauschharzes durch den Boden der Säule und die Zufuhr davon zur Oberseite der Säule ermöglicht; und

eine zweite Strömungsratensteuereinrichtung, die ein Verhältnis b/a gleich zu oder geringer als 1 sicherstellt,

wobei "a" eine Variationsrate in der Strömungsrate des deionisierten Wassers ist, das der Anionenaustauschbehandlung unterworfen wurde, das von der Oberseite der Adsorptionszone in der Anionensäule abgegeben werden soll, und "b" eine Variationsrate in der Strömungsrate des Regenerierungsmittelabfalls ist, der von der Oberseite der Regenerierungszone in der Anionensäule abgegeben werden soll;

wobei sowohl die Kationensäule als auch die Anionensäule einen Einlass für Speisewasser und einen Auslass für behandeltes Wasser umfassen, wobei der Auslass für behandeltes Wasser auf der Kationensäule mit dem Dekarbonator verbunden ist und der Dekarbonator mit dem Einlass für Speisewasser auf der Anionensäule verbunden ist.

2. Kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

die erste Harztransfereinrichtung besteht aus:

einer ersten Transfereinrichtung, die das Zurückziehen eines Teils des Kationenaustauschharzes aus dem Boden der Säule und dessen Transfer zu einem ersten Messbehälter ermöglicht, der auf der Oberseite der Kationensäule vorgesehen ist; und

eine erste Harzzufuhreinrichtung zum Zuführen des Kationenaustauschharzes innerhalb des ersten Messbehälters zur Oberseite der Kationensäule.

3. Kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung nach Anspruch 2, wobei

die zweite Harztransfereinrichtung aus einer zweiten Transfereinrichtung besteht, die das Zurückziehen eines Teils des Anionenaustauschharzes aus dem Boden der Säule und dessen Transfer zu einem zweiten Messbehälter ermöglicht, der auf der Oberseite der Anionensäule angebracht ist; und

eine zweite Harzzufuhreinrichtung zum Zuführen des Anionenaustauschharzes innerhalb des zweiten Messbehälters zur Oberseite der Anionensäule.

4. Kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

die erste Strömungsratensteuereinrichtung eine Strömungsratenreguliereinrichtung zum Regulieren der Strömungsrate des behandelten Wassers umfasst, das der Kationenaustauschbehandlung unterzogen wurde, das von der Kationensäule zu dem Dekarbonator zugeführt werden soll, zum Regulieren des Niveaus von Wasser in dem Decarbonator.

5. Kontinuierliche Ionenaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine beheizte Waschwasserzufuhreinrichtung zum Zuführen von erwärmtem Waschwasser in die Waschzone der Anionensäule.