DE69514651T2

DE69514651T2 - Verfahren zur demineralisierung einer flüssigkeit, die lösungen von organischen substanzen und salzen enthält

Info

Publication number: DE69514651T2
Application number: DE69514651T
Authority: DE
Inventors: Roland Noel
Original assignee: INGENIERIE ET DE RECH VIDAUBAN
Current assignee: Eurodia Industrie SA
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2015-05-10
Also published as: US5851372A; ATE188891T1; AU2618595A; JPH09512743A; DE69514651D1; EP0758922B1; DK0758922T3; FI964426A; EP0758922A1; WO1995030482A1; FR2719505B1; FI964426A0; NZ287458A; AU697252B2; CA2189681A1; FR2719505A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Demineralisation einer Flüssigkeit, die organische Stoffe in gelöster Form enthält.
In vielen Bereichen der Lebensmittelindustrie gibt es flüssige Stoffe oder Abwässer, die Mineralsalze und organische Stoffe, wie z. B. Proteine, Zucker, organische Säuren und deren Salze, Aminosäuren etc. in gelöster Form enthalten.
Die organischen Stoffe bilden die verwertbare Fraktion dieser Flüssigkeiten, wohingegen die Mineralsalze die störende Fraktion darstellen, die entfernt werden soll.
Die Extraktion dieser Salze, auch Demineralisation genannt, bereitet keine Schwierigkeiten was die Verfahrensprinzipien und die Laboreinrichtungen betrifft. Dagegen müssen aber die industriellen Einrichtungen, die von diesen Verfahrensprinzipien Gebrauch machen, zudem den Anforderungen wirtschaftlicher Art gerecht werden und auf äußere Zwänge reagieren, wie z. B. die Achtung der Umwelt und die Einhaltung der entsprechenden Vorschriften zur Umweltverschmutzung.
Unter den bekannten Verfahren zur Demineralisation solcher Flüssigkeiten werden die Verwendung von Ionenaustauschharzen (kationische oder anionische), das Ausfällen (durch Wärme, durch Alkalisierung...), die Unlösbarmachung (beispielsweise der Proteine und der Laktose mit Methylalkohol), die Dialyse, die Elektrodialyse, die Filtration durch zu diesem Zweck vorgesehene Membranen, welche die physikalischen und osmotischen Gleichgewichte ins Spiel bringen, etc. angeführt.
Ein industrielles Verfahren macht notwendigerweise von mehreren dieser Verfahren mit ihren Vor- und Nachteilen Gebrauch, welche die Auswahlfaktoren sind, gemäß denen man diesen oder jenen Aspekt der Herstellung auf Kosten dieses oder jenes anderen Aspektes bevorzugen möchte, um in jedem Fall ein bestimmtes wirtschaftliches Ergebnis zu erzielen.
Um dies zu verdeutlichen, wird beispielsweise angeführt, daß durch das Verfahren des Austauschens von Ionen auf Harzen zwar eine sehr gründliche Demineralisation erreicht werden kann, jedoch mit äußerst umweltverschmutzenden Aus stößen, nicht unerheblichen organischen Abfällen und einem hohen Verbrauch an Chemikalien und Wasser.
Die Elektrodialyse einer organische Stoffe enthaltenden Flüssigkeit ermöglicht nur eine teilweise Demineralisation und diese hauptsächlich nur von einwertigen Salzen, was zahlreiche Nachteile mit sich bringt, wenn die zu behandelnde Flüssigkeit Erdalkali (Kalzium, Magnesium, ...) aufweist. Denn diese sind mit den organischen Stoffen verbunden und bilden für die Membranen einen Verunreinigungsfaktor, der, gemeinsam mit der Tatsache, daß sich die Anzahl der elektrischen Ladungen durch die Demineralisation verringert, den elektrischen Widerstand des Systems und folglich den Energieverbrauch erhöht. Ferner hat dieses Verfahren einen hohen Wasserverbrauch und erfordert das Durchführen häufiger Reinigungen. Jede Reinigung macht das Ausspülen des Produktes mit Wasser erforderlich, was zu einem Verdünnen und zu Verlusten des behandelten Produktes führt. Ferner erfordert sie in bestimmten Fällen zum Reinigen der Membranen ein Durchführen hydraulischer und elektrischer Umkehrungen.
Die zum Ausführen dieser Zyklusabfolgen aus Demineralisation und Reinigung notwendige Anlage wird durch zahlreiche Ventile, Pumpen und Rohrleitungen kompliziert.
Bei der Filtration, und insbesondere der Nanofiltration, werden spezifische Membranen eingesetzt, die vor allem gegenüber einwertigen Ionen wirksam sind. Aufgrund der osmotischen Gleichgewichte ist ferner die durch dieses einfache Verfahren durchgeführte Demineralisation auf 30 bis 35% der Salze beschränkt, die ursprünglich in der zu behandelnden Flüssigkeit vorhanden sind.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Demineralisation einer Flüssigkeit, die organische Stoffe und Mineralsalze gelöst enthält, umfassend die folgenden im Oberbegriff des Anspruchs 1 festgelegten Schritte:
- Perkolieren der Flüssigkeit durch ein starkes Kationenaustauschharz,
- Durchleiten der Flüssigkeit, die aus dem vorhergehenden Schritt stammt, einerseits und einer Salzlösung zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit stammenden Ionen andererseits durch mindestens einen sogenannten Zwei-Kammer-Elek trodialysator, umfassend eine Vielzahl anionischer Membranen und eine Vielzahl dazwischen angeordneter kationischer Membranen, und
- Regenerieren des Ionenaustauschharzes durch die Salzlösung.
Die Flüssigkeit, die durch das Harz perkoliert, das mit einwertigen Ionen, wie z. B. Na&spplus; oder K&spplus; geladen ist, tauscht ihre zweiwertigen Kationen gegen diese einwertigen Ionen aus, so daß das Produkt am Auslaß der Ionenaustauschharzsäule eine Flüssigkeit ist, die von ihren zweiwertigen Kationen, wie z. B. Ca&spplus;&spplus; oder Mg&spplus;&spplus; nahezu befreit ist. Es handelt sich bei ihr um eine "enthärtete" Flüssigkeit, wie auch Wasser enthärtet wird, d. h. gemäß einem ähnlichen Verfahren von seinem Kalzium befreit wird.
Dieses Fehlen von Erdalkali-Ionen führt zu einer viel besseren Funktionsweise des Elektrodialysators, in den die "enthärtete" Flüssigkeit eindringt. Denn, da sie nur einwertige Ionen enthält, wird die Demineralisation viel leichter und schneller ausgeführt. Man stellt keinen Niederschlag mehr auf den Membranen und daher keine Verunreinigung dieser fest. Es ist nicht mehr erforderlich, häufige hydraulische und elektrische Umkehrungen durchzuführen, um die Reinigung der Elektrodialysezellen durchzuführen. Die Ausspülungen mit Wasser werden nur für ein paar Reinigungen durchgeführt (ihre Häufigkeit ist 15 bis 20 mal niedriger als die der Umkehrungen in üblicherweise verwendeten Elektrodialysatoren bei Vorhandensein zweiwertiger Salze in organischer Umgebung). Folglich hat man weniger Verdünnung, weniger Produktverluste und einen niedrigeren Wasserverbrauch (vgl. das Dokument New Zealand Journal of Dairy Science and Technology, 16. 167-178 (1981).
Darüber hinaus, und dies ist äußerst günstig, kann die Salzlösung, die nur noch einwertige Ionen enthält, zehn bis fünfzehn mal stärker konzentriert werden als eine Salzlösung mit zweiwertigen Ionen, die bei steigender Konzentration unerfreulicherweise dazu neigen, sich schnell niederzuschlagen.
Die Salzlösung, die in dem Elektrodialysator zirkuliert, kann zur Regeneration des Ionenaustauschharzes dienen (vgl. Dokument US-A-3 637 480). Jedoch muß diese Salzlösung, um wirksam zu sein, eine Lösung mit viel höherer Salzkonzentration sein, und kann keine Salzlösung gemäß diesem Dokument sein. Diese Konzentration macht das Betreiben des Elektrodialysators bei einem industriellen Einsatz schwierig und unzureichend verläßlich, wenn eine Flüssigkeit behandelt wird, deren Salzkonzentration in der Größenordnung von 5 bis 6 g/l liegt.
Man hat daher zwei industrielle Möglichkeiten vorgeschlagen, um dieses schwierige Problem zumindest heutzutage zu lösen.
Die erste Möglichkeit besteht darin, gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, diese Vorkonzentration des Produktes durchzuführen (Extraktion des Wassers in einer Menge von 2/3 oder 3/4 des anfänglichen Wasservolumens), welche die Salzkonzentration des durch Elektrodialyse behandelten Produktes auf ungefähr 25g/l erhöht. Es ist dann innerhalb der für die Anlage ausreichenden Sicherheitsbedingungen möglich, eine erste Phase der Elektrodialyse mit einer Salzlösung mit einer Konzentration von 90 oder 100 g/l durchzuführen. Während dieser ersten Phase wächst das Volumen der stark konzentrierten Salzlösung aufgrund des Ionenübergangs und des Angleichens ihres Salzgehaltes durch Zugabe einer Salzlösung mit einer Konzentration von 35 g/l. Der überschüssige Teil der Salzlösung wird in einem Behälter gespeichert und dient zur Regeneration des starken Kationenharzes.
Der Salzgehalt des behandelten Produktes nimmt demnach ab, was den Unterschied zu dem Salzgehalt der Salzlösung vergrößert, und wiederum zu einem schwierigeren Betreiben des Elektrodialysators und einer fallenden faradischen Ausbeute führt. Man entschließt sich also, die Salzkonzentration der Salzlösung durch Zufügen von Wasser zu senken, um sie dann auf einer Konzentration von beispielsweise ungefähr 35-40 g/l zu halten, während der Salzgehalt der Flüssigkeit im Laufe der Behandlung 2,5 g/l erreichen kann. Der Zeitpunkt, zu dem diese Konzentrationsveränderung durchgeführt wird, wird in Abhängigkeit von dem Wert der ständig überwachten Funktionsparameter des Elektrodialysators gewählt.
Wenn die Demineralisation den gewünschten Grenzwert erreicht hat, wird die Behandlung gestoppt, und die Salzlösung mit 35-40 g Salz pro Liter bildet die Ausgangssalzlösung für die Behandlung der nachfolgenden Menge.
Eine zweite Möglichkeit ist insbesondere dann in Betracht zu ziehen, wenn eine Vorkonzentration der zu behandelnden Flüssigkeit nicht wünschenswert ist. Sie wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 ausgeführt. In diesem Fall wird die Salzkonzentration der Salzlösung auf einen solchen Wert (35-40 g/l) eingestellt, der eine optimale Funktionsweise des Elektrodialysators unter Berücksichtigung des Salzgehaltes der zu behandelnden Flüssigkeit (beispielsweise 5 bis 6 g/l für ein Lactoserum) ermöglicht. Gleichzeitig führt man in einem weiteren Elektrodialysator oder in einem Teil der Kammern des vorstehend genannten eine Demineralisation dieser Salzlösung zugunsten einer weiteren Salzlösung durch, die auf eine Konzentration von ungefähr 100 g/l angehoben wird.
Diese konzentrierte Salzlösung besitzt aufgrund ihres erhöhten Konzentrationsgrades (zwischen 80-140 Gramm pro Liter) mindestens einen zusätzlichen Vorteil. Denn es handelt sich bei ihr um eine Lösung, die reich an Kationen Na&spplus; K&spplus; ist und ohne eine weitere Behandlung als Regenerationsmittel für das starke Kationenharz eingesetzt werden kann. Dann werden die zweiwertigen durch das Harz zurückgehaltenen Ionen (Kalzium, Magnesium...) durch die einwertigen Ionen (Natrium, Kalium) der Salzlösung vertrieben. Es versteht sich, daß nur die aus der behandelten Flüssigkeit extrahierten Salze abgestoßen werden, im Unterschied zu anderen Verfahren, bei denen (beispielsweise während einer Regeneration mit Hydrochlorsäure und Natriumkarbonat) von dem Regenerierungsmittel stammende Salze ausgestoßen werden, die zu den extrahierten Salzen hinzukommen.
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten herkömmlichen Verfahren dadurch, daß es kein Wasser und kein Reagens erfordert, was eine beträchtliche Einsparquelle darstellt, und durch eine deutlich bessere Qualität des erhaltenen Produktes im Vergleich zu der des Produktes, das derzeit bekannt ist.
Das aus dem Elektrodialysator austretende Produkt ist von ungefähr 90 bis 95% seiner Mineralsalze befreit und vorkonzentriert, und dies verglichen mit den bekannten Verfahren zu einem deutlich niedrigeren Preis für die gleichen Leistungen.
Um diese Demineralisation zu vollenden, insbesondere wenn diese ohne Vorkonzentration vor der Elektrodialyse ausgeführt wird, ist es möglich, das Produkt mittels eines zusätzlichen Schrittes der Nanofiltration zu behandeln, was aufgrund des vorherigen Entfernens von zweiwertigen Ionen durch das Harz möglich ist. Das Permeat besteht aus Wasser, das mit einwertigen, noch in dem Produkt vorhandenen Ionen geladen ist. Die Wassermenge, die man in dieser Phase extra hieren kann, ist so, daß das Produkt, das aus den Nanofiltern austritt, auf ungefähr 220 Gramm Trockenmasse pro Liter konzentriert ist, und dies ohne besondere Schwierigkeiten.
Das mit diesen einwertigen Ionen geladene Wasser, das aus dem Schritt der Nanofiltration stammt, kann vorteilhafterweise als Spülwasser zum Reinigen der Harzsäule verwendet und in den Elektrodialysator eingeführt werden, in dem man gleichzeitig eine Umkehrung der Richtung des elektrischen Stroms durchführt. Man kann auf diese Weise die Membranen von organischen Verunreinigungen befreien, die ohne Reinigung im Laufe von 15 bis 20 Funktionszyklen zurückgehalten werden konnten. Hier wird der Verbrauch zur Reinigung notwendiger Produkte noch weiter stark reduziert. Ebenso kann dieses Wasser das Ausgangsmaterial für die Salzlösung bilden.
Schließlich kann man bei einer Ausführungsvariante am Anfang des Verfahrens an Stelle der Säule aus Kationenharz eine Säule mit einer Mischung aus starken kationischen und anionischen Harzen einsetzen. Der Vorteil eines solchen Vorgehens liegt in der Möglichkeit, eine Fraktion organischer Anionen im ersten Stadium der Behandlung zu entfernen, indem man sie durch mineralische Anionen ersetzt. Man verringert auf diese Weise das Vorhandensein von Phosphaten und Sulfaten, die eine Behinderung für die nachfolgenden Phasen der Elektrodialyse und der Nanofiltration darstellen. Dennoch hat eine solche Vorgehensweise einen kleinen Nachteil: es bilden sich Sulfat- und Phosphatniederschläge innerhalb des Harzes. Eine zulässige Lösung zum Entfernen dieser Niederschläge während der Regeneration liegt in einer leichten Säuerung der Salzlösung oder der Reinigungsflüssigkeit, um diese Niederschläge aufzulösen.
Weitere Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wird. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zum Durchführen der unterschiedlichen Phasen des Verfahrens der Erfindung bei einem Ausführungsbeispiel mit Vorkonzentration, und
Fig. 2 eine Einrichtung ohne Vorkonzentration vor der Elektrodialyse.
Zur Verdeutlichung hat man als Beispiel für eine zu demineralisierende Flüssigkeit ein Lactoserum gewählt, das von einer Milch stammt, aus der man das Kasein extrahiert hat.
Eine Säule 1 aus starkem Kationenharz hat am Einlaß eine Zuführungsleitung 2 für zu demineralisierendes Lactoserum, eine Zuführungsleitung 3 für Regenerierungsmittel und eine Zuführungsleitung 4 für Spülflüssigkeit, zusammen mit ihren jeweiligen Ventilvorrichtungen zum wahlweisen Zugeben dieser Produkte. Der Auslaß 5 dieser Säule wird entweder bei 6 für eine Ableitung umgeleitet oder in eine Vorkonzentriervorrichtung 7 (beispielsweise durch Verdampfung) gegeben. Am Auslaß dieser Konzentriervorrichtung 7 wird das Lactoserum in einen Kreislauf 13 gegeben, der einen sogenannten Zwei-Kammer-Elektrodialysator 8 umfaßt, dessen Zellen 9 auf eine an sich bekannte Weise von einer kationischen Membran C und einer anionischen Membran A begrenzt sind. Hierzu wird angemerkt, daß die Membranen spezifisch für einwertige Ionen sind, und daß die oberen Membranen (die, die den Elektrolyt, der die oberen Elektroden umgibt, von angrenzenden Zellen trennt) aus einem Material sind, das unter dem Handelsnamen NAFION bekannt ist.
Jede dieser Zellen 9 ist mit einer Sammelleitung 10 verbunden, die den Elektrodialysator 8 mit einem Behälter 11 verbindet, von dem eine Rohrleitung 12 eine geschlossene Ringzirkulation des Lactoserums zwischen dem Behälter 11 und dem Elektrodialysator 8 ermöglicht, und so den Kreislauf 13 bildet, der einen Auslaß 14 besitzt.
Die Zellen 18 des Elektrodialysators 8, die an die von dem Lactoserum durchlaufenen Zellen 9 angrenzen, werden von einer konzentrierten Lösung (der Salzlösung) durchlaufen, die in einer Schleife 19 zirkuliert, die einen Behälter 20 umfaßt, aus dem durch eine Leitung 21 - beispielsweise wegen Überfüllung - Salzsäure extrahiert werden kann, die nach Speicherung in einem Behälter 22 dazu bestimmt ist, dem Regenerationseinlaß 3 der Harzsäule zugeführt zu werden. Eine Zuleitung 15 ist für die Schleife 19 entweder für Wasser oder für eine Salzlösung mit niedriger Konzentration vorgesehen.
Schließlich hat man in der Fig. 1 einen elektrischen Kippschalter 23 dargestellt, der eine Vorrichtung für die Versorgungsspannung des Elektrodialysators 8 symbolisiert.
Das Vorhandensein von Ionenaustauschharzen erfordert einen chargenweisen Funktionsablauf der ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. die Flüssigkeit wird in Fraktionen mit vorgegebenem Volumen behandelt. Zwischen zwei "Chargen" wird ein Regenerationszyklus des Harzes durchgeführt und in regelmäßigen Abständen (beispielsweise alle 10 bis 12 Stunden) wird eine vollständige Reinigung der Einrichtung durchgeführt. Wie an sich bekannt, umfaßt eine industrielle Einrichtung mindestens zwei parallele Kreisläufe, wie sie schematisch in der Figur dargestellt sind, so daß ein Kreislauf die Behandlung der Flüssigkeit durchführt, während der andere in der Regenerations- oder Reinigungsphase ist.
In der Fig. 1 sind nicht alle Mittel dargestellt, die den Vorschub der Produkte in der Einrichtung gewährleisten, noch alle zu seinem Betrieb erforderlichen Ventile oder Organe, die auf dem Gebiet üblicherweise eingesetzt werden.
Zu Beginn eines Behandlungszyklus ist das starke Kationenharz 1 mit einwertigen Kationen geladen, die hauptsächlich aus Natrium und Kalium gebildet sind. Während seiner Perkolation durch dieses Harz tauscht das durch den Einlaß 2 zugegebene Lactoserum seine zweiwertigen Ionen, hauptsächlich Kalzium und Magnesium, gegen einwertige Ionen aus. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß das Einfangen eines zweiwertigen Ions durch das Harz dem Lactoserum zwei einwertige Ionen bringt, so daß am Auslaß der Säule, die Beschaffenheit der in dem Lactoserum enthaltenen elektrischen Ladungen anders ist, da sie vollkommen in Lösung sind und daher dem Lactoserum eine bessere Leitfähigkeit verleihen, im Gegensatz zu Ionen Ca&spplus;&spplus;, die teilweise mit dem organischen Stoff verbunden sind. Diese Anordnung ist besonders günstig für die gute Funktionsweise des Elektrodialysators 8, in den das Lactoserum eingeführt wird.
In der Konzentriervorrichtung 7 wird das Lactoserum einer Vorkonzentration unterzogen (bei der es zwischen 2/3 und 3/4 seines Wassers verliert) und verläßt diese mit einer Temperatur zwischen 30 und 40ºC, und vorzugsweise 36ºC.
Dann wird das Lactoserum in die Schleife 13 geleitet, während eine Salzlösung mit einer Konzentration von ungefähr 35 g/l in die Schleife 19 geleitet wird. Die Demineralisation des Lactoserums erfolgt zugunsten der Salzlösung, deren Salzgehalt schnell auf 100 g/l steigt. Bei diesem Wert, der mittels Leitfähigkeitsmes sung bestimmt wird, wird sie durch Zugabe einer Salzlösung mit einer Konzentration von 35 g/l mittels der Zuführung 15 reguliert. Der überschüssige Teil der Salzlösung wird aus der Schleife 19 extrahiert und in einem Behälter 22 für die Regeneration des Harzes 1 gespeichert.
Der Mineralgehalt des vorkonzentrierten Lactoserums nimmt beispielsweise von 23 g oder 24 g/l bis auf 12 g/l ab. Zu diesem Zeitpunkt stellt man fest, daß die Qualität des Stromflusses und die faradische Ausbeute so sehr herabgesetzt werden, daß man die Salzkonzentration der Salzlösung ändern muß. Durch Zugeben von Wasser 15 fällt dieser Wert auf 35-40 g/l ab und wird auf diesem Wert gehalten, bis man die gewünschte Demineralisation des vorkonzentrierten Lactoserums erreicht hat. Der überschüssige Teil der Salzlösung wird ebenfalls gespeichert. Dann wird das Produkt durch den Auslaß 14 aus der Schleife 13 extrahiert.
Anschließend fährt man mit der Behandlung einer neuen Charge an vorkonzentriertem Lactoserum mit dieser Salzlösung mit 35-40 g/l an Salzen in der Schleife 19 fort, deren Wert schnell 100 g/l erreicht, wo sie, wie weiter oben beschrieben, stabilisiert wird, wobei der überschüssige Teil in dem Behälter 22 gesammelt wird. Die Salzlösung mit einer Konzentration von 35 g/l dient ebenso, wie oben erwähnt, zum Regulieren der Salzlösung mit einer Konzentration von 100 g/l.
Dieser Konzentrationsgrad ist aus mehreren Gründen interessant, da die Lösung einerseits eine Salzlösung darstellt, die genügend reich an Kationen, Natrium und Kalium ist, um unverändert als Regenerationsmittel der Harzsäule 1 verwendet zu werden, und andererseits stellt sie aufgrund der osmotischen Gleichgewichte ein Mittel zum Extrahieren einer Fraktion des Wassers dar, das in dem Lactoserum enthalten ist, das in den Zellen 9 zirkuliert. Die Salzlösung wird daher ständig vom Elektrodialysator erzeugt, dessen Funktionsweise während dieser ersten Phase der Elektrodialyse kein Wasser verbraucht.
Der Elektrodialysator 8 kann entweder chargenweise oder kontinuierlich arbeiten. In dem letzteren Fall wird er mittels mehrerer, paralleler, übereinander angeordneter Harzsäulen versorgt, die mit ihm nacheinander verbunden sind, wobei das Produkt, das in einer Schleife durch den Elektrodialysator zirkuliert, kontinuierlich aus diesem abgezogen wird.
In der Fig. 2 hat man das Schema einer Einrichtungsvariante der Fig. 1 dargestellt, die insbesondere an den Fall angepaßt ist, bei dem eine Vorkonzentrierung des Lactoserums nicht möglich oder nicht erwünscht ist. Das Lactoserum enthält dann üblicherweise 5 bis 6 g Salz pro Liter. Bereits beschriebene Elemente haben in dieser Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen.
Das aus der Säule 1 abgegebene Lactoserum zirkuliert in der Schleife 13. Die Schleife 19 mit einer Salzlösung mit einer Konzentration von 35-40 Gramm Salz pro Liter umfaßt die beschriebenen Zellen 18 und Zellen 18A in dem gleichen Elektrodialysator 8 oder in einem anderen Elektrodialysator, die für diese Salzlösung Extraktionszellen zum Extrahieren des Salzes in Richtung der angrenzenden Zellen 9A darstellen, die von einer anderen Salzlösung mit einem höheren Salzgehalt (100 g/l) durchlaufen werden. Diese Salzlösung zirkuliert in einer geschlossenen Schleife 19A durch einen Behälter 20A zur Regulierung dieses Gehaltes und ihr Überschuß wird in einem Behälter 22A gespeichert. So führt man auf bekannte Weise eine Dekonzentration des Lactoserums durch und gleichzeitig eine Konzentration der Salzlösung.
Am Auslaß 14 ist das Lactoserum um 90 bis 95% demineralisiert und kann aus dem Behälter 11 extrahiert werden. Gemäß der Erfindung gibt man, wenn man diese Demineralisation vorantreiben will, das Lactoserum in eine Nanofiltrationseinheit 24, von der bei 25 das um 99% demineralisierte und teilweise konzentrierte Lactoserum (etwa 220 Gramm Trockenmaterie pro Liter) extrahiert wird. Das Permeat der Nanofiltration, das im wesentlichen aus Wasser gebildet ist, das gering mit Ionen, Natrium und Kalium geladen ist, kann in einen Pufferbehälter 26 geleitet werden, aus dem es extrahiert werden kann, um entfernt zu werden oder stattdessen zum Einlaß 4 der Harzsäule oder zum Eingang 15 der Schleife 19A geleitet werden kann. Dieses schwach geladene Wasser bildet nämlich eine für das Harz völlig zulässige Spülflüssigkeit und am Ausgang der Säule ferner eine Salzlösung für den Elektrodialysator, wenn es darum geht, ihn durch elektrische Umkehrung seiner Funktionsweise zu reinigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Einsparungen, die es ermöglicht, insbesondere was die Reduzierung des Wasserverbrauchs und das Fehlen eines Regenerierungsmittels betrifft, sowie durch die bedeutende Verbesserung der Funktionsweise eines Elektrodialysators, wodurch komplizierte Reinigungsverfahren und eine komplizierte Einrichtung zum wechselweisen Durchführen dieser Reinigungsverfahren und der Phasen des Demineralisatonsverfahrens vermieden werden, ein Verfahren, dessen Nutzungskosten und dessen Investition für seinen Einsatz gegenüber einem herkömmlichen Verfahren erheblich gesenkt sind. Außerdem sind die hinsichtlich der Verschmutzung und der Abfälle erzielten Wirkungen beträchtlich, und, unabhängig von wirtschaftlichen Ergebnissen, entspricht das erfindungsgemäße Verfahren viel besser den vorschriftmäßigen Anforderungen auf dem Gebiet des Umweltschutzes und des Ausstoßes von Schadstoffprodukten.
Schließlich kann in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel die Harzsäule 1 eine Mischung aus einem starken Kationenharz und einem starken Anionenharz umfassen, um die Funktionsweise des Verfahrens noch weiter zu verbessern, indem mindestens ein Teil der Anionen des Phosphat- oder Sulfat-Typs entfernt wird, deren Vorhandensein ebenfalls eine Behinderung für die Funktionsweise des Elektrodialysators darstellt. Wenn eine solche Säule eingesetzt wird, ist die oben beschriebene Salzlösung vollkommen für ihre Regeneration geeignet, sowohl vom anionischen als auch vom kationischen Gesichtspunkt, bis auf das Zufügen einer geringen Menge an Säure, um die Sulfat- oder Phosphatniederschläge aufzulösen, die sich im Inneren der Säule bilden können. Es wäre ebenfalls von Vorteil, die Spülflüssigkeit anzusäuern.
Ferner wird angemerkt, daß die Mittel 23 zum Ausführen der elektrischen Umkehrung der Funktionsweise des Elektrodialysators äußerst einfach und nicht kostenspielig sind.
Schließlich kann eine Ausführungsvariante des Verfahrens eine Schlußphase (an Stelle der Nanofiltration) eines Durchlaufes durch Ionenaustauschharze 27, 28 (anionisch und kationisch) umfassen. Die für diese Endbehandlung geeigneten Harze sind das Kationenharz, das unter der Handelsbezeichnung RELITE SK1B von "Résindion" bekannt ist, und das Anionenharz A 345 der Gesellschaft Mitsubishi Kasa Corporation, die beide sehr mikroporös sind.

Claims

1. Verfahren zur Demineralisation einer Flüssigkeit, die organische Stoffe und Mineralsalze gelöst enthält, umfassend die folgenden Schritte:

- Perkolieren der Flüssigkeit durch ein starkes Kationenaustauschharz (1) zum Austauschen einwertiger Ionen,

- schleifenförmiges Durchleiten einer bestimmten Menge (einer Charge) an aus dem vorgehenden Schritt stammender Flüssigkeit einerseits und einer Salzlösung zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit stammenden Ionen andererseits durch mindestens einen sogenannten Zwei-Kammer-Elektrodialysator (8), umfassend eine Vielzahl anionischer Membranen (A) und eine Vielzahl dazwischen angeordneter kationischer Membranen (K),

- Regenerieren des Ionenaustauschharzes (1) durch die Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodialyse in zwei Phasen erfolgt, einer ersten Phase mit einer Salzlösung, deren Salzkonzentration auf 80 bis 140 Gramm pro Liter gehalten wird, während der Zeit, in der die Salzkonzentration der zu behandelnden Flüssigkeit über einem vorgegebenen Grenzwert liegt, und einer bis zu dem gewünschten Demineralisationsgrenzwert andauernden zweiten Phase mit einer Salzlösung, deren Salzkonzentration auf 30 bis 40 Gramm pro Liter gehalten wird, und daß das Regenerieren des Harzes durch die Salzlösung mit der höchsten Konzentration erfolgt.

2. Verfahren zur Demineralisation einer Flüssigkeit, die organische Stoffe und Mineralsalze gelöst enthält, umfassend die folgenden Schritte:

- Durchleiten der Flüssigkeit, die aus dem vorhergehenden Schritt stammt einerseits und einer Salzlösung zur Aufnahme der aus der Flüssigkeit stammenden Ionen andererseits durch mindestens einen sogenannten Zwei- Kammer-Elektrodialysator (8), umfassend eine Vielzahl anionischer Membranen (A) und eine Vielzahl dazwischen angeordneter kationischer Membranen (K),

- Regenerieren des Ionenaustauschharzes (1) durch die Salzlösung, dadurch gekennzeichnet, daß diese Salzlösung ferner durch einen weiteren Elektrodialysator läuft, der zum Regulieren ihrer Konzentration durch Dekonzentration zugunsten einer weiteren Salzlösung dient, deren Konzentration auf 80 bis 120 g/Liter gehalten wird, um für die obengenannte Regeneration zu dienen.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nach dem Schritt des Perkolierens auf eine Temperatur zwischen 30 und 40ºC erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen der Flüssigkeit durch die Vorkonzentration ausgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt der Demineralisation durch Anionen- und Kationenaustauschharze (27, 28) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zusätzlichen Schritt der Nanofiltration (24) umfaßt, um die Demineralisation zu vollenden und die demineralisierte Flüssigkeit zu konzentrieren.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeat der Nanofiltration als Ausgangsflüssigkeit für die Salzlösung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das an Stelle des starken Kationenharzes verwendete Harz eine Mischung aus starkem Kationenharz und starkem Anionenharz ist.