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Verfahren zur Entsalzung von Wasser
Es ist bekannt, Rohwasser durch
Filtration über Kationen- und Anionenaustauscher von seinem Elektrolytgehalt weitgehend
zu befreien. Das zu entsalzende Wasser wird im allgemeinen zunächst über einen mit
Säure regenerierten, d. h. als Wasserstoffionenaustauscher betriebenen Kationenaustauscher
filtriert, wobei die in dem Wasser enthaltenen Kationen, wie Ca, Mg, Na usw., durch
H ersetzt werden. Das auf diese Weise entbaste saure Wasser wird anschließend über
einen Anionenaustauscher filtriert, der zuvor mit Lauge, z. B. Natronlauge, behandelt
wurde. Dabei werden die in dem entbasten Wasser enthaltenen Säureanionen durch Hydroxylionen
ersetzt, welche mit den aus dem ersten Filter stammenden H-Ionen ergeben.
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Das von dem Hydroxylionenaustauscher abfließende Wasser zeigt jedoch
ungleichmäßige pn-Werte, welche in Abhängigkeit von der Laufzeit, d. h. von dem
jeweiligen Beladungszustand des Filteraggregates, insbesondere des Anionenaustauschers,
stehen. Bei Beladung eines frisch regenerierten Hydroxylionenaustauschers werden
zunächst nämlich die am stärksten basischen, neutralsalzspaltenden Gruppen der Austauschkörper
abgesättigt. Dabei wird das überfiltriert vorentbaste Wasser, soweit es noch geringe
Mengen Salze enthält, über den Neutralpunkt hinaus alkalisch gestellt. Zudem enthält
der mit Lauge frisch regenerierte Anionenaustauscher in der Regel noch restliche
Mengen freier Lauge, deren vollkommene Entfernung unwirtschaftlich viel vorweiches
Waschwasser erfordern würde. Andererseits werden gegen Ende der Laufzeit des Filters
auch die weniger stark basischen Gruppen des Hydroxylionenaustauschers abgesättigt,
welche ihre Wirksamkeit erst im schwach sauren Gebiet entfalten. Auf diese Weise
kommt eine Verschiebung der pu-Werte bei fortschreitender
Beladung
des Anionenaustauschers zustande, zumal die Filtrate infolge ihres niedrigen Restsalzgehaltes
praktisch keine Pufferung aufweisen.
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Die pH-Unterschiede, welche die Verwendbarkeit des entsalzten Wassers
beeinträchtigen, können zwar durch Mischung der Filtrate ausgeglichen werden, indessen
sind hierzu Misch- und Vorratsbehälter von oft beträchtlichem Ausmaße erforderlich.
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Eine wesentliche Vereinfachung des technischen Betriebes und eine
gesteigerte Ausbeute an entsalztem Wasser von sehr gleichmäßiger Beschaffenheit
wird nun erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß man einem oder mehreren Entsalzungsfilterpaaren
ein Kationenaustauschfilter nachschaltet, welches sowohl Alkalials auch Wasserstoffionen
abzugeben vermag. Dieses Filter ersetzt je nach der Säurestufe des aufgegebenen
entsalzten Wassers entweder Alkaliionen durch Wasserstoffionen oder Wasserstoffionen
durch Alkaliionen und gleicht so die pn-Werte aus. Durch den Wechsel in der Zusammensetzung
des aufgegebenen Wassers im Laufe der einzelnen Beladungen wird das Filter automatisch
in den jeweils geeigneten Zustand gebracht. Wenn nämlich z. B. das Filtrat des Hydroxylionenaustauschfilters
gegen Ende der Laufzeit der Entsalzungsfilteraggregate sauer ist, wird der nachgeschaltete
Kationenaustauscher mit Wasserstoffionen unter Abgabe von Alkaliionen beladen.
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Dieses so teilweise umgestellte Filter ist alsdann in der Lage, die
ersten alkalischen Filterabläufe am Anfang eines neuen Beladungsspieles zu neutralisieren,
wobei das Filter für die zweite Hälfte des Beladungsspieles wiederum mit Alkaliionen
beladen wird. Die gleichen Vorgänge wiederholen sich in stetem Wechsel.
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Gleichzeitig werden durch dieses Ausgleichsfilter die letzten Spuren
von Calcium- und Magnesiumionen entfernt, die z. B. bei Verwendung von technischer
Natronlauge als Regeneriermittel in das entsalzte Wasser gelangen können. Die Anwendung
dieses Filterschaltungsprinzips bietet demnach zugleich den technischen Vorteil,
daß man keine chemisch reine Natronlauge zur Regenerierung des Hydroxylionenaustauschers
zu benutzen braucht. In solchen Fällen ist nach einer gewissen Zahl von Beladungen
auch das nachgeschaltete Pufferfilter durch die Aufnahme von Härtebildnern praktisch
erschöpft. Man regeneriert es durch gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Behandlung
mit Alkalisalzen, z. B. Kochsalz, und Mineralsäuren, z. B. Salzsäure, wobei man
auch Abläufe des Wasserstoff- bzw. Hydroxylionenaustauschers, vornehmlich die Waschflüssigkeiten
nach der Regenerierung, verwenden kann. In entsprechender Weise kann auch dem Entsalzungsfilteraggregat
ein Anionenaustauschlilter nachgeschaltet werden, das sowohl Hydroxyl- als auch
Säureanionen, z. B. 5 O4-Ionen, abzugeben ermag.
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Beispiel I Brunnenwasser folgender Zusammensetzung: 23,0° d. H. Gesamthärte,
2,8° d. H. Karbonathärte, 240 mg/l gebundenes SO,, 60 mg/I gebundenes C1, pH = 8,2
wird über eine Serie von Filtern geleitet, die folgendermaßen hintereinandergeschaltet
sind: Das Filter I enthält 200 Volumteile eines mit Salzsäure regenerierten Kationen
austauschenden Harzes aus Resorcin, Methylresorcinsulfonsäure und Formaldehyd, das
zweite Filter 100 Volumteile eines mit Natronlauge regenerierten Anionen austauschenden
Harzes aus m-Phenylendiamin, Polyäthylendiamin und Formaldehyd, das dritte Filter
enthält 30 Volumteile eines gemischt mit einer Säure und einem Alkalisalz regenerierten
Kationen austauschenden Harzes aus Resorcin, Methylresorcinsulfonsäure und Formaldehyd.
Stündlich werden 600 Volumteile Brunnenwasser durch das Filtersystem geleitet.
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Aus einer Serie von Beladungen ist beispielsweise eine Entsalzungsperiode
zwischen zwei Regenerierungen der Filter I und 2 herausgegriffen. Die Änderungen
in der Zusammensetzung des Wassers hinter den einzelnen Filtern sind aus der Tabelle
zu ersehen.
| Filter I Filter a Filter 3 |
| Volum- Grad m- p- m- SO3 Cl Grad p- m- Grad |
| teile d. H. Wert pH Wert Wert mg/1 mg/1 d. H. pH Wert Wert
d. H. |
| 500 o,o6 9.4 II 0,4 1,4 ° I5 0,30 7,5 ° 0,7 o,o6 |
| 1000........ 0,06 -9,3 10 0,2 1,2 0 8 0,25 7,5 0 0,65 0,06 |
| 2000........ 0,06 -9,1 9 0 1,0 0 4 0,20 7 0 0,65 0,06 |
| 3000........ 0,06 -8,8 9 0 0,8 0 3 0,10 7 0 0,65 0,06 |
| 4000........ 0,06 -8,7 8 0 0,7 0 2 0,10 7 0 0,65 0,06 |
| 5000 ....... 0,06 - 8,5 7 ° o,6 o 2 o,o6 7 o 0,65 0,06 |
| 6000........ 0,06 -8,3 6 0 0,6 0 3 0,06 7 0 0,6 0,06 |
| 7000........ 0,06 -8,1 5,5 0 0,5 0 6 0,06 7 0 0,6 0,06 |
| 8000........ 0,06 -7,8 4,5 0 0,45 0 10 0,06 7 0 0,6 0,06 |
Die p-Werte bzw. die m-Werte geben diejenige Menge n/Io-Salzsäure auf 100 ccm Wasser
an, welche zur Erreichung des Umschlagspunktes von Phenolphthalein bzw. Methylorange
erforderlich ist. Bei negativem m-Wert (Filter 1) ist entsprechend mit nlIo-Natronlauge
titriert worden.
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Nach Erschöpfung wird das Filter 2 mit 200 Volumteilen 4%iger Natronlauge
regeneriert und mit weiteren I000 Volumteilen eines noch härtefreien Filtrats des
Filters 1 ausgewaschen, worauf dieses mit 200 Volumteilen 5%iger Salzsäure regeneriert
und mit hartem Brunnenwasser ausgewaschen wird. Alsdann wird das Filtersystem unter
Einbeziehung von Filter 3 auf Betrieb umgeschaltet. Das vom Filter ablaufende Wasser
zeigt p-Wefte zwischen 7,5 und 7 und zwischen 0,7 und o,6 liegende m-Werte. Nach
fünfzehn
Beladungsspielen wird das Filter 3 zwecks Entfernung der
aufgenommenen Härtebildner mit 40 Volumteilen 5%iger Kochsalzlösung regeneriert
und zwecks Einstellung auf einen Alkali- und Wasserstoffionenaustauscher mit 500
Volumteilen des ersten stark sauren, härtefreien Waschwassers von Filter 1 behandelt.
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Beispiel 2 Ein Brunnenwasser der Zusammensetzung: 26,9° d. H. Gesamthärte,
3,0° d. H. Karbonathärte, 32omgJI gebundenes SO,, 60 mg/I gebundenes C1, pH = 8,I
wird über drei hintereinandergeschaltete Filter geleitet, die folgendermaßen beschickt
sind: I. Filter = 200 Volumteile eines mit Salzsäure regenerierten Kationenaustauschharzes
aus Resorcin, Methylresorcinsulfonsäure und Formaldehyd; 2. Filter 6o 0 Volumteile
eines mit Kalzium- und magnesiumfreier Natronlauge regenerierten Anionenaustauschharzes
aus m-Phenylendiamin, Polyäthylendiamin und Formaldehyd; 3. Filter 40 Volumteile
eines durch Auswaschen mit härtefreiem Wasser von löslichen Stoffen, wie Salzen,
Säuren oder Laugen, befreiten Anionenaustauschharzen aus m-Phenylendiamin, Polyäthylendiamin
und Formaldehyd.
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Nachstehende Tabelle gibt eine Übersicht über die erzielte Entsalzung
zwischen zwei Regenerierungen des Filters 2.
| Filter I Filter 2 Filter 3 |
| Volum- Grad m- p- m- SO3 Cl Grad p- m- Grad |
| teile d. H. Wert pH Wert Wert mg/1 mg/1 d. H. pH Wert Wert
d. H. |
| 300........ 0,06 -9,5 9,0 0,4 1,3 0 10 0,06 7,0 0 1,0 0,06 |
| 600........ 0,06 -9,5 8,5 0,3 1,2 0 5 0,06 7,0 0 0,8 0,06 |
| 900........ 0,06 -9,4 8,5 0,2 1,2 0 4 0,06 7,0 0 0,8 0,06 |
| 1200........ 0,06 -9,4 8,0 0,2 1,1 0 3 0,06 7,0 0 0,7 0,06 |
| 1500........ 0,06 -9,3 7,5 0,1 1,0 0 3 0,06 7,0 0 0,9 0,06 |
| 1800........ 0,06 -9,2 7,5 0 1,0 0 2 0,06 7,0 0 0,8 0,06 |
| 2100........ 0,06 -9,2 6,5 0 1,0 0 3 0,06 7,0 0 0,8 0,06 |
| 2400........ 0,06 -9,1 5,5 0 0,8 0 10 0,06 7,0 0 0,8 0,06 |
Eine Regenerierung des dritten Filters erfolgt nicht, da es durch die zu Beginn
der Laufzeit des Filters 2 im Filtrat enthaltenen geringen Mengen Lauge bzw. die
gegen Ende der Laufzeit des Filters 2 im Filtrat enthaltenen geringen Mengen Säure
in entsprechender Weise eingestellt wird.
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PATENTANSPR0CHE: I. Verfahren zur Entsalzung von Wasser durch Filtration
über Wasserstoff- und Hydroxylionenaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß dem
entsalzenden Filtersystem ein pH-Ausgleichfilter nachgeschaltet wird.