EP0063236B1

EP0063236B1 - Vorrichtung zur Spülwasserbehandlung mittels Ionenaustauscher

Info

Publication number: EP0063236B1
Application number: EP82101989A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. Wahl
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1982-03-12
Publication date: 1985-06-19
Also published as: EP0063236A1; ATE13867T1; JPH0237208B2; US4773979A; JPS57180429A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Spülwasserbehandlung mittels lonenaustauscher, bei welcher austauschbare, transportable und miteinander verbundene lonenaustauscherbehälter eine Reaktionssäule bilden und jeder Behälter von wenigstens einem Teilstrom durchströmt wird.
Normalerweise durchläuft bei verfahrenstechnischen Prozessen ein gasförmiges oder flüssiges Medium eine Reihe von Prozeßstufen, in welchen verschiedene chemische und/oder physikalische Reaktionen so lange ablaufen bzw. stattfinden, bis ein angestrebter Zustand des Mediums erreicht ist. Dies gilt für Produktionsprozesse ebenso wie für Prozesse zur Abwasser-oder Abluftbehandlung bzw. deren Aufbereitung (z. B. Trinkwasser) und für die Kreislaufführung von verschiedenen Stoffen.
Aus der Praxis sind aus zahlreichen Behältern aufbauende und mittels Rohrleitungen miteinander verbundene lonenaustauscheranlagen bekannt. Diese lonenaustauscherbehälter haben u. a. den Nachteil, daß die einzelnen Behälter nicht bis zur vollen Kapazität nutzbar sind, weil das dazu verwendete Ionenaustauscherharz zur Sicherstellung gegen lonendurchbruch teilweise unbeladen bleiben muß.
Aus der DE-PS 2 602 232 ist eine Einrichtung zur Wiedergewinnung von in Spülwassern von Galvanisieranlagen erfindlichen Metallen mit mindestens zwei hintereinander geschalteten transportablen lonenaustauscherbehältern und einem vorgeschalteten Filter bekannt, bei der die von unten nach oben durchströmten, oben und unten mit einem Sieb abgedeckten und an den Rändern mit umlaufenden Dichtungen versehen, ebenfalls mit Ionenaustauscherharz gefüllten lonenaustauscherbehälter vertikal übereinander angeordnet sind.
Nachteilig ist bei den verfahrenstechnischen Prozeßstufen (z. B. Mischen, Trennen, Ausfällen, Abscheiden u. ä.) und den dazu verwendeten Vorrichtungen, daß die hierfür notwendigen Prozeßstufen in nur dazu speziell dafür ausgelegten getrennten ortsfesten Anlagen durchführbar sind. Das heißt, daß damit ein relativ hoher Aufwand an Gerätetechnik, dazu benötigtem Platz und Bedienung verbunden ist.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, diese bekannten und an sich bewährten Verfahrenstechnologien in unterschiedlich oder gleich gefüllte als Module ausgebildete transportable Behälter zu einer Reaktionssäule zusammenzufassen, um dadurch mehrere Prozeßstufen platz- und kostensparend in einer Reaktionssäule durchzuführen und einzelne Behälter bzw. Module erforderlichenfalls auszuwechseln oder extern zu regenerieren.
Erfindunsgemäß sind zur Lösung der gestellten Aufgabe die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und die der ihm folgenden Unteransprüche vorgesehen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch den modularen Aufbau der einzelnen mit voneinander unterschiedlichen oder gleichen Substanzen gefüllten und zu einer Geräteeinheit bzw. Reaktionssäule zusammengefaßten Behälter, eine für die Prozeßführungen äußerst kompakte Bauweise erzielt wird und die Anlage problemlos sich ändernden Mengenströmen oder Aufgabenstellungen anpaßbar ist. In Verbindung mit einem Dienstleistungssystem, in welchem die Regenerierung bzw. Reaktivierung der einzelnen Module zentral abläuft, wie es beispielsweise für die lonenaustauschertechnik in der Galvanik bekannt ist, ergeben sich für die einzelnen ein System bildenden Module Anwendungen, welche bisher für den Einsatz einiger der bekannten Verfahrensstufen zumindest teilweise verschlossen waren.
Bei den Verfahrensstufen handelt es sich z. B. um Filterung, lonenaustausch, elektrochemische Prozesse, Mischen, katalytische Prozesse, Trennen, Anreichern, Regenerieren, Ausfällen, Abscheiden. Als aktive Substanzen bzw. Baugruppen kommen vorzugsweise lonenaustauscherharze, Adsorberharze, Aktivkohle, Kieselgur, Aluminiumoxid, gebrannter Kalk, granulierter Torf, sowie Molekularsiebe, mechanische Filter, Membranen, Elektrolysezellen, Katalysatoren u. a, zum Einsatz.
Die einzelnen Behälter sind beim Gegenstand der Erfindung zwar ähnlich der bekannten Einrichtung und auch den z. B. aus Galvanotechnik, Band 71, Nr. 7 (Juli 80), Seiten 721 bis 728 und aus der EP-A-0 021 826 bekannten Vorrichtungen in einer Säule übereinander angeordnet. Sie unterscheiden sich aber davon im wesentlichen dadurch, daß die Behälter mit unterschiedlichen Ionenaustauschern gefüllt sind und die Durchströmung der Behälter nicht nur in einem einzigen Strom in einer Richtung von unten nach oben oder umgekehrt und von einem Behälter in den anderen erfolgt, sondern auch dadurch, daß die einzelnen Behälter von mehreren Strömen in oder aus verschiedenen Richtungen durchströmt werden. Dazu sind die einzelnen Behälter mit seitlichen Anschlüssen und einem achsparallelen oder zentralen Durchströmungsrohr zur Beaufschlagung benachbarter Behälter versehen.
Damit ist es z. B. möglich, zwei getrennte Teilströme nach Vorbehandlung eines Teilstromes miteinander zu vermischen. Dabei strömt der eine Teilstrom durch einen oder zwei erste Behälter, um mit dem in nachgeschalteten Behältern eingeleiteten anderen Teilstrom zusammen als Gemisch behandelt zu werden.
Mit einer derartig getrennten Stromführung durch mit unterschiedlichen Ionenaustauschern gefüllten und mit Durch- und Abströmöffnungen und mit einer Elektrolysezelle versehenen Behältern sind Prozeßabläufe in praktisch unbegrenzter Menge durchführbar. Die Behälter können dabei als Reaktionsmoduln in voneinander unterschiedlichen Baulängen und Bauweisen ausgeführt sein. Die Baulänge oder Bauhöhe der einzelnen Behälter ist, um einen Austausch oder eine Möglichkeit zu ihrer freien Kombination untereinander zu gewährleisten, ein ganzzahliges Vielfaches oder ein Teil der Länge oder Höhe der Reaktionssäule. Die zu behandelnden Stoffströme werden entweder über freies Gefälle oder externen Pumpen gefördert.
Ausführungsbeispiele sind folgend beschrieben und durch Skizzen erläutert.
Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Mischen nach Vorbehandlung eines Teilstromes und zur Weiterbehandlung eines Mischstromes,
Fig. 2a, 2b Vorrichtung gemäß Fig. 1 in schematisierter Darstellung mit Reaktionsmodulen unterschiedlicher Baulängen und Bauweisen,
Fig. eine Vorrichtung zur getrennten Behandlung von zwei getrennten Stoffströmen.

Aus Fig. 1 ist eine aus vier übereinander angeordneten Behältern bzw. Modulen 1, 2, 3, 4 bestehende, über eine Bodenwanne 5 angeordnete und in einer käfigartig ausgestalteten Schnellspannvorrichtung 6 gehaltene Reaktionssäule 7 ersichtlich, in welcher zwei Teilströme X und Y von zu behandelnden Medien miteinander vermischt und verfahrenstechnischen Prozessen unterzogen werden.
Von den vier in der Schnellspannvorrichtung 6 übereinander angeordneten Behältern bzw. Modulen 1, 2, 3, 4 ist der untere z. B. als Elektrolysemodul bzw. -zelle 1' ausgebildet, auf welchen die z. B. mit einem Ionenaustauscherharz Ja (siehe Modul 2 im Schnitt) beschichteten Behälter bzw. Module 2, 3, 4 übereinander angeordnet sind. Der Elektrolysemodul 1 ist als Kathodenwanne 1" mit Außenwand 8 und einem damit fest verbundenen und mit einer zentralen Bohrung 9 versehenen Boden 10 ausgebildet. Von oben ist der Elektrolysemodul 1' bzw. die Kathodenwanne 1" von einem, gleichfalls mit einer zentralen Bohrung 11 versehenen und gegen die Kathodenwanne 1" elektrisch isolierten e;s Deckel 12 abgedeckt. Boden 10 und Deckel 12 bzw. deren Bohrungen 9 und 11 verbindet ein im Elektrolysemodu) 1' zentral angeordnetes Durchströmungsrohr 13. Am Deckel 12 sind Anodenstäbe 14, 15 angeordnet, welche in die Kathodenwanne 1" ragen. Die Behälter bzw. Module 1, 2, 3, 4 sind an ihren Enden mit an sich bekannten Filterelementen 16 (z. B. Siebe, Membranen, Diaphragmen u. ä.) versehen.
Während der eine Teilstrom X in die unterhalb der Reaktionssäule 7 angeordnete Bodenwanne 5 durch ein Zuflußrohr 17 einströmt, wird der andere Teilstrom Y zunächst durch ein die Außenwand 8 durchstoßendes Zuflußrohr 18 in die Kathodenwanne 1" zugeführt. Nach hierin erfolgter Elektrolyse strömt der behandelte Teilstrom Y durch ein die Außenwand 8 durchstoßendes Abflußrohr 19 in die Bodenwanne 5 und wird hierin mit dem darin befindlichen Teilstrom X vermischt. Die nunmehr hier miteinander vermischten Teilströme X und Y werden, z. B. mittels einer in der Bodenwanne 5 vorgesehenen Pumpe 20, durch das im Elektrolysemodul 1' bzw. in der Kathodenwanne 1" eingesetzte zentrale Durchströmungsrohr 13 in die darüber angeordneten Behälter bzw. lonenaustauschermodule 2, 3, 4 und von dort in eine daran angeschlossene Leitung 21 gedrückt. Die einzelnen Behälter bzw. Module 1', 2', 3', 4' sind an ihren Verbindungsflächen (Deckel-Boden) mit Dichtungen 22 versehen, um Leckverluste der zu behandelnden Medien zu vermeiden. Selbstverständlich ist die Anordnung der einzelnen Behälter bzw. Module 1', 2', 3', 4' kombinierbar. Das heißt, daß die Teilströme verschiedene Kombinationen durchströmen können. Zum Beispiel, daß, wie vorher beschrieben, das Modul 1 als Elektrolysezelle 1', die Module 2, 3, 4 als Ionenaustauscher Ja oder das Modul 1' als mechanischer Filter, die Module 2', 3', 4' als Molekularsiebe oder in einer davon abgewandelten und mit anderen an sich bekannten Filter-und/oder Reaktionselementen ausgebildet und durchströmt sind.
Die Fig. 2a und 2b stellen schematisierte Vorrichtungen dar, bei welchen die Reaktionsmodule 1', 2', 3', 4' voneinander unterschiedliche Baulängen 1, 1₁, 1 _Z, 1₃ und Bauweisen für den Einsatz als Reaktionssäulen 7 aufweisen. Die Baulängen 1, 1₁, 1₂, 1₃ sind dabei so gewählt, daß z. B. die über das Modul 1' nachgeordneten Module 2', 3', 4' jeweils um die Hälfte kleiner bzw. kürzer sind, als das vorgeordnete Modul; also Modul 2' z. B. gleich 0,5. Modul 1', Modul 3' gleich 0,5. Modul 2' und so fort. Dazu können, wie in Fig. 2a dargestellt, in der Bodenwanne 5 zwei Teilströme X und Y, wie schon in Fig. 1 beschrieben, miteinander vermischt (X + Y) werden.
Zum Beispiel ist dabei Modul 1' eine Elektrolysezelle, Modul 2' ist Anionenaustauscher, Modul 3' ein Kationenaustauscher und Modul 4' eine weitere Art eines Filters. Eine derartige Anordnung ist zweckmäßig bei getrennter Strömungsführung von zwei oder mehreren Teilströmen. Das Modul 1' kann auch in Hochdruckausführung als Membranstufe und die Module 2', 3', 4' in Niederdruckausführung ausgebildet sein. In Fig. 2b unterbleibt eine Vermischung, da nur ein Medienstrom der Prozeßführung unterliegt. Ein in die Bodenwanne 5 einströmender Teilstrom 23 wird, z. B. durch Pumpleistung 20', in das als Kerzenfilter ausgebildete Modul 1' über weiter durch die z. B. mit Aktivkohle befüllten Module 2' und 3' in die Leitung 24 gedrückt.
Aus Fig. 3 ist eine Vorrichtung zur Behandlung zweier voneinander getrennter Medien- bzw. Stoffströme X und Y ersichtlich. Wie schon in Fig. 1 und 2a beschrieben, strömt der in die Bodenwanne 5 einströmende und von dieser durch Pumpleistung 20' in das durch die z. B. als Elektrolysezellen 1' ausgelegten Module 1' und 2' führende Durchströmungsrohr 13 in die nachgeordneten und z. B. als Ionenaustauscher wirkenden Module 3' und 4' gedrückte Teilstrom X in die Leitung 24. Der Teilstrom Y strömt dagegen zunächst in das Modul 2', um von dort über freies Gefälle (siehe Richtungspfeil) oder eine externe Pumpe (in der Figur nicht näher gezeigt) in das Modul 1' und daraus in die Leitung 23 zu gelangen. Zum Beispiel kann damit eine Behandlung der Stoffströme von fotografischen Bädern, wie verbrauchter Entwickler (X) und verbrauchtes Fixierbad (Y) vorgenommen werden oder ein Frischwasserstrom (X) wird über die mit einem lonenaustauscherharz a beschickten Module 3' und 4' und ein Abwasser (Y) über mit einem lonenaustauscherharz b beschickten Module 1' und 2' geleitet.

Claims

1. Vorrichtung zur Spülwasserbehandlung mittels lonenaustauschern, in welcher austauschbare, transportable und miteinander verbundene lonenaustauscherbehälter eine Reaktionssäule bilden, wobei die Behälter mit gleichen lonenaustauschern gefüllt sind und jeder Behälter von wenigstens einem Teilstrom durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (1, 2, 3, 4) mit unterschiedlichen Ionenaustauschern gefüllt sind und daß wenigstens ein Behälter (1, 2,3,4) von oben und unten mit einem mit Bohrungen (9, 11) versehenen Deckel (12) und Boden (10) und Dichtungen (22) begrenzt und mit einem radial angeordneten Zu- und Abflußrohr (18, 19) und einem achsparallel ausgerichteten, den Dekkel (12) und Boden (10) und die Bohrungen (9, 11) verbindenden Durchströmungsrohr (13) versehen ist und daß die Innenseite seiner Außenwand (8) die Kathodenwanne (1") einer Elektrolysezelle (1') bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchströmungsrohr (13) im Behälter (1, 2, 3, 4) zentral angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Deckel (12) befestigte Anodenstäbe (14, 15) in die Elektrolysezelle (1') ragen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Behälter (1, 2, 3, 4) Filterelemente (16) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis^-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Baulänge (1, 1₁, 1₂, 1₃) der einzelnen Behälter (1, 2, 3, 4) ein ganzzahliges Vielfaches der Länge der Reaktionssäule (7) ist.