FI69444B - Foerfarande foer rening av vatten med laog fastmaterialhalt meelst jonbyte - Google Patents

Description

ΓΤϋ^ΓΙ r_. KUULUTUSJULKAISU , 0 . . .

B UTLÄG G NIN G SSKRI FT 6 9444 C (45) Pertti myönnetty

' Patent .r.n.::ciit 10 ZZ 10CC

^ " ' (51) Kv.lk.*/lnt.CI.4 C 02 F 1/42, B 01 J 47/02 SUOMI—FINLAND (21) Patenttihakemus — P«entansöknin g 783650

(22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 2g | ) jQ

(FI) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 29.11.78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit off e nti Ig 31 .05-79

Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— 31.10.85

Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skrlften publicerad (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 30.11 .77, O7.IO.78 Englanti-England(GB) 49770/77, 39714/78 (71) Permutit-Boby Limited, Laverstoke Mill, Whitchurch, Hampshire, Englanti-England(GB) (72) Joseph Henry Smith, London, Trevor Anthony Peploe, London, Englanti-England(GB) (74) Oy Koi ster Ab (54) Menetelmä a 1 haisen kiinteiden aineiden pitoisuuden omaavan veden puhdistamiseksi ioninvaihdolla - Förfarande för rening av vatten med lag fastmaterial-hait medelst jonbyte

Keksinnön kohteena on menetelmä alhaisen kiinteiden aineiden pitoisuuden omaavan veden puhdistamiseksi ioninvaihdolla käsittelemällä vettä kationinvaihtohartsia sisältävässä kerroksessa ja anioninvaihtohartsia sisältävässä kerroksessa ja lopuksi kationinvaihtohartsia sisältävässä kerroksessa, jolloin jokaisen kerroksen paksuus on alle 1 m, ja jolloin molemmat kationinvaihtohartsit tarvittaessa regeneroidaan erikseen. Veden liuenneiden kiinteiden aineiden kokonaispitoisuus on normaalisti esimerkiksi alle 10 mg/1 (1 0 ppm).

Tyypillistä vettä, jossa kiinteiden aineiden pitoisuus on näin alhainen, on kondensaatiovesi, ja tällaisen veden puhdistus-menetelmiä nimitetään usein kondensaatin kiilloitusmenetelmiksi. Tavanomaisissa kondensaatin puhdistusmenetelmissä on päämääränä tuottaa vettä, jossa liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuus on 5-50 pg/1 ja käytännössä onkin ollut jokseenkin mahdotonta saavuttaa arvoja alle 5 pg/1.

2 69444

Ioninvaihtomenetelmät kehitettiin alunperin sellaisen veden puhdistukseen, joka sisälsi suhteellisen suuren määrän liuenneita kiinteitä aineita, esim. yli 20 mg/1, ja on tunnettua, että näissä tavanomaisissa demineralisointi-ioninvaihtomenetelmissä, joita on käytetty jo useita vuosia, voidaan käyttää erilaisia anionin- ja kationinvaihtohartsien yhdistelmiä. Sekakerrossysteemit, joissa kerros on anioninvaihtohartsin ja kationinvaihtohartsin seosta, hyväksyttiin jo kauan sitten erittäin edullisina ratkaisuina joihinkin tarkoituksiin. Kun kondensaatin puhdistusmenetelmiä alettiin useita vuosia sitten kehittää, valittiin niihin sekakerrossysteemit, ja näitä on sen jälkeen käytetty kondensaatin puhdistusmenetelmissä melkein poikkeuksetta. On tehty kuitenkin joitakin ehdotuksia veden johtamiseksi ensin kationinvaihtohartsikerroksen lävitse ja sitten sekakerroksen lävitse, mutta kaupallisesti useimmat kondensaatin puhdistamismenetelmät käsittävät ainoastaan yhden sekakerroksen. Tavallisesti kerros on paksuudeltaan vähintään 1 m ja haluttaessa saavuttaa erittäin alhaisia epäpuhtaustasoja kerros on yleensä paksumpi .

Ehdotus kondensaatin puhdistamiseksi ilman sekakerrossystee-miä on esitetty julkaisussa Proceeding of the American Power Conference 1975 (Shivers, Schmidt ja Newberry), voi. 37, ss. 825 - 830, jossa esitetyssä puhdistusmenetelmässä käytetään kationiyksikköä ja sen jälkeen anioniyksikköä. Tekijät ilmoittavat kuitenkin, että se-kakerroksella saadaan parempi ulostulevan veden laatu, ja että kak-sikerrosysteemillä on myös muita puutteita. Menetelmässä tapahtuu esimerkiksi suurempi paineen aleneminen paksumpien kerrosten vuoksi käytettäessä kaksikerrossysteemiä kuin sekakerrossysteenissä.

Erittäin puhtaan veden käyttäjät vaativat vielä alempia epäpuhtaustasoja. Esimerkiksi uudenaikaisilla voima-asemilla, kuten sellaisilla, joilla on painevesireaktoreita tai uudenaikaisia kaasu-jäähdytteisiä reaktoreita, käyttöön saatetaan nykyisin vaatia vettä, jossa liuenneiden aineiden kokonaismäärä on alle 5 jjg/1, esimerkiksi alle 1 pq/1, ja sulfaatti- ja kloridi-ionipitoisuudet ovat samaa suuruusluokkaa.

US-patenttijulkaisussa 3 849 306 kuvataan kolmivaiheinen menetelmä, jossa kondensaatioveden nopeus on noin 60 ml/h. Tätä suurempaa nopeutta on mahdoton saavuttaa, koska ensimmäinen ioninvaih-tokerros käsittää erittäin hienojakoista ioninvaihtajaa. Keksinnön 3 69444 mukaisessa menetelmässä optimivirtausnopeus on 120 m/h. Julkaisussa on mainittu, että tällä menetelmällä natriumpitoisuudeksi saadaan 1 pg/l, ja tällöin kokonaisepäpuhtauspitoisuus on välttämättä korkeampi. Tämän keksinnön keksijä on myös verrannut US-patentti-julkaisun 3 849 306 menetelmää keksinnön mukaiseen menetelmään. Toistamalla US-julkaisun esimerkkiä 1, korvaten Permutit QB-hartsi Duolite C225:llä ja Permutit SI-hartsi Duolite Al13:lla, osoitettiin, että eluentin kiinteiden aineiden kokonaispitoisuus oli vähän yli 20 pg/1, ja suurin osa oli anioneja. Keksinnön mukaisella menetelmällä, jossa virtausnopeus ainakin viimeisen kerroksen läpi on yli 120 m/h, on mahdollista saavuttaa alle 5 pg/1 oleva kiinteiden aineiden pitoisuus, ja jopa alle 1 pg/l:n kiinteiden aineiden pitoisuus .

Tilannetta vaikeuttaa lisäksi varsinkin voima-asemia koskeva toivomus, että veden pH:n tulisi olla korkea johtuen siihen annostetusta ammoniakista tai muista typpiemäksistä, sillä tämä seikka muodostaa melkoisen rasituksen puhdasoppiselle vety-hydroksi-muodossa olevalle sekakerrokselle. Tämän vuoksi tunnetaan suurta mielenkiintoa NH^OK-muodossa olevien sekakerrosten käyttöön ja siihen liittyviin lisävaikeuksiin, kun tarvitaan erittäin alhaiset natrium-, sulfaatti- ja kloridipitoisuudet (kaikki alle 1 pg/1).

Erityisen vaikeita ongelmia aiheuttaa meriveden käyttö kon-densaatin epäsuorassa jäähdytyksessä, koska vähäisinkin meriveden vuotaminen kondensaattiin aiheuttaa kondensaatin liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuudessa suuren lisäyksen.

Vaikka sekakerroksen on jo kauan katsottu olevan paras systeemi kondensaatin puhdistukseen, on myös kauan tiedetty, että sen käyttöön liittyy ongelmia, jotka on ratkaistava, ja näiden ongelmien ratkaisemiseksi on tehty monia yrityksiä.

Pääasiallisena epäkohtana sekakerroksen käytöllä poistettaessa epäpuhtauksia nykyisin vaadittavalle erittäin alhaiselle tasolle on, että molemmat ioninvaihtomateriaal.it on sekoitettava hyvin keskenään ja regenerointia varten jälleen erittäin täydellisesti erotettava seoksesta. Jos erottaminen ennen regenerointia ei ole aivan täydellinen, niin kationihartsin seassa voi olla jonkin verran anionihartsia ja päinvastoin. Regeneroinein aikana anionihart- 4 69444 sissa oleva kationihartsi joutuu kosketukseen natriumhydroksidin kanssa ja muuttuu natrium-muotoon, ja samoin kationihartsin seassa oleva anionihartsi joutuu kosketukseen hapon, tavallisesti rikki-tai kloorivetyhapon kanssa, ja muuttuu siten tähän ionimuotoon.

Koska käsitellyn veden lopullinen laatu riippuu hartsifaasin ja vesifaasin tasapainosta, tämä ristikkäinen likaantuminen saattaa tehdä vaikeaksi tai mahdottomaksi saavuttaa nykyisin vaadittuja erittäin alhaisia tasoja, varsinkin työskenneltäessä käyttäen ammo-niumhydroksidi-muotoa.

Tätä sekakerroksiin liittyvää epäkohtaa on paljon tutkittu, ja ongelman ratkaisuun on käytetty monia menetelmiä. Tutkimus on kohdistettu kahteen pääsuuntaan, joista ensimmäisessä on pyritty erotustekniikan parantamiseen sisällyttämällä seokseen kolmas, inertti materiaali tai erottamalla hartsit kemiallisesti käyttäen suhteellisen korkean ominaispainon omaavaa vesipitoista liuosta, tavallisesti natriumhydroksidiliuosta.

Toisena vaihtoehtona tietty "ristikkäislikaantuminen" on hyväksytty välttämättömänä, ja haitallisten ionien poistamiseen on käytetty kemiallista menetelmää, jossa tavallisesti kierrätetään ammoniakki- tai kalsiumhydroksidiliuoksia hartsien lävitse regene-rointiprosessin määrätyissä vaiheissa.

Näiden sekakerrosten käyttöön liittyvien ongelmien ratkaisuun käytetyistä ponnisteluista huolimatta ei toistaiseksi ole esitetty mitään radikaalia keinoa ongelmien voittamiseksi, ja Shivers et ai. ilmoittavatkin edellä mainitussa artikkelissaan, että seka-kerrossysteemillä saadaan parempi ulostulevan veden laatu kuin heidän kuvaamallaan tavalla.

Hakija on nyt päätynyt tulokseen, että jos erittäin alhaisen epäpuhtaustason saavuttamisongelmaa lähestytään täysin toiselta pohjalta ja hylätään suuri osa ioninvaihtoon liittyvää tavanomaista ajatustapaa, jota edustaa sekakerroksen käytön edullisuus ja kerroksen paksuutta lisäämällä saavutettava alhaisempi epäpuhtaustaso, en mahdollista suunnitella menetelmää, jolla saadaan huomattavasti alhaisempia epäpuhtaustasoja kuin aikaisemmin esitetyillä menetelmillä. Kun esimerkiksi aikaisemmin oli vaikeata saavuttaa alle 20 pg/1 olevia liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuuksia, niin keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan saavuttaa tasoja alle 1 pg/1- 5 69444

Keksintö koskee menetelmää sellaisen veden puhdistamiseksi, jolla on alhainen kiinteiden aineiden pitoisuus, ioninvaihtokäsit-telyllä erillisillä kationinvaihtohartsia ja anioninvaihtohartsia sisältävillä kerroksilla. Menetelmälle on tunnusomaista, että virtausnopeus viimeisen kerroksen lävitse on yli 120 m/h ja että virtausnopeus ja regenerointi on sellainen, että puhdistetun veden liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuus on alle 5 pg/l. Sensijaan, että kationin- ja anioninvaihtohartsit olisivat sekakerroksena, ne pidetään siis erillisinä kerroksina, jolloin kationinvaihtohartsi-kerros on viimeisenä, ja kationinvaihtokerroksen lävitse virtaavan veden virtausnopeus pidetään suurena.

Virtausnopeus kationinvaihtokerroksen lävitse on edullisesti suurempi kuin 120 x kerroksen tilavuus/tunti, (bv/h), ja virtausnopeus anioninvaihtohartsikerroksen lävitse ob edullisesti myös suuri, yli 100 - 120 bv/h.

Kun aikaisemmissa menetelmissä lisäpuhdistusasteen katsottiin yleensä vaativan paksumpaa kerrosta, niin esillä olevan keksinnön tärkeänä piirteenä on, että korkea puhtausaste saavutetaan parhaiten suhteellisen matalilla kerroksilla. Kukin kerros on siten yleensä paksuudeltaan alle 1 m, edullisesti alle 75 cm. Kerroksen paksuuden on tietenkin oltava riittävä halutun puhtausasteen saavuttamiseksi, ja yleensä kerroksen paksuus on vähintään 20 cm.

Kationihartsikerros on yleensä menetelmässä viimeisenä, ja anionihartsikerros voi olla ensimmäisenä, jolloin menetelmä voi toimia kaksikerrosmenetelmänä edellä kuvatulla tavalla, ja saadaan ulos-virtaavaa vettä, jonka liuenneiden kiinteiden aineiden kokonaispitoisuus on esim. 5 jug/1 tai alle. Saattaa kuitenkin esiintyä ongelmia kondensaatin tai muun alhaisen kiinteiden aineiden pitoisuuden omaavan veden joutuessa aluksi kosketukseen anioninvaihtohartsikerroksen kanssa, ja veden laadusta riippuen, nämä vaikeudet saattavat estää saavuttamasta parasta mahdollista alhaista epäpuhtaustasoa kaksikerrossysteemissä.

Eräänä tärkeänä ja erittäin edullisena aspektina keksinnössä on sovellutus näiden vaikeuksien vähentämiseksi johtamalla vesi ensin erillisen kationinvaihtohartsikerroksen lävitse ennen viemistä anioninvaihtohartsikerroksen lävitse, edullisesti suurella nopeudella.

6 69444

Erityisen edullisessa keksinnön mukaisessa menetelmässä alhaisen kiinteiden aineiden pitoisuuden omaava vesi johdetaan ensin kationinvaihtohartsikerroksen lävitse, sitten erillisen anioninvaih-tohartsikerroksen lävitse ja lopuksi erillisen kationinvaihtohartsikerroksen lävitse, jolloin virtausnopeus kunkin kerroksen lävitse on yli 100 m/h- Tällä menetelmällä saavutetaan helposti liuenneiden kiinteiden aineiden määrä käsitellyssä vedessä alle 5 pg/1, jopa alle 1 pg/1. Tällä menetelmällä voidaan esimerkiksi saavuttaa liuenneiden kiinteiden aineiden kokonaispitoisuus 0,1 pg/1.

Virtausnopeus viimeisen kationihartsikerroksen lävitse, ja edullisesti myös muun kerroksen tai muiden kerrosten lävitse, voi olla noin 120 m/h ja yli, esimerkiksi jopa 300 m/h. Yleensä nopeus on 120 - 240 m/h. Ilmaistuna kerrostilavuuden (bv) avulla virtausnopeus on edullisesti yli 120 bv/h, usein 150 - 200 bv/h tai yli, esimerkiksi aina 500 bv/h saakka. Kukin kerros on paksuudeltaan yleensä alle 1 m, edullisesti alle 75 cm ja kolmea erillistä kerrosta käytettäessä kahden kationihartsikerroksen yhteinen paksuus on edullisesti suunnilleen sama kuin anionihartsikerroksen. Kumpikin kationihartsikerros voi olla paksuudeltaan esimerkiksi puolet anio-nihartsikerroksesta. Anionihartsikerros on sopivasti 50 - 75 cm ja kumpikin kationihartsikerros 25 - 40 cm.

Kationi- ja anionihartsit ovat erillisinä kerroksina. Siten kationihartsi regeneroidaan anionihartsista riippumattomana ja normaalisti erillisten kationihartsikerrosten hartsit regeneroidaan toisistaan riippumatta. Näin ollen anioni- ja kationihartseja ei koskaan sekoiteta toistensa kanssa, ja kunkin optimaalinen regene-rointi voidaan saavuttaa erikseen ja ristikkäinen likaantuminen, jota aikaisemmin pidettiin mahdottomana välttää, ja joka on pääasiallinen epäpuhtauksien aiheuttaja lopputuotteessa, voidaan nyt täysin välttää.

Regenerointi voidaan suorittaa tavanomaisin reagenssein. Kationihartsi regeneroidaan yleensä esimerkiksi kloorivetyhapolla tai rikkihapolla ja anionihartsi natriumhydroksidilla; anionihart-si regeneroidaan kuitenkin edullisesti kaksivaiheisesti käsittelemällä ensin natriumkarbonaatilla tai -bikarbonaatilla ja sitten natriumhydroksidilla, joka johdetaan yleensä regeneroitavan kerroksen lävitse samassa suunnassa kuin natriumkarbonaatti tai -bikarbo- 7 69444 naatti. Natriumkarbonaatin pitoisuus on edullisesti 10-90 paino-%, tavallisesti 10-50 paino-%, natriumkarbonaatin ja natriumhydrok-sidin yhteisestä kuivapainosta laskien, ja se on yleensä 10 - 50 g (kuivapainona) anioninvaihtohartsin litraa kohti. Ensimmäisessä vaiheessa regenerointiin käytetyn natriumkarbonaatti- ja -bikarbo-naattiliuoksen pitoisuus on edullisesti 1 - 5 %, edullisimmin noin 2 %. Natriumhydroksidiliuoksen pitoisuus on edullisesti 4 - 6 %.

Kun prosessissa käytetään kahta kationinvaihtohartsikerros-ta, niin on edullista regeneroida ensin kationinvaihtohartsikerros, jonka lävitse virtaa syöttövesi, regenerointiliuoksella, jota on jo käytetty toisen kationinvaihtohartsikerroksen regeneroint.iin.

Syöttövesi johdetaan kunkin hartsikerroksen lävitse edullisesti alaspäin ja regenerointi suoritetaan myös edullisesti alaspäin virtaavalla liuoksella. Ennen regenerointia kukin kerros pestään edullisesti vastavirtaan ja regeneroinnin jälkeen jokaista kerrosta sekoitetaan johtamalla ilmaa, minkä jälkeen kerrokset huuhdotaan. Ilman sekoittamisella saadaan hartsihiukkasille mahdollisesti saostuneet kerrostumat poistettua ja siten hartsin aktiivinen pinta paljastettua sekä hartsihiukkasten tasaisempi jakautuminen kerroksessa. Regenerointi voidaan suorittaa samassa astiassa kuin veden-puhdistus tai eri astiassa. Tyypillisessä kierrossa puhdistettava vesi virtaa alaspäin, hartsi siirretään tavallisella tavalla työs-kentelyastiasta regenerointiastiaan, saatu kerros vastavirtahuuhdo-taan, regeneroidaan jommassa kummassa suunnassa, palautetaan työs-kentelyastiaan, hartsia sekoitetaan ilmalla ja se huuhdotaan.

Viimeinen kationihartsikerros, ja edullisesti kaikki kerrokset, on edullista pestä perusteellisesti ennen ensimmäistä käyttöä ja kunkin regeneroinnin jälkeen ennen käyttöönottoa. Näin siitä syystä, että keksinnön mukaisella menetelmällä saavutettaviin erittäin alhaisiin epäpuhtaustasoihin voi esimerkiksi natriumhydroksidi-regenerointijäännös aiheuttaa vakavia epäpuhtaushanttoja.

Keksinnössä käytetyt hartsit voivat olla tavanomaisia vahvoja happo- tai emäshartseja. Ne voivat koostua polymeeriperusainees-ta, esimerkiksi polystyreeni- tai polyakrylaattihartsista, joka on verkkoutettu dietyleeni-tyydyttämättömällä verkkoutusaineella, kuten divinyylibentseenillä, jossa on kvaternäärisiä ammonium- tai sul-fonihapporyhmiä.

8 69444

Yllättäen on havaittu, että joissakin tapauksissa keksinnön mukaisessa menetelmässä saadaan yllättävän kohonnut epäedullinen määrä kloridi-ioneja. Tämä voidaan välttää käyttämällä ydinlaatua (nucleargrade) olevia hartseja, kuitenkin tavallisemmin käyttämällä hartseja, joita on käsitelty höyryllä tai perusteellisesti pesty muulla tavalla ennen käyttöä valmistuksessa niihin jääneiden kloridien poistamiseksi, tai käyttämällä hartseja, joiden valmistuksessa ei ole käytetty orgaanisia kloorattuja liuottimia. Vaikka ionin-vaihtohartsit usein valmistetaan käyttämällä valmistuksessa orgaanisia kloorattuja liuottimia, niin tunnetaan myös menetelmiä, joissa tällaisten liuottimien käyttöä vältetään, ja keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään edullisesti tällaisia hartseja.

Puhdistettava vesi voi olla mitä tahansa vettä, jonka kiinteiden aineiden pitoisuus on alhainen, esim. 0,1 - 10 mg/1, tavallisesti 1-5 tai 1-10 mg/1, ja edullisesti se on, kuten edellä esitettiin, voima-aseman kondensaattivettä. Sen pH voi olla lähes neutraali, kuten tavallisesti kondensaatin puhdistusmenetelmissä, mutta sen pH saattaa olla yli neutraalin, esim. yli 8 tai 8,5, esimerkiksi 9 - 10, seurauksena tavallisesti tehdystä ammoniakin tai muun haihtuvan typpiemäksen, kuten morfoliinin sai sykloheksyyli-amiinin, lisäyksestä.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan helposti erittäin alhaisia epäpuhtaustasoja myös käytettäessä kondensaattia, jonka pH on korkea, ja myös suolaveden päästyä vuotamaan kondensaat-tiin. Keksinnön mukaisella menetelmällä on esimerkiksi mahdollista saada natrium-, sulfaatti- ja kloridipitoisuudet kukin alle 0,1 jug/1, esimerkiksi noin 0,02 jig/1, jolloin saadun veden kokonaisepä-puhtaustaso on alle 0,1 ^ug/1.

Hartsikerrokset voivat kukin olla erillisissä astioissa, mutta edullisemmin ne ovat toistensa päällä samassa astiassa. Menetelmä suoritetaan siten edullisesti sijoittamalla kerrokset pystysuoraan torniin erillisiksi kerroksiksi ja johtamalla käsiteltävä vesi pystysuunnassa tornin lävitse. Torni sisältää edullisesti olennaisesti vaakasuoria tukipohjia, joista yksi voi olla tornin pohjana, ja käsiteltävä vesi johdetaan alaspäin tornin lävitse, jolloin eri kerrosten hartsien kulkeutuminen seuraavaan kerrokseen estetään.

9 69444

Ioninvaihtoprosessien suoritus tornissa, joka sisältää erillisiä hartsikerroksia, on tunnettu, mutta näihin menetelmiin on yleensä liittynyt hartsin hidas kulkeutuminen yhdestä hartsikerrok-sesta toiseen. Keksinnön mukaisessa menetelmässä estetään hartsin kulkeutuminen yhdestä kerroksesta toiseen ja varsinkin hartsin kulkeutuminen anioninvaihtokerroksesta seuraavaan kationinvaihtokerrok-seen. Siten kerrosten pohjien tulisi estää hienojakoisen aineksen kulkeutuminen kerroksesta toiseen, ja astia saattaa sisältää suotimia kerroksesta toiseen siirtyvän veden suodattamiseksi. Nämä suotimet voivat sijaita astian sisällä tai yhden kerroksen pohjan lävitse tuleva vesi voidaan johtaa pois astiasta, suodattaa ja viedä seuraavan alemman kerroksen päälle.

Päällimmäisen kerroksen yläpinnan ja astian yläosan välillä ja kunkin alemman kerroksen yläpinnan ja välipohjan välillä on edullisesti sopiva välitila.

Keksintöä kuvataan liitteenä olevien piirrosten avulla, joista kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti menetelmä, jossa hartsiker-rokset ovat erillisissä astioissa, ja kuviossa 2 menetelmä, jossa hartsikerrokset ovat tornissa.

Kuviossa 1 esitetyssä laitteistossa on kolonnit 1, 2 ja 3, joita yhdistävät sopivat putkistot 4 ja 5. Puhdistettava vesi johdetaan kolonnin 1 yläosaan johtoa 6 myöten, ja käsitelty vesi otetaan ulos kolonnin 3 pohjasta johtoa 7 myöten.

Tämä laitteisto voidaan rakentaa teolliseen mittakaavaan, jolloin jokainen kolonnin on esimerkiksi läpimitaltaan 1 - 4 m, ja johdon 6 kautta vesi johdetaan kondensaattivesisäiliöstä. Kuvattu laite on kuitenkin laboratoriokokeissa käytetty laite, joka on varustettu myös tulojohdo.illa 7 ja 8. Johtoa 7 voidaan käyttää ammoniakin johtamiseen käsiteltävään veteen sen pH:n korottamiseksi tasolle, joka on tavallinen voima-asemakondensaateissa, ja johdon 8 kautta voidaan lisätä pieniä määriä natriumkloridia, millä voidaan jäljitellä suolavesivuotoa kondensaattiin.

Kolonnissa 1 on kationihartsia sisältävä kerros 9, kolonnissa 2 on anionihartsia sisältävä kerros 10 ja kolonnissa 3 on kationihartsia sisältävä kerros 11.

10 69444

Kukin kolonni on varustettu sopivalla johdolla 12 regeneroitavan hartsin poistamiseksi erilliseen regenerointilaitteeseen tai regenerantin ja huuhteluveden johtamiseksi kolonnin lävitse, ja tu-lojohdoilla 13 vastavirtapesuveden sisäänjohtamiseksi ja ilman johtamiseksi ilmasekoituksessa.

Eräässä kokeessa kationinva.ihtohartsina kerroksissa 9 ja 11 oli styreeni-DBV-sulfon.ihappo, joka oli puhdistettu höyrykäsitte-lyllä, ja anioninvaihtohartsina styreenr-DBV-kvaternäärinen -ammo-niumhartsi, joka oli puhdistettu höyrykäsittelyllä. Kerrokset 9 ja 11 olivat kumpikin noin 33 cm paksuisia ja kerros 10 noin 66 cm.

Syottövesi, jonka pH oli olennaisesti neutraali, ja jonka liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuus oli tyypillinen voima-aseman kondensaattivedelle, esim. vaihtelevasti 1-10 mg/1, johdettiin johdon 6 kautta siten, että sen nopeus astioiden lävitse oli 120 m/h, mikä vastasi 360 bv/h kolonnien 1 ja 3 lävitse ja 180 bv/h kolonnin 2 lävitse. Hartsien ollessa vety- ja hydroksimuodossa saatiin poistojohdosta 7 vettä, jolla oli veden teoreettinen minimi-sähkönjohtokyky ja liuenneen natriumin määrä alle 0,1 pg/1 ja kiinteiden aineiden kokonaismäärä alle 1 pg/1. Hartsien ollessa lähes loppunkäytettyjä ne regeneroitiin, jolloin kerrokset 9 ja 11 regeneroitiin rikkihapolla tai kloorivetyhapolla ja kerros 10 regeneroitiin ensin 2-£:lla natriumbikarbonaattiliuoksella ja sitten noin 5-%:lla natriumhydroksidiliuoksella. Ennen regenerointia jokainen kerros vastavirtapestiin ja regeneroinnin jälkeen jokainen kerros huuhdottiin vedellä ja sekoitettiin ilmalla.

Menetelmä toistettiin johtamalla ammoniakkia johdon 7 kautta sellaisella nopeudella, että kaikissa kolmessa kolonnissa saatiin ammoniakin kyllästyspiste ja pH noin 9,6. Havaittiin, että liuenneen natriumin ja kiinteiden aineiden kokonaismäärä olivat suunnilleen samat kuin alkuperäisessä kokeessa.

ti 694 4 4 Tämä toinen koe toistettiin sitten johtamalla johdon 8 kautta natriumkloridia syöttöveteen, jonka pH oli 9,6, määrä, joka vastasi vuotomäärää 1,3 mg/ml, ja tätä annostusmäärää ja vedenkäsit-telyä jatkettiin yli 5 tuntia. Koko kokeen aikana kolonnista 2 poistuvan veden liuenneen natriumin määrä oli alle 10 jug/1 ja johdosta 7 saadun veden natriummäärä oli koko ajan alle 0,1 jug/l. Kiinteiden aineiden kokonaismäärä oli myös koko ajan alle 1 pg/1. Poisto johdosta 7 saadun veden sähkönjohtokyky oli 28°C:ssa noin 0,09 mikro-ohmia/cm.

Näissä menetelmissä voidaan saada samankaltaisia tuloksia johtamalla tulojohdon 7 kautta ammoniakin sijasta amiineja, kuten morfoliinia tai sykloheksyyliamiinia. Astioissa suoritetun regeneroin-nin sijasta regenerointi voidaan suorittaa myös astioiden ulkopuolella .

Joissakin tapauksissa kolonni 1 voidaan jättää pois, jolloin tulojohto 6 syöttää vettä suoraan kolonniin 2.

Kuviossa 2 esitetty laitteisto käsittää tornin 14, joka on rakenteeltaan paineastia, joka on varustettu tulojohdolla 6 ja pois-tojohdolla 7 sekä olennaisesti vaakatasossa olevilla pohjilla 15, 16 ja 17. Pöhjalevyillä 15 ja 17 on kationinvaihtohartsikerrokset 9 ja 11 ja pohjalevyllä 16 anioninvaihtohartsikerros 10. Torni on varustettu johdoilla 18, jotta kuhunkin kerrokseen voidaan viedä tai kustakin kerroksesta poistaa erikseen hartsia. Jokainen levyistä 15, 16 ja 17 on varustettu siivilöimislaitteilla 19, jotka sallivat veden kulun alaspäin, mutta estävät hartsin kulkeutumisen. Vaihtoehtoisesti ainakin levyn 16, mutta edullisesti myös levyn 15 kohdalle on sijoitettu ohitusjohto 20 veden poistamiseksi kerroksen pohjalta ja johtamiseksi suotimeen 21 ja johtamiseksi siitä takaisin alemman kerroksen yläosan kohdassa 22.

Hartsit voidaan regeneroida kolonnissa, jolloin siinä on sopivat yhdysjohdot, sekä tulo- että poistojohdot 18, edellyttäen, että kukin kerros aina regeneroidaan erikseen, tai hartsit voidaan siirtää tästä yksiköstä johtojen 18 kautta regenerointiin ulkopuolisessa kolonnissa tavallisella tavalla. Näytteenotto ja jakolevyt voidaan suunnitella eri tavoin, mutta niiden suunnittelussa on edullisesti otettava huomioon happojen pääsyn ehkäiseminen anionihartsiin; lisäksi on tärkeätä, että ne on suunniteltu siten, etteivät anioni-hartsihiukkaset tai hienompi materiaali kulkeudu anionihartsiosasta 12 69444 minnekään, missä ne voivat joutua kationihartsiin. Näytteenotossa tulisi siten välttää tunkeutumista jakolevyihin, ja osittain käsitellyn veden näytteitä anionihartsikerroksesta voidaan ottaa astiasta ja hienosuodatuksen jälkeen palauttaa kationinvaihtokerrokseen.

Tyypillisessä menetelmässä torni 14 on läpimitaltaan 2 m ja hartsityypit ja kerrosten paksuudet ovat samat kuin kuviossa 1. Virtausnopeus saattaa olla alhaisempi kuin edellä kuvattu, mutta on edullisesti sama. Tulokset ovat samankaltaiset kuin kuviossa 1 kuvatulla laitteistolla.

Levy 15 ja kerros 9 voidaan jättää pois, ja poistojohdosta 7 saatu vesi saa sisältää jonkin verran korkeampia liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuuksia.

il

Claims (11)

69444 13

1. Menetelmä alhaisen kiinteiden aineiden pitoisuuden omaavan veden puhdistamiseksi ioninvaihdolla käsittelemällä vettä kationin-vaihtohartsia sisältävässä kerroksessa ja anioninvaihtohartsia sisältävässä kerroksessa ja lopuksi kationinvaihtohartsia sisältävässä kerroksessa, jolloin jokaisen kerroksen paksuus on alle 1 m, ja jolloin molemmat kationinvaihtohartsit tarvittaessa regeneroidaan erikseen, tu nnettu siitä, että virtausnopeus viimeisen kerroksen lävitse on yli 120 m/h ja että virtausnopeus ja regeneroin-ti on sellainen, että puhdistetun veden liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuus on alle 5^ug/l.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtausnopeus kaikkien kerrosten lävitse on yli 120 m/h.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että virtausnopeus ja regenerointi on sellainen, että puhdistetun veden liuenneiden kiinteiden aineiden pitoisuus on alle 1^ug/1.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kukin kerros on paksuudeltaan 20-75 cm.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hartsikerrokset ovat toistensa päällä pystysuorassa tornissa olennaisesti vaakasuorilla pohjilla ja että käsiteltävä vesi johdetaan tornin lävitse alaspäin, jolloin hartsin kulkeutuminen yhdestä kerroksesta seuraavaan estetään.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vettä käsitellään ensin 25-40 cm paksuisessa kationvaihtohartsikerroksessa, sitten 50-75 cm paksuisessa anioninvalhtohartsikerroksessa ja lopuksi 25-40 cm paksuisessa kationinvaihtohartsikerroksessa.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että virtausnopeus kunkin kerroksen lävitse on 120-240 m/h.

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi sisältää sellaisen määrän haihtuvaa typpipitoista emästä, että sen pH on yli 8. 14 69444

9. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anioninvaihtohartsi ja kationinvaihto-hartsi regeneroidaan erikseen ja regeneroinnin jälkeen kumpikin erikseen sekoitetaan ilman kanssa kerroksessa, jonka lävitse puhdistettava vesi virtaa.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anioninvaihtohartsi regeneroidaan ensin käsittelemällä natriumkarbonaatilla tai -bikarbonaatilla ja sitten käsittelemällä natriumhydroksidilla.

11. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetyt hartsit eivät sisällä käytännöllisesti katsoen lainkaan orgaanisia klooriyhdisteitä. 15 6 9 4 4 4 Patentkrav O y n