Opis wydano drukien| dnia 30 Rudnia 1963 r.IMtftt) SIL* U Ot?.: KAI IfiMisi ^gczypaspilitel triwll POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 47887 KI. 85 b, 2/03 KI. internat. C 02 b A \a0 Witold Trochimczuk Wroclaw, Polska Tomasz Winnicki Wroclaw, Polska Sposób calkowitego oczyszczania wody od zanieczyszczen jonowych oraz urzadzenie do stosowania tego sposobu Patent trwa od dnia 25 maja 1963 r.Przedmiotem wynalazku jest sposób calkowi¬ tego oczyszczania wody od zanieczyszczen jono¬ wych na zlozu mieszanym wymieniaczy jono¬ wych oraz urzadzenie do wykorzystania tego spasobu.Znane sposoby calkowitego oczyszczania wo¬ dy, na zlozu mieszanym wymieniaczy jonowych od zanieczyszczen jonowych zarówno w fazie samego oczyszczania jak i regeneracji oraz my¬ cia wymieniaczy anionitu i kationitu, sa pra¬ cochlonne, a urzadzenia przeznaczone do tego celu sa skomplikowane i stosunkowo malo wy¬ dajne.Dotychczas regeneracja anionitu i kationitu w kolumnie odbywa sie systemem opadowym, co w zaleznosci od zapelnienia zbiorników i za¬ awansowania regeneracji powoduje rózna szyb¬ kosc przeplywu regeneratorów przez zloze. Przy równoczesnej regneracji kationitu i anionitu moze td spowodowac mieszanie sie kwasu i lu¬ gu iw konsekwencji uniemozliwic uzyskanie pozadanego stopnia zregenerowania zloza wy¬ mieniaczy.W zbiornikach na regeneranty umieszczone sa roztwory stezone (25 które w sposób ciagly za pomoca specjalnego urzadzenia rozciencza sie woia surowa do wy¬ maganych przy regeneracji stezen. (56/o HG1 i 4% NaOH). Wobec czesto zmieniajacego sie cisnienia wQdy-w sieci wodociagowej ten sipo- sób rozcienczania wymaga stalego nadzoru. Po¬ nadto istnieje niebezpieczenstwo zatykania sie kapilar urzadzenia do rozcienczania nawet przy niewielkich zanieczyszczeniach mechanicznych roztworów regeneracyjnych. Nieprawidlowe roz¬ cienczenie moze spowodowac zniszczenie wy-mienia-czy jonowych lufo niewlasciwa rege¬ neracje.Mycie wymieniaczy jonowych od nadmiaru czynników regenerujacych odbywa sie za po¬ moca surowej wody (wodociagowej), co powo¬ duje czesciowe bezuzyteczne wyczerpanie sie pojemnosci zloza oraz wytracanie sie w zlozu amonitowym nierozpuszczalnych wodorotlen¬ ków (szczególnie zelaza), które nie daja sie usu¬ nac w czasie regeneracji anionitu roztworem wodorotlenku sodowego i powoduja stale po¬ garszanie sie jakosci wody czystej i znaczny spadek wydajnosci.Mieszanie zloza w znanych dotychczas urza¬ dzeniach odbywa sie za pomoca niezaleznego kompresora' powietrza lub skomplikowanej pompy wodnej sprezajacej powietrze, wymaga¬ jacej minimalnego cisnienia 4 atm wody wodo¬ ciagowej oraz stalej regulacji poziomu w od¬ dzielaczu wody.Regeneracje zloza kationowego i amonitowego przeprowadza sie równoczesnie, co stwarza ko¬ niecznosc wprowadzenia zlozonego systemu ste¬ rowania przy pomocy duzych ilosci wentyli.W zwiazku z tym istnieje mozliwosc omylek w obsludze, co moze w skrajnym wypadku do¬ prowadzic do zniszczenia wymieniaczy jono¬ wych i uszkodzenia samego aparatu.Bardzo istotna dla równomiernego przeplywu cieczy w kolumnie jest konstrukcja dna, roz¬ wiazana w rózny sposób dla róznego typu apa¬ ratów, zawsze jednak za pomoca skomplikowa¬ nego i pracochlonnego frezowania otworów o specjalnych ksztaltach. Kolumna zamknieta jest osobnymi zlaczami kolnierzowymi, w któ¬ rych umocowane sa sita górne i dolne.W stosunku do opisanego sposobu oraz kon¬ strukcji dotychczas uzywanych do oczyszczania wody na zlozu mieszanym, sposób i urzadzenie wedlug wynalazku odznacza sie szeregiem zalet.Zgodnie z wynalazkiem, regeneracja wymie¬ niaczy jonowych odbywa sie w sposób wymu¬ szony przez wytworzenie podcisnienia co umoz¬ liwia regulacje szybkosci oraz utrzymanie sta¬ losci przeplywu roztworów regeneracyjnych.Roztwory regeneracyjne przygotowuje sie od razu o zadanym stezeniu i przesysa przez zloze wymieniaczy jonowych. Eliminuje sie niewska¬ zana z punktu widzenia bezpieczenstwa pracy koniecznosc -podnoszenia stezonych roztworów kwasu i lugu na wysokosc zapewniajaca dosta¬ teczna szybkosc przeplywu, Do mycia wymie¬ niaczy jonowych od nadmiaru czynników rege¬ neracyjnych uzywana jest woda czysta, uzyski¬ wana na poczatku i na koncu operacji czyszcze¬ nia wody surowej, a nie mieszczaca sie w zalo¬ zonych granicach przewodnictwa dla wody czy¬ stej przeznaczonej do uzytku. Mieszanie zloza odbywa sie za pomoca wodnej pompki ssacej, do napedu której wystarczy cisnienie 2 atm wody wodociagowej, i która sluzy jednoczesnie do wytworzenia podcisnienia wymaganego w'operacjaeh regeneracji i mycia. Regeneracje i lzycie przeprowadza sie w okreslonej kolej¬ nosci. Najpierw regeneruje sie kationit, nastep¬ nie anionit, myje anionit i wreszcie myje ka¬ tionit. Ten sposób postepowania umozliwia uproszczenie konstrukcji aparatu i zmniejszenie ilosci wentyli.Urzadzenie wedlug wynalazku sterowane jest centralnie przez przekrecenie walka rozrzadu w piec po sobie nastepujacych pozycji, ozna¬ czajacych poszczególne operacje oraz regulacje szybkosci przeplywu .wody w urzadzeniu za po¬ moca jednego zaworu. Równomiernosc przeply¬ wu cieczy przez caly przekrój kolumny, co ma zasadnicze znaczenie dla prawidlowego rozdzie¬ lenia kationitu od anionitu w operacji separo¬ wania zloza, zapewnia uklad kanalów i okrag¬ lych otworów doprowadzajacych, wykonanych w dnie kolumny przez proste nawiercenie. Ko¬ lumna osadzona jest dociskowo miedzy dolna plyta szkieletu, na której spoczywa dno kolum¬ ny, a górna plyta, do której dokrecana jest po¬ krywa kolumny, przy czym sito dolne, na uszczelce gumowej, wcisniete jest do kolumny, a sito górne przyklejone do pokrywy.Istota rozwiazania wedlug wynalazku, w od¬ niesieniu do sposobu oczyszczania wody od za¬ nieczyszczen jonowych, polega na zastosowaniu podcisnienia przy regeneracji i myciu wymie¬ niaczy jonowych, mieszaniu zloza zasysanym powietrzem za pomoca tej samej pompki wod¬ nej, która uzywana jest w operacjach regenera¬ cji i mycia, a takze na okreslonej kolejnosci przeprowadzania poszczególnych operacji jak regeneracja kationitu, regeneracja anionitu, my¬ cie anionitu i mycie kationitu, co umozliwia unikniecie szkodliwego wplywu zmian objeto¬ sci zloza wymieniaczy jonowych (kationitu) w czasie regeneracji kwasem i zwiazanej z tym mozliwosci niepozadanego wymieszania sie warstw anionitu i kationitu.W odniesieniu do urzadzenia przy stosowaniu powyzszego sposobu, istota wynalazku polega na zastosowaniu centralnego ukladu sterowa¬ nia, który upraszcza proces technologiczny i eli¬ minuje mozliwosc pomylek w obsludze, zasto¬ sowaniu kanalowej konstrukcji dna kolumny, odpowiednim osadzeniu kolumny w szkielecie — 2 —urzadzenia i osadzeniu sita dolnego w kolumnie.. Sposób wedlug wynalazku uwidoczniono schematycznie na rysunku na fig. 1. Urzadzenie do wykorzystania tego sposobu uwidoczniono równiez na rysunku, na którym fig. 2 przedsta¬ wia urzadzenie w widoku z przodu, fig. 3 — w widoku z tylu, fig. 4 — w widoku z góry i fig. 5 — przekrój fragmentu dolnej czesci urzadzenia przedstawiajacego osadzenie kolum¬ ny w szkielecie i sita dolnego w kolumnie oraz dno z ukladem okraglych otworów.Sposób wedlug wynalazku przy uzyciu przed¬ miotowego urzadzenia moze byc stosowany do calkowitego oczyszczania wody surowej (wodo¬ ciagowej) od zanieczyszczen jonowych, lub do oczyszczania wody oczyszczonej wstepnie na drodze destylacji albo wymiany jonowej. UrzaT dzenie pracuje periodycznie. Po oczyszczeniu pewnej ilosci wody surowej, wynoszacej w za¬ leznosci od ilosci zanieczyszczen jonowych i srednicy kolumny, od 200 do 2000 1, lub po do¬ czyszczeniu wody wstepnie oczyszczonej wyno¬ szacej w zaleznosci od stopnia wstepnego oczy¬ szczenia i srednicy kolumny, od kilku do kilku¬ dziesieciu tysiecy litrów, zloze wymieniaczy jonowych poddaje sie regeneracji.Cykl miedzy dwoma nastepujacymi po sobie regeneracjami obejmuje nastepujace operacje: regeneracja kationitu, regeneracja amonitu, mycie anionitu, mycie kationitu, mieszanie zlo¬ za, czyszczenie wody, separacja zloza.W celu przedstawienia szczególowej techno¬ logii oczyszczania wody od zanieczyszczen jo¬ nowych sposobem wedlug wynalazku, niezbed¬ ne jest uprzednie opisanie urzadzenia do wyko¬ rzystania tego sposobu.Szkielet 1 urzadzenia spawany z katownika ma wmontowana plyte dolna 2 i plyte górna 3.Na plycie dolnej 2 spoczywa dno 4 kolumny 5 wykonane z bloku winidurowego. W dnie 4 osa¬ dzona jest kolumna 5 wykonana ze szkla orga¬ nicznego i lugoodpornego. Kolumna 5 od góry zamknieta jest pokrywa 6. W dnie 4 i w pokrywie 6 znaj¬ duja sie gumowe uszczelki 7. Dokrecenie po¬ krywy 6 do plyty górnej 3 ipowoduje docisniecie kolumny 5 do dna 4 i pokrywy 6 oraz uszczel¬ nienie kolumny 5. Wewnatrz kolumny 5 znaj¬ duje sie rurka winidurowa 8 z kolektorem zbiorczym 9. W dnie 4 znajduja sie okragle otwory umozliwiajace laminarny przeplyw cie¬ czy. Z boku dna 4 jest wyprowadzona boczna rurka odplywowo-doplywowa 10. Kolumna 5 zaopatrzona jest w sito dolne 11 wcisniete na gumowej uszczelce 12 w, dolna czesc kolumny 5 oraz sito górne 13 przyklejone do pokrywy 6.Oba sita 11, 13 wykonane sa z plyty winiduro- wej i zaopatrzone od wewnetrznej strony ko¬ lumny 5 tkanina filtracyjna kwaso- i lugood- porna. Ponadto w pokrywie 6 znajduje sie kró¬ ciec z krótka rurka 14 siegajaca ponizej sita górnego 13. Sterowanie urzadzenia odbywa sie za pomoca centralnego ukladu sterowania skla¬ dajacego sie z osmiu wentyli zaciskowych W 1—8 umieszczonych po cztery w dwóch ceow- nikach 15 polozonych po obu stronach walka rozrzadu 16, na którym znajduje sie osiem krzy¬ wek 17. Walek rozrzadu 16 jest zaopatrzony w pokretlo 18 z wskazówka. W plycie górnej 3 osadzona jest wodna pompka ssaca 19. W razie potrzeby moga byc zastosowane dwie wodne pompki ssace równolegle. Górna czesc urzadze¬ nia poczynajac od plyty górnej 3 jest obudowa¬ na z przodu i obu boków. Na plycie czolowej 20 z blachy lub z winiduru zamontowany jest mier¬ nik czystosci wody 21, rotametr 22 oraz wodo¬ mierz 23 (fig. 2). Na prawej plycie bocznej 24, przez która wychodzi na zewnatrz walek roz¬ rzadu 16 wraz z pokretlem 18, zamontowane sa dwa wodne zawory przelotowe Zl, Z2 oraz czte¬ ry winidurowe krócce K 1—4.Polaczenia dla cieczy stanowia weze gumowe i trójniki szklane lub winidurowe.Walek rozrzadu 16 moze byc za pomoca ruchu pokretlem 18 umieszczony w pieciu polozeniach oznaczonych w dalszym ciagu opisu dla miesza¬ nia zloza „M", czyszczenia wody „P", separacji zloza „S", regeneracji i mycia anionitu „A", re¬ generacji i mycia kationitu „K".Króciec KI doprowadzajacy wode surowa po¬ laczony jest stale z instalacja wodociagowa.W celu wymieszania zloza pokretlo 18 walka rozrzadu 16 ustawia sie w polozeniu „M" i mak¬ symalnie otwiera zawór Z 1 (woda surowa).Woda wentylem W 8 dochodzi do pompki ssa¬ cej 19, która napedza i splywa do kanalu, przy czym króciec ssacy pompki 19 polaczony jest przez wentyl W 3 z góra kolumny 5. W kolum¬ nie 5 wytwarza sie podcisnienie. Powoduje ono zassanie powietrza od dolu kolumny 5, która polaczona jest z atmosfera przez wentyl W 2.Po calkowitym wymieszaniu zloza, które trwa okolo pól godziny, rozpoczyna sie operacje wlas¬ ciwego oczyszczania wody. Pokretlo 18 walka rozrzadu 16 ustawia sie w polozeniu „P" i za¬ worem Z 1 ustala zadana szybkosc przeplywu wody przez rotametr 22. Szybkosc przeplywu wody moze wynosic 50—150 litrów na godzine.W polozeniu tym woda przez zawór Z 1, rota¬ metr 22 i wentyl W 1 doprowadzona zostaje na — 3 —gdre fcohmmy 5, przechodzi przez zloze wymie¬ niaczy jonowych i wychodzi dolem kolumny 5 przez wentyl W2,: wodomierz 23 i miernik czys¬ tosci wody 21 do krócca K 2 doprowadzajacego wode czysta.- Po wlaczeniu . miernika czystosci wody 21 poczatkowo wode kieruje sie do balo-?. n6w przeznaczonych do sporzadzania roztwo¬ rów^regeneracyjnych, oraz do * balonów -na wo- de*doomycia tak dlugo, az miernik 21 'wskaze zalozona wielkosc przewodnictwa' oczyszczonej wody.(Nastepnie pobiera sie wode czysta, az do po¬ nownego przekroczenia zalozonej wartosci prze¬ wodnictwa na skutek wyczerpania zloza.; Po wyczerpaniu zloza wymieniaczy jonowych przeprowadza sie separacje anionitu od katió¬ nitu.W tym celu pokretlo 1$ walka rozrzadu 16 ustawia sie w polozeniu „S". Wówczas woda przez zawór Z 1 i wentyl W'5 dostaje sie na dól kolumny 5 unosi i rozciaga zloze na cala wy¬ sokosc kolumny 5 1 wychodzi przez wentyl W 3 do kanalu. Po rozdzieleniu obu wymieniaczy jonowych na dwie warstwy; co trwa kilkanas¬ cie minut, zamyka sie zawór- Z 1 i nastepuje osadzanie sie zloza.Nastepnie pokretlo 18 walka rozrzadu 16 usta¬ wia sie w polozeniu „K" w celu przeprowadze¬ nia regeneracji katiónitu. Przez kationifr prze- sysa sie 5°/o roztwór kwasu solnego z szybkos¬ cia 50 1/godz. W polozeniu „K" pompka ssaca 19 napedzana jest woda dochodzaca przez zawór Z 1 i wentyl W 8: Roztwór kwasu przez króciec K 3 (kwas do regeneracji i woda do mycia ka¬ tiónitu) (fig. 1) oraz wentyl W 7 dochodzi na dól kolumny 5 zostaje przessany przez warstwe ka- itionitii i odprowadzony kolektorem zbiorczym 9 przez wentyl W 4 do pompki ssacej 19 i z wo¬ da napedzajaca pompke ssaca 19 do kanalu.Szybkosc'ssania reguluje sie doplywem wody do pompki ssacej 19 przy pomocy zaworu Z 1.Po przeprowadzeniu • regeneracji katiónitu rozpoczyna sie regeneracje anionitu. Pokretlo 18 walka rozrzadu 20•ustawia sie w polozeniu „A".Przez anionit przesysa siei 4°/ó roztwór wodo¬ rotlenku sodowego z szybkoscia 30 1/godz. W po¬ lozeniu „A^ pompka ssaca 19 napedzana jest woda i polaczona z kolektorem zbiorczym 9 identycznie jak w polozeniu „K". Roztwór wo¬ dorotlenku przez króciec K 4 (lug do regenera¬ cji, i woda do mycia anionitu — fig. 1) oraz wentyl W 6 dochodzi na góre kolumny 5 zostaje przessany przez warstwe anionitu i odprowa¬ dzony kolektorem zbiorczym 9 przez wentyl W.4 do pompki ssacej 19 i z woda napedzajaca pompke ssa-ca Id do kanalu. Szybkosc ssania reguluje sie tak jak przy regeneracji katiónitu.Po zakonczeniu regeneracji przystepuje sie do odmycia nadmiaru roztworów regeneracyj¬ nych z katiónitu i anionitu.Pokretlo 18 walka rozrzadu 16 pozostaje w po¬ lozeniu „A". Zaworem Z 1 reguluje sie ssanie pomjpki ssacej 19 tak, aby woda myjaca prze¬ plywala z szybkoscia okolo 50 1/godz. Króciec K 4 laczy sie z balonem z woda czysta i prze- sysa wode czysta przez anionit identyczna dro¬ ga co uprzednio roztwór wodorotlenku, az do calkowitego odmycia.Nastepnie pokretlo 18 walka rozrzadu 16 usta¬ la sie ponownie w polozeniu „K". Zawór Z 1 pozostaje w polozeniu takim jak przy myciu anionitu. Króciec K 3 laczy sie z balonem z wo¬ da czysta i przesysa wode czysta przez kationit identyczna droga co uprzednio roztwór kwasu,. az do calkowitego odmycia.Potem wykonuje sie ponownie operacje mie¬ szania zloza wymieniaczy jonowych i urzadze¬ nie jest gotowe do kolejnej operacji oczyszcza¬ nia wody..W operacjach regeneracji i mycia kolumna 5 znajduje sie pod podcisnieniem tak, ze moze na¬ stapic obnizenie poziomu cieczy i zachodzic ko¬ niecznosc jej uzupelnienia. W tym celu pokretlo 18 walka rozrzadu 16 ustawia sie w polozeniu „P", otwiera zawór Z 2 (odpowietrzenie) oraz zawór Z 1 dopuszczajac brakujaca ilosc wody, po czym zawór Z 2 zostaje zamkniety. * PL