DE2403274B1 - Verfahren zum taktweisen Betrieb einer lonenaustausch-Mischbettanlage und Vorrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von jenem bekanntgewordenen Verfahren zum taktweisen Betrieb einer Ionenaustausch-Mischbettanlage, bei welchem die vom Rohwasser durchflossenen Ionenaustauschermassen portions- und taktweise einer Rückspül-, Regenerier- und Waschkolonne zugeführt und von dort in die Behandlungskolonne zurückgefördert werden, wobei der Abzug in den Kolonnen mittels in den Kopfstücken angeordneter Abzugsrohre erfolgt und im Rückspülbehälter neben der Ausspülung von Verunreinigungen gleichzeitig eine Massenkraft-Trennung in Kationen- und Anionenaustauschermassen vorgenommen wird, welche dann getrennt abgezogen, zum Waschen und Regenerieren in getrennte Behälter transportiert und dann vor Wiederverwendung zusammengemischt werden, nach Patentanmeldung P 20 29 720.5-24.

Bei jenem vorbekannten Verfahren werden die Ionenaustauschermassen in einer Rückspül- und Trennkolonne entsprechend ihrem spezifischen Gewicht getrennt. Die entmischten Harze werden dann durch in unterschiedliche Höhen mündende Abzugsrohre abgezogen. Der schwerere, im unteren Bereich befindliche Kationenaustauscher wird einer getrennten Regenerier- und Waschkolonne zugeführt, während der Anionenaustauscher durch ein höher mündendes Abzugsrohr ebenfalls in eine eigene Regenerier- und Waschkolonne gefördert wird. Nach dem Regenerieren und Waschen werden die Harze taktweise einem Mischstück zugeführt und in diesem wieder vereinigt, von wo sie über Kopf in die Behandlungskolonne zurückgelangen.

Bei dem Betrieb einer Mischbett-Ionenaustauscheranlage ist das saubere Trennen der Kationen- und Anionenharze schwierig. Wenn Anteile der Kationenharze zusammen mit den Anionenharzen abgezogen werden und umgekehrt, werden diese beim jeweiligen Regenerierungsvorgang beladen und kommen in diesem Zustand in die Behandlungskolonne zurück. Dadurch wird die Qualität des Reinwassers vermindert. Je stärker das Mischungsverhältnis von Kationen- und Anionenharzen in den transportierten Chargen schwankt, um so breiter ist die Mischzone in der Trennkolonne und um so größer die Schwierigkeit der sauberen Entmischung. Der erzielbare maximale Reinheitsgrad des Deionats wird weitgehend durch den Entmischungsgrad bestimmt.

Es sind Vorrichtungen zum Entsalzen von Flüssigkeiten unter Verwendung von Mischbett-Ionenaustauschern bekanntgeworden, bei denen die Trennung und der Abzug der Ionenaustauschermassen innerhalb der Betriebskolonne erfolgt (DT-AS 17 67 623). Zu diesem Zweck ist der Filterbehälter durch einen horizontalen Düsenboden in zwei Räume unterteilt, welche je ein

Drainagesystem zum Abführen der Reinflüssigkeit enthalten. Der Düsenboden besitzt mehrere senkrecht angeordnete Rohre kleineren Durchmessers, die zum Hindurchführen der beladenen Ionenaustauscher aus dem unteren in den oberen Behälterraum dienen. In dem Raum oberhalb des Düsenbodens sind zwei Absaugstutzen zum getrennten Abführen der beladenen Ionenaustauscher angeordnet, von denen der eine zum Abführen der spezifisch schwereren Ionenaustauscher unterhalb der Austrittsöffnungen der Rohre und der andere zum Abführen der spezifisch leichteren Ionenaustauscher oberhalb des Drainagesystems angebracht ist. Beide Absaugstutzen sind mit je einer Regeneriersäule für den jeweiligen Ionenaustauscher verbunden. Durch eine solche Anordnung von Einbauten in der Behandlungskolonne kann jedoch kein befriedigender Reinheitsgrad erreicht werden, da durch den ständigen Fluß der Harze durch die Rohre des Düsenbodens hindurch kein umschichtungsfreies Festbett geschaffen werden kann. Die Trennung der beladenen Austauscherharze erfolgt während des Betriebszustandes, und der Abzug wird im Bereich der Reinwasserzonen vorgenommen. Somit befindet sich am Austritt des Reinwassers beladenes Austauscherharz, so daß kein hoher Reinheitsgrad des Wassers erzielbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Reinheitsgrad des aufbereiteten Wassers unabhängig vom Salzgehalt des Rohwassers zu verbessern und die den bekannten Verfahren anhaftenden Mängel zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Abzugsrohre in der Rückspül- und Trennkolonne in einem derartigen Abstand voneinander einstellt, daß die in der Rückspül- und Trennkolonne zwischen den Mündungen der Abzugsrohre befindlichen Austauschermassen jeder Harzart ein Mehrfaches der jeweils taktweise geförderten Ionenaustauscherchargen betragen. Versuche haben gezeigt, daß bei Einhaltung einer »Sicherheitszone« zwischen den Abzugszonen eine Gewähr gegeben ist, daß im Bereich der Mündungen der Abzugsrohre jeweils nur eine bestimmte Harzgattung, nämlich im oberen Bereich die Anionen, im unteren Bereich die schwereren Kationen, vorhanden ist, so daß eine maximale Gewähr für eine saubere Trennung gegeben ist. Da die Gewichtsunterschiede zwischen Kationen und Anionen zumindest teilweise recht gering sind, ist durch die Zwischenschaltung einer »Sicherheitszone« durch den dadurch bedingten Abstand zwischen den Abzugsmündungen der beiden Rohre die größte Gewähr gegeben, daß im Bereich der Mündungen der Abzugsrohre nur jeweils eine Art der Austauschermassen, nämlich Kationen oder Anionen, vorliegt.

Um eine genaue und einfache Bemessung der Charge vornehmen zu können, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß man das Volumen der in die Rückspül- und Trennkolonne zu fördernden Harzcharge in einer dieser vorgeschalteten Meßkolonne einstellt. Das Aufnahmevolumen der Meßkolonne entspricht zweckmäßig etwa einer Charge.

Es ist ferner erfindungsgemäß eine Nachwaschung der wieder vereinigten Ionenaustauschermassen unmittelbar vor Einleiten in die Behandlungskolonne vorgesehen, um sicherzustellen, daß vollkommen gereinigte Mischbettionenaustauschermassen in die Betriebskolonne gelangen. Diese Nachwaschung kann dann besonders vorteilhaft sein, wenn die Ionenaustauschanlage als Polizeifilter zur Nachentsalzung von vorentsalztem Wasser oder bei der Aufbereitung von Wasser mit geringem Salzgehalt, von Betriebskondensat oder Turbinenkondensat, gegebenenfalls nach Durchlaufen einer Umkehrosmoseanlage oder Vollentsalzungsanlage, eingesetzt wird.

Die Erfindung ist im einzelnen an Hand der schematisch dargestellten Zeichnung beschrieben, in welcher ein Ausschnitt der taktweise betriebenen Ionenaustauschanlage nach der Erfindung schematisch dargestellt ist.

Das zu reinigende, nachfolgend der Einfachheit halber als Rohwasser bezeichnete Rohprodukt wird in die Betriebskolonne 10 über die Leitung 12 bei geöffnetem Ventil 2 im unteren Bereich eingeführt. Das Rohwasser durchströmt die Betriebskolonne von unten nach oben und wird über die Reinwasserleitung 16 bei geöffnetem Ventil 3 abgezogen. Das Ionenaustauscherharz liegt in der Betriebskolonne als Mischbett 14 vor. Zum Transport von beladenem Austauscherharz senkt sich das Harzbett bei geöffnetem Ventil 4 und offenem Ventil 6 sowie geschlossenen Ventilen 2 und 3 in den trichterförmigen Bodenteil 10a der Behandlungskolonne 10 ab. Die Förderung der im Trichter 10a vorhandenen Harzcharge in den Zwischenbehälter 18, der als Meßkolonne dient, geschieht durch Öffnen der Ventile 2,5, 7 und 9, wobei Ventil 3 ebenfalls geöffnet ist. In die Meßkolonne 18 kann, gegebenenfalls über einen Strahlsauger 19, Wasch- und Transportwasser durch die Leitung 22 über das Ventil 21 in die Leitung 20 eingeführt werden. Dieser Strahlsauger kann zur Zumischung von Chemikalien verwendet werden, die das Trennen der gemischten Harze in der angeschlossenen Rückspül- und Trennkolonne 26 verbessern. Aus der Meßkolonne 18 gelangt die noch gemischte Ionenaustauschermasse chargenweise über eine Leitung 24 bei geöffneten Ventilen 25, 9 und 27 in eine Trenn- und Rückspülkolonne 26. Vom Kopfstück dieser Kolonne 26 ragen zwei Abzugsrohre 28 und 30 mit unterschiedlichen Eintauchtiefen in den Kolonnenraum hinein. Das höher mündende Abzugsrohr 28 ist zum Abzug von Anionenharz, das im Bodenbereich mündende längere Abzugsrohr 30 zum Abzug von Kationenharz bestimmt.

Beim Transport der Harze aus der Meßkolonne 18 in die Trenn- und Rückspülkolonne 26 wird das spezifisch leichtere Anionenaustauscherharz bereits vom spezifisch schwereren Kationenharz getrennt, wobei sich das Anionenaustauscherharz oben, das Kationenaustauscherharz darunter ablagert. Zwischen beiden bildet sich eine je nach Harzart, Harzkörnung, Beladungszustand und Betriebszeit der Harze unterschiedlich stark ausgeprägte Trennzone aus. Neben der Trennung werden die Harze infolge des Durchströmens mit Transportwasser, das über Ventil 27 abläuft, rückgespült und dabei von Schmutzstoffen befreit.

Die Trenn- und Rückspülkolonne 26 ist so ausgelegt, daß in ihr mehrere Chargen Kationen- und Anionenaustauscherharz Platz finden. Nach der Trennung und Sedimentation der beiden Harzchargen befindet sich im Bereich des Mündungsrohres 28 Anionenaustauscherharz, während sich im Bereich des tiefer mündenden Abzugsrohres 30 Kationenaustauscherharz abgelagert hat.

Durch Öffnen des Ventils 29 wird Druckwasser in die Rückspül- und Trennkolonne eingespeist und eine Charge Kationenaustauscherharz über die Leitung 32 in die nachgeschaltete, nicht näher dargestellte Regenerier- und Waschkolonne abgeführt. Dabei senkt sich der Spiegel des Kationenaustauscherharzes entspre-

chend der entnommenen Harzmenge ab, und die Höhe der Anionenaustauscherschicht über der Mündung des Abzugsrohrs 28 für das Anionenaustauscherharz sinkt so weit ab, daß mit Sicherheit durch dieses Rohr nur Anionenaustauscherharz abtransportiert wird. Die zusätzliche Harzmenge, die sich zusätzlich zur transportierenden Menge an Harz noch in der Trennkolonie befindet, kann als Sicherheitsmenge bezeichnet werden und die durch sie gebildete Füllhöhe als Sicherheitszone.

Durch diese Sicherheitszone ist gewährleistet, daß die Abzugsrohre für die unterschiedlichen Harztypen nie in eine eventuell vorhandene Mischzone gelangen und dabei Harzgemisch abgezogen wird. Die Höhe der Sicherheitszone, die von der Harztype, dem Mischungsverhältnis der Harze, dem Beladungszustand und der Korngrößenverteilung abhängt, sollte in ihrer Höhe einer Charge der Harzmischung mindestens entsprechen.

Günstige Ergebnisse haben sich gezeigt, wenn die Trenn- und Rückspülkolonne so bemessen ist, daß das Aufnahmevermögen der Rückspül- und Trennkolonne mindestens 10 Chargenvolumen entspricht und die darin befindliche lonenaustauschermasse 5 Chargenvolumen beträgt, von der sich jeweils 1 Charge einer Gattung der Ionenaustauscherharze (Kationen oder Anionen) im Bereich der Mündung der Abzugsrohre befindet, während sich zwischen diesen eine Menge von etwa 3 Takten befindet. Bei einer derartigen Bemessung steht genügend Rückspülraum zur Verfügung, während andererseits auch eine saubere Trennung des Mischbettes in Anionen einerseits und Kationen andererseits gewährleistet ist.

Während das Kationenaustauscherharz über die Leitung 32 einer nachgeschalteten, vorzugsweise in U-Form gestalteten Regenerier- und Waschkolonne zugeführt wird, gelangen die Anionenaustauscherharze über die Leitung 34 in eine gleichgestaltete Wasch- und Regenerierkolonne.

Nach dem getrennten Waschen und Reinigen werden die Anionen- und Kationenaustauscherharze in eine gemeinsame Leitung 40 bei geöffnetem Ventil 8 zu einer Misch- und Nachwaschkolonne 41, die über der Betriebskolonne 10 angeordnet ist, geleitet, wobei das Ventil 4 zur Ableitung des Transportwassers geöffnet ist. Entsprechend der dem Behälter 41 zugeführten Harzcharge wird aus diesem in die Betriebskolonne 10 frisch regeneriertes Harz verdrängt.

Während dieses Transportvorgangs dient der Behälter 41 zur endgültigen Mischung der beiden Harze. Bei geöffneten Ventilen 2 und 3, also im Betriebszustand der Betriebskolonne 10, und geöffnetem Ventil 43 durchströmt Deionat aus der Reinwasserzone der Betriebskolonne den Behälter 41 und läuft über das Ventil 43 ab, wobei das in diesem enthaltene Harz gewaschen wird. Diese Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt ohne zusätzliche Druckerhöhungs- oder Absperrelemente. Der zuletzt beschriebene Nachwaschvorgang bringt für die Verfahrenstechnik des Mischbettfilters den Vorteil, daß Regenerierchemikalien, die aus den Regenerierkolonnen im gemischten Harz noch vorhanden sind, in der Kolonne 41 restlos ausgewaschen werden. Diese Maßnahme ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das Mischbett als Polizeifilter eingesetzt wird, wobei es notwendig ist, dieses mit höheren Regeneriermittelüberschüssen zu regenerieren, als es normalerweise bei dem Einsatz des Mischbettfilters als Arbeitsfilter erforderlich ist. Diese Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt ohne zusätzliche Druckerhöhungs- oder Absperrmittel. Dadurch ist die Gefahr, daß in den Harzen, die bereits die Regenerierkolonnen verlassen haben, noch Regeneriermittel vorhanden sind, größer als bei der Funktion der Anlage als Arbeitsmischbettfilter.

Es ist ersichtlich, daß mit der beschriebenen Anlage ein hoher Reinheitsgrad des zu behandelnden Wassers erzielt werden kann. Das frisch regenerierte Harz wird im Bereich des Auslasses des Reinwassers eingelassen, so daß das Wasser im oberen Bereich der Behandlungskolonne eine Zone frisch regenerierter Austauschermasse durchläuft. Diese Ionenaustauschermassen weisen keine Regeneriermittelüberschüsse oder beladene Ionen mehr auf, weil sie nach einer vollständigen Trennung in der Trennkolonne anschließend einwandfrei regeneriert, gewaschen und zusätzlich nachgewaschen wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum taktweisen Betrieb einer Ionenaustausch-Mischbettanlage, bei welchem die vom Rohwasser durchflossenen Ionenaustauschermassen portions- und taktweise einer Rückspül-, Regenerier- und Waschkolonne zugeführt und von dort in die Behandlungskolonne zurückgefördert werden, wobei der Abzug in den Kolonnen mittels in den Kopfstücken angeordneter Abzugsrohre erfolgt und im Rückspülbehälter neben der Ausspülung von Verunreinigungen gleichzeitig eine Massenkraft-Trennung in Kationen- und Anionenaustauschermassen vorgenommen wird, welche dann getrennt abgezogen, zum Waschen und Regenerieren in getrennte Behälter transportiert und dann vor Wiederverwendung zusammengemischt werden, nach Patentanmeldung P 20 29 720.5-24, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abzugsrohre in der Rückspül- und Trennkolonne in einem derartigen Abstand voneinander einstellt, daß die in der Rückspül- und Trennkolonne zwischen den Mündungen der Abzugsrohre befindlichen Austauschermassen jeder Harzart ein Mehrfaches der jeweils taktweise geförderten Ionenaustauscherchargen betragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Volumen der in die Rückspül- und Trennkolonne zu fördernden Harzcharge in einer dieser vorgeschalteten Meßkolonne einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen der Regenerier- und Waschkolonne und der Betriebskolonne eine mit der Betriebskolonne vorzugsweise ohne zusätzliche Steuerelemente verbundene Misch- und Waschkolonne anordnet, in der während des Harztransportes eine Mischung der Harzkomponenten und im Betriebszustand der Behandlungskolonne eine Nachwaschung der gemischten Harze erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachwaschung in der Misch- und Waschkolonne ohne Verwendung zusätzlicher Druckerhöhungsmittel und Absperrorgane mittels Reinwassers durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels eines zwischen Betriebsund Meßkolonne angeordneten Strahlsaugers eine Chemikalienzumischung vornimmt, welche das anschließende Trennen in der Rückspül- und Trennkolonne verbessert.

6. lonenaustauschanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer durch Leitungen verbundenen Behandlungs-, Regenerier- und Waschkolonne sowie einer der letzteren vorgeschalteten Rückspül- und Trennkolonne, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Behandlungskolonne (10) und der Rückspül- und Trennkolonne (26) eine Meßkplonne (18) angeordnet ist.

7. lonenaustauschanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückspül- und Trennkolonne (26) so bemessen ist, daß sie mindestens zwei Chargen der Ionenaustauschermasse aufnimmt.

8. lonenaustauschanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkolonne (18) so bemessen ist, daß das Fassungsvermögen dem Volumen einer Charge entspricht.

9. lonenaustauschanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kopfstück der Behandlungskolonne (10) eine mit dieser durch einen Kanal verbundene Misch- und Nachwaschkolonne (41) angeordnet ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustausch-Mischbettanlage als Polizeifilter betrieben wird.