DE2428323A1 - Verfahren und einrichtung zur behandlung von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Patentanwälte

DiPL.-InG. RWl-ICKMANN,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

24^8323

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

Fluid Power Research, Inc..

Verfahren und Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft die Behandlung von Flüssigkeiten und kann vorteilhaft beispielsweise zur Behandlung.von Wasser eingesetzt werden, um daraus mehrwertige Metallionen wie z. B, Kalzium und Magnesium durch Austausch mit Natriumionen zu entfernen. Mit ein und demselben Behandlungsmittel, nämlich fein verteilten Ionen-Austauschharzteilchen ist ferner die Entfernung von Chlor, Wasserstoffsulfid, Eisen einschl. kolloidaler Eisenteilchen, Bakterien und anderen geschmacks- und geruchsbildenden Verunreinigungen aus dem Wasser möglich.

Zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser", für industrielle, kommerzielle und private Anwendung wurden bereits mehrere Systeme bekannt, von denen einige oder auch alle gewisse unerwünschte Eigenschaften bzw. Nachteile zeigen.

Bisher wurden Entkalkungseinrichtungen für Wasser entwickelt, bei denen verschiedene elektrische Zeitgeber oder ähnliche Vorrichtungen zur Anzeige einer erforderlichen Regenerierung und zu deren Einleitung vorgesehen sind. Diese Vorrichtungen können jedoch nicht durch gewisse Betriebsgrößen beeinflußtwerden und

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verursachen daher eine Regenerierung in festen Zeitintervallen unabhängig davon, ob das Ionenaustauschmaterial bereits verbraucht ist oder nicht. Weitere Einrichtungen zur Enthärtung des Wassers arbeiten mit vollkommen manueller Bedienung, wobei die Anzeige einer erforderlichen Regenerierung des Ionenaustauschermaterials von den subjektiven Eindrücken bzw. Reaktionen des Benutzers abhängt, der den scheinbaren Weichheitsgrad, den Geruch und andere charakteristische Eigenschaften beim Verbrauch des Wassers auswertet.

Weitere bekannte Entkalkungsvorrichtungen zeichnen sich durch einen unzweckmäßig langsamen Regenerierungszyklus aus, was entweder durch die Menge oder die Art des Ionenaustauschmaterials oder durch andere Faktoren verursacht wird,/line längere Einwirkungszeit mit der Sole erfordern. Andere bekannte Einrichtungen arbeiten unter Verwendung von Ionenaustauschmaterialbn, die die Wasserströmung unzweckmäßig behindern, so daß an ihnen große Druckabfälle auftreten. Ferner erfordern auch sie lange Einwirkungszeiten und damit große physikalische Abmessungen. Auch kann es möglich sein, daß sie große Mengen des Ionenaustauschmaterials benötigen, um eine Aktivität über einen ausreichenden Zeitraum hinweg zu gewährleisten und bei relativ hohen Strömungsgeschwindigkeiten eine ausreichenden Enthärtung sicherzustellen.

Durch die Erfindung werden die vorstehend aufgezeigten unerwünschten Eigenschaften und Nachteile der bekannten Einrichtungen vermieden. Sie arbeitet unter Verwendung feinverteilter oberflächenaktiver Teilchen, die in Form eines lockeren Bettes in einem Behandlungstank angeordnet sind, der den Austritt der Teilchen verhindert, gleichzeitig jedoch eine hohe Strömungsgeschwindigkeit bei minimalem Druckabfall gewährleistet. Eine wichtige Ausführungsform der Erfindung besteht in einem Verfahren und einer Einrichtung zur Wasserbehandlung, wobei feine

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Ionen-Austauschharzteilchen verwendet werden, um eine Enthärtung und eine Reinigung bis zu einem Grade durchzuführen, der bisher als nicht erreichbar angesehen wurde. Die Erfindung beruht in dieser Hinsicht in erster Linie auf der Erkenntnis, daß feine Kathionen-Austauschharzteilchen mit einer Größe unter der Siebmaschengröße 50 und vorzugsweise unter einem Größenbereich von 100. bis 200 oder weniger, gemessen im trockenen Zustand, außer einer Enthärtung und einer extrem hohen Austauschgeschwindigkeit auch die Entfernung von Chlor, Wasserstoffsulfid, Eisen einschließlich kolloidaler Eisenteilchen, Bakterien und anderer geruchs- oder geschmacksbildender Verunreinigungen ermöglichen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung betrifft den gleichzeitigen Einsatz zweier lockerer Teilchenpackungen aus Ionentauschermaterial, die einander nachgeordnet sind. Die Teilchen der einen Packung dienen speziell zur Verwirklichung eines relativ unwirksamen Ionenaustausch^, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in einer ersten Richtung erfolgt und eines relativ wirksamen Ionenaustausches, wenn die Strömung des Wassers in der dazu entgegengesetzten Richtung erfolgt. Eine solche Anordnung bildet eine wirksame und wirtschaftliche Vorrichtung zur Vermeidung des sog. rückläufigen Austausche in einer Wasserenthärtungsanlage, in der die Nutzströmung durch das Austauschmaterial in einer ersten Richtung und die Regenerierung und das Waschen in der dazu entgegengesetzten Richtung erfolgen.

Die Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung zur Behandlung von Wasser, der unbehandeltes Wasser zugeführt wird. Dieses wird in eine Zirkulation durch eine Ionenaustauschpackung versetzt, wonach die Strömung einem Wasserablaß zugeführt wird. Diese Einrichtung ist so aufgebaut, daß nach der Behandlung eines vorgegebenen Wasservolumens eine automatische Umschaltung auf eine Ionenaustausch-Regenerierung und Spülung oder auf eine rückläufige Strömung erfolgt, wodurch das Ionen-Austauschmaterial mit Sole behandelt wird, um sein Austauschvermögen wieder aufzufrischen, und dann mit frischem

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Wasser gespült wird.

Zu der Erfindung gehört auch der Aufbau eines Regenerations-Versorgungssystems, bei dem eine besonders bemessene Menge einer Regenerierungsflüssigkeit wie z. B. Sole- in einem Vorratstank bereitgehalten wird, um dem Ionenaustausch- oder Behandlungstanii während der Regenerierung schnell zugeführt werden zu können. Der Vorrat des Regenerierungsmittels in dem Behälter wird dann mit einem vorbestimmten Volumen frischen Regenerierungsmittels aufgefüllt, ohne daß die Bedienungsperson oder der Benutzer diesem Vorgang besondere Beachtung schenken müßte.

Eine Einrichtung zur Behandlung von Wasser, die nach der Erfindung aufgebaut ist, kann insgesamt mechanisch durch Strömungsvorgänge betrieben werden. Die Einrichtung erfordert keine elektrischen oder andere äußeren Steuersignale, um den Betrieb zu starten oder fortzusetzen oder einen Regenerierungszyklus einzuleiten oder abzuschließen. Alle Schaltvorgänge erfolgen durch Strömungskräfte des statischen Wasserdrucks und durch Kräfte, die durch oder während der Strömung des Wassers erzeugt werden.

Eine Einrichtung nach der Erfindung enthält eine Packung feinmaschiger Ionenaustauschharzteilchen, die teilchenförmige Verunreinigungen in der Nutzungsströmung sammeln. Hierbei zeigt sich eine verbesserte Spülungseigenschaft infolge einer vergrößerten Porösität während der Regenerierung.

Eine Einrichtung nach der Erfindung ermöglicht Regenerierungsund Spülungszyklen kurzer Dauer, insbesondere gegenüber den handelsüblichen Enthärtungsanlagen bekannter Art. Ferner ist weniger Wasser zum Spülen und zur Regenerierung erforderlich als bei den bekannten Einrichtungen.

Die Erfindung ermöglicht ferner den Aufbau einer Einrichtung zur Fltissigkeitsbehandlung, in der eine lockere Packung ange-

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sammelter Ionenaustauschteilchen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines Behandlungstanks gehalten wird. Dabei kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der Teilchenpackung ermöglicht, wenn ihre Ionenaustauschkapazität verringert bzw. aufgefrischt ist.

Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, mit der Sole, oder andere Regenerierungsflüssigkeit dem Ionenaustauschbereich durch Einwirkung des Drucks des zu enthärtenden Wassers zugeführt wird.

Dabei kann ein großer "Sole..-Vorrat stank vorgesehen sein, dem eine Vorrichtung zugeordnet ist, mit der wahlweise eine vorgegebene " Solemenge zum Durchgang und zur Regenerierung des Ionenaustauschmaterials vorabgemessen werden kann, und zwar unter eigens eingestellten und gesteuerten Bedingungen.

Ferner kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die eine wahlweise Messung der gesamten oder eines Teils der sie durchströmenden Flüssigkeit ermöglicht. Eine solche Messung kann zur Bestimmung der Zeit genutzt werden, zu der eine Regenerierung des Ionenaustauschmaterials vorgenommen werden muß.

Es sind mehrere Ventile zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung vorgesehen, diese sind so angeordnet, daß sie geschlossen gehalten werden oder nur durch den einwirkenden Flüssigkeitsdruck geöffnet werden können.

Die Erfindung sieht ferner eine neuartige Anordnung der Flüssigkeitsbehandlungstanks vor, in denen eine Packung fein verteilter Ionenaustauschmaterialien in besonderer Weise angeordnet ist, so daß sie wirksam genutzt werden können.

Die Übertragung einer besonders bemessenen ' Solemenge aus einem Vorratsbereich in einen Meß- oder Bemessungsbereich und von dort aus zum Behandlungsbereich zur Regenerierung der SoIe. erfolgt gleichfalls in neuartiger Weise.

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Diese gesamten Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Aufgabenstellung, eine Möglichkeit zur Behandlung von Flüssigkeiten zu schaffen, durch die schnellere Betriebszeiten, geringerer Bedarf an Zusatzstoffen, verbesserte Aufbereitungsleistung und verbesserte Spülungsleistung zur Entfernung von Verunreinigungen verwirklicht werden.

Eine allgemeine Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß durch eine in einem Behandlungsbereich angeordnete lockere Packung sehr fein verteilter Ionen-Austauschmaterialteilchen eine Flüssigkeitsströmung geleitet wird, daß ein Flüssigkeitsvorrat zur Regenerierung des Ionenaustauschmaterials vorgesehen wird und daß eine vorbestimmte Menge der Regenerierungsflüssigkeit durch den Behandlungsbereich nach Behandlung einer vorbestimmten Flüssigkeitsmenge hindurchgeführt wird, so daß die Regenerierung nach diesem Behandlungsvorgang erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einiger Elemente einer Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung - bei der Regenerierung und Spülung oder Rückwaschung,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab den Schnitt eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung bei der Flüssigkeitsbehandlung,

Fig. 4 einen vergrößerten Seitenschnitt eines Teils der in Fig. 2 gezeigten Einrichtung bei der Regenerierung,

Fig. 5 eine perspektivische und teilweise geschnittene,Darstellung der Konstruktion einer Strömungsmeßvorrichtung,

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Fig. 6 einen Vertikalschnitt der Meßvorrichtung nach Fig. 5,

Fig. 7 den Vertikalschnitt ähnlich'Fig, 5 für eine andere Betriebsstellung,

Fig. 8 einen Vertikalschnitt einer v/eiteren Ausführungsforin eines Flüssigkeitsbehandlungstanks während der Flüssigkeitsbehandlung,

Fig. 9 den Vertikalschnitt ähnlich Fig. 8, jedoch für den Regenerierungsbetrieb,

Fig. 10 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Solemessung und -förderung,

Fig. 11 den Vertikalschnitt der in Fig. 10 gezeigten Vorrichtung in einer anderen Betriebsstellung,

Fig. 12 einen Vertikalschnitt eines Behandlungstanks, wobei die Position der Teilchenpackung dargestellt ist, die der Behandlungsströmung ausgesetzt ist,

Fig. 13 die Position der Teilchenpackung in der in Fig. 12 gezeigten Anordnung bei der Regenerierung,

Fig. 14 den Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Flüssigkeitsmessung und

Fig. 15 den Vertikalschnitt der in Fig. 14 gezeigten Anordnung in einer anderen Betriebsstellung.

Ein sehr wichtiger Anwendungszweck der Erfindung ist in der Behandlung von Wasser mit einem lockeren Bett feinmaschiger lonen-Austauschharzteilchen zu sehen, jedoch kann die Erfindung in gleicher Weise vorteilhaft auch für die Behandlung der verschiedensten anderen Flüssigkeiten mit andersartigen Stoffen eingesetzt werden. Die Erfindung wird deshalb im folgenden für

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ein Ausführungsbeispiel "beschrieben, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit Wasser ist und ein feinmaschiges Kathionen-Ionen-Austauschharzmaterial verwendet wird, beispielsweise das Material "Dowex 50¥" (ein stark saures Kathionen-Austauschharz, das sich durch eine aktive Gruppe mit einer nuklearen Sulfonsäure auszeichnet und von Dow Chemical Company, Midland, Michigan vertrieben wird). Hierbei ist normalerweise mit intermittierendem oder nicht kontinuierlichem Strömungsbetrieb zu rechnen. Daher kann die Erfindung auch mit einer großen Anzahl feinmaschiger Ionen-Austauschmaterialien durchgeführt werden, zu diesen gehören stark saure Kathionen-Austauschharze, bei denen eine Matrix aus einem Copolymer mit einem größeren Anteil Styrol und einem kleineren Anteil Divinylbenzol bei Gegenwart darin enthaltener nuklearer aktiver solfonischer Gruppen sulfoniert ist, die typischerweise mit Katriumchloridlösungen von 10 bis 26 % Gewichtskonzentration regeneriert werden, jedoch auch mit anderen Regenerierungsmitteln, wie z. B. 4 bis 10-prozentigen Lösungen von HCl oder 2 bis 8-prozentigen Lösungen von HpSO^ regeneriert werden; stark basische anionische Austauschharze, in denen beispielsweise ein Styrol-Divinylbenzol-Copolymer einer Chlormethylierung und einer Aminierung ausgesetzt wird, um ein Ionen-Austauschharz zu erhalten, das aktive Trimethylbenzolammoniumgruppen enthält; schwach basische anionische Austauschharze; schwach saure kathicnische Austauschharze; ferner andere Ionen-Austauschmaterialien, die in feinmaschiger Form gemäß der Erfindung einsetzbar sind, um deren Vorteile zu verwirklichen.

Unter der Bezeichnung "feinmaschig" sollen Ionenaustauschteilchen verstanden werden, die eine Masche,ngröße unter dem Wert 50 und vorzugsweise im Bereich von 100 bis 200 oder geringer haben, wobei für die Maschengröße eine trockene Messung und die US-Siebnormen vorausgesetzt werden. Beispielsweise entspricht eine Maschengröße unter dem Viert 50 (trockene Messung) für kugelige Ionenaustauschteilchen einem Teilchendurchmesser von weniger als 0,297 mm oder 297 Mikron. Entsprechend ist eine Verteilung

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auf den Bereich von 100 bis 200 (trockene Messung) für allgemein kugelige Teilchen entsprechend einem Teilchendurchmesser von 0,149 bis 0,074 mm oder 149 bis 74 Mikron. Ähnlich entspricht eine Teilchengröße mit dem Maschenwert 200 bis 400 (trockene Messung) einem Teilchendurchmesser von 0,074 bis 0,038 mm oder 74 bis 38 Mikron.

Bei dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel, in dem stark saure kathionische Austauschharzteilchen mit Kugelform und einer Maschengröße von 100 bis 200 (trockene Messung) verwendet werden, zeigt eine Siebanalyse, daß die folgende ungefähre Teilchengrößenverteilung vorhanden ist:

Maschengröße Prozent

80 oder größer 0,8

-80 +100 78,7

-100 +140 16,5

-140 +170 2,3

-170 +200 . 1,7

Insgesamt 100,0

Diese feinmaschigen kathionischen Austauschharzteilchen bewirken eine Enthärtung des Wassers durch Austausch von Natriumionen für die nicht erwünschten zweiwertigen Ionen wie z. B. Kalzium, !Magnesium und Barium. Bekanntlich können diese Ionenaustauschharze durch Verwendung normalen Salzes regeneriert werden, nachdem die Kapazität des Austauschmaterials verbraucht ist. In Verbindung mit einem wichtigen Merkmal der Erfindung hat sich jedoch gezeigt, daß diese feinmaschigen Ionenaustauschharze auch eine wirksame Entfernung anderer unerwünschter Stoffe ermöglichen, die geruchsbildend, geschmacksbildend, farbbildend oder anderweitig schädlich sind. Solche Stoffe sind beispielsweise Chlor, Wasserstoffsulfid, geschmacks- und geruchsbildende Stoffe. Ferner wird die Alkalieigenschaft der Flüssigkeit wirksam verringert.

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Zusätzlich wird durch die verringerte Teilchengröße des Austauschinaterials ein gegenseitiger Teilchenabstand in der Teilchenpackung erzeugt, durch den teilchenförmige Stoffe v/ie z. B. Bakterien und Eisen ausgesondert werden können.

Eine Ausführungsform der Einrichtung eignet sich für den Betrieb nach zwei Prinzipien. Einige Figuren zeigen der besseren Übersicht halber die Behandlungseinrichtung in der einen Betriebsart, die anderen gelten für die andere Betriebsart. Die Figuren 1 und 3 sind ähnlich den Figuren 2 und 4. Sie zeigen die Hauptteile der Einrichtung während der Flüssigkeitsbehandlung, während Fig. 2 und 4 den Regenerationsbetrieb zeigen. Nur die Positionen der verschiedenen Ventile und anderer Bestandteile sind zwischen beiden Betriebsarten unterschiedlich. ¥ie auch einzusehen ist, umfaßt der Regenerationsbetrieb die Regenerierung des Ionenaustauschmaterials mittels Durchführung von Sole oder einem anderen Material sowie eine nachfolgende Spülung. Beide Vorgänge erfolgen vor dem Umschalten auf den in erster Linie durchzuführenden Nutzungsbetrieb. In Fig. 1 ist eine Einrichtung 20 zur Behandlung einer Flüssigkeit v/ie z. B. Wasser dargestellt. Die Einrichtung hat eine Hauptzuführungsleitung 22, eine Hauptabführungsleitung 24, eine Hauptventilanordnung 26 zur Strömungsführung der Flüssigkeit im Behandlungsbetrieb durch eine Behandlungsleitung 28 zu einem Behandlungstank 30 und dann wiederum durch die Hauptventilanordnung 26 zur Abführungsleitung 24. Fig. 1 zeigt ferner, daß eine Leitung 32 vorgesehen ist, mit der ein Teil oder das gesamte in die Leitung 28 fließende Wasser durch eine Vorrichtung 34 zur Bemessung und Strömungssteuerung geführt wird,' von der aus die Flüssigkeit durch die Leitung 36 in die Zuführungsleitung 28 für den Behandlungstank gelangt. Es ist zu erkennen, daß die dargestellte Ausführungsform der Erfindung auch so abgeändert werden kann, daß die gesarate Strömung der Leitung 28 in die Leitung 32 geführt werden kann.

Es ist eine Anordnung 38 mit einem Solebehälter 40 sowie einem Solebemessungs- und vorratsbehälter 42 vorgesehen.

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Durch diese Anordnung kann die Sole in noch zu beschreibender Weise durch die Leitung 44 in den Behandlungstank 30 geführt werden, um die Aggregatteilchen in dem Behandlungsbereich 48 im Tank 30 zu regenerieren. Die Einrichtung umfaßt ferner eine Ventilanordnung 50, die dem Solebemessungs- und Vorratstank 42 zugeordnet ist. Ferner ist eine Ablaßventilanordnung 52 vorgesehen, die während der Nutzung der Einrichtung normalerv/eise geschlossen ist, jedoch bei Öffnung die Abführung von Sole und Spülwasser ermöglicht, das durch den Behandlungstank 30 geführt wurde und nun zu entfernen ist. Ein Steuerventil 54 für Regenerierungswasser verhindert normalerv/eise im Nutzungsbetrieb eine Wasserleitung zu dem !.Sole-tank 42, während der Regenerierung wird es jedoch geöffnet und ermöglicht eine Strömung mit vorbestimmten Volumen zuvor aufbereiteter Solelösung durch die Leitung 44. Ferner ist eine Steuerventilanordnung 56 vorgesehen, mit der die Strömung der Sole · und des Spülwasser in den Anschluß 58 des Tanks 30 gesteuert wird.

Eine vertikal bewegliche Steuerventilanordnung 60 ist in dem Ventilgehäuse 62 des Hauptventilkörpers 26 angeordnet. Ein Härtesteuerungs- oder Nebenschlußventil 64 ist zu einem noch zu beschreibenden Zweck vorgesehen.

Wie dargestellt, umfaßt der Flüssigkeitsbehandlungstank 30 eine durchgehende Außenwand 66, obere und untere Wände 68 und 70 und Eintritts- und Austrittsleitungen 72 und 74, durch die die zu behandelnde Flüssigkeit dem Tank 30 zugeführt bzw. aus ihm abgeführt wird. Innerhalb des Tanks 30 ist eine Halterungsvorrichtung 76 vorgesehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine obere Kammer 78 und eine untere Kammer 80 bildet. Die obere Kammer 78 enthält eine perforierte Deckplatte 82, zwei Kissen 84 und 85 aus Filz oder einem anderen entsprechenden Material sowie eine perforierte Zwischenplatte 86, die den Boden der Kammer 78 bildet. Die obere Kammer 78 ist locker mit Ionen-Austauschharzteilchen gefüllt, die vorzugsweise

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gleichfalls eine feine Maschengröße haben, jedoch je nach Wunsch auch größer sein können. Der Zweck und die Funktion dieser Teilchen werden im folgenden noch beschrieben.

Die untere Kaminer 80 ist an ihrer Oberseite durch die perforierte Zwischenplatte 86 gebildet, unter der unmittelbar ein feinmaschiges filzartiges Kissen 88 angeordnet ist. Eine ähnlich geformte Einlage 90 ist am Boden der Kammer 80 angeordnet und liegt auf einer perforierten Bodenplatte 92. Eine Spannvorrichtung in Form zweier oder mehrerer Stäbe 94 ist zwischen der unteren Wandung 70 des Tanks 30 und der oberen Kammer 78 in diese hineinverlaufend angeordnet. Die Stäbe 94 tragen Muttern 96 oder andere einstellbare Befestigungselemente, die über elastische Elemente wie z. B. Federn 98 eine nach unten gerichtete Kraft auf die Platte 86 ausüben, so daß diese die sehr fein verteilten Harzteilchen in der Kammer 80 festhält und gleichzeitig eine begrenzte Ausdehnung und Zusammenziehung dieser Teilchen ermöglicht, wenn ihre Ionen-Austauschkapazität durch. Regeneration erhöht oder durch die Nutzung verbraucht wird. Wie dargestellt, hat die untere Kammer 80, die sehr feinmaschige Teilchen enthält, gegenüber ihrer Höhe eine wesentlich größere seitliche Ausdehnung, um den Flüssigkeitsdruckabfall an ihr gering zu halten.

Die Kissen 84, 85, 88 und 90 liegen an den Seitenflächen der Seitenwände 66 an und schließen mit ihr so dicht ab, daß ein Verlust an Teilchenmaterial vermieden wird. Die Kissen können aus Jedem geeigneten Material bestehen, das Flüssigkeiten und teilchenförmige Verunreinigungen durchläßt, die Ionen-Austauschteilchen jedoch in den Kammern 78 und 80 hält. Beispielsweise kann mattenförmiges Wollfasermaterial mit einer Porösität, die Teilchen von 50 Mikron Größe durchläßt, verwendet werden, wenn die Ionen-Austauschteilchen in den Kammern 78 und 80 eine Maschengröße von 100 "bis 200 haben (trocken gemessen). Die Porösität der Kissen kann abhängig von der Größe der feinmaschigen lonenaustauschteilchen geändert werden, die tatsächlich verwendet werden. Die Kissen 84, 85, 88 und 90 haben allgemein

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eine Porösität von 25 bis 75 Mikron. Werden natürliche Fasern wie z. B. Woilfasern verwendet, so ist eine Vorbehandlung günstig, um eine Verschlechterung durch Bakterien zu vermeiden. Vorzugsweise bestehen diese Kissen aus Polypropylenfasern, da diese innerhalb eines großen pH-Bereichs unverändert bleiben und durch Bakterien nicht beeinträchtigt werden. Ein geeignetes Handelsübliches Kissenmaterial wird von der GAP-Corporation unter der Bezeichnung "62 ΡΟ(ί5) 58" geliefert.

Die Bemessungsvorrichtung 34 umfaßt einen Körper 100 mit einer Wandung 101, die eine kreisrunde Taschenöffnung oder ähnlich geformte Öffnung 102 bildet. In dieser ist ein gezahntes Wasserrad 104 bzw. eine andere Meßvorrichtung angeordnet, die mehrere Kammern 106 bildet. Die radial äußersten Teile 108 des Rades 104 haben gegenüber der Wandung 101 nur den die ordnungsgemäße Arbeitsweise ermöglichenden Abstand. Die Strömung eines charakteristischen Wasservolumens durch die Leitung 32 und aus der Leitung 36 heraus verursacht also eine entsprechende Drehung des Rades 104. Die in Fig. 1 diesem Rad 104 zugeordneten Untersetzungszahnräder werden im folgenden noch beschrieben.

In Fig. 3 sind einige Merkmale der ventile 26, 52, 54 und 56 deutlicher dargestellt. Das Ventil 26 hat einen unteren Gehäuseteil 110 mit einem unteren Ventilsitz 112 und einem Kugelelement 114. Eine Öffnung 116 ist ferner am oberen Ende des Körpers 110 vorgesehen. Ein Zwischenteil 118 des Ventils 26 hat einen oberen und einen unteren Sitz 120 und 122. Diese wirken auf obere und untere Kanten oder Ventilflächen 124 und 126 der Ventileinheit 60 ein.

Am oberen Ende des Stößels 129 ist ein Schwimmer bzw. ein auf Strömung ansprechender Teil 128 vorgesehen, der eine Bewegung der Ventileinheit 60 zur geeigneten Zeit in Aufwärtsrichtung verursacht, wodurch die Kante 124 den Kanal 120 sperrt.

Das Ablaßventil 52 hat einen Körper 130 mit Eintritts- und

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Austrittskanal 132 und 134, einen ringförmigen Ventilsitz 136 und einen vertikal bewegbaren Kopf 138, der durch eine Membran 140 umgeben ist. Der Außenrand der Membran ,140 wird durch Befestigungstelemente 141 in flüssigkeitsdichtem Sitz zwischen dem Körper 130 und der Ventilkörperabdeckung 142 gehalten. Ein Kanal 144 ist in der Abdeckung gebildet, um eine Strömung der Flüssigkeit in die Kammer 146 über der Membran i40 zu ermöglichen und damit die Strömung zwischen den Kanälen 132 und 134 zu steuern.

Da der Bereich über der Membran 14O größer als an ihrer Unterseite ist, wird der Kopf 148 des Ventils 52 bei einem gegenüber dem Zuführungsdruck in der Leitung 132 gleichen oder größeren Druck in der Kammer 146 fest auf dem Ventilsitz 15o gehalten, wodurch eine Flüssigkeitsströmung in den Austrittskanal 134 unmöglich ist. Wenn die auf die Oberseite der Membran 140 einwirkende Kraft unter die sie aufwärts drückende Kraft abfällt, so bewegt sich die Membram aufwärts, wodurch eine Flüssigkeitsströmung vom Kanal 132 durch den Ventilkörper und aus dem Kanal 134 heraus möglich ist. Ein Flüssigkeitsdruck in der Kammer wirkt also nur als Steuerkraft,und der Druck in dem Kanal 144 wird daher nur für Steuervorgänge des Ventils 54 und nicht zur Bewegung der Flüssigkeit an sich ausgenutzt.

Das Steuerventil 54 für die Regenerierungsströmung ist wie das Ablaßventil 52 aufgebaut, d. h. der Kopf 149 der Membran 148 wird auf einem Sitz 150 durch den Druck in einer Kammer 152 gehalten, so daß die Flüssigkeit vom Eintrittskanal 154 zum Austrittskanal 156 gesperrt ist. Wie bei dem Ablaßventil 52 hebt der Druck im Eintrittskanal 154' bei ausreichender Verringerung des Drucks in der Kammer 152 die Membran 148 und ermöglicht eine Flüssigkeitsströmung über den Ventilsitz 150 in den Austrittskanal 156. Ein Anschluß 158 dient zur Verbindung des Austrittskanals 154 mit dem Inneren der Hauptventilanordnung 26. In der dargestellten Ausführungsform liefert die

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Leitung 16O Druck für die Kammern 144 und 152, so daß die Ventile 52 und 54 gleichartig und gleichzeitig gesteuert werden können.

Aus Fig. 3 ist ferner zu erkennen, daß ein Einwegventil 162 an der Verbindung der Leitung 160 mit der Haupteintrittsleitung 22 vorgesehen ist. Ein Einwegventil 164 ist ferner in der Leitung 28 vor dem Steuerventil 64 für den Härtegrad vorgesehen.

Die Ventilanordnung 56 für die Soleströmung enthält eine kleine Kugel 166, die die Flüssigkeitsströmung zwischen den Kanälen 168 und 170 steuert. Sie ermöglicht somit eine Soleströmung vom Tank 42 durch die Leitung 44 in den Behandlungstank 30. Eine Ablaßleitung 172 mit verringertem Durchmesser ist an die Leitung 44 nahe dem Ventil 56 angeschlossen.

In Fig* 5 bis 7 ist die Meß- und StrömungsSteuerventilanordnung 34 angeordnet. Diese umfaßt zusätzlich zum Ventilkörper 100, der Öffnung 102 und dem Rad 104 ein Getriebe 174, einen in axialer Richtung verlaufenden und teilweise mit Gewinde versehenen langen Stab 176, einen Steuerventilkörper 178 und eine Ventilrolle 180. Eine mechanische Feder 182 drückt die Rolle bezüglich der Darstellung in den Figuren nach links. In der Rolle 180 ist ein Kanal 184 vorgesehen, das linke Ende 186 des Stabes 176 ist darin angeordnet und durch eine Dichtung in Form eines O-Ringes 188 dicht gehalten. Eine obere Eintrittsleitung 190, eine' seitliche Eintrittsleitung 192 und eine gemeinsame Austrittsleitung 194 sind dem Ventilkörper 178 zugeordnet, der auch eine Kante 196 enthält, an der die Feder 182 anliegt.

Die Ventilanordnung 34 arbeitet folgendermaßen: Die Drehung des Rades 104 treibt ein erstes Zahnrad 198, und ein Zahnrad 200 setzt diese Drehgeschwindigkeit herab. Eine weitere Untersetzung erfolgt durch Zahnräder 202 und 204. Wie dargestellt, besteht das Rad 204 eigentlich aus zwei Zahnrädern, wobei ein Teil nur

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mit einem einzigen Zahn 206, der andere mit mehreren Zähnen versehen ist. Alle Zähne haben jedoch dieselbe Teilung, jedoch ist der Zahn 206 in axialer Richtung gegenüber den Zähnen des anderen Teils versetzt. Ein zuletzt angetriebenes Zahnrad 208 bewegt sich axial auf dem Stab 176. Vorzugsweise besteht der einzelne Zahn 206 aus einem flexiblen Material, um eine mögliche feste Verbindung mit dem Zahnrad 208 zu vermeiden.

Da. der Stab 176 in einem Kanal 212 angeordnet und eine innere Dichtung in Form eines O-Ringes 210 hat, besteht eine Tlüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der Außenseite des Stabes und dem Kanal 212.

Zur Beschreibung der Funktion der Ventilanordnung 34 sei angenommen, daß die Flüssigkeit aus der Leitung 32 (Fig. 1) nach innen zum Kanal 214 im Körper 100 gelangt, und daß diese Strömung in der in Fig. 5 gezeigten Pfeilrichtung erfolgt. Sie verursacht eine Drehung des Rades 104 im Uhrzeigersinn (Fig. 5). V/ährend sich das Rad 104 dreht, dreht sich auch das kleine Ritzel 198, wodurch die eingreifenden Zahnräder 200 und das Ritzel 202 gedreht werden. Dadurch wird wiederum das Antriebszahnrad 204 für den Stab gedreht, und der darauf vorhandene einzelne Zahn 206 dreht sich mit derselben Winkelgeschwindigkeit. Mit jeder vollständigen Umdrehung des Zahnrades 204 rückt der Zahn 206 das kleine Zahnrad 208 nur um einen Zahnabstand in einer solchen Richtung weiter, daß sich der Gewindestab 176 nach innen bzw. nach rechts weiterbewegt. Entsprechend wird das Zahnrad 208 nur mit einem Bruchteil der Drehzahl gedreht, mit der es gedreht würde, wenn mehr als ein einzelner Zahn 206 vorgesehen wären. Somit tritt eine große numerische Untersetzung zwischen der Anzahl der Umdrehungen des Wasserrades 104 und der Anzahl der Umdrehungen des Zahnrades 208 auf. Während der Zeit, in der das Zahnrad 208 bewegt wird, jedoch während der Stab 176 in der axialen Bohrung 184 der Rolle 180 stillsteht, wirken zwei separate hydraulische Kräfte auf die Rolle 180 ein. Die erste Kraft, nämlich die Kraft des Wassers in der Leitung 109 wird auf dem Körper der Rolle 180 verteilt

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und drückt diese in keiner der beiden axialen Richtungen. Das durch die Öffnung 192 zugeführte Wasser wirkt jedoch auf die Stirnfläche 216 der Rolle 180 ein und drückt sie nach rechts (Fig. 6), wodurch eine Wasserstörmung durch die Ablaßöffnung 194 verhindert wird. Da jedoch eine weitere Vorwärtsdrehung des Antriebszahnrades 208 den Gewindestab 176 allmählich nach rechts bewegt, wird das an der Dichtung 188 liegende Ende schließlich von der Bohrung 184 der Rolle 180 entfernt. Zu diesem Zeitpunkt drückt die Kraft der Feder 182 die Rolle 180 nach links, und die Kraft des auf die Stirnfläche 216 der Rolle 180 einwirkenden Wassers wird durch die Wasser strömung durch den Kanal 184 hindurch, dargestellt durch die Pfeile in Fig. 7, verringert. Das Wasser fließt also durch die Öffnung 192 in die Ablaßöffnung 194, und die Rollenbewegung öffnet auch den Kanal 190, so daß das Wasser durch ihn hindurch und durch die Ablaßöffnung 194 fließen kann.

Fig. 1 zeigt diese Wirkung der Öffnung, die darin besteht, daß der Druck in der Leitung 160 für die Ventile 52 und 54 abgebaut wird. Dadurch wird in noch zu beschreibender Weise der Regenerierungszyklus eingeleitet.

Unter Berücksichtigung der Fig. 5 bis 7 und der Tatsache, daß die Dauer des Regenerierungszyklus gegenüber derjenidgen des Behandlungszyklus sehr kurz ist, ist nun zu erkennen, daß bei der Regenerierung die Wasserströmung in der Meßvorrichtung 34 in einer Richtung entgegengesetzt der in Fig. 5 gezeigten erfolgt, wodurch das Wasserrad 104 zurückgedreht wird und die Zahnräder 198, 200, 202, 204 und 206 sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Beim ümkehrbetrieb: tritt jedoch ein wichtiger funktlonelier Unterschied auf. Entgegengesetzte Drehrichtung

des einzelnen Zahnes 206 bewirkt nämlich eine allmähliche Bees wegung des Zahnrades 208 nach rechts, bis/auf das Zahnrad 204 einwirkt. Der Bewegungsabstand des Zahnrades 208 vor der Einwirkung auf das Zahnrad 204 ist eine vom Aufbau der Vorrichtung abhängige variable Größe, die zur Regulierung der Regenerierungszeit und damit der Menge des dem Austauschharz in den Kammern

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zugeführten Regenerierungsmaterials ausgenutzt werden kann. Dabei wird das Antriebszahnrad 208 für den Stab nach rechts bewegt, und seine Zähne wirken auf die Zähne des Zahnrades 204 ein, dessen Zahnzahl um den Faktor 20, 50 oder auch mehr größer sein kann als die Zahl 1 des Zahns 206. Falls erwünscht, kann die Bewegung des Zahnrades 208 bis zum PJingriff in das Zahnrad 204 durch eine Leitung 201 unterstützt werden, die die Kammer 197 mit dem Eintritt 203 des Ventils 52 verbindet. Auf diese Weise verursacht die Öffnung des Ventils 52 eine Wasserströmung um den Kopf 199 des Gewindestabes 176 herum, wodurch dieser nach rechts gedrückt wird und das Zahnrad 208 in das Zahnrad 204 eingreift. Das Wasser aus der Kammer 297 gelangt über die Leitung 201 in den Eintritt 203, durch das Ventil 52 und in die Leitung 232, so daß es dem Ablaß zugeführt werden kann.

Eine Drehung des Stabes in der entgegengesetzten Richtung bzw. nach links (Fig. 5 bis7) erfolgt mit viel größerer Geschwindigkeit, bezogen auf die Bewegungsgeschwindigkeit des Rades 104. Nachdem der Stab 176 um einen solchen Betrag nach links bewegt wurde, der zum Schließen des Kanals 184 in der Rolle 180 ausreicht, bewegen die in der Kammer 218 auf den Kopf 216 der Ventilrolle 180 einwirkenden Kräfte die Rolle 180 schnell nach rechts, wodurch die Kraft der Feder 182 überwunden wird und die Flüssigkeit durch den Venti^Lkörper unterbrochen wird* Gleichzeitig werden die Kanäle 190 und 192 verschlossen.

Eine Änderung der relativen Dauer der Rückführungs- oder Regenerierungsströmung und der Nutzströmung kann Je nach V/asserzustand oder Zustand der zu behandelnden Flüssigkeit durchgeführt werden.

Anhand der Fig. 1 und 3 wird nun die Funktion der Einrichtung beschrieben. Hierzu sei angenommen, daß der Tank 40 bis zu

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einer vorbestimmten Höhe mit festem Salz 40a gefüllt ist und daß der untere Teil des Tanks 40 mit Wasser 40b gefüllt ist, so daß eine praktisch gesättigte Lösung aus Sole im unteren Teil des Tanks 40 vorhanden<ist. Wie aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, ist auf einem Sieb 40c ein Vorrat an Salz angeordnet, dieses Sieb 40c ist im Tank 40 befestigt. Soll Nutzwasser durch die Austrittsleitung 24 abgezogen werden, wenn das Ablaß- oder ein anderes Ventil (nicht dargestellt) durch den Benutzer eingeschaltet wird, so fließt das Wasser durch die Eintrittsleitung 22,wie durch die Pfeile dargestellt, läuft durch das Ventil 26 und gelangt durch den Kanal 120 in die Leitung 28. An dieser Stelle wird ein Teil oder die gesamte Strömung auf die Leitung 32 umgeleitet, und zwar durch die Meßvorrichtung 34, die Leitung 36 sowie zurück in die Leitung 28. Das Ventil 164 öffnet sich so weit, wie dies durch die Einstellung des Ventils 164 bestimmt wird. Ein Teil des im unteren Teil der Leitung 28 austretenden V/assers wird also durch das Ventil 64 geleitet, ohne daß es durch die Meßeinheit 34 fließt; In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß eine der durch die Ventile 164 und 64 fließenden Wassermenge entsprechende Menge das Rad 104 nicht dreht und somit das Intervall zwischen einzelnen Regenerierungszyklen verlängert wird. Die Konstruktion des Ventils 64 als ein Drosselklappenoder Schmetterlingsventil zur Bemessung der-relativen Anteile des Wassers, das durch die Leitung 28 fließt, ohne durch die Leitung 32 zu fließen, ermöglicht also eine wirksame Steuerung des Härtegrades. Das unbehandelte Wasser in der Leitung 28 gelangt durch die Öffnungen 72 in den Behandlungstank 30, durch die Platten- und Kissenanordnung 92, 90, in die untere Kammer 80, die die fein verteilten Harzteilchen oder andere Aggregatteilchen enthält. Die Geschwindigkeit des Ionenaustauschs in diesem Bereich ist extrem hoch, da eine sehr große Oberfläche durch die fein verteilten Teilchen gebildet wird. Die Entfernung der Kathionen aus dem Wasser erfolgt also praktisch augenblicklich. Entsprechend arbeiten in noch zu beschreibender Weise die feinmaschigen Ionen-Austauschharzteilchen überraschen-

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derweise derart, daß sie aus dem Wasser auch andere Verunreinigungen, wie z. B. Chlor, Alkalibestandteile, Wasserstoffsulfid und Geschmacks- und Geruchsstoffe sowie teilchenförmige Verunreinigungen wie Eisen und Bakterien entfernen. Das so in der Kammer 80 behandelte Wasser läuft dann durch das Kissen 88 und die Platte 86 in die obere Kammer 78 und aus ihr heraus, hier ist weiteres Ionen-Austauschmaterial 76 vorgesehen. Die Flüssigkeitsströmung erfolgt dann durch den Kanal 74 in die Nutzungsleitung 24. Während dieser Zeit wird der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 22 über das Ventil 162 und die Leitung 160 auf die Kanäle 142, 146 der Ventile 54, 52 übertragen, so daß diese geschlossen gehalten werden. Während des Nutzungsbetriebes der Einrichtung erfolgt also normalerweise keine Wasserströmung außerhalb des Ventils 26 durch die Kanäle 154 oder 132, und das gesamte durch die Leitung 22 eintretende Wasser gelangt nach der Behandlung durch die Leitung 24 nach außen.

Es sei nun angenommen, daß das Rad 104 sich soweit gedreht hat, daß die Rolle 180 innerhalb des Zylindergehäuses 178 (Fig. 5 und 7) freigegeben und nach links bewegt wird, so daß eine Wasserströmung in den Kanälen 190 und 192 erzeugt wird. Der Kanal 190 steht mit der Leitung 160 in Verbindung, so daß der in der öffnung 190 verringerte Druck eine Strömung von Nutzwasser aus der Leitung 22 über das Ventil 162 und durch die Leitung 160 ermöglicht und somit die Ventile 52 und 54 geöffnet werden. Der Kanal 192 steht mit der Mtung 220 in Verbindung, die Strömung zu dieser Leitung 220 wird auch dem Austrittskanal 194 zugeführt, der mit einer Ablaßleitung 222 in Verbindung steht.

Anhand der Fig. 2 und 4 wird nun der weitere Betrieb der Einrichtung für die Regenerierung beschrieben. Es sei angenommen, daß die Wasserströmung durch die Leitung 16O erfolgte, um die Ventile 52 und 54 zu öffnen. Das Ventil 60 bewegt sich aufwärts, wenn eine Strömung aus dem oberen Teil des Gehäuses 62 heraus erfolgt. Dadurch wird die Kante 124 der Ventilanordnung 60 so verlagert, daß die Öffnung 120 im Teil 118 des Hauptventilkörpers

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26 verschlossen wird. Dadurch wird die Wasserströmung in der Leitung 22 nach unten durch Öffnungen 122 und1i6 in die Leitung 24 geleitet. Dabei verdeckt die Kugel 114 die Öffnung 112. Eine durch die Leitungen 22 und 24 auftretende Wasserströmung bleibt also ununterbrochen. Ein geringerer Anteil des Wassers aus der Leitung 22 zur Leitung 24 oder in der Leitung 24 wird jedoch durch den Anschluß 158 dem Kanal 154 des Ventils 54 zugeführt und gelangt von dort aus zum Austritt 156, der mit der Leitung 224 in Verbindung steht. Diese endet an dem Sol etankventil 50.

Die Wasserströmung durch das Ventil 54 in das Ventil 50 unter dem Betriebsdruck durch die Leitung 224 verschließt das in Öffnungsstellung gedrückte Kugelventil 226 im Ventil 50, wodurch das Wasser in das Innere des Solebemessungs- und Lagertanks 42 über eine Leitung 233 geführt wird. Der darin vorhandene Druck schließt das Einwegventil 228 am Boden des Tanks 42 und bewirkt, daß aufbereitete Sole durch die Leitung 44 und das Ventil 56 fließt, von wo aus sie in die Leitung sowie in den Kanal 74 in der oberen Wandung 68 des Behandlungstanks 30 gelangt. Wenn sich dieser Vorgang fortsetzt, so wirkt die . Sole aus dem Tank 42, die etwas durch das in der Leitung 230 zum Ventil 56 vorhandene Wasser verdünnt wurde, auf die Teilchen ein und tauscht die Natriumionen in der Sole.. gegen die Kalziumionen und die Ionen anderer zweiwertiger Metalle aus, die zuvor von den Harzteilchen aufgenommen wurden. Ferner wird Rückwaschwasser durch die Leitung 72 und aufwärts in die Leitung 28 geführt. Die Rückströmung in der Leitung 28 schließt das Ventil 164, wodurch das gesamte Wasser in der Leitung durch die Leitung 36 in die Bemessungsvorrichtung 34 gedrückt wird. Das Volumen des Rückwaschwassers, das durch diese Anordnung 34 fließt, dreht das Wasserrad 104 in beschriebener Weise rückwärts, wodurch der Gewindestab 176 (Fig. 5 bis 7) zurückgestellt wird. Von der Ventilanordnung 34 aus gelangt das Abwasser zurück zur Leitung 32, durch den oberen Teil des Ventilkörpers 62, durch das nun offene Ventil 52 nach außen in die^ Ablaßleitung 232, die bei 234 mit der anderen Ablaßleitung 222 verbunden ist. Das durch die beiden Leitungen und 232 fließende Wasser wird dann abgeführt. Bei sich fort-

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setzender Strömung in dieser Betriebsart wird das Volumen der Sole im Tank 42 verbraucht, während die Ventile 226 und 228 geschlossen bleiben. Dadurch wird Frischwasserzirkulation oder ein Spülen nach der Solebewegung durch die Leitung 44 verursacht. Wie durch den Betrieb der Bemessungseinheit 34 bestimmt, setzt sich die Frischwasserströmung wie beschrieben fort, d. h. das Frischwasser fließt rückwärts durch den Behandlungstank 30, durch die Ventilanordnung 34 und in die Ablaßleitung 232. Wenn der Stab 176 in axialer · Richtung so weit bewegt wird, daß er die Öffnung 184 in der Rolle 180 verschließt, so bewegt sich diese nach rechts und erzeugt einen Gegendruck in der Leitung 160. Danach schließen sich die Ventile 52 und 54, und der Leitungsdruck wird von dem Soletank 42 entfernt. Wenn die Wasserströmung durch das Ventil 52 unterbrochen wird, fällt die Ventilanordnung 60 nach unten und nimmt die in Fig. 3 gezeigte Stellung ein. Dadurch wird der Kanal 122 verschlossen und wieder Wasser durch die Leitung 120 in die Leitung 28, durch die Leitung 32 und in die Beraessungseinheit 34 geführt.

Wenn der hohe Druck von dem Ventil 50 in der Bemessungsvorrichtung und vom Vorratstank 42 durch eine Ablaßleitung 231 in der Leitung 224, die mit dem Ablaß in Verbindung steht, entfernt wird, bewegt sich das Kugelventil 226 in eine Öffnungsstellung, ferner wird das Ventil 228 gleichfalls durch die größere Dichte des Salzwassers in dem .. Soletank 40 geöffnet. Somit fließt die Sole im Tank 40 in den Tank 42 durch den Anschluß 229, so daß dieser Tank mit . Sole gefüllt wird. Eine weitere Strömung durch die Leitung 44 wird durch die Schließstellung der Kugel 166 im Ventil 56 verhindert. Gleichzeitig verlagert das Volumen der im Tank 42 aus dem Tank 40 aufgenommenen Sole ein gleiches Volumen von Frischwasser im Tank 42, wodurch das Frischwasser durch das offen gehaltene Kugelventil 226 in den Tank 40 gelangt. Da der Wasserpegel 40b im Tank 40 ausreichend hoch ist, um eine Lösbarkeit des auf dem Rost 40c vorhandenen Salzes hervorzurufen, wird neue Sole gebildet, die durch ihre größere Dichte sich am Boden des

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Tanks 40 in einer Position ablagert, aus der sie je nach Erfordernis dem Vorratstank 42 zugeführt werden kann. Die Lösbarkeit des Salzes führt zu einem Ansteigen des Flüssigkeitspegels im Tank 40, der entsprechend durch den Austritt 237 reguliert wird, welcher mit einem Eintritt 239 in der Leitung 232 über die Leitung 241 verbunden ist. Auf diese ¥eise ergibt eine Strömung durch die Leitung 232 beispielsweise während der Regenerierung einen Überlauf überschüssiger Flüssigkeit im Tank 40 und deren Abgabe in den Ablaß. Zu diesem Zeitpunkt ist die Einrichtung in den in Fig. 1 gezeigten Nutzungsbetrieb zurückgekehrt, sie arbeitet dann in diesem Betrieb weiter, bis der Stab 176 herausgezogen wird. Somit kann sich die Rolle 180 bewegen und eine Wiederholung des zuvor beschriebenen Regenerationszyklus einleiten.

Gemäß einem wahlweise vorhandenen, jedoch wichtigen Merkmal der Erfindung kann die Menge der den Ionenaustauschpackungen im Regenerationsbetrieb zugeführten Sole reguliert werden, indem die Höhe des unteren offenen Endes 233a des Rohrs 233 geändert wird. Das Anheben und/oder Absenken des Rohrs 233 im Tank 42 stellt auch eine v/eitere Möglichkeit zur Einstellung des Härtegrades dar. Die Strömung der Sole aus dem

Soletank 40 durch den Anschluß 229 in den Tank 42 setzt sich fort, bis der Pegel in dem Tank 42 an dem oberen offenen Ende 233a des Rohrs 233 steht. Dadurch wird eine weitere Strömung von Sole . automatisch unterbrochen. Dieses wahlweise vorhandene Merkmal der Erfindung ist wichtig, wenn ein häufiges Regenerieren erwünscht ist, auch wenn das Ionenaustauschharz selbst nicht aufgefrischt wird oder verbraucht ist. Typischerweise tritt dies auf, wenn das Wasser oder eine andere zu behandelnde Flüssigkeit große Mengen Teilchenstoffe enthält, die durch die Packung des feinmaschigen Ionenaustauschmaterials in der Kammer 80 des Tanks 30 festgehalten werden. In solchen Fällen ist es also wichtig, zum wirksamen Betrieb der Einrichtung eine Umschaltung auf den Regenerationsbetrieb durchzuführen, um ein Verstopfen der Materialpackung des Ionenaustauschharzes zu vermeiden. Wenn in solchen Fällen größere Solemengen verwendet würden als anderweitig erforderlich wäre, um die während des vorhergehenden Nutzungszyklus verbrauchten Natriumionen zu

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ersetzen, so würde die Menge des gebrauchten Salzes oder der

Sole größer sein als die Jeweils erforderliche, wodurch der Verbrauch erhöht würde. Wie schematisch dargestellt, kann diese variable .Sole regulierung dadurch verwirklicht werden, daß ein Einstellhebel 235 vorgesehen ist, der die Höhe des unteren Endes 233a des Rohrs 233 reguliert. Alternativ kann diese Möglichkeit jedoch auch durch Installation von Rohren 233 verwirklicht werden, deren Länge die gewünschte Sole^apazität im Tank 42 ermöglichen.

Ein wichtiges und vorteilhaftes Merkmal der Erfindung, wie sie in Fig. 1 bis 7 dargestellt ist, betrifft die Beibehaltung einer Nutzungsströmung bei hoher Strömungsgeschwindigkeit, auch dann, wenn die Bemessungeanordnung 34 die Umschaltung in den Regenerationsbetrieb signalisiert. In solchen Fällen erzeugt die hohe Strömungsgeschwindigkeit an der Oberseite des Ventils 124 ein ausreichendes Druckdifferential, so daß die bewegliche Nutzventilanordnung 60 in der in Fig. 1 gezeigten Position gehalten wird. Wenn ein solcher Regenerationsbetrieb durch die Bemessungsanordnung 34 während einer starken Nutzungsströmung signalisiert wird, auch wenn die Membran 54 geöffnet ist, so läuft die Sole nicht Über das Ventil 56, da ein größerer Druck auf der rechten Seite des Kugelventils 166 als auf seiner linken Seite vorherrscht. Diese Eigenschaft bringt jedoch eine Anpassung an eine "leichte Nutzbelastung", wie sie beispielsweise durch einen leckenden Verschluß im System verursacht werden kann, das durch die Einrichtung 20 gespeist wird. Ein übergang in den Regenerationsbetrieb wird also unter solchen Bedingungen zugelassen, die durch die Bemessungsanordnung 34 signalisiert werden. Bei einer derartigen "leichten Nutzbelastung" ergibt sich ein übergang der Ventilanordnung 60 nach oben in die in Fig. 2 gezeigte Position, da das Volumen des an dem strömungsempfindlichen Teil 128 der Ventilanordnung 60 vorbeifließenden Wassers ausreicht, um die kombinierte Wirkung des leichten Druckdifferentials an der Oberseite des Ventils 124 und des Gewichts des Elements 128

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zu überwinden. Dieses Merkmal ist wichtig, da es eine Regeneration auch dann gewährleistet, wenn eine sehr schwache und möglicherweise unbekannte Wasserströmung durch die Einrichtung 20 erzeugt wird, beispielsweise durch eine Leckstelle in dem gespeisten System, wie zuvor beschrieben.

Es sei darauf hingewiesen _t daß Änderungen der vorstehend beschriebenen Zyklen auftreten und lediglich durch die Wasserströmung innerhalb der Einrichtung reguliert werden, sowie durch Kräfte, die durch Flüssigkeits- und statische Drücke des Wassers erzeugt werden, ohne daß elektrische oder andere äußere Kräfte erforderlich sind, um steuernde Wirkungen auf die Einrichtung auszuüben. In dieser Hinsicht sei jedoch bemerkt, daß viele wichtige Wesenszüge der Erfindung vorteilhaft in Einrichtungen zur Flüssigkeitsbehandlung verwirklicht werden können, bei denen die Strömungssteuerventile von Hand, elektromechanisch oder anderweitig betätigt werden.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung, nämlich eine Anordnung der Ionenaustauschteilchen in neuartiger Weise zur Verhinderung eines sog. Umkehraustauschs nach der Regenerierung wird durch die obere Kammer 78 (Fig. 1) verwirklicht, die eine Teilchenmenge von Ionenaustauschharz enthält. In dem Nutzungsbetrieb der Einrichtung befindet sich die Kammer 78 strömungsmäßig hinter der Kammer 80. Wie aus Fig» 1 und 2 hervorgeht, ist die Menge des lonenaustauschharzmaterials in der Kammer wesentlich geringer als das Gesamtvolumen der Kammer, während die Menge des Ionenaustauschharzes in der Kammer 80 diese Kammer so füllt, daß die individuellen Harzteilchen miteinander in flächiger Berührung stehen. Vorzugsweise hat das Ionenaustauschharzmaterial in der Kammer 78 gleichfalls feinmaschige Teilchengröße, falls erwünscht, können jedoch auch etwas größere Teilchen vorhanden sein.

Da die kleineren oder feiner unterteilten Teilchen eine viel größere Austauschgeschwindigkeit als die größeren Teilchen

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zeigen, wird die Ionenaustauschkapazität der feinen Teilchen allmählich verbraucht, wobei die untersten Teilchen ihre das Kalzium absorbierende Eigenschaft zuerst aufgeben, und die physikalisch oberen, jedoch bezüglich der Strömung nachfolgenden Teilchen (im Nutzungsbetrieb) ihre Kapazität zum Austausch von Kalzium gegen Natrium später verlieren. Während dieser Zeit erfahren die Teilchen in der oberen Kammer 78 keine wesentliche Änderung der Form, da die Teilchen in der unteren Kammer das gesamte Kalzium und anderes austauschbares Material aus dem zu behandelnden Wasser wirksam entfernt haben. Ferner sei bemerkt, daß die Teilchen in der oberen Kammer 78 viel lockerer gehalten sind, als die Teilchen in der Kammer 80 und daß bei der Nutzungsströmung das Wasser die Teilchen aus dem Filzkissen heraushebt, so daß eine lockere Packung der Teilchen entsteht.

Beim Normalbetrieb der Einrichtung können die Teilchen in der oberen Kammer 78 als sehr unwirksame Ionenaustauscher angesehen werden, da sie locker angeordnet sind und von einer gepackten Matrixform durch die Wasserströmung entfernt werden können. Die Teilchen in der Kammer 78 haben also ein sehr geringes Ionenaus tauschvermögen, da sie in der Kammer 78 im Nutzungsbetrieb locker verteilt sind. Selbstverständlich gelangen in dieser Betriebsart die Teilchen nur mit Wasser in Berührung, aus dem praktisch das gesamte Kalzium entfernt ist.

Wenn die Wasserströmung in umgekehrter Richtung stattfindet, so ergibt sich in gewisser Weise eine Umkehrung des Wirkungsgrades der Teilchen in der oberen Kammer. Bei umgekehrter Strömung wirkt die sehr konzentrierte Sole auf die Teilchen in der Kammer 78 zuerst ein. Die Richtung der Wasserströmung und der Einfluß der Schwerkraft kombinieren sich vährend der Rückwaschung und packen die Teilchen in der Kaims-sr 78 ziemlich fest aneinander, sowie gegen das Filzkissen 84. Unabhängig davon, ob das Ionenaustauschvermögen der Teilchen in der Kammer 78 verbraucht ist, werden die Teilchen durch den Durchgang der konzentrieren Solelösung bei der Rückwaschung voll

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regeneriert. Da auf die Rückwaschung jedoch ein Spülzyklus folgen muß und der Spülzyklus notwendigerweise mit nicht behandeltem Wasser durchgeführt wird, wird ein gewisser Anteil der Härte aus dem Wasser durch die Teilchen in der oberen Kammer bei fortgesetzter Spülung entfernt. Da diese Teilchen bei Rückströmung festgepackt werden und dann strömungsmäßig vor den Teilchen in der Kammer 80 liegen und da das Spülwasser eine begrenzte Menge hat, werden die feinmaschigen Teilchen in der Kammer 80 im wesentlichen mit weichem oder vollständig behandelten Wasser nach ihrer Regeneration gespült.

Nach dem Rückwaschen und Spülen erfolgt bei erneuter Einleitung der Vorwärts-Nutzungsströmung der Kalzium-Natrium-Austausch wieder schnell und vollständig in der unteren Kammer. Das die obere Kammer 78 erreichende Wasser enthält Natriumionen, während ein wesentlicher Teil der Teilchen in der oberen Kammer 78 Kalzium enthalten. Wenn diese Teilchen physikalisch im Sinne eines schnellen Austauschs angeordnet wären, so würde ein sog. Rückaustausch stattfinden, der sehr unerwünscht ist. Mit anderen Worten gesagt, würde das in der unteren Kammer 80 weich gemachte Wasser, das der oberen Kammer 78 zugeführt wird, reich an Natriumionen sein, die in unerwünschter Weise durch die Teilchen in der oberen Kammer 78 gegen Kalziumionen ausgetauscht würden. Da diese Kalziumionen in die durch die Leitung 24 austretende Strömung freigegeben würden, träte nach jeder Regeneration zunächst eine unerwünschte Menge sehr harten Wassers aus.

Obwohl die Einrichtung nach der Erfindung auch ohne Teilchen in der Kammer 78 in vieler Hinsicht zufriedenstellend arbeitet, würde eine Einrichtung ohne diese Teilchen an der Ausgabestelle einen unerwünschten Rückaustausch zeigen, wenn nicht wesentlich kompliziertere Rückwaschungs- und Spülungszyklen durchgeführt wurden oder andererseits das Spülen mit vorbehandeltem weichem Wasser durchgeführt würde. Diese alternativen

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Anordnungen würden jedoch wesentlich zu den Herstellungskosten beitragen und könnten, abhängig von der jeweiligen Form, die Zuverlässigkeit der Einrichtung beeinträchtigen.

Die Anordnung der Teilchen in der oberen Kammer zur Verwirklichung eines wirksameren Ionenaustauschs in einer Richtung im Gegensatz zur anderen Richtung bildet daher ein wichtiges Merkmal der Erfindung, insbesondere wenn diese Anordnung in Verbindung mit der Anordnung feinmaschiger Teilchen in der Kammer 80 in beschriebener Weise verwendet wird. Hierbei sind jedoch, wie bereits beschrieben, die Teilchen in der unteren Kammer 80 locker in dem Sinne angeordnet, daß sie nicht physikalisch oder chemisch in einer Packungsvorrichtung oder ähnlichen Vorrichtung angeordnet sind, obwohl sie vorzugsweise so fest gehalten werden, daß nur geringe oder keine Teilchenbewegung relativ zueinander während der Nutzungsströmung auftreten. Die feinmaschige:: Teilchengröße bedingt eine stärkere Bewegung der Teilchen in der Kammer 80 durch die Strömung, so daß diese Teilchen entsprechend relativ dicht gegen das obere und untere Filzkissen während der Nutzungsströmung und der Rückwaschströmung gepackt werden. Dies verhindert eine sog. "Kanalbildung¹¹ und gewährleistet einen wirksamen Austausch bzw. Regenerationsvorgang.

Im Zusammenhang mit dem Verhindern eines unerwünschten Rückaustausches in der beschriebenen Einrichtung wird vorzugsweise eine Packung aus Harzteilchen in zwei einander nachgeordneten Kammern verwirklicht und/oder diese werden als eine Einheit aufgebaut, die in einem Wasser- oder Flüssigkeitstank auswechselbar anzuordnen ist. Eine solche Packung kann die Kissen und Teilchen in beschriebener Weise enthalten, wobei ein Einzelbehälter vorgesehen sein kann, der eine Ausdehnung und Zusammenziehung der feinmaschigen Teilchen in dem Hauptbehandlungsbett ermöglicht.

Eine solche zusammengesetzte Anordnung könnte beispielsweise

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folgende Elemente enthalten: Ein 6 mm dickes unteres Filzkissen mit einem Haltevermögen für Teilchen von 50"Mikron Größe, eine 10 cm dicke Schicht aus Ionenaustauschharzteilchen (Dowex 50W) mit einer Maschengröße von 100 bis 200, ein 6 mm dickes Filzkissen über den Harzteilchen mit einem Haltevermögen für 50 Mikron große Teilchen, ein darüberliegendes poröses und starres Element, ein weiteres 6 mm dickes Filzkissen, das auf dem starren Element aufliegt und ein Haltevermögen für 50 Mikron große Teilchen hat, eine 12,5 mm dicke Schicht aus Ionenaustauschharzteilchen (Dowex 5oW) mit einer Maschengröße von 100 bis 200 über der zuletzt genannten Filzschicht, ein weiteres 6 mm dickes Filzkissen über diesen Teilchen mit einem Haltevermögen für 50 Mikron dicke Teilchen und ein dünnes oberes Kissen oder Gitter, wobei der Abstand zwischen den starren Platten, die die obere Kammer eingrenzen, ca. 5 cm beträgt. Alle diese Elemente können in einem Gehäuse angeordnet sein, das eine undurchlässige, zylindrische oder rohrförmige Außenwand hat und dessen Innendurchmesser ca. 23,5 cm beträgt. Die fein verteilten Teilchen können in locker gepackter Form angeordnet sein, so daß sie nicht aneinander anhaften, und zwar chemisch oder mechanisch. Sie können sich also ausdehnen und zusammenziehen, jedoch sollen sie ausreichend fest eingegrenzt sein, daß eine Kanalbildung verhindert ist und daß minimal mögliche Volumen ihrer Zwischenräume verwirklicht ist.

Die zuvor beschriebenen Hauptelemente entsprechen im wesentlichen denen des in Fig.' 1 gezeigten Behandlungstanks mit dem Unterschied, daß sie separat vom Tank in beschriebener Weise zusammengefügt werden. Diese Konstruktion verwirklicht alle Vorteile des Zweibettsystems und führt zu einem sehr leichten Auswechseln des Ionenaustauschmaterials.

Bei der anfänglichen Packung des Hauptbehandlungsbetts feinmaschiger Austauschteilchen in der Kammer 80 werden die Teilchen vorzugsweise ausreichend vorgetrocknet, so daß

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ihre Größe kleiner als die kleinste Größe ist, die während des Betriebes zu erwarten ist. Typischerweise kann dies durch Trocknen der Teilchen bis zu einem Feuchtigkeitsgehalt von ?>5% und anschließendes festes Packen der getrockneten Teilchen in die Kammer 80 verwirklicht werden. Dadurch ergeben sich um ca. h% kleinere Teilchen gegenüber dem Zustand, der entsteht, wenn sie nachfolgend einer Solelösung während der Regenerierung ausgesetzt werden. Auf diese Weise bleiben die feinmaschigen Teilchen in der Kammer 80 in einem fest gepackten Zustand während des gesamten Gebrauchs, insbesondere wenn sie einer Solelösung ausgesetzt werden. Die Ausdehnung der so gepackten Teilchen, die beispielsweise im Falle von kathionischen Austauschharzteilchen während des Spülzyklus auftritt, wird durch die Kompression der Filzkissen aufgenommen, ferner bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 durch leichte Bewegung der Platte 86, die durch die Federn 98 nach unten gedrückt wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Vorrichtung und die darin verwendeten Stoffe die überraschende Eigenschaft haben, daß sie aus Wasser eine Anzahl unerwünschter Anteile außer den mehrwertigen Metallionen wie z. B« Kalzium und Magnesium entfernen. Diese weiteren Stoffe sind Wasserstoffsulfid sowie andere geruchbildende Stoffe, Chlor, Eisen einschließlich kolloidales Eisen, Bakterien und andere Stoffe, die unerwünschte farbliche, geschmackliche und verunreinigende Wirkungen sowie Alkalieigenschaften hervorrufen, die typischerweise bei Konzentration aufgelöster Feststoffe wie Karbonate und Bikarbonate auftreten.

Somit bringt die Erfindung die wichtige Erkenntnis, daß kathionische Austauschharzteilchen, die normalerweise nicht zur Entfernung eines meßbaren Chloranteils bestimmt sind, unabhängig von dem Grad ihrer Unterteilung extrem gut Chlor entfernen. Diese Funktion wurde bisher durch oberflächenaktive Stoffe wie z. B. aktivierten Kohlenstoff o. ä. verwirklicht. Eine bestimmte Theorie bzw. Erklärung dieses

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Vorgangs steht noch nicht zur Verfugung, es wird jedoch angenommen, daß das Vermögen der hier verwendeten Stoffe, Chlor aus Wasser zu entfernen, wobei gegebenenfalls gleichzeitig ein Ionenaustausch erfolgt, auf die sehr feinmaschige Größe der Teilchen des Ionenaustauschharzes zurückgeführt werden kann. Noch eingehender zu erläuternde Prüfungen haben gezeigt, daß in einer Einrichtung nach der Erfindung feinmaschige kathionische Austauschharzteilchen, beispielsweise stark saure kathionische Teilchen mit einer Maschengröße von 100 bis 200 (trocken gemessen) das Chlor aus dem Wasser über längere Zeit hinweg wirksam entfernen, während Harzteilchen desselben chemischen Charakters, jedoch mit größeren Abmessungen, beispielsweise mit einer Maschengröße von 15 bis 30, keine meßbare Chlorentfernung zeigen, und zwar innerhalb eines meßbaren Zeitraumes wie z. B. einer Stunde.

Zur Demonstration dieses Vermögens der ChIorentfernung wurde eine Einrichtung nach der Erfindung wie in Fig. 1 bis 7 dargestellt aufgebaut. Das Wasser der städtischen Wasserversorgung von Chicago wurde durch die Einrichtung geführt. Die Packung feinmaschiger lonenaustauschteilchen enthielt 4,7 dnr kathionische Austauschharzteilchen (Dowex 50W) mit einer Maschengröße von 100 bis 200 (trocken gemessen). In einem Falle wurde die Einrichtung über ein Rohr mit 12,5 mm Durchmesser ohne Unterbrechung oder Regeneration bei einer Strömungsgeschwindigkeit von ca. 0,91 nr/h betrieben, bis ca. 38 nr Wasser behandelt waren. Der zugeführte Chloranteil lag im Bereich von 0,5 bis 2,0 Teile, der abgeführte Chloranteil hatte den Wert Null, gemessen durch chlorometrisehe Prüfungen, was anzeigte, daß 100 % des Chlors aus dem Wasser entfernt waren. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß trotz Unterbrechung des Tests nach 38 nr behandeltem Wasser keine Anzeige darüber erfolgte, daß das Vermögen der Teilchen, das Chlor weiter aus dem Wasser zu entfernen, erschöpft oder verringert war. Ferner sei bemerkt, daß sich kein Zusammenhang

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zwischen dem Vermögen, Chlor zu entfernen und der Ionenaustauschkapazität zeigte. Die feinmaschigen Ionenaustauschteilchen wurden insoweit verbraucht, als die Wasserenthärtung nach Behandlung von ca. 1500 1 Wasser in Betracht kommt. Diese Packung zeigte jedoch das Vermögen, Chlor zu entfernen, bei der Behandlung von ca. 3S000 1 Wasser ohne eine zwischendurch erfolgte Regeneration, d. h. weit über die Zeit hinaus, zu der Kalziumionen aus dem Wasser entfernt wurden.

Wenn ein Becher mit Wasser aus derselben Quelle durch Eingabe größerer" kathionischer Austauschharzteilchen desselben Materials mit einer Maschengröße von 15 bis 30 behandelt wurde, so zeigte sich keine Entfernung von Chlor auch bei größeren Teilchenmengen.

Ein weiteres Experiment wurde dann durchgeführt, wobei dieselbe Einrichtung verwendet wurde, Jedoch der Behandlungstank mit derselben Menge kathionischer Ionenaustauschteilchen mit einer Maschengröße von 15 bis 30 aus demselben Material gefüllt wurde. Das Wasser derselben Quelle durchlief die Einrichtung, wobei sich in ähnlicher Weise keine Entfernung des Chlors in meßbaren Mengen zeigte.

Unter Zugrundelegung dieser Beobachtungen und Prüfungen wird angenommen, daß das Vermögen, das Chlor zu entfernen in keiner Weise mit der Ionenaustauschkapazität der Teilchen in Zusammenhang steht sondern lediglich auf ihre Oberfläche zurückzuführen ist.

Zum Aufstellen von Theorien oder Gründen, die dieses Verhalten der Ionenaustauschteilchen gegenüber Chlor zeigen, wurde berücksichtigt, ob die Querverbindungen in den Harzteilchen eine Änderung oder Zerstörung durch die Wirkung des Chlors erfahren könnten, vielleicht durch eine Wirkung, die eine Oxydation dieser Bindungen hervorruft. Diese Möglichkeit wurde in Verbindung mit der allgemeinen Auffassung berücksichtigt, daß die normalen Ionenaustauschharze handelsüblicher Form Querverbindungen von 296 bis 1296 enthalten, wobei die 2%-Querverbindungen sehr weich sind, die 12#-Querverbindungen sehr hart

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sind, land Teilchen mit 8%-Querverbindungen sich besonders gut für die Erfindung eignen.

Während eine Änderung oder Zerstörung von Querverbindungen, die zu einem Produkt mit weniger Querverbindungen führen v/ürde, eine ganz bestimmte Möglichkeit darstellt, zeigten die nach ausgedehnter Chlorentfernung geprüften Teilchen jedoch keine Änderung der physikalischen Eigenschaften, die mit der entfernten Chlormenge auftreten v/ürde. Es scheint also, daß wenn der postulierte Mechanismus tatsächlich aufträte, die Teilchen wesentlich ihre physikalischen Eigenschaften durch einen viel kleineren Chloranteil geändert hätten als der, der durch die Teilchen ohne merkliche Änderung der physikalischen Eigenschaften entfernt wird.

Das -Vermögen der fein verteilten kathionischen Austauschteilchen, das Chlor aus Wasser zu entfernen,' welches aus nicht vollständig geklärten Gründen auftritt, ist also unabhängig von dem Härtegrad des Wassers und gleichfalls unabhängig von dem Absorptionsvermögen für zusätzliches Kalzium ein neuartiges, überraschendes und sehr vorteilhaftes Merkmal der Erfindung.

Ein weiteres bisheriges Problem der Wasseraufbereitung bestand darin, daß mehrere bekannte Entkalkungseinrichtungen berechnete Härtemengen aus dem Wasser entfernen, jedoch in einigen Fällen sehr empfindlich gegenüber Verschmutzung durch teilchenförmige Stoffe wie z. B. Eisen sind. Solche Einrichtungen arbeiten zwar für einen wesentlichen Teil ihrer theoretischen Teil ihrer Lebensdauer zufriedenstellend, es erwies sich jedoch als erforderlich, besondere Vorrichtungen zur Entfernung von Eisen aus der zugeführten Strömung vorzusehen. Eine Einrichtung nach der Erfindung macht solche zusätzlichen Anordnungen jedoch überflüssig.

Dies ist auf die Verwendung sehr fein verteilter Teilchen

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zurückzuführen, die in Kombination mit den sie an ihrer Stelle haltenden Kissen eine Verschmutzung durch Eisenteilchen innerhalb der Teilchenpackungen verhindern. In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß die sehr kleine Teilchengröße gegenseitige Teilchenzwischenräume schafft, die kleiner als die Größe der Eisenteilchen sind, so daß sie sich nur der Oberfläche des Austauschbetts annähern können, gedoch dieses nicht durchdringen. Zusätzlich zu der Vervrendung sehr kleiner Teilchengrößen zu diesem Zweck führt der Einsatz einer relativ kleinen Packung aus Ionenaustauschteilchen, die häufig zu regenerieren sind und eine häufige Rückwaschung erfordern, zur Entfernung des Eisens und anderer Fremdstoffe von der Oberfläche der der Strömung zugewandten Fläche, so daß die Packung frei von Verunreinigungen, insbesondere von Eisenteilchen gehalten wird.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des feinmaschigen Eisenteilchenbetts ist die Eigenschaft, Bakterien auszusondern. ¥ie für die Aussonderung der teilchenförmigen Fremdstoffe bereits beschrieben, wird auch hier angenommen, daß dieser Vorteil durch die kleinen Teilchenzwischenräume auftritt, so daß die Teilchenpackung als ein Filter wirkt, welches die Bakterien physikalisch festhält und die zu behandelnde Flüssigkeit durchläßt.

Im Zusammenhang mit der Bindung der teilchenförmigen Stoffe durch das Bett feiner Ionenaustauschteilchen folgt, daß durch eine Größenänderung der Teilchen während der Regeneration das Spülen sehr erleichtert wird. Beispielsweise ist bekannt, daß kathionische Austauschharzteilchen eine leichte Größenverringerung während ihrer Nutzung erfahren, wenn ihre Kapazität verringert wird. Ferner erfahren sie eine stärkere Größenverringerung während der Behandlung mit Sole, wonach sie auf ihre volle Teilchengröße zurückkehren, wenn die Spülung durchgeführt wird. In der Einrichtung nach der Erfindung wird die Spülung in

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umgekehrter Richtung (Rückspülung) bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten durchgeführt. Die kombinierte Wirkung der Packungsporösität nimmt deshalb infolge der Größenverringerung der Teilchen zu, und eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Sole spült alle gesammelten Verunreinigungen von dem feinmaschigen Bett ab, und zwar mit außergewöhnlicher Wirksamkeit, Dies ergibt sich insbesondere deshalb, weil die feinmaschige Größe der Teilchen die Verwendung sehr konzentrierter Solelösungen ermöglicht, die bei in üblicher Weise bemessenen lonenaustauschteilchen von einer Maschengröße von ca. 15 bis 30 eingesetzt werden können, da sie auf größere lonenaustauschteilchen schädliche Einwirkungen zeigen.

Im Zusammenhang mit der Eigenschaft, bei der Rückwaschung Eisenverschmutzungen zu beseitigen, zeigt sich eine weitere günstige Eigenschaft durch Verwendung sehr fein verteilter Harzteilchen, nämlich die Möglichkeit^ mit einer sehr kleinen Packung lonenaustauschmaterial auszukommen. Inymeisten, wenn nicht in allen bisherigen bekannten Enthärtungseinrichtungen ist die Geschwindigkeit, mit der der Ionenaustausch stattfindet, begrenzt. Dies ist auf die relativ grobe Unterteilung der lonenaustauschteilchen zurückzuführen, die typischerweise eine Maschengröße von 15 bis 30 haben. Bei solchen Größen ist eine relativ große Verweilzeit der Flüssigkeit erforderlich. Die Verweilzeit innerhalb einer Behandlungseinrichtung hängt von dem durch die Flüssigkeit durchlaufenen Weg,der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch das Behandlungsmaterial und dem Volumen des behandelnden Materials ab. Durch Verwendung relativ langsam wirkender Teilchen ist ein großes Volumen an Austauschmaterial erforderlich. Dieses Material muß so angeordnet sein, daß es längs der Hauptachse der Flüssigkeitsströmung seine größte Abmessung hat.

ionenaustauschharzteilchenpackungen dieser Art sind nicht nur üblicherweise groß, sondern zeichnen sich auch durch einen

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relativ hohen Druckabfall ab. Da die Harzteilchen bei der Erfindung typischerweise eine Maschengröße von 100 bis 200 oder geringer haben, erfolgt der Austausch praktisch augenblicklich und die Verweil2eit ist nicht kritisch, auch bei sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten. Daher kann die Dicke des Austauschmaterials in der Größenordnung von 25 mm oder weniger liegen, gemessen in Richtung der Wasserströmung. Der Flächenbereich ist so berechnet, daß ein Gesamtvolumen entsteht, welches eine ausreichende Zeitdauer zwischen den Regenerationen gewährleistet. Eine Packung von Teilchen mit einem Rauminhalt von nur einigen Litern wie z. B. von 7 oder 3,5 Litern oder weniger ermöglicht die Behandlung beispielsweise von 1500 1 Wasser normalen Härtegrades, jedoch ist der von einer solchen Packung beanspruchte Raum extrem klein und ermöglicht eine kompakte Vorrichtung.

Ein Merkmal der Erfindung, das noch wichtiger als die kleine Größe und die schnelle Arbeitsgeschwindigkeit ist, besteht in der Anordnung der Bemessungseinheit so, daß ein Rückwaschen und eine Regeneration innerhalb kurzer Zeit oder nach der Behandlung eines relativ geringen Prozentsatzes der gesamten durchsetzbaren zu behandelnden Menge möglich ist. Dadurch wird die Vermeidung von Eisenverschmutzungen, Wasserstoffsulfid und anderen unerwünschten Stoffen möglich, und im Hinblick auf den geringen Verbrauch der Austauschkapazität der Harzteilchen kann eine Auffrischung oder Regeneration durch Verwendung eines nur kleinen Soleanteils erfolgen. Entsprechend haben häufige Rückwaschungen geringer Menge den Vorteil, daß eine Verstopfung und Verschmutzung der Einheit vermieden wird, und durch die extrem kurze Regenerationszeit wird eine minimale Störung der normalen Ausnutzung zur Behandlung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten gewährleistet.

Ein weiterer unerwarteter Vorteil der Verwendung fein unterteilter kathionischer Austauschharzteilchen gemäß der Erfindung besteht darin, daß Schwefelverbindungen, insbesondere

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Wasserstoffsulfid aus dem Wasser ausgesondert werden können. Bisher wurde nicht erkannt, daß diese Schwefelverbindungen aus Wasser durch feinmaschige kathionische Ionenaustauschharzteilchen entfernt werden können. Bei den bekannten Enthärtungseinrichtungen wurde eine spezielle Zusatzvorrichtung verwendet, um Schwefelgeschmak und -geruch aus dem Wasser zu entfernen. Wie bei dem Chlor ermöglicht die Erfindung jedoch aus bisher nicht eindeutig geklärten Gründen die v/irksame Entfernung von Schwefelgeschmack und -geruch, einschließlich des charakteristisch übelschmeckenden Wasserstoffsulfids ohne Verwendung besonderer Hilfsvorrichtungen. Die Gründe für dieses Verhalten sind nicht bekannt, es wird jedoch als möglich angenommen, daß entweder die Schwefelverbindungen adsorbieren können oder solche Verbindungen durch das fein unterteilte Material absorbiert werden. In diesem Zusammenhang ist zu beobachten, daß das Vermögen der feinmaschigen kathionischen Austauschteilchen, Schwefelverbindungen und andere geschmackliche und geruchliche Verschmutzungen zu entfernen, abnimmt, wenn die kathionischen Austauschharzteilchen gebraucht werden, und zwar durch den Austausch von Kalzium und anderer mehrwertigen Ionen gegen Natriumionen. Bei Regeneration zeigt sich jedoch, daß das Vermögen der feinmaschigen kathionischen Austauschteilchen, diese Verschmutzungen zu entfernen vollständig wiederhergestellt wird, da diese Stoffe während der Solebehandlung und des Spülens ausgeschaltet werden.

Obwohl die Gründe noch nicht vollständig geklärt sind, besteht also ein wichtiges Merkmal der Erfindung in der Verwendung fein verteilter kathionischer Austauschteilchen, die so angeordnet werden, daß sie Schwefel und andere unerwünschte Geschmacksstoffe aus dem Wasser aussondern, ohne zusätzliche Sioffe und Vorrichtungen hierzu zu benötigen.

Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung der Erfindung, wie in Fig. 1 bis 7 darge-

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stellt ist, eingehend beschrieben. Es können Jedoch auch mehrere Abänderungen vorgesehen sein, von denen einige aus bestimmten Gründen vorzugsweise durchzuführen sind, während andere gleichfalls gewisse Vorteile zeigen. Solche andere Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele für Abänderungen dar, die an den verschiedenen Teilen der Einrichtung vorzusehen sind. Solche Abänderungen werden im folgenden beschrieben.

In Fig. 8 und 9 ist eine andere Art eines Behandlungstanks dargestellt. Hierbei ist eine Tankeinheit 240 mit einem Eintrittsanschluß 242 und einem Austrittsanschluß 244 versehen, die entsprechend der Strömungsrichtung des Wassers während des Behandlungsbetriebes bezeichnet sind. Eine Teilungswand teilt die Tankeinheit 240 in separate Behandlungskammern, wobei die rechte und die linke Kammer 248 und 250 jeweils einen länglichen Zylinder 252, 254 enthält, der einen Deckel 256, 258, einen Boden 260, 262 und mittlere Öffnungen bzw. Kanäle 264,bzw. 266 enthält, die jeweils mit der Leitung 268, 270 verbunden sind, welche zu dem jeweiligen Anschluß 242, 244 führt. Die Außenseite eines jeden Zylinders 252, 254 ist aus einem durchlässigen, jedoch feinmaschigen Filzmaterial gebildet, dessen Porösität einen Durchgang der feinmaschigen Ionenaust auschte ilchen verhindert.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, wird das durch den Anschluß 242 und die Leitung 268 fließende Wasser innerhalb der Kammer verteilt und fließt durch den engen Kanal 272 in die linke Kammer 252. Die Teilchen oder andere fein verteilte Aggregatteilchen fließen mit dem Wasser in die Kammer 250, können jedoch nicht durch das Filzkissen oder ein anderes Filtermaterial hindurchgelangen, so daß sie sich in dieser Kammer ansammeln. Die vertikale Anordnung der Zylinder in einer jeden Kammer 248, 250, begünstigt die Vermeidung von Verstopfungen des Filzmaterials, verhindert eine Kanalbildung und gewährleistet,

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daß die Teilchen in der Kammer dispergiert werden, so daß sie optimal auf das zu behandelnde Wasser einwirken können.

Fig. 9 zeigt, daß "bei gegensinniger Rückwaschströmung die Aggregatteilchen durch den Kanal 272 in die rechte Kammer 248 gelangen, wo sie regeneriert werden, dabei wird jedoch der Durchgang in die Leitung 268 verhindert. Eine Konstruktion der in Fig. 8 und 9 gezeigten Art arbeitet normalerweise nicht mit zwei Harzpackungen, von denen eine sehr feinmaschige, die andere relativ großmaschige Teilchen enthält, die Vorrichtung ist sehr wirksam, wenn sie mit einem ausreichenden Volumen fein unterteilter Aggregatteilchen derjenigen Art versorgt wird, die in dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Behandlungstank verwendet werden. Es sei jedoch bemerkt, daß andere Tanks oder Kammern vorgesehen und wie beschrieben angeordnet sein können, um unerwünschte Austauschvorgänge beim Rückstromprinzip zu verhindern oder minimal zu halten.

In Fig. 10 und 11 ist eine andere Form eines Aufbereitungssystems für Sole dargestellt, das in einer Anordnung vorgesehen ist,die einen großen Aufbereitungstank 300 und einen kleineren Bemessungsund Vorratstank 302 enthält. Der größere Tank 300 hat Seitenwände 304, einen Boden 306 und eine perforierte oder poröse horizontale Zwischenwand 308. Der Wasserpegel ist durch eine einfache Schwimmeranordnung oder eine druckempfindliche Vorrichtung oder anderweitig so eingestellt, daß er über der Höhe der Platte 308 liegt. Der übrige Tank ist mit festem Salz gefüllt, so daß eine gesättigte Solelösung immer unter der Platte 308 angeordnet ist. Der Aufbereitungs- und Vorratstank hat eine Eintrittsleitung 310, an deren Ende ein Ventil 312 vorgesehen ist, und einen Eintrittsanschluß 314. Der Tank- 302 ist vorzugsweise zylindrisch und hat vertikale Seitenwände 316 sowie eine Deckfläche 318 und einen Boden 320. Ein Einwegventil 322 ist nahe dem Boden des Tanks 302 angebracht, eine Austrittsleitung 324 ist in der dargestellten Weise etwas über

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dem Pegel des Einwegventils 322 angeordnet. Eine kombinierte Anordnung 326 aus Kolben und Ventil ist innerhalb des Tanks 302 bewegbar vorgesehen. Diese Anordnung hat eine Dichtung 328 an beiden Enden, einen zentralen Körper 330, einen abgewinkelten zentralen Wasserkanal 332 und eine Halte- und Positionierungsfeder 334.

Zur Beschreibung des in Fig. 10 und 11 dargestellten Solesystems sei angenommen, daß dieses einen Teil einer Einrichtung bildet, die in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Daher wird periodisch frisches Wasser zum jeweils geeigneten Zeitpunkt über die Leitung 310 zugeführt, wodurch eine bemessene Menge Sole aus dem Tank 302 in den Behandlungstank geführt wird, um das darin vorhandene Austauschharz zu regenerieren. In Fig. 10 bleibt die Anordnung 326 mit Kolben und Ventil durch die Feder in der obersten dargestellten Stellung, wenn' kein wesentlicher Wasserdruck in der Leitung 310 herrscht.

Wird der Leitung 310 Wasser unter Druck zugeführt, so schließt das Ventil 312, und der Kanal 332 wird mit Wasser gefüllt. Da das Wasser aus dem Raum zwischen dem KolbenKörper 330 und den Wänden 316 des Tanks 302 nicht entweichen kann und dies durch die O-Ringe oder andersartigen Dichtungen 328 verhindert wird, sammelt sich das Wasser an der Oberseite des Kolbens in dem Bereich 336 und drückt den Kolben gegen die Kraft der Feder abwärts, so daß gegebenenfalls eine Einwirkung auf unter dem Kolben vorhandenes Wasser erfolgt und/oder dieses verlagert wird.

Das Wasser über dem Kolben, ist frisches, jedoch unbehandeltes Wasser aus der Leitung 310, während das Wasser unter dem Kolben Sole ist, die zuvor in dem Tank 302 gebildet wurde. Entsprechend ergibt sich eine Verlagerung der Sole in dem unteren Teil des Tanks in die Leitung 324 sowie eine Bewegung der Sole in den Behandlungstank zwecks Regenerierung. Während

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dieser Zeit schließt sich das Ventil 322 unter dem in dem Behälter erzeugten Druck, wodurch sichergestellt ist, daß die Sole durch die Leitung 324 geführt wird. Wenn die obere Kammer 336 des Tanks 302 fast vollständig mit Wasser gefüllt ist und der Kolben die in Fig. 11 gezeigte Position erreicht, so wird die Öffnung 324 für Frischwasser freigegeben und das Spülwasser kann durch den Kanal 336 um den Körper 330 der Anordnung 326 herumfließen sowie aus dem Kanal 324 austreten.

Während dieser Zeit erzeugt weitere Druckeinwirkung in der Leitung 310 eine Kraft auf die Anordnung 326 aus Kolben und Ventil und hält diese in der unteren Stellung, bis eine gewünschte Menge Frischwasser für Spülzwecke durch den Kanal und aus der Leitung 324 herausgeführt ist. Wie in der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Einrichtung wird diese Zeit beispielsweise durch einen Wassermesser oder eine andere geeignete Vorrichtung bestimmt. Wenn der Wasserdruck in der Leitung 310 beseitigt wird, so wirkt die Feder 334 auf den Kolben 326 ein und bewegt diesen zur Oberseite des Tanks 302, wodurch das Wasser über dem Kolben in den Aufbereitungstank 300 durch das Ventil 312 hindurch geführt wird. Dieses Ventil 312 steht unter einer solchen Vorspannung, daß es eine Strömung bei mäßigen Druckwerten durchläßt, bei höheren bzw. Leitungsdrücken, jedoch eine Strömung verhindert.

Die Aufwärtsbewegung des Kolbens und Ventils 326 dient also nicht nur zur Auffrischung des Wasservorrats im äußeren Tank 300, sondern auch zum Ansaugen frischer und genau bemessener gesättigter Sole aus dem unteren Teil des Tanks 300 durch das Ventil 322. Ein Tanksystem der beschriebenen Art arbeitet also vollständig automatisch und ermöglicht dabei die Abgabe einer genau bemessenen Solemenge. Gleichzeitig wird der Tank gefüllt, ohne daß äußere Steuereinwirkungen erzeugt werden müssen, die zusätzlich zu den in der Strömung der zu behandelnden Flüssigkeit austretenden Kräften vorhanden sind.

In den Fig. 12 und 13 ist eine andere Ausführungsform eines

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Behandlungstanks dargestellt, der sich zum Einsatz sehr fein unterteilter Ionenaustauschteilchen einer einzigen Teilchengröße oder eines schmalen Größenbereichs eignet. Wie aus Fig. 12 hervorgeht, hat der Tank 400 Seitenwände 402, eine Deckfläche 4o4, einen Boden 4o6 und in seinem Inneren eine obere und untere durchlöcherte" Platte 403 und 410, zwischen denen eine Behandlungskammer 412 gebildet ist. Die Aggregatteilchen 414 in der Kammer 412 sind zwischen oberen und unteren Filzkissen 416 und 418 angeordnet. Die Platten 410 und 408 sind durch geeignete Elemente wie z. B. Schnappringe 420 o. ä. gegen eine Bewegung gesichert.

Bei dieser Konstruktion "schwimmen" die Filzkissen 416 und 418 zunächst mit der Wasserkraft, wodurch verhindert wird, daß die feinmaschigen Teilchen aus der Kammer 412 austreten. Ferner wird in Aufwärtsrichtung ein Spülvorgang durchgeführt, wenn das Wasser vom Boden her zugeführt wird. Die Filzkissen 416 und 418 sinken nach unten, wenn Regenerierungssole oder Spülwasser von oben her zugeführt wird, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Sie verteilen das Wasser und verhindern eine "Kanalbildung", wodurch die richtigen Strömungsverhältnisse in der Kammer 412 erzeugt werden. Das Vorhandensein eines gewissen vertikalen Abstandes zwischen den Filzkissen und den Platten ermöglicht auch die Ausbildung eines praktisch lockeren Betts aus dem Harzmaterial, auch wenn eine Ausdehnung bei chemischer Veränderung erfolgt. Dadurch wird der Druckabfall verringert, und es besteht ein maximaler Einwirkungsgrad zwischen den Teilchen und der zu behandelnden Flüssigkeit. Wie oben bereits ausgeführt, ist der Oberflächenbereich der kleinen Teilchen so groß, daß auch in dünnen vertikalen Querschnitten die Verweilzeit einer schnell fließenden Wasserströmung unkritisch ist und der Ionenaustausch sehr, sehr schnell stattfindet.

In Fig. 14 und 15 ist eine abgeänderte und vorzugsweise ein-.zusetzende Art einer Zeitsteuer- und Ventilanordnung darge-

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stellt/ Wie aus dem in Fig. 14 gezeigten Nutzimgsbetrieb hervorgeht, hat die Anordnung 425 einen rechten Teil 426, der ein Getriebe, ein Wasserrrad und andere Komponenten enthält, die mit den der Fig. 5 bis 7 übereinstimmen. Deshalb sind übereinstimmende Bezugszeichen für diese Komponenten in Fig. 14 und 15 verwendet, soweit sie hinsichtlich Konstruktion und Funktion mit den entsprechenden Elementen in Fig. 5 bis 7 übereinstimmen. Der linke Teil der Anordnung 425 enthält jedoch eine Ventilvorrichtung 428, die gegenüber den in Fig. 5 bis 7 gezeigten Anordnungen Unterschiede aufweist. Diese Vorrichtung 428 hat eine Rolle 430, die innerhalb einer Bohrung 432 an einem Ende 434 des Ventilgehäuses 436 hin- und herbewegbar ist. Ein Kanal 438 in einer Seite 440 des Ventilkörpers 436 steht mit der Innenkammer/des Ventilkörpers 436 sowie einer Eintrittsleitung 192 in Verbindung. Ein weiterer Kanal 442 verbindet die Kammer 444 mit der Leitung 160.

Wie bei der in Fig. 5 bis 7 gezeigten Konstruktion ist ein Axialkanal 446 in dem Körper 448 der Rolle 430 vorgesehen. Da der Körper 448 einen verringerten Durchmesser gegenüber den Enden der Rolle 430 hat, wird diese bei übereinstimmenden Drücken in den Kammern 444 und 445 bzw. in den Leitungen 192 und 442 nach rechts geschoben, da die effektive Fläche der gesamten Seite 450 größer als deren Rückseite ist.

Bei den zuvor beschriebenen Bedingungen wirken die Spitzen der Seitenfläche 254 des Rollenkörpers 448 auf eine Kante 454 des Ventilkörpers 436 ein, und dieser Vorgang verhindert gemeinsam mit der Wirkung der Abdichtung 449 eine Strömung durch den Austrittskanal 456, wenn die Steuer- und Ventilvorrichtung sich im Nutzungsbetrieb befindet.

Wie bei dem in Fig. 5 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Umschaltung auf den Regenerationsbetrieb in der in Fig. 14 und 15gezeigten Vorrichtung durch Entfernung des Stabes 176

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von dem Körper 448 der Rolle 430 erreicht. Wenn dies eintritt, ermöglicht der Kanal 446 eine Verbindung zwischen der Eintrittsleitung 192 und der Austrittsleitung 194, wodurch der Druck an der Fläche 450 der Rolle 430 entlastet wird und diese sich nach rechts bewegt, bis sie an der inneren Seitenfläche 458 der Abschlußkappe 440 des Ventilkörpers anliegt. Daher fließt das Wasser von der Leitung 192 durch den Kanal 446 in den Austrittskanal 456 und von dort aus in die Austrittsleitung 194.

Während der Regeneration arbeitet der Gewindestab 176 genau wie bereits 'in Fig. 5 bis 7 beschrieben, so daß eine Drehung und Bewegung des Stabes 176 in entgegengesetzter Richtung bzw. nach links und damit ein erneuter Eintritt des Stabes in den Kanal 446 erfolgt, wodurch die Rolle 458 dann in die in Fig. 14 gezeigte Stellung für den Nutzbetrieb zurückgelangt.

Wie bereits ausgeführt, ermöglichen das Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung wesentliche Wasser- und Salzeinsparungen, verglichen mit den bisherigen Möglichkeiten zur Wasserenthärtung. Beispielsweise verbraucht eine Einrichtung der in den Fig. 1 bis 4, 14 und 15 gezeigten Art mit einer Hauptbehandlungspackung von ca. 4,7 dnr kathionischer Austauschharzteilchen mit einer Maschengröße von 100 bis 200 (trocken gemessen) ca. 11,3 1 Wasser, um den Regenerationsund Spülzyklus zu vervollständigen. Eine Enthärtungseinrichtung üblicher Art, die mit größeren Ionenaustauschharzteilchen derselben chemischen Zusammensetzung arbeitet, erfordert 245 1 Wasser für jeweils ca. 28 dm Harz, um die Rückwaschung, die Regeneration und das Spülen durchzuführen. Wenn Einstellungen für die jeweiligen Mengen der Ionenaustauschteilchen in jeder dieser Vorrichtungen durchgeführt werden, so ist von Wichtigkeit, daß die bekannten Einrichtungen fast die vierfache Wassermenge und mehr während der Rückwaschung, der Regeneration und der Spülung gegenüber einer Einrichtung nach der Erfindung benötigen.

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Die mit feinmaschigen Ionenaustauschteilchen arbeitende" Einrichtung erfordert auch wesentlich weniger Zeit zur Durchführung einer Regeneration und eines Spülvorgangs als die handelsüblichen Einrichtungen. Beispielsweise benötigt eine handelsübliche Wasserenthärtungseinrichtung allgemein ca. eine Stunde fiir die Rückwaschung, die Regeneration und das Spülen, während die Gesamtzeit für die entsprechenden Vorgänge in einer Einrichtung nach der Erfindung zwischen 45 Sekunden und 1,5 Minuten liegt.

Dem Fachmann sind viele Abänderungen und Weiterbildungen der Erfindung ohne Abweichen von deren Grundgedanken möglich. Beispielsweise können bei der in Fig. 1 bis 7 gezeigten Einrichtung die Federn 98 weggelassen werden, und die zwischen den fest angeordneten Platten 88 und 92 bzw. in der Kammer 80 vorhandenen feinmaschigen Ionenaustauschharzteilchen liegen in einer fest gepackten Anordnung mit gegenseitiger Flächenberührung. Ferner kann das Einwegventil 162 und der Teil der Leitung 16O zwischen diesem Ventil und dem Membranventil 54 durch ein Ablaßloch in der Membram 140 des Ventils 52 ersetzt werden. Diese Abänderung ermöglicht, daß das zugeführte Wasser die Membram 148 schließt und daß die Ventile 52 und 54 sowie die Bemessungsanordnung 34 in derselben Weise wie bereits zuvor beschrieben funktionieren. Entsprechend kann, falls erwünscht, der Abschnitt der Leitung 28 zwischen der Leitung 32 und dem Ventil 64 weggelassen werden, so daß die volle zu behandelnde Wasser- bzw. Flüssigkeitsströmung durch die Bemessungsund Ventilanordnung 34 fließt.

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Claims (30)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit einem lonenaustauschmaterial ohne Rückaustausch nach Regeneration und Spülung, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit nacheinander durch zwei Packungen von Ionen-Austauschharzteilchen in einer ersten Richtung hindurchgeführt wird, während bei Regeneration und Spülung eine Richtungsumkehr erfolgt und daß eine der beiden Packungen durch die erste Strömungsrichtung in einen Zustand relativ geringer Ionenaustauschfähigkeit und durch die zweite Strömungsrichtung in einen Zustand relativ hoher Ionenaustauschfähigkeit versetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch einen Behandlungstank geleitet wird, in dem der Kontakt mit dem lonenaustauschmaterial erfolgt, daß ein Regenerationsmittel für das lonenaustauschmaterial in einem Vorratstank gelagert wird, der mit dem Behandlungstank verbunden wird, daß zumindest ein Teil der dem lonenaustauschmaterial zugeführten Flüssigkeit zur Regulierung der Einwirkungsdauer bemessen wird, daß wahlweise ein Teil der Flüssigkeit dem Vorratstank zugeführt wird, um eine vorbestimmte Menge Regenerationsmittel dem lonenaustauschmaterial während des Regenerationsvorganges zuzuführen und daß die Strömung des dem lonenaustauschmaterial zugeführten Regenerationsmittels zur Regulierung■der Dauer des Regenerationsvorgangs bemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als lonenaustauschmaterial feinmaschige Teilchen verwendet werden, die in flächiger gegenseitiger Berührung gepackt sind.

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4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß Ionenaustauschharzteilchen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß kathionische Ionenaustauschharzteilchen verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Harzteilchen mit einer Maschengröße von 100 oder kleiner, geraessen im trockenen Zustand, verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Strömungsrichtung während der Flüssigkeitsbehandlung und die zweite Strömungsrichtung während der Regeneration erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kathionische Ionenaustauschharzteilchen mit einer Maschengröße von nicht mehr als 100, gemessen im trockenen Zustand, sowie als Regenerationsmittel Sole verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Entfernung von Chlor, Schwefel, löslichem und unlöslichem Eisen, Bakterien und geruchs-, geschmacks- und farbbildenden Stoffen aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser durch eine Packung kathionischer Ionenaustauschharzteilchen mit einer Teilchengröße unter der Maschengröße 50, gemessen im trockenen Zustand hindurchgeführt wird und daß Ionenaustauschharzteilchen verwendet werden, die in dichter Pa'ckung in gegenseitiger Flächenberührung stehen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß kathionische Ionenaustauschharzteilchen verwendet werden, deren Teilchengröße der Maschengröße 100 oder weniger entspricht, gemessen im trockenen Zustand.

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11. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 Ms 10, gekennzeichnet durch eine Eintrittsleitung (22) für zu behandelnde Flüssigkeit, durch eine das Ionenaustauschmaterial (76) in einer Packung enthaltende Kammer (80), die mit einem Flüssigkeitseintritt (72) und einem Flüssigkeitsaustritt (74)versehen ist und den Austritt des Ionenaustauschmaterials (76) verhindert, durch einen Tank (42) zur Speicherung einer vorbestimmten Menge Regenerationsflüssigkeit für das Ionenaustauschmaterial (76), durch eine Verbindung (44) dieses Tanks (42) mit der Kammer (80), durch eine mit dem Gesamtvolumen der dem Ionenaustauschmaterial (76) in der Kammer (80) zugeführten Flüssigkeit gesteuerte Bemessungseinrichtung (34), und durch eine von dieser Bemessungseinrichtung (34) gesteuerte Schaltvorrichtung, die in einer ersten Betriebsart die Flüssigkeit von der Verbindungsleitung (44) der Kammer (80) zuführt und in einer zweiten Betriebsart die Flüssigkeit von der Eintrittsleitung (22) dem Speichertank (42) zuführt, um die Regenerationsflüssigkeit der Packung des Ionenaustauschmaterials (76) der Kammer (80) zuzuführen.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung des Ionenaustauschmaterials (76) aus einer Vielzahl feinmaschiger Teilchen besteht, die in gegenseitiger flächiger Berührung miteinander stehen.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen Ionenaustauschharzteilchen sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen kathionische Ionenaustauschhärzteiichen sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine Größe haben, die der Maschengröße 100 oder weniger entspricht, gemessen im trockenen Zustand.

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16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (80) durch einen Körper mit undurchlässigen Seitenwänden (66) und perforierten Abschlußwänden (82, 92) gebildet ist, die den Durchgang der zu behandelnden Flüssigkeit ermöglichen, den Austritt von lonenaustauschmaterial jedoch verhindern.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Abschlußwände (82, 92) in die/der Kammer (80) vorhandene Ionenaustauschmaterialpackung gedrückt ist, um eine Anpassung an Größenänderungen des Ionenaustauschmaterials in der Kammer (80) zu ermöglichen und das lonenaustauschmaterial in der Kammer (80) in dichter Packung zu halten.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammeranordnung aus zwei länglichen Teilkammern (248, 250) besteht, die über einen gemeinsamen Kanal (272) miteinander verbunden sind, daß jede Teilkammer (248, 250) einen länglichen Zylinder (252, 254) aus porösem Material enthält, daß die Teilkammern (248, 250) undurchlässige Außenwände aufweisen und eine lockere Packung lonenaustauschmaterial zwischen der Außenfläche der Zylinder (252, 254) und der Außenwand enthalten, daß die Innenräume der Zylinder (252, 254) mit einer Eintrittsleitung (268) bzw. einer Austrittsleitung (270) verbunden sind, und daß die Strömungsbewegung die Ansammlung des Ionenaustauschmaterials auf dem zweiten Zylinder (254) hervorruft.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessungseinricht (34) für den Behandlungsbetrieb auf die erste Strömungsrichtung der Flüssigkeit und für den Regenerationsbetrieb auf die zweite Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit anspricht und eine Volumenmessung der zu behandelnden Flüssigkeit und der Regenerationsflüssigkeit in der jeweiligen Betriebsart durchführt.

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20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechgeschwindigkeit auf die erste Strömungsrichtung gegenüber der Ansprechgeschwindigkeit auf die zweite Strömungsrichtung unterschiedlich ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (40, 42) für die Regenerationsflüssigkeit aus einem Behälter (40) und einer diesem zugeordneten Vorrichtung (42) zur Zuführung eines vorbestimmten Volumens der Regenerationsflüssigkeit zu der Ionenaustauschmaterialpackung (76) besteht.

22. Einrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Vorrichtung zur Aufnahme eines abgemessenen Vorrats an Regenerationsflüssigkeit vorgesehen ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichertank (300, 302) für Regenerationsflüssigkeit einen Sammeltank umfaßt, der einerseits mit einer Zuführungsleitung für die zu behandelnde Flüssigkeit, andererseits mit der Kammer (80) verbunden ist, so daß zumindest ein Teil der Flüssigkeit bei Betätigung der Schaltvorrichtung den Inhalt des Sammeltanks über die Verbindungsleitung (324) der Kammer (80) zuführt.

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (336) zur wahlweisen Regulierung der Menge an Regenerationsflüssigkeit in dem Sammeltank (302) vorgesehen ist.

25. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Führung von Flüssigkeit an der Kammer (80) vorbei während zumindest eines Teils der Zeit der Zuführung von Regenerationsflüssigkeit in die Kammer (80) vorgesehen ist.

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26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung Elemente (60, 120, 128) enthält, die Flüssigkeitsströmung v/ährend des Behandlungsbetriebs in einer ersten Richtung durch die Kammer (80) leiten und die Regenerationsflüssigkeit sowie eine Spülflüssigkeit in der dazu entgegengesetzten Richtung im Regenerations- und SpüTbetrieb durch die Kammer (80) leiten.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (80) einen ersten Behandlungsbereich (80) aufweist, der eine Packung von Ionenaustauschteilchen innerhalb seines gesamten Volumens mit Ausnahme der zwischen den Teilchen vorhandenen Zwischenräume enthält, daß die Kammer einen -zweiten Behandlungsbereich (78) aufweist, der dem ersten Behandlungsbereich (80) nachgeordnet ist und eine gegenüber seinem Gesamtvolumen geringere Menge Ionenaustauschteilchen enthält, und daß der zweite Behandlungsbereich (78) so angeordnet ist, daß in ihm beim Regenerationsbetrieb ein relativ starker Ionenaustausch für hindurchgeführte Flüssigkeiten erfolgt, während der im Behandlungsbetrieb erzeugte Ionenaustausch im zweiten Behandlungsbereich (78) bei entgegengesetzter Strömungsrichtung geringer ist.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Bemessungsvorrichtung (34) eine Ventilanordnung (180) zugeordnet ist, die durch eine von der Bemessungsvorrichtung (34) betätigbare Steuerung (176) in zwei unterschiedliche Stellungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten steuerbar ist, so daß die Bemessungsvorrichtung (34) nach Messung eines vorbestimmten Flüssigkeitsvolumens die Ventilanordnung (180) so einstellt, daß Regenerationsflüssigkeit in der zweiten Strömungsrichtung der Kammer (80) zugeführt wird und danach eine Spülung in der zweiten Strömungsrichtung erfolgt, bis eine vorbestimmte Menge der Regenerationsflüssigkeit und der Spülflüssigkeit durch die Bemessungsvorrichtung (34) geführt wurde, wonach die Ventilanordnung (180)

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die Einrichtung in den Behandlungsbetrieb steuert.

29. Einrichtung zur Zuführung eines Regenerationsmittels zu einem Ionen-Austauschharzbett in einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sammeltank einerseits mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, andererseits mit einer zu dem lonen-Austauschharzbett führenden Verbindungsleitung verbunden ist, daß eine Steuervorrichtung zur wahlweisen Führung der .unter Druck stehenden Flüssigkeit in den Sammeltank zwecks Verlagerung seines Inhalts und Zuführung dieses Inhalts zu dem Ionenaustauschharzbett vorgesehen ist und daß eine Vorrichtung zur Auffüllung des Vorrats an Regenerationsmittel im Sammeltank vorgesehen ist.

30. Einrichtung nach Anspruch 29_f dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Regenerationsmittels im Sammeltank wahlweise regulierbar ist.

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