-
Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Ionenaus-
-
tauschharzen in Mischbettfiltern mit interner Regeneration In der
DE-OS 33 13 471 ist ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten mit Ionenaustauschharzen
in Mischbettfiltern mit interner Regeneration beschrieben, durch das die nutzbare
Kapazität der Mischbettfilter entscheidend erhöht und die Qualität der behandelten
Flüssigkeiten wesentlich verbessert wird. Das Verfahren besteht darin, daß man nach
dem Auftrennen der erschöpften Inenaustauschermasse und Regenerieren und Auswaschen
der beiden Komponenten die im Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher
befindliche Austauschermasse aus dem Mischbettfilter entfernt, und in einen gesonderten
Vorratsbehälter überführt, den im Filter verbliebenen Kationenaustauscher mit dem
im Filter verbliebenen Anionenaustauscher für den neuen Arbeitstakt mischt, nach
Beendigung des Arbeitstaktes der erschöpften Ionenaustauschermasse vor oder während
der Auftrennung in Kationen- und Anionenaustauscher die aus dem Filter entfernte
lonenaustauschermasse wieder zusetzt und nach erfolgter Auftrennung den Arbeitszyklus
mit der Regeneration von Kationen- und Anionenaustauschern erneut beginnt.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung des in der DE-OS
33 13 471 beschriebenen Verfahrens.
-
Es wurde nämlich gefunden, daß sich die Standzeit (d.h. die Menge
an behandelter Flüssigkeit je Arbeitszyklus) der nach dem in der DE-OS 33 13 471
beschriebenen Verfahren betriebenen Mischbettfilter wesentlich verlängern und deren
spezifischer Regeneriermittelverbrauch herabsetzen läßt, wenn man die aus dem Bereich
der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher entfernte lonenaustauschermasse
während des Arbeitstaktes nicht ungenutzt im Vorratsbehälter aufbewahrt, sondern
am Beladungsvorgang teilnehmen läßt, indem man die aufzubereitende Flüssigkeit zunächst
durch diese aus dem Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/ Anionenaustauscher
entfernte lonenaustauschermasse und dann durch das Mischbett leitet.
-
Die aus dem Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/ Anionenaustauscher
entfernte lonenaustauschermasse besteht aus einem Gemisch aus Kationen- und Anionenaustauscher,
das im wesentlichen den gesamten fehlbeladenen Kationen- und Anionenaustauscher
aber auch einen erheblichen Anteil an richtig beladenen Ionenaustauschern enthält.
Der Gehalt der lonenaustauschermasse an richtig beladenen Kationen- und Anionenaustauschern
ist so groß, daß die Masse im Arbeitstakt in geeigneter Schaltung mit dem Mischbett
durchaus noch Arbeit zu leisten, d.h.
-
Kationen und Anionen zu adsorbieren vermag.
-
Es wurde gefunden, daß der durch die fehlbeladenen Ionenaustauscher
verursachte Schlupf sich weder auf die Qualität des aus dem Mischbett ablaufenden
Wassers noch auf dessen Kapazität nachteilig auswirkt, wenn man die aus dem Bereich
der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher entfernte lonenaustauschermasse
als aktive, d.h.
-
am Ionenaustausch teilnehmende Masse vor dem eigentlichen Mischbett
verwendet. Es wurde vielmehr gefunden, daß die Verwendung der aus dem Bereich der
Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher entfernte Ionenaustauschermasse
als ein dem Mischbett vorgeschaltetes Ionenaustauscherbett insgesamt zu einer Erhöhung
der Standzeit und zu einer Herabsetzung des spezifischen Regeneriermittelverbrauchs
führt.
-
Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten
mit Ionenaustauschern in Mischbettfiltern mit interner Regeneration, bei dem nach
dem Auftrennen der erschöpften lonenaustauschermasse in die beiden Komponenten und
Regenerieren und Auswaschen der beiden Komponenten die im Bereich der Grenzfläche
Kationenaustauscher/Anionenaustauscher befindliche lonenaustauschermasse aus dem
Mischbettfilter entfernt wird, der im Filter verbliebene Kationenaustauscher mit
dem im Filter verbliebenen Anionenaustauscher für den neuen Arbeitstakt gemischt
wird und nach Beendigung des Arbeitstaktes die erschöpfte lonenaustauschermasse
des Mischbettes gemeinsam mit der aus dem Filter entfernten lonenaustauschermasse
aus dem Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher regeneriert
wird,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die aus dem Filter entfernte lonenaustauschermasse
aus dem Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher im Arbeitstakt
als aktive, dem Mischbett vorgeschaltete lonenaustauschermasse verwendet wird.
-
Die erfindungsgemäße Verwendung der aus dem Bereich der Grenzfläche
Kationenaustauscher /Anionenaustauscher entfernten lonenaustauschermasse kann auf
verschiedene Weise erfolgen; z.B. kann die entfernte lonenaustauschermasse als Deckschicht
auf das Mischbett aufgebracht werden.
-
Die Masse kann aber auch in einem gesonderten, dem Mischbettfilter
vorgeschalteten lonenaustauscherfilter untergebracht sein.
-
Ein für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes
Ionenaustauschfilter ist in Fig. 1 dargestellt. Das in Fig. 1 dargestellte Mischbettfilter
unterscheidet sich von dem in Fig. 1 der DE-OS 33 13 471 beschriebenen Mischbettfilter
dadurch, daß der Vorratsbehälter (10), in den die lonenaustauschermasse (7) aus
dem Bereich der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher gefördert wird,
bzw. die zu ihm führende Steigleitung (9) durch eine mit einem Ventil (14) versehene
Rückführleitung (15) in das FiltergefäB (1) ausgerüstet ist. Durch diese Rückführleitung
(15) wird nach dem Aufbau des Mischbettes die im Vorratsgefäß (10) bebefindliche
lonenaustauschermasse (7) zurück in das Filter (1) geführt, um dort auf dem Mischbett
eine Deckschicht zu bilden.
-
Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei anhand des in
Fig. 1 schematisch dargestellten Mischbettfilters erläutert: Schritt A (Füllung
des Filters und Regeneration der Ionenaustauscher): Im Behälter (1) wird der Raum
zwischen unterem Düsenboden (4) und Mitteldrainage (8) mit Kationenaustauscher (5)
gefüllt. Auf den Kationenaustauscher (5) wird der Anionenaustauscher (6) geschichtet.
Anschließend wird jede der beiden Komponenten für sich regeneriert. Dabei können
die Regeneriermittel für die beiden Komponenten in verschiedenen Richtungen durch
die Komponenten geleitet werden: Im Gleichstrom von oben nach unten; in diesem Fall
wird das Regeneriermittel für den Anionenaustauscher, d.h. die Regenerierbase, durch
Leitung (2) zugeführt und durch die Mitteldrainage (8) abgezogen und das Regeneriermittel
für den Kationenaustauscher (5), d.h.
-
die Regeneriersäure, durch die Mitteldrainage (8) zugeführt und durch
Leitung (3) abgezogen; oder im Gegenstrom; in diesem Fall wird die Regenerierbase
durch Leitung (2) und die Regeneriersäure durch Leitung (3) zugeführt und die ablaufenden
Regeneriermittel werden zusammen an der Mitteldrainage (8) abgezogen. Das Auswaschen
der Ionenaustauscher nach der Regeneration erfolgt in gleicher Weise wie das Regenerieren.
-
Schritt B (Entfernen der im Bereich der Mitteldrainage (8) (= Bereich
der Grenzfläche Kationenaustauscher/Anionenaustauscher) befindlichen Harzschicht
(7)):
a) Bei hydraulischer Förderung der Harzschicht (7) durch Druck
von oben auf die lonenaustauschermasse; Zuleitung der die Förderung bewirkenden
Flüssigkeit durch Leitung (2); bei dieser Förderweise befindet sich das in die lonenaustauschermasse
eintauchende Ende des Steigrohrs (9) in der unteren Begrenzungsfläche der aus dem
Filter zu entfernenden Harzschicht (7): Nach beendetem Auswaschen der beiden Komponenten
(5) und (6) wird bei geschlossenem Ventil (13) und geöffnetem Ventil (11) Flüssigkeit
durch Leitung (2) in Behälter (1) gedrückt. Die Anionenaustauscherschicht (6) sinkt
in gleichem Maße, wie die Harzschicht (7) durch das Steigrohr (9) in den Vorratsbehälter
(10) gefördert wird.
-
Sobald die Harzschicht (7) verschwunden ist, wird der Flüssigkeitszulauf
durch (2) durch Schließen des Ventils (12) beendet. Gleichzeitig wird auch Ventil
(11) geschlossen.
-
b) Anstelle durch Druck von oben kann die Harzschicht (7) auch durch
Druck von unten über Steigrohr (9) in das Vorratsgefäß (10) gefördert werden. Bei
dieser Förderweise befindet sich das in die Ionenaustauschermasse eintauchende Ende
des Steigrohrs (9) in der oberen Begrenzungsfläche der aus dem Filter zu entfernenden
Harzschicht (7). In diesem Fall wird bei geschlossenem Ventil (12) und geöffnetem
Ventil (11) solange Flüssigkeit durch Leitung (3) in den Behälter (1) gedrückt,
bis sich die Harzschicht (7) im Vorratsgefäß (10) befindet.
-
Nach dem Entfernen der Harzschicht (7) aus dem Behälter (1) werden
die im Behälter (1) verbliebenen Ionenaustauscher durch Einblasen von Luft gemischt.
-
Schritt C (Erfindungsgemäße Verwendung der aus dem Behälter (1) entfernten
Harzschicht (7) als aktive, dem Mischbett vorgeschaltete Ionenaustauschermasse):
Nach dem Aufbau des Mischbettes wird die im Vorratsbehälter (10) befindliche lonenaustauschermasse
durch öffnen der Ventile (13) und (14) in den Behälter (1) abgelassen und als Deckschicht
auf die Oberfläche des Mischbettes gelegt. Nach erfolgtem Aufbau der Deckschicht
ist der Regenerations-Takt beendet und es beginnt der Arbeitstakt (Schritt D).
-
Schritt D (Arbeitstakt): Die zu behandelnde Flüssigkeit tritt durch
Leitung (2) in den Behälter (1) ein und durchströmt zunächst die in Schritt C aufgebaute
Deckschicht, dann das in Schritt B aufgebaute Mischbett und verläßt als aufbereitete
Flüssigkeit über Leitung (3) Behälter (1).
-
Schritt E (Auftrennung und Regeneration der im Arbeitstakt erschöpften
Harzmasse): Die erschöpfte Harzmasse des Mischbettes und der Deckschicht werden
durch Rückspülen im aufwärts gerichteten Flüssigkeitsstrom, d.h. durch Einleiten
von Flüssigkeit
durch Leitung (3) in Kationenaustauscher (5) und
Anionenaustauscher (6) aufgetrennt. Anschließend wird jede der beiden wieder in
getrennten Schichten vorliegenden Komponenten für sich wie in Schritt A beschrieben,
regeneriert. Die Regeneration wird wiederum mit Schritt C (Aufbau der Deckschicht
auf dem Mischbett) beendet.
-
Die aus dem Filter zu entfernende Harzschicht (7) soll im wesentlichen
den gesamten fehlbeladenen Kationen-und Anionenaustauscher enthalten. Die zur Erreichung
dieses Zwecks erforderliche Dicke (D) der die Mitteldrainage (8) symmetrisch umgebenden
Harzschicht (7) wird empirisch bestimmt. Aus der erforderlichen Dicke (D) ergibt
sich der Abstand (d), den das untere Ende des Steigrohrs (9) von der Mitteldrainage
(8) aufweisen muß. Dieser Abstand (d) beträgt D/2. Je nach dem, ob mit Druck von
oben oder von unten gefördert wird, befindet sich das in die lonenaustauschermasse
eintauchende Ende des Steigrohrs (9) im Abstand (d) gleich D/2 entweder unterhalb
oder oberhalb der Mitteldrainage (8).
-
Beispiel Es wird ein gemäß Fig. 1 gebautes Mischbettfilter verwendet.
Der Behälter (1) hat einen Durchmesser von 800 mm, sein freier innerer Querschnitt
beträgt 0,5 m2 und seine zylindrische Höhe, gemessen vom unteren Düsenboden (4),
beträgt 4000 mm. Die Mitteldrainage (8) ist in einem Abstand von 1000 mm vom unteren
Düsenboden (4) angebracht. Behälter (1) ist mit 5 gleichmäßig über den Behälterquerschnitt
verteilten, von oben in die lonenaustauschermasse eintauchenden, in ihrer Eintauchtiefe
verstellbaren Steigrohren (9) (innerer Durchmesser: 15 mm) ausgerüstet.
-
Die Filtersäule (1) ist mit 500 1 stark saurem Kationenaustauscher
in der Na-Form (spezifisches Gewicht: 1,24) und 500 1 stark basischem Anionenaustauscher
in der Cl-Form (spezifisches Gewicht: 1,08) gefüllt.
-
Zum Beladen des regenerierten Mischbettes wird ein entsalztes Wasser
mit einem Gehalt von 1 ppm Na-Ionen 1,5 ppm Cl-Ionen und 0,04 ppm SiO2 und einer
Leitfähigkeit von 5 A S/cm verwendet.
-
Zur Regeneration werden 120 g HCl (100 %ig) in Form 6 %iger wäßriger
HCl/l Kationenaustauscher und 120 g NaOH (100 %ig) in Form 4 %iger wäßriger NaOH/l
An-
ionenaustauscher jeweils von oben nach unten durch den betreffenden
Ionenaustauscher geleitet. Die aus dem Anionenaustauscher ablaufende Natronlauge
wird an der Drainage (8), die aus dem Kationenaustauscher ablaufende wäßrige Salzsäure,
bei Ventil (13) abgezogen.
-
Anschließend an das Regenerieren wird jeder Ionenaustauscher so lange
ausgewaschen, bis die Leitfähigkeit des abfließenden Waschwassers nur noch 10 A
S/cm beträgt. (Erforderliche Waschwassermenge: insgesamt 10 250 1).
-
Anschließend wird aus dem Bereich der Mitteldrainage (8) eine Harzschicht
einer Dicke D = 400 mm (200 mm oberhalb und 200 mm unterhalb der Mitteldrainage)
hydraulisch durch Rohr (9) in das als Meßgefäß ausgebildete Vorratsgefäß (10) gefördert.
Die Fördergeschwindigkeit in den Steigrohren (9) beträgt 1 m/sec.
-
Die im Filter verbleibenden Kationen- und Anionenaustauscher werden
durch Einblasen von Preßluft in bekannter Weise gemischt. Auf das Mischbett wird
die im Vorratsgefäß (10) befindliche lonenaustauschermasse durch Öffnen der Ventile
(13) und (14) abgelassen und als Deckschicht auf das Mischbett gelegt.
-
Das mit der lonenaustauschermasse bedeckte Mischbett wird mit dem
vorstehend beschriebenen entsalzten Wasser 3 mit einer Geschwindigkeit von 40 m3/h
(Fließrichtung:
von oben nach unten) beladen. Nach 2, 24, 48, 120
und 143 Betriebsstunden werden in dem aus dem Mischbett ablaufenden Wasser die in
diesem verbliebenen Restmengen an Natrium- und Chloridionen und seine Leitfähigkeit
bestimmt. Die gefundenen Restwerte (in ppb) und Leitfähigkeiten (in k S/cm) sind
in der nachstehenden Tabelle angegeben. Die Beladung wird abgebrochen sobald die
Leitfähigkeit im ablaufenden Wasser auf 0,5 W S/cm angestiegen ist. Die bis zur
Erreichung dieses Wertes durchgesetzte Wassermenge ist ebenfalls in der Tabelle
angegeben.
-
Tabelle Betriebs- Restwerte Leitfähigkeit stunden (ppb) (cl 8/com)
BV-MB * h Na Cl 2 1,3 0,3 0,055 80 24 0,6 0,1 0,048 960 48 0,6 0,2 0,047 1920 120
0,5 0,1 0,050 3840 143 0,5 1,9 0,5 5710 *) BV-MB = Bettvolumina Mischbett Wurde
dagegen die aus dem Bereich der Mitteldrainage (8) entfernte lonenaustauschermasse
(7) nicht am Ionenaustauschvorgang beteiligt, sondern während des Arbeitstaktes
ungenutzt im Vorratsgefäß (10) aufbewahrt, so betrug der Gesamtdurchsatz bis zum
Erreichen des Leitfähigkeitswertes
von 0,5 k S/cm im aus dem Mischbett
ablaufenden Wasser bei gleicher Wasserqualität (gleichen Restwerten an Natrium-
und Chloridionen und gleicher Leitfähigkeit) nur 5280 BV-MB.