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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Trennen und Fördern eines Ionenaustauscherharzes aus
einem Tank, der gefüllt ist mit einem Mischbett aus
zwei Ionenaustauscherharzen mit unterschiedlichen
spezifischen Gewichten.
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Mischbetten aus stark sauren
Kationenaustauscherharzen (nachstehend als SSH bezeichnet) mit dem größeren
spezifischen Gewicht und stark basischen
Anionenaustauscherharzen (nachstehend als SBH bezeichnet) mit
dem geringeren spezifischen Gewicht sind in
Vorrichtungen zum Herstellen von reinem und ultrareinem
Wasser unabdingbar. Die Normen bezüglich der
Wasserqualität am Auslaß des Harzmischbettes sind am
strengsten in Kernkraftwerken, in denen
Druckwasserreaktoren (DWR) verwendet werden, und es wird gefordert,
daß das Auslaßwasser Natiumionen (Na&spplus;) und
Chloridionen (Cl&supmin;) in Mengen enthält, die 0,02 ppb bzw. 0,05
ppb nicht überschreiten. Je geringer die
Konzentration an diesen Ionen, desto besser. Das Auslecken
dieser Ionen aus dem Mischbett wird bedingt durch die
Anteile an in Salzform befindlichen Harzen im
Mischbett, wenn die Qualität des Einlaßwassers des
Entmifleralisierungstankes und die Betriebsbedingungen des
Mischbettes (z.B. Betriebsdurchsatz) außer Acht
gelassen werden. Im Einzelnen, wird das Auslecken von
Na&spplus; und Cl&supmin; größer, je höher die Anteile an R-Cl
(chloridförmiges Anionenharz) und R-Na
(natriumförmiges Kationenharz) sind. Die Hauptquelle dieser Ionen
ist, selbstverständlich, das eingesetzte Wasser,
jedoch werden diese auch aus den nachstehend
angegebenen Gründen gebildet:
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R-Na: Die Trennung von SSH und SBH und das
nachfolgende Fördern von SBH sind unvollständig
und das SSH in der SBH-Schicht kommt in
Berührung mit regeneriertem NaOH, um R-Na
zu bilden.
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R-Cl: (1) Dieses entsteht zum Teil aus NaCl,
welches als Verunreinigung im regenerierten
NaOH vorhanden ist, und
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(2) wie im Falle der Erzeugung von R-Na,
ist das Trennen und Fördern von SBH
unvollständig und das restliche SBH in der SSH-
Schicht kommt in Berührung mit
regeneriertem HCl, um R-Cl zu bilden.
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Wird H&sub2;SO&sub4; als Regenerierungsmittel
eingesetzt, werden Harze in der Sulfat-Form
(R-SO&sub4;) erzeugt, welche das Problem eines
Ausleckens von SO&sub4; verursachen.
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Es sind verschiedene Untersuchungen in Hinblick auf
eine Reduzierung der Erzeugung von R-Na durchgeführt
worden und es wird ein typischer Ansatz im
japanischen Patent Nr. 1027750 (japanische
Patentveröffentlichungs-Nr. 14718/1980) beschrieben. Von den beiden
Hauptursachen der Entstehung von R-Cl ist die erste
infolge neuerer Verbesserungen der Qualität des
regenerierenden NaOH weniger bedeutend geworden. Jedoch
ist in Bezug auf Maßnahmen gegenüber der zweiten
Ursache keine vollkommene Lösung vorgeschlagen worden.
Die derzeitige Technologie sieht keine vollkommene
Trennung und Überführung von SBH vor und die
Gegenwart
von restlichem SBH in der SSH-Schicht in
ungefähren Mengen von 1-2% der Gesamtmenge an SBH ist
unvermeidbar. Dies bedeutet, daß sich bei jedem
Regenerierzyklus das SBH vom Typ R-Cl in einer Menge von
1-2% der Gesamtmenge an SBH bildet, und als Folge der
Ansammlung dieses restlichen SBH beträgt das R-Cl im
Mischharzbett etwa 20 und mehr Prozent des gesamten
SBH im Gleichgewichtszustand.
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Typische Verfahren nach dem Stand der Technik finden
sich in der JP-A-55 20 636 und der JP-A-55 88 860.
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Die JP-A-55 20 636 offenbart ein Regenerierverfahren
für ein gemischtes Ionenaustauscherharz einer
Entsalzungsvorrichtung für kondensiertes Wasser, welches
eine erste Stufe umfaßt, in der das in der
Entsalzungsbehandlung im Wasserdurchflußturm der
Entsalzungsvorrichtung für kondensiertes Wasser verwendete
gemischte Kationenaustauscherharz und
Anionenaustauscherharz durch Rückspülung mit Wasser im
Kationenregenerierungsturm getrennt wird und Schichten gebildet
werden mit dem Anionenaustauscherharz in der oberen
Schicht, einer Mischung aus beiden
Ionenaustauscherharzen in der mittleren Schicht und dem
Kationenaustauscherharz in der unteren Schicht, und welches eine
zweite Stufe umfaßt, in der die obere Schicht aus
Anionenaustauscherharz, die mittlere Schicht aus
einer Mischung aus beiden Ionenaustauscherharzen und
ein Teil der unteren Schicht aus
Kationenaustauscherharz, die in der ersten Stufe gebildet worden sind,
zum Anionenregenerierungsturm gefördert werden, ehe
der größte Teil des im Kationenregenerierungsturm
verbleibenden Kationenaustauscherharzes mit Säure
regeneriert wird.
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Die JP-A-55 88 860 offenbart ein
Ionenaustauscherharz-Extraktionsverfahren, welches dadurch
gekennzeichnet ist, daß beim Abtrennen und Extrahieren des
Anionenaustauscherharzes aus einem
Ionenaustauscherharz, daß aus einem Kationenaustauscherharz und einem
Anionenaustauscherharz besteht, das gemischte
Ionenaustauscherharz in einen Harzturm eingeführt wird,
wonach am Boden des Harzturmes Wasser mit einer
ersten linearen Steigströmungsgeschwindigkeit von
7-12 m/h eingeführt wird, und während dort
ausgedehnte Schichten entwickelt werden, die aus
Ionenaustauscherharz bestehen, welches Anionenaustauscherharz im
oberen Teil und Kationenaustauscherharz im unteren
Teil umfaßt, das Anionenaustauscherharz größtenteils
über eine in der Nähe der Grenzfläche zwischen den
beiden Ionenaustauscherharzen in diesen ausgedehnten
Schichten vorgesehenen Übertragungsdüse extrahiert
wird, wonach Wasser am Boden des Harzturmes mit einer
zweiten linearen Steigströmungsgeschwindigkeit von
9-16 m/h eingeführt wird, welche größer ist als die
erste Steigströmungsgeschwindigkeit, und das
verbleibende Anionenaustauscherharz über die vorstehend
erwähnte Übertragungsdüse weiter extrahiert wird.
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Üblicherweise wird SBH vom SSH gemäß den folgenden
typischen Verfahrensweisen abgetrennt und befördert.
Die Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer
Vorrichtung, die zur Durchführung dieser
Verfahrensweisen verwendet wird. Rückspülwasser 3 wird von unten
in den mit Harz gepackten Tank mit einer linearen
Geschwindigkeit (nachstehend zu LG abgekürzt) von
8-12 m/h eingeführt. Nach einer gründlichen
Rückspülung zum Erzielen einer Trennung zwischen den beiden
Harzschichten wird das Absetzen von SSH sowie von SBH
ermöglicht, und es wird Spülwasser 6 mit einer LG von
2,5-4 m/h von unten in den Tank eingeführt, um die
SBH-Schicht 2 zu verflüssigen. Gleichzeitig wird
Druckluft 7 von der Oberseite des Tanks eingeführt,
wodurch SBH in den (nicht dargestellten)
Anionenregenerationstank befördert wird. Durch Zuführen des
Spülwassers 6 wird nicht nur die SBH-Schicht 2,
sondern auch die SSH-Schicht 1 geringfügig verflüssigt.
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In der Fig. 6 ist das offene Ende 4' eines
Harzförderrohres 4 auf der Mittelachse des Tanks angeordnet.
In alternativer Weise kann das offene Ende 4' nahe
zur Wand des Tanks angeordnet sein oder es kann die
Form eines "Trogs" aufweisen. Zum Zwecke einer
Verringerung der Menge an restlichem SBH auf die
Kleinstmenge, ist das Rohr 4 in der Weise angeordnet,
daß das offene Ende 4' geringfügig unterhalb der
Grenzfläche C zwischen den beiden Harzschichten
liegt, wenn das Spülwasser 6 eingeführt wird, wobei
dieses im technischen Betrieb zur Entmineralisierung
von Kondensaten eine üblich angewendete Maßnahme
darstellt.
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Die vorstehenden Verfahrensweisen zum Fördern von SBH
bewirken jedoch in unvermeidbarer Weise, daß ein Teil
des SBH in einer Dicke von wenigen bis 20 und mehr
Millimetern im Tank verbleibt, wie dies in der Fig. 7
mit einer schraffierten Fläche 2' dargestellt ist.
Dies läßt sich wie folgt erklären: Je weiter weg sich
das SBH vom offenen Ende 4' befindet, desto länger
braucht das SBH dazu, dieses offene Ende zu
erreichen, mit dem Ergebnis, daß in der Zwischzeit das in
der Nähe des offenen Endes 4' befindliche Harz über
das Rohr 4 gefördert wird; gleichzeitig bewirkt das
am Boden des Tankes zugeführte Spülwasser 6 ein
Flachwerden der Harzoberfläche, wodurch ein
bestimmter Abstand zwischen dem off enen Ende 4' und der
Harzoberfläche entsteht, wie dies in der Fig. 7 mit 1
dargestellt ist. Folglich verbleibt ein Teil des
durch das offene Ende 4' in das Rohr 4
hineinzusaugende SBH zurück und wird nicht über das Rohr
befördert.
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Diese Erscheinungen treten auf, auch wenn die
Strömungsgeschwindigkeit des Spülwassers 6 oder das durch
Rückspülung entstehende Ausdehnungsverhältnis der
SSH-Schicht 1vergrößert werden oder auch wenn die
Lage oder die Geometrie des offenen Endes 4' geändert
wird, und es läßt sich ein vollkommenes Trennen und
Fördern des SBH nicht erzielen.
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Eine nähere Untersuchung zeigt, daß das nach der
Behandlung in der in der Fig. 6 gezeigten Vorrichtung
vom SSH nicht abgetrennte SBH ein Profil aufweist,
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wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist. Das restliche
SBH besteht aus den folgenden drei Teilen:
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X: SBH 2' welches sich auf der
Oberflächenschicht des SSH befindet und in der Fig. 8
schraffiert dargestellt ist (wie das SBH 2'
in der Fig. 7);
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Y: SBH 2" welches in der Nähe der unteren
Wassersammeleinrichtung 10 verbleibt und welches
auch in der Fig. 8 schraffiert ist; und
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Z: SBH welches im Inneren der SSH-Schicht
verblieben ist.
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Der Teil Y des restlichen SBH wird in unvermeidbarer
Weise in der Nähe der unteren Wassersammeleinrichtung
10 festgehalten, wenn das gemischte Harzbett von
einem (nicht dargestellten) Entmineralisierungstank zum
Kationenregenerierungstank (der auch als Trenntank
dient) befördert wird, und restliches SBH dieser Art
ist in einer erheblichen Menge vorhanden, unabhängig
davon, ob die untere Wassersammeleinrichtung in Form
einer durchlöcherten Platte oder eines durchlöcherten
Rohres ausgebildet ist. Diese Harz kann durch die
einfache Maßnahme einer Rückspülung nicht verschoben
oder weggespült werden und sein Volumen beträgt
zuweilen sogar 1-3% des gesamten SBH.
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Das derzeitige, zum Ausspülen des restlichen SBH 2"
angewendete Verfahren besteht aus dem Zuführen von
Rückspülwasser zusammen mit Luft, welche gleichzeitig
in gleicher Weise wie bei einem Luftdurchspülen mit
üblichen Mitteln in die untere
Wassersammeleinrichtung eingeführt wird.
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Der Teil Z des restlichen SBH läßt sich durch
gründliches zurückfließendes Spülen entfernen, nachdem das
Problem des Y gelöst worden ist. Unter normalen
Bedingungen ist das restliche SBH in einer Menge von
0,055 oder weniger im SSH vorhanden. Der Gehalt an
SBH läßt sich weiter absenken durch Auswählen einer
SSH/SBH-Kombination, bei welcher ein großer
Unterschied bezüglich des spezifischen Gewichtes und auch
der Teilchengrößenverteilung besteht.
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Für ein erfolgreiches Abtrennen und Fördern von SBH
ist es wichtig, daß die gegenüber den Problemen, die
sich aus Y und Z ergeben, vorgenommenen Maßnahmen
gründlich genug durchgeführt werden, um den größten
Teil des restlichen SBH als SBH 2" zu sammeln,
welches mit der schraffierten Fläche auf der
Oberflächenschicht aus SSH 1 dargestellt ist, so daß es
leicht aus dem Tank herausbefördert werden kann.
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Zu diesem Zweck müssen die folgenden Erfordernisse
der Ausbildung und des Betriebs des Systems erfüllt
werden:
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(a) Die Trennung von SSH und SBH und das nachfolgende
Fördern von SBH müssen so vollständig wie möglich
sein;
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(b) nach dem Fördern des SBH muß der Pegel der SSH-
Schicht 1 konstant gehalten werden;
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(c) diese beiden Erfordernisse müssen trotz geringer
Änderungen der vorgesehenen
Strömungsgeschwindigkeiten und der Temperatur des Rückspülwassers erfüllt
sein;
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(d) die verwendete Vorrichtung muß von einfacher
Bauart sein;
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(e) eine hohe Zuverläßigkeit des Verfahrensablaufes
muß ständig gewährleistet sein, auch wenn die
Vorrichtung vollautomatisch ohne Aufsicht betrieben
wird;
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(f) die eingesetzten Harze müssen abriebfest sein.
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Das Erfordernis (a) stellt eine naheliegende, zu
erfüllende Bedingung dar, jedoch ist auch (b) eine
besonders wichtige Bedingung. Bei dem in der Fig. 6
dargestellten Verfahren wird das Spülwasser 6 von
unten in den Tank eingeführt, so daß es schwierig ist
das Erfordernis (b) zu erfüllen, wenn die
Strömungsgeschwindigkeit oder die Temperatur des Wassers
schwankt. Entmineralisierungsanlagen für Kondensat
umfassen in typischer Weise 2-10
Entmineralisierungstanks und 2-3 Regenerierungstanks, und wenn die
Bedingung (b) nicht erfüllt ist, wird das Gleichgewicht
der Harzmengen fortschreitend gestört und die
Bedingung (a) auch nicht erfüllt, was zu einer
Verschlechterung der Leistung der Entmineralisierungstanks
führt.
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Das in der Fig. 6 dargestellte Verfahren erfüllt
nicht vollständig die Erfordernisse (a), (b), (c) und
(d).
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Es sind andere Verfahren zum Fördern von SBH als
Schicht getrennt von SSH vorgeschlagen worden. Das in
der japanischen Offenlegungsschrift (kokai) Nr.
5669/1973 offenbarte System ist in der Fig. 9 schematisch
dargestellt. Bei diesem System ist der Abstand A von
der Grenzfläche d zwischen getrennten stationären
Betten zu einem Zwischenrohr 11 für Spülwasser auf
einen Wert zwischen 50 und 300 mm eingestellt, und
der Abstand B von d zu einem Harzförderrohr 4 ist auf
einen Wert zwischen 0,5 x A und 0,6 x A eingestellt.
Nach der Trennung in zwei Schichten SSH 1 und SBH 2
wird Spülwasser 6 durch das Zwischenrohr 11 in die
obere Schicht aus SSH 1 eingeführt, um für SBH 2
durch zurückfließende Spülung eine Bettausdehnung von
80-120 % zu erzielen, wobei SBH 2 über das
Harzförderrohr 4 selektiv in die untere Schicht aus SBH 2
eingetragen wird.
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Bei diesem Verfahren ist es beabsichtigt, das SBH,
jedoch kein SSH zu fördern, so daß die Temperatur und
die Strömungsgeschwindigkeit des Spülwassers 6 wie in
dem in der Fig. 6 dargestellten System gesteuert
werden müssen. Ferner erfüllt dieses System auch nicht
vollkommen das Erfordernis (a).
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Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr.
17229/1985 offenbart ein System, welches an Stelle
eines einfachen Harzförderrohres von der in der Fig.
6 dargestellten Art ein Rohr mit einer Öffnung
verwendet, die sich quer über den Tank erstreckt und die
neben und gegenüber dem Endteil eines durchlöcherten
Zwischenrohres für Spülwasser positioniert ist.
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Die offene Seite dieses Harzförderrohres ist
geringfügig unterhalb der Grenzfläche zwischen zwei
getrennten; stationären Harzbetten positioniert, wobei
Spülwasser durch das Zwischenrohr mit einer LG von
2,5-4 m/h eingeführt wird, während Druckluft von oben
in den Tank eingeführt wird, wodurch ein selektives
Fördern von SBH erzielt wird. Bei diesem Verfahren
wird nicht nur SBH, sondern auch das oberhalb des
Zwischenrohres für Spülwasser liegende SSH befördert.
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Diese Verfahren erfüllt vollständig die Bedingung
(b), jedoch nicht die Bedingung (a), und die dabei
verwendete Ausrüstung ist von komplexem Aufbau.
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Die japanischen Patentveröffentlichungen Nr.
6339/1981 und 20312/1983 sowie auch das britische Patent
Nr. 1.498.139 schlagen ein Verfahren vor, bei dem
mehrere Sprühdüsen, die an der Grenzfläche zwischen
zwei getrennten Harzbetten angeordnet sind oder die
in zwei Reihen, mit einer davon oberhalb der
Grenzfläche und der anderen davon unterhalb der
Grenzfläche, angeordnet sind, horizontale Wasserstrahlen
erzeugen,
welche das eine Harzbett von dem anderen
abtrennen und einem Regenerierungstank zuführen. Dieses
Verfahren erfordert jedoch auch die Verwendung
komplizierter Ausrüstung und ist noch nicht technisch
anwendbar.
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Die in den japanischen Offenlegungsschriften (kokai)
Nr. 132653/1985 und 34745/1985 (entspricht USSN 493.-
828) und in dem deutschen Patent Nr. 2 702 987
vorgeschlagenen Verfahren erfüllen nicht in vollkommener
Weise die Bedingungen (a)-(d).
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit,
ein Verfahren zum Fördern von SBH als eine von SSH
getrennte Einheit vorzusehen, wobei die Menge an
restlichem SBH und insbesondere SBH 2', die auf der
Oberflächenschicht des SSH verbleibt (d.h. restliches
SBH vom Typ X), während des Förderns von SBH, nachdem
es im Harztrenntank abgetrennt worden ist, auf das
Kleinstmaß verringert ist. Dieses Verfahren erfüllt
die Bedingungen (a)-(d), während es auf
vollautomatische und hochzuverlässige Weise einen Betrieb ohne
Beaufsichtigung gestattet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe durch Lösen der Probleme,
die mit den Verfahren des Standes der Technik
verbunden sind, um SBH scharf von SSH getrennt zu fördern,
haben die Erfinder intensive Untersuchungen unter
Verwendung eines Trenntankes von technischem Maßstab
mit großen Durchmesser durchgeführt. Die vorliegende
Erfindung entstand auf der Grundlage dieser
Untersuchungen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum
Abtrennen und Fördern eines Ionenaustauscherharzes
aus einem Tank vor, der mit einem Mischbett aus zwei
Ionenaustauscherharzen gepackt ist, die
unterschiedliche spezifische Gewichte aufweisen, wobei das
Verfahren folgendes umfaßt:
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(A) Einen ersten Schritt, bei welchem das
Ionenaustauscherharz-Mischbett durch zurückfließende
Spülung in zwei Schichten getrennt und ein
Absetzen ermöglicht wird, und Spülwasser durch
eine perforierte
Trenn/Förder-Zwischenspülleitung, welche unterhalb der Grenzfläche zwischen
den getrennten Harzschichten angeordnet ist, in
den Tank eingebracht und Druckwasser von oben
in den Tank eingebracht wird, wobei der größere
Teil des Ionenaustauscherharzes in der oberen
Schicht mit dem geringeren spezifischen Gewicht
durch die Öffnung eines Harztransportrohres,
welches oberhalb der Zwischenspülleitung
angeordnet ist, transportiert wird;
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(B) einen zweiten Schritt, bei welchem das
Rückspülwasser sowohl durch eine untere
Wassersammeleinheit, als durch die Zwischenspülleitung oder nur
durch die untere Wassersammeleinheit eingeführt
wird, zur Durchführung einer zurückfließenden
Spülung in der Weise, daß das restliche
Ionenaustauscherharz mit dem kleineren spezifischen
Gewicht, das sich beim ersten Schritt bildet,
abgetrennt wird, so daß es oberhalb der Schicht
des Ionenaustauscherharzes mit dem größeren
spezifischen Gewicht angeordnet wird; und
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(C) einen dritten Schritt, bei welchem nach dem
Absetzen des Harzes Spülwasser mit hoher
Strömungsgeschwindigkeit durch die
Zwischenspülleitung eingebracht wird, so daß das
Ionenaustauscherharz mit dem kleineren spezifischen Gewicht
als Partikel im Wasser in dem Freiraum oberhalb
der Harzschicht angehoben wird, wobei
Druckwasser von oben in den Tank eingebracht wird, so
daß das Ionenaustauscherharz mit dem kleineren
spezifischen Gewicht zur Öffnung des
Harztransportrohres hin zum Transport durch dieses
hindurch gerichtet wird.
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Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung
der allgemeinen Anordnung einer Vorrichtung,
die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Beispiels eines
seitlich angeordneten Rohres, welches bei der
vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
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Fig. 3 ist eine Endansicht des in der Fig. 2
dargestellten, seitlich angeordneten Rohres;
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Fig. 4 ist eine Skizze zur Darstellung wie Wasser aus
seitlich angeordneten Rohren an einer
Harzförder-Zwischenspülleitung beim dritten Schritt
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestrahlt wird sowie auch wie sich
die obere Harzschicht 2" innerhalb des Tanks
bewegt;
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Öffnung des
Harzförderrohres;
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Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer
Vorrichtung, die in einem Verfahren gemäß dem Stande
der Technik verwendet wird;
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Fig. 7 u. 8 erläutern wie restliches SBH im
Verfahren gemäß dem Stand der Technik gebildet
wird; und
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Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm einer
Vorrichtung, die zur Durchführung eines weiteren
Verfahrens gemäß dem Stande der Technik verwendet
wird.
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Ein typisches Beispiel einer Anordnung von
Einrichtungen, die im Trenntank einzubauen sind, und des
Zustandes des darin gepackten Harzes wird nachstehend
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben, welche
den Zustand des Trenntankes darstellt, nachdem ein
Mischbett aus Harzen, die von einem (nicht
dargestellten) Entmineralisierungstank aufgenommen worden
sind, durch Rückspülung in zwei Schichten getrennt
und zur Bildung eines Festbettes abgesetzt worden
ist.
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Eine perforierte Trenn/Förder-Zwischenspülleitung 11
ist unterhalb der Grenzfläche d zwischen zwei
getrennten Harzschichten SSH und SBH angeordnet, und
ein Harzförderrohr 4 ist in der Weise angeordnet, daß
sein offenes Ende 4' sich oberhalb der
Zwischenspülleitung 11 befindet.
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Zur Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der
Abstand (L&sub1;) zwischen jeden der an der
Zwischenspülleitung 11 seitlich angeordneten Rohre 12 und der
Position f des offenen Endes 4' des Förderrohres 4
vorzugsweise auf 50mm und darüber, und besonders
bevorzugt auf 80mm und darüber, eingestellt.
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Der Abstand (L&sub2;) zwischen der Grenzfläche d und der
Position f ändert sich je nach der Menge des aus dem
Entmineralisierungstank geförderten Harzes. Das
Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich
selbstverständlich erfolgreich ausführen, wenn der
Pegel von d oberhalb desjenigen von f liegt. Jedoch
auch wenn der Pegel von d unterhalb f liegt, läßt
sich das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
in zufriedenstellender Weise durchführen, wenn L&sub2;
nicht mehr als etwa die Hälfte des Wertes von L&sub1;
beträgt.
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In der Fig. 1 liegt das offene Ende 4' des
Förderrohres 4 auf der Mittelachse des Tankes, jedoch es kann
auch in der Nähe der Wand des Tankes angeordnet sein.
In der Fig. 4 weist die Zwischenspülleitung 11 vier
seitlich angeordnete Rohre 12 auf, jedoch kann die
Anzahl der zu verwendenden, seitlich angeordneten
Rohre in Abhängigkeit vom Durchmesser des Tankes
variieren.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird in dem
Trenntank durchgeführt, der mit den Einrichtungen
versehen ist, die in vorstehend beschriebener Weise
angeordnet sind. Dieses Verfahren läuft wie
nachstehend angegeben ab.
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Das aus dem Entmineralisierungstank beförderte
gemischte Harzbett wird rückgespült und in zwei
Schichten getrennt, wobei das SSH 1 mit dem größeren
spezifischen
Gewicht unterhalb von SBH 2 mit dem
geringeren spezifischen Gewicht angeordnet ist. Danach wird
Spülwasser Q&sub1; über die Zwischenspülleitung 11
eingeführt, während Druckwasser 8 von oben in den Tank
eingeführt wird, um den größten Teil des SBH zu einem
(nicht dargestellten) Anionenregenerierungstank zu
befördern. Diese Verfahrensweisen vervollständigen
den ersten Schritt des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung. Bei diesem Schritt kann die lineare
Geschwindigkeit von Q&sub1; innerhalb des üblicherweise
angewendeten Bereiches von 2,5-4 m/h liegen.
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Als Folge des ersten Schrittes wird der größere Teil
des SBH zum Anionenregenerierungstank befördert und
gleichzeitig wird das oberhalb der Position f des
offenen Endes 4' des Harzförderrohres 4 befindliche
SSH ebenfalls zusammen mit dem SBH befördert.
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Ein typisches Profil des beim ersten Schritt nicht
aus dem Trenntank beförderten SBH ist in der Figur 8
dargestellt, und es ist das restliche SBH aus den
folgenden drei Anteilen zusammengesetzt:
SBH 2', welches oberhalb der SSH-Schicht liegt,
SBH 2", welches in der Nähe der unteren
Wassersammeleinheit vorhanden ist, und eine geringe Menge an
SBH, welches im Inneren der SSH-Schicht 1 verbleibt
(der letztgenannte Anteil ist nicht in der Fig. 8
dargestellt). Die in größeren Mengen vorhandenen
Anteile an restlichem SBH sind als SBH 2' und SBH 2"
bezeichnet. SBH 2" und SBH, welche in geringer Menge
im Inneren der SSH-Schicht 1 verbleiben, werden wie
im Falle des Waschens mit Luft durch Einführen von
Luft zusammen mit Spülwasser ausgespült, wodurch sich
diese beiden Anteile an restlichem SBH zusammen mit
SBH 2' auf der SSH-Schicht 1 ansammeln können.
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Diese Verfahrensweisen können vor dem ersten Schritt
durchgeführt werden.
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Bei dem nächsten Schritt erfolgt ein Rückspülen durch
Einführen von Rückspülwasser 3 in den Tank über die
untere Wassersammeleinheit 10 bei einer LG von 6-12
m/h, welcher Bereich im Stand der Technik
üblicherweise angewendet wird. Entweder gleichzeitig oder
mehrere Minuten nach dem Rückspülen wird Spülwasser
Q&sub2; durch die Zwischenspülleitung 11 mit einer
größeren Strömungsgeschwindigkeit als Q&sub1;, typischerweise
bei einer LG von 5-20 m/h, vorzugsweise 10-16 m/h
eingeführt. Dieser zweite Schritt wird durchgeführt,
um zu gewährleisten, daß SBH 2" und die geringe
Menge an SBH, welche in Folge des ersten Schrittes und
dem nachfolgenden Spülen mit der Zwei-Phasen-Strömung
in der SSH-Schicht 1 dispergiert worden sind, sich
zur Oberflächenschicht aus SSH 1 bewegen können, so
daß sie als SBH 2' angesammelt werden können. Dieser
Zweck läßt sich in wirksamer Weise erreichen durch
Einführen von Rückspülwasser 3 zusammen mit
Spülwasser Q&sub2;, welches über die Zwischenspülleitung 11
geliefert wird.
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Danach folgt ein Absetzvorgang. Zur erfolgreichen
Durchführung des nachfolgenden dritten Schrittes wird
das Absetzen vorzugsweise dadurch durchgeführt, daß
die Zufuhr von Spülwasser Q&sub2; aufrechterhalten wird,
während die Zufuhr von Rückspülwasser 3 unterbunden
wird. Es ist ausreichend, daß in diesem Schritt ein
Absetzen der unterhalb der Zwischenspülleitung 11
liegenden SSH-Schicht ermöglicht wird.
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Bei dem nachfolgenden dritten Schritt wird Spülwasser
mit einer Srömungsgeschwindigkeit, die so hoch ist,
wie die Geschwindigkeit mit der Spülwasser Q&sub2; beim
zweiten Schritt zugeführt wird, in den Tank
eingeführt. Gleichzeitig wird Druckwasser 8 von oben in
den Tank eingeführt, so daß das SBH 2' zum offenen
Ende 4' des Harzförderrohres 4 hin gerichtet und
durch diese Rohr hindurch befördert wird. Dieser
dritte Schritt ist zum Lösen der Aufgaben der
vorliegenden Erfindung am wichtigsten. Die Bewegung der
Harze SSH und SBH im dritten Schritt ist in Fig. 4
dargestellt.
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Spülwasser Q&sub2; wird über die an der
Zwischenspülleitung 11 seitlich angeordneten Rohre 12 in der Weise
ausgestrahlt, daß die Teilchen des restlichen SBH 2'
in Wasser im Freiraum oberhalb der Harzschicht
angehoben werden und SBH 2' durch das Rohr 4 befördert
wird. Die Teilchen des angehobenen SBH 2' werden in
das offene Ende 4' des Rohres 4 unter dem Druck des
Wassers 8 hineingesaugt, welches bei einer LG von 4-5
m/h zugeführt wird, wie dies mit Pfeilen in der Fig.
4 dargestellt ist, und in reibungsloser Weise durch
das Rohr 4 befördert.
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Das oberhalb den seitlich angeordneten Rohren 12
befindliche SSH wird in Abhängigkeit von der
Strömungsgeschwindigkeit des Spülwassers Q&sub2; verflüssigt und
ein Teil der Partikel in dem durch Rückspülung
ausgedehnten Harzbett werden angehoben und zusammen mit
den SBH 2' befördert. Mit dem Fortschreiten des
Förderns des Harzes wird jedoch der Abstand 1 zwischen
dem offenen Ende 4' des Rohres 4 und der
Oberflächenschicht des SSH, welches oberhalb der seitlich
angeordneten Rohre 12 liegt und durch Rückspülung
volumenmäßig
ausgedehnt wird, vergrößert, wodurch die
Menge an SSH verringert wird, dessen Partikel
angehoben und befördert werden, der Anteil an SBH 2' jedoch
vergrößert wird, dessen Partikel angehoben und
befördert werden. Durch Fortsetzen dieses Förderns des
Harzes während einer Zeitdauer von mehreren bis 10
oder mehr Minuten wird im wesentlichen der Gesamtteil
des SBH 2' aus dem Trenntank über das Rohr 4
befördert.
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Die Erfinder stellten bei einem Versuch mit einem
Trenntank größeren Umfangs diese Erscheinung fest und
fanden, daß sie zum Zweck des selektiven Förderns des
restlichen SBH 2' von Vorteil war.
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Um die Partikel des SBH 2' in Wasser in den Freiraum
oberhalb der Harzschicht anzuheben, sollten die
nachstehenden Erfordernisse erfüllt werden:
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(1) Die seitlich angeordneten Rohre 12 an der
Zwischenspülleitung 11 müssen in zweckmäßiger Weise
ausgelegt sein;
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(2) der Abstand (L&sub1;) zwischen dem offenen Ende 4'
des Harzförderrohres 4 und den seitlich
angeordneten Rohren 12 muß in zweckmäßiger Weise
gewählt sein;
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(3) Wasser muß oberhalb des offenen Endes 4' des
Förderrohres 4 vorhanden sein, wobei der
Freiraum vorzugsweise mit Wasser gefüllt ist;
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(4) vor dem dritten Schritt muß das SBH größtenteils
im ersten Schritt befördert worden sein, so daß
die Menge an restlichem SBH 2' auf ein Minimum
verringert ist.
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Ein Beispiel einer bei der vorliegenden Erfindung
verwendbaren Zwischenspülleitung 11 ist in den Fig. 2
und 3 dargestellt. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, ist
jedes der an der Zwischenspülleitung 11 seitlich
angeordneten Rohre 12 mit Öffnungen 13 versehen, die
sich in bestimmten Abständen voneinander befinden,
und vollkommen mit einem Netz 14 bedeckt. Fig. 3 ist
eine Endansicht des seitlich angeordneten Rohres, in
welcher dargestellt ist, daß eine Öffnung 13 auch an
beiden Enden des seitlich angeordneten Rohres
vorgesehen ist.
-
Das Netz 14 kann jeglicher Ausbildung sein, welche
den Durchlaß von Wasser, jedoch nicht von
Ionenaustauscherharzen gestattet, und ein geeignetes Beispiel
ist ein Kunstfaser-Filtertuch (z.B. ein Netz aus
Saran - eingetragenes Warenzeichen -) ein Drahtnetz
oder ein Maschendrahtsieb.
-
Die nachstehenden sind die beiden wichtigsten
Erwägungen bei der Anbringung von an der
Zwischenspülleitung 11 seitlich angeordneten Rohren:
-
(1) ein Zwischenraum g von etwa 3-10 mm ist zwischen
der Innenoberfläche des Netzes 14 und der
Oberfläche des seitlich angeordneten Rohres 12
vorgesehen; und
-
(2) wenn restliches SBH 2' beim dritten Schritt
befördert wird, wird Wasser mit hoher
Geschwindigkeit, vorzugsweise mit V&sub1; = 4 m/s oder mehr,
durch die Öffnungen im seitlich angeordneten
Rohr ausgestrahlt.
-
Die Erfinder haben festgestellt, daß wenn unter den
Bedingungen (1) und (2) Spülwasser Q&sub2; mit einer LG
von mindestens 5 m/h, vorzugsweise mindestens 10 m/h
eingeführt wurde, dann beaufschlagte das aus den
seitlich angeordneten Rohren 12 durch die horizontalen
Öffnungen 13 ausgestahlte Wasser das Netz 14 und
breitete sich in ausreichender Weise, insbesondere in
horizontaler Richtung und nach oben aus, wodurch die
Partikel des weniger schweren SBH angehoben wurden,
wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist.
-
Falls V&sub1; oder die Geschwindigkeit, mit der Wasser
durch die Öffnungen 13 hindurch gestrahlt wird und
die Strömungsgeschwindigkeit des Spülwassers Q&sub2;
vergrößert werden, wird die Menge an Wasser, welches in
den Richtungen horizontal und nach oben ausgebreitet
wird, in entsprechender Weise vergrößert, und das SBH
2' auf der Oberflächenschicht wird derartig
turbulent, daß seine Partikel in verschiedenen Gebieten
der Schicht in der Weise angehoben werden, als ob sie
sich "stoßweise" verhalten.
-
Je größer der Wert von V&sub1; ist, desto wirksamer ist
das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
jedoch wird gleichzeitig der Druckabfall vergrößert. Um
somit unnötige Einschränkungen der Auslegung des
Verfahrens zu vermeiden, wird V&sub1; vorzugsweise
eingestellt auf 8 m/s und weniger. Es wird, im einzelnen,
vorgezogen, daß das Spülwasser Q&sub2; mit einer LG von
10 m/h und mehr zugeführt wird, während die Öffnungen
13 dazu ausgelegt sind, einen Wert V&sub1; von mindestens
4 m/s zu gewährleisten.
-
Wenn eine Position e, an der die auf diese Weise
ausgelegte Zwischenspülleitung 11 angeordnet
ist,bestimmt wird, wird die Position f des offenen Endes 4'
des Harzförderrohres 4 in der Weise gehält, daß sie
der Position e angepaßt ist. Spezifisch ausgedrückt,
wird in der in der Fig. 1 dargestellten
Ausführungsform L&sub1; oder der Abstand zwischen e und f in
typischer Weise auf 50 mm oder mehr, vorzugsweise 80 mm
oder mehr eingestellt. Falls L&sub1; klein ist, wird der
Abstand (l") zwischen dem Pegel e des oberen Endes
des seitlich angeordneten Rohres 12 und einer
Position h der Oberflächenschicht des durch Rückspülung
mit Spülwasser Q&sub2; volumenmäßig ausgedehnten SSH auch
verringert und es wird unmöglich, ein wirksames
Anheben der Teilchen von SBH 2' zu gewährleisten. Falls
die Zufuhr des Spülwassers Q&sub2; auf eine LG von 10 m/h
und mehr erhöht wird, erhöht sich der Wert von l' mit
fortschreitender Förderung des Harzes und er wird
schließlich bei normalem Betrieb sich auf einen Pegel
von 25-35 mm einstellen. Demgemäß wird bei einer
Verringerung von L&sub1; l" in entsprechender Weise
verringert. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist
es wichtig, daß die Teilchen des SBH 2' wirksam
angehoben werden, und zu diesem Zweck müssen l" und
damit auch L&sub1; bei oder oberhalb eines bestimmten Wertes
gehalten werden. Entsprechend den von den Erfindern
durchgeführten Versuchen betrug der effektive Wert
von L&sub1; vorzugsweise mindestens 80 mm, und in mehr
bevorzugter Weise zwischen 100 und 180 mm. Falls L&sub1;
zu groß ist, wird auch l" zu groß, was zwecks eines
wirksamen Anhebens der Partikel des SBH 2' ungünstig
ist.
-
Das offene Ende 4' des Harzförderrohres 4 kann von
einfacher Form sein, wie dies in der Fig. 5
dargestellt ist. Die Pfeile in der Fig. 5 zeigen die
Richtung eines Harzstromes. Wie dargestellt, kann das
offene Ende 4' des Harzförderrohres 4 eine derartige
Form aufweisen, daß das SBH 2' in horizontaler
Richtung und nicht von unterhalb des offenen Endes 4
angesaugt wird. Um zu gewährleisten, daß das Harz
während des Förderns keinem Abrieb unterliegt, ist die
gesamte Fläche eines Ausschnittes 5, durch die das
Harz in das offene Ende 4' hineingesaugt wird, derart
bemessen, daß sie den Durchlaß von Spülwasser Q&sub2; und
Druckwasser 8 bei einer gesamten LG von nicht mehr
als 7000 m/h gestattet. Wie in der Fig. 5
dargestellt, liegt die Position f des offenen Endes 4' in
der selben Ebene wie das untere Ende des
Ausschnittes 5.
-
Fast das gesamte restliche SBH 2' kann aus dem
Trenntank befördert werden, in dem der dritte Schritt
durchgeführt wird, wobei die inneren Teile des Tankes
in der Weise ausgelegt sind, wie dies in den
vorstehenden Absätzen beschrieben worden ist. Nach dem
Befördern des SBH 2' wird der Pegel des SSH 1 zu der in
der Fig. 4 mit i bezeichneten Position verschoben,
wenn das Harzbett stationär wird. Bei dem Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung bleibt der Pegel i
des SSH nach dem Befördern des SBH 2' effektiv
konstant, unabhängig von wesentlichen Änderungen der
Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur des
Spülwassers Q&sub2;.
-
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das
unterhalb der an der Zwischenspülleitung 11 seitlich
angeordneten Rohre 12 befindliche SSH festgelegt und
wird überhaupt nicht verflüssigt, und es wird nur das
oberhalb der seitlich angeordneten Rohre 12
befindliche SSH verflüssigt. Bei einem von den
Erfindern durchgeführten Versuch betrug die Änderung der
Position i nur etwa 10-15 mm, wenn das Spülwasser Q&sub2;
mit einer Strömungsgeschwindigkeit (LG) von 12-16 m/h
zugeführt wurde, wobei seine Temperatur zwischen 10ºC
und 30ºC gehalten wurde. Dieses Ergebnis läßt sich
wie folgt erklären:
-
Falls der Abstand zwischen i und e klein ist, wird
die Oberflächenschicht des SSH erheblich turbulent
und die Position i wird nicht, gemäß üblicher
Vorstellung, bestimmt durch das Verhältnis der durch
zurückfließende Spülung verursachten Bettausdehnung,
welches größtenteils von der Strömungsgeschwindigkeit
und der Wassertemperatur abhängt, sondern durch das
Ausmaß der Turbulenz in der Oberflächenschicht des
SSH.
-
Bei einem technisch eingesetzten Trenntank liegt die
Höhe des SSH 1 typischerweise in der Größenordnung
von 1500 mm und die Änderung des Pegels des SSH 1
nach dem Befördern des SBH 2' beträgt so wenig wie
1%.
-
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
erfüllt vollkommen das Erfordernis, wonach der Pegel
des SSH 1 nach dem Befördern des SBH 2' ziemlich
konstant bleiben soll.
-
Die Erfinder führten einen Versuch durch, bei dem ein
von einem Entmineralisierungstank aufgenommenes
Mischharzbett durch Rückspülung in zwei Schichten
aufgetrennt und einer Absetzbehandlung zum Herstellen
eines Festbettes unterzogen worden war. Bei diesem
Versuch ließ sich das SBH 2' schwierigkeitslos
transportieren, auch wenn die Position d (siehe Fig. 1)
der Grenzfläche zwischen den getrennten Schichten
erheblich schwankte. Unter normalen Bedingungen wird
die Position von d vorzugsweise nahe zur Position des
offenen Endes 4' eingestellt, jedoch entstanden bei
L&sub1; = 150 mm keine Schwierigkeiten beim Befördern des
SBH 2', auch wenn die Position von d 50 mm unterhalb
des offenen Endes 4' abfiel. Dies ist weil bei dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung der Erfolg der
Beförderung von SBH 2' von der Höhe (l") der
oberhalb der seitlich angeordneten Rohre 12 befindlichen
SSH-Schicht abhängt, die bezüglich ihres Bettvolumens
durch zurückfließende Spülung mit Spülwasser Q&sub2;
ausgedehnt wird, wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich eine
selektive Trennung und ein Befördern von SBH 2' in
zufriedenstellender Weise durchführen, während der
Pegel des SSH 1 nach dem Befördern des SBH 2' konstant
gehalten wird. Bei Arbeiten mit einem Trenntank, der
einen Durchmesser von 1800 mm aufwies, ließ sich SBH
2' ohne Schwierigkeiten abtrennen und befördern, ohne
im wesentlichen beeinflußt zu werden durch Änderungen
der Temperatur des Spülwassers Q&sub2; zwischen 10 und
30ºC und seiner Strömungsgeschwindigkeit zwischen 30
und 40 m³/h (LG von 12 bzw. 16 m/h). Aufgrund dieses
gleichbleibenden Betriebs ermöglicht das Verfahren
gemäß der vorliegenden Erfindung die Durchführung
einer Harztrennung auf vollautomatische und
unbeaufsichtigte Weise.
-
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung weist den
zusätzlichen Vorteil einer einfachen Ausgestaltung
der Ausrüstung auf, wie aus den Fig. 1 und 4 klar
wird. In zusätzlicher Weise läßt sich das Abtrennen
und Fördern des Harzes bei einer üblicherweise
angewendeten Konzentration der Harzaufschlämmung
durchführen, bei der keine Möglichkeit eines Harzabriebs
gegeben ist.
-
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Teil des SSH zusammen mit dem SBH 2 auch zu
einem Anionenregenerierungstank befördert. Das auf
diese Weise beförderte SSH wird bei Kontakt mit NaOH,
das als Mittel zum Regenerieren von SBH verwendet
wird, zu einem Harz der R-Na-Form. Die Bildung des
Harzes der R-Na-Form läßt sich mit einem üblichen
Verfahren wie das im japanischen Patent Nr. 1027750
offenbarte verhindern.
-
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
läßt sich das SBH in der Weise in einem
Trenn-/Kationenregenerierungstank fast vollkommen abtrennen und
fördern, daß kein restliches SBH in dem Tank
verbleibt. Dies ergibt eine wirksame Verhinderung einer
Erzeugung von R-Cl oder R-SO&sub4; aus den Harzen aufgrund
des Kontaktes mit dem SSH-Regenerierungsmittel HCl
oder H&sub2;SO&sub4;.
-
Indem der vorstehend beschriebene erste bis dritte
Schritt durchgeführt wird, läßt sich der Zweck der
vorliegenden Erfindung in zufriedenstellender Weise
erfüllen. Wird eine strengere Einhaltung der
Waserqualität gefordert, wie dies in Druckwasserreaktor-
Kraftwerken der Fall ist, wird vorzugsweise nach dem
dritten Schritt die Folge von zweiten und dritten
Schritten wiederholt, wie dies im nachstehenden
Schema dargestellt ist:
Verfahren
erster Schritt
zweiter Schritt
dritter Schritt
erster Zyklus
zweiter Zyklus
-
Bei dem Verfahren II wird nach dem Verfahren I ein
zusätzlicher Zyklus, bestehend aus den zweiten und
dritten Schritten, durchgeführt. In diesem Fall wird
im ersten Zyklus der zweiten und dritten Schritte die
Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Spülwassers
gegenüber derjenigen im Falle des Verfahrens I
verringert, wodurch im zweiten Zyklus aus zweiten und
dritten Schritten eine höhere
Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Spülwassers ermöglicht wird.
Eine Aufstellung der Zufuhr von Spülwasser in jedem
der Verfahren I und II ist in der Tabelle 1
dargestellt.
Tabelle 1
Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Spülwassers
Verfahren
erster Schritt
zweiter Schritt (erster Zyklus)
dritter Schritt (erster Zyklus)
zweiter Schritt (zweiter Zyklus)
dritter Schritt (zweiter Zyklus)
-
Die Erfinder haben durch Versuche bestätigt, daß wenn
der erste Zyklus aus den zweiten und dritten
Schritten mit Spülwasser Q&sub2; durchgeführt wurde, welches mit
einer LG von 6-10 m/h zugeführt wurde, die Menge an
restlichem SBH 2' (schraffiert in der Fig. 4), die im
Tank gebildet wurde, geringer war als die Menge die
zurück blieb, nachdem der ersten Schritt im Verfahren
I ausgeführt worden war, so daß nach Vollendung der
Verfahrensweisen zum Fördern des SBH im vergleich mit
dem Verfahren I eine bedeutende Verringerung des
letztendlich verbleibenden SBH 2' erzielt worden war.
Diese Ergebnis ließe sich wie folgt erklären:
Durch fortschreitendes Erhöhen der Zufuhr an
Spülwasser von einer LG von 6-10 m/h im ersten Zyklus aus
zweiten und dritten Schritten auf eine LG = 10-16 m/h
im zwiten Zyklus aus zweiten und dritten Schritten
wird die Länge des in der Fig. 4 dargestellten l" in
der Weise fortschreitend kleiner, daß ein wirksames
Anheben der Partikel aus SBH 2' erzielt wird.
-
Die Wirksamkeit des Förderns von SBH 2' wird weiter
erhöht, indem der dritte Zyklus aus den zweiten und
dritten Schritten unter den selben Bedingungen wie im
zweiten Zyklus durchgeführt wird, jedoch gemäß den
von den Erfindern durchgeführten Versuchen lieben
sich für praktische Zwecke zufriedenstellende
Ergebnisse erzielen, indem das Verfahren bis zum dritten
Schritt des zweiten Zyklus weitergeführt wurde.
-
Ein typisches Schema des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter besonderer
Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrieben. Zunächst
werden die Verfahrensweisen des Verfahrens I
beschrieben.
Erster Schritt:
-
Ventile 16 und 17 werden geöffnet und
zurückfließendes Spülwasser wird mit einer Geschwindigkeit von 8-
12 m/h zugeführt, um das Mischharzbett in zwei
Schichten zu trennen. Die Ventile 16 und 17 werden
dann geschlossen und es wird ein Absetzen des Harzes
SSH ermöglicht. Ventile 23 und 18 werden geöffnet und
Druckwasser 8 und Spülwasser Q&sub1; werden mit
Strömungsgeschwindigkeiten (LG) von 4-5 m/h bzw. 2-4 m/h
zugeführt, so daß das SBH größtenteils in einen (nicht
dargestellten) Anionenregenerierungstank befördert
wird, wobei ein Ventil 9 geöffnet ist.
-
Bei diesem Schritt wird Spülwasser durch die
Zwischenspülleitung 11 zugeführt, und nicht durch die
untere Wassersammeleinrichtung 10, wie dies beim
Stand der Technik der Fall ist. In Folge der
Einführung von Wasser durch die an der Zwischenspülleitung
11 seitlich angeordneten Rohre bildet das SSH 1,
welches unterhalb des SBH 2 liegt, ein Festbett.
Schritt bei dem SBH 2" aus der Nähe der unteren
Wassersammeleinheit 10 ausgespült wird:
-
Ein Ventil 22 wird geöffnet und es wird Druckluft
zugeführt; gleichzeitig wird ein Ventil 25 geöffnet
und das Wasser im Freiraum wird über ein
Freiraumabflußrohr 24 abgezogen, welches 200-300 mm oberhalb
des offenen Endes 4' des Harzförderrohres 4
angeordnet ist, bis der Wasserpegel die Position des
Abflußrohres 24 erreicht. Danach werden die Ventile 22 und
25 geschlossen und die Ventile 16 und 17 geöffnet, so
daß Rückspülwasser 3 bei einer üblichen
Strömungsgeschwindigkeit (LG = 8-12 m/h) zugeführt wird. Ein
oder zwei Minuten später wird ein Ventil 21 ebenfalls
geöffnet und Luft 15 mit einer LG von 40-120 m/h
zugeführt, so daß ein Spülen mit einem Zwei-Phasen-
Strom aus Rückspülwasser und Luft durchgeführt wird,
bis der Wasserpegel im Tank sich einer oberen
Wassersammeleinheit 26 nähert.
-
Als Ergebnis dieser Verfahrensweisen wird restliches
SBH 2" in der Nähe der unteren Wassersammeleinheit
10 ausgespült und die im Tank verbleibende Menge an
SBH 2' wird auf einen Pegel verringert, der nicht
höher liegt als 0,05% des gesamten SBH.
Zweiter Schritt:
-
Das Ventil 21 wird geöffnet und eine zurückfließende
Spülung wird durchgeführt, indem mit offen gelassenen
Ventilen 16 und 17 Rückspülwasser 3 zugeführt wird.
-
Zwei bis drei Minuten später wird ein Ventil 19
geöffnet und Spülwasser Q&sub2; mit einer LG von 10-16 m/h
zugeführt. Spülwasser Q&sub2; kann gleichzeitig mit dem
Rückspülwasser 3 eingeführt werden. Infolgedessen
wird unterhalb der Zwischenspülleitung 11 vom
Rückspülwasser 3 eine lineare Geschwindigkeit von 8-12
m/h vorgesehen, während oberhalb der Leitung 11 durch
die Kombination von Rückspülwasser 3 und Spülwasser
Q&sub2; eine LG von mindestens 20 m/h entsteht. Bei dem
zweiten Schritt wird das SBH 2", das in
vorhergehenden Schritt ausgespült worden war, zur
Oberflächenschicht des SSH 1 getragen und als SBH 2' gesammelt.
Der Zweck des zweiten Schrittes wird in
zufriedenstellender Weise erfüllt, indem dieser im Verlauf von
5-6 Minuten durchgeführt wird.
Dritter Schritt:
-
Nachfolgend auf den zweiten Schritt wird eine
Absetzbehandlung durchgeführt. Diese läßt sich durchführen,
während alle Ventile geschlossen sind; in
alternativer Weise kann bei geöffnet gelassenen Ventilen 19
und 17 Spülwasser Q&sub2; kontinuierlich zugeführt werden.
Alles zur Ausführung dieses Schrittes Erforderliche
besteht darin, ein stationäres SSH-Bett unterhalb der
an der Zwischenspülleitung 11 seitlich angeordneten
Rohre 12 zu bilden.
-
Als nächstes werden die Ventile 19 und 23 geöffnet
und es werden Spülwasser Q&sub2; und Druckwasser 8 mit
Strömungsgeschwindigkeiten (LG) von 10-16 m/h bzw.
4-5 m/h eingeführt, so daß die Partikel des
restlichen SBH 2' im Wasser im Freiraum angehoben und mit
dem Ventil 9 geöffnet aus dem Tank herausbefördert
werden. Dieser Schritt wird typischerweise während
einer Zeitdauer von 5-10 Minuten ausgeführt.
-
Das Verfahren II kann in nachstehender Weise
ausgeführt werden.
Erster Schritt:
Gleich wie im Verfahren I.
Schritt des Ausspülens von SBH 2" aus der Nähe der
unteren Wassersammeleinheit 10:
Gleich wie im Verfahren I.
Zweiter Schritt (im ersten Zyklus:
-
Gleich wie im Verfahren I, mit der Ausnahme, daß
Spülwasser Q&sub2; mit einer LG von 6-10 m/h zugeführt
wird. Es ist ausreichend, wenn dieser Schritt während
einer Zeitdauer von etwa 5 Minuten durchgeführt wird.
Dritter Schritt (im ersten zyklus):
-
Gleich wie in Verfahren I, mit der Ausnahme, daß das
Spülwasser Q&sub2; mit einer LG von 6-10 m/h zugeführt
wird. Es ist ausreichend, wenn dieser Schritt während
einer Zeitdauer von etwa 5 Minuten durchgeführt wird.
Zweiter Schritt (im zweiten Zyklus):
-
Gleich wie im zweiten Schritt des ersten Zyklus, mit
der Ausnahme, daß das Spülwasser Q&sub3; mit einer LG von
10-16 m/h zugeführt wird, wobei ein Ventil 20
anstelle
des Ventils 19 geöffnet ist. Es reicht aus, wenn
dieser Schritt während einer Zeitdauer von etwa 5
Minuten durchgeführt wird.
Dritter Schritt (im zweiten Zyklus):
-
Gleich wie im dritten Schritt des ersten Zyklus, mit
der Ausnahme, daß das Spülwasser Q&sub3; mit einer LG von
10-16 m/h zugeführt wird, wobei das Ventil 20
anstelle des Ventils 19 geöffnet ist. Es reicht aus, daß
dieser Schritt während einer Zeitdauer von etwa 5-10
Minuten durchgeführt wird.
-
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung unter
Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und
Vergleichsbeispiele beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden,
daß verschiedene Abänderungen dieser Beispiele
möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung
zu verlassen.
Vergleichsbeispiel 1
-
Ein Trenntank mit einem Innendurchmesser von 1800 mm
und einer Höhe von 5000 mm wurde mit einer Mischung
aus 4500 l Dowex (eingetragenes Warenzeichen) TG 650C
(welches als SSH diente) und 2000 l Dowex
(eingetragenes Warenzeichen) 550A (SBH) gepackt. Im Tank wurde
ein Harzförderrohr in der Weise installiert, daß sein
offenes Ende auf der Mittelachse des Tanks und 150 mm
unterhalb der Grenzfläche zwischen getrennten
Schichten aus SSH und SBH lag.
-
Nachdem das SSH und das SBH gründlich miteinander
vermischt worden waren, wurden die folgenden Schritte
ausgeführt.
-
1. Harztrennung durch Rückspülung: Rückspülwasser 3
wurde 30 Minuten bei einer LG von 10 m/h
zugeführt.
-
2. Fördern von SBH: SBH wurde aus der unteren
Wassersammeleinheit mit einer LG von 2,5 m/h und
aus der oberen Wassersammeleinheit mit einer LG
von 4 m/h gefördert.
-
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2
zusammengestellt.
-
Die Menge an restlichem SBH wurde nach folgenden
Verfahrensweisen gemessen:
Nach Beendigung des Förderns des SBH wurde das Wasser
aus dem Tank abgezogen. Entlang seiner Tiefenrichtung
wurden aus jeder Harzschicht Proben in einheitlicher
Weise entnommen und es wurde die Menge an restlichem
SBH durch Abtrennung mit NaOH unter
Schwerkrafteinwirkung bestimmt.
Vergleichsbeispiel 2
-
Gemäß den im Vergleichsbeispiel 1 durchgeführten
Verfahrensweisen wurde restliches SBH 2", welches sich
um die untere Wassersammeleinrichtung herum bildete,
unter Verwendung derselben Ausrüstung und Harze
durchgespült. Nachdem der Wasserpegel auf 300mm
unterhalb der Harzoberflächenschicht abgesenkt worden
war, wurden der unteren Wassersammeleinrichtung im
Verlauf von 4 Minuten Rückspülwasser und Luft mit
Strömungsgeschwindigkeiten (LG) von 10 m/h bzw.
100 m/h zugeführt. Nach einem Rückspülen, welches im
Verlauf von 20 Minuten bei einer LG von 10 m/h
durchgeführt wurde, wurde das SBH gemäß dem nachfolgenden
Plan gefördert: Fördern aus der unteren
Wassersammeleinheit : LG = 4 m/h. Fördern aus der oberen
Wassersammeleinheit: LG = 4 m/h. Dauer: 10 Minuten.
-
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 1
-
Es wurde ein Trenntank von der gleichen, in den
Vergleichsbeispielen 1 und 2 verwendeten Art eingesetzt,
mit der Ausnahme, daß die Trenn-/Förderleitung 11 wie
nachstehend angegeben abgeändert worden war. Dieser
Tank wurde mit den gleichen Harzen gepackt, wie sie
in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verwendet worden
waren. Das Fördern der Harze wurde gemäß dem
Verfahren I durchgeführt.
Bauweise der Spülleitung 11 (siehe Fig. 1-3):
-
Anzahl der seitlich
angeordneten Rohre: 4
-
Innen- und Außendurchmesser
der seitlich angeordneten
Rohre 12: 35,5mm x 42,7mm
-
Durchmesser und Abstand der
Öffnungen 13: 4mm ∅ und 70mm
-
Die seitlich angeordneten Rohre
umgebendes Netz: Netz aus Saran
(eingetr. Warenz.)
60-70 mesh
(0,25-0,21mm)
-
Abstand zwischen e und f (L&sub1;): 150mm
-
Abstand zwischen f und d (l&sub2;): 50mm
Betriebsverfahrensweisen:
-
Zuerst wurde Rückspülwasser mit einer LG von 10 m/h
zugeführt, um während einer Zeitdauer von 10 Minuten
ein Rückspülen durchzuführen, so daß das
Mischharzbett in zwei Schichten getrennt wurde.
Erster Schritt:
-
Spülwasser (Q&sub1;) wurde mit einer LG von 2,5 m/h
zugeführt. Durchwasser wurde von oben in den Tank bei
einer LG von 4 m/h zugeführt. Dieser Schritt wurde
während einer Zeitdauer von 20 Minuten durchgeführt.
Schritt des Ausspülens von SBH 2" aus der Umgebung
der unteren Wassersammeleinheit:
-
Der Wasserpegel wurde auf 300 mm unterhalb der
Oberflächenharzschicht abgesenkt. Danach wurde
Rückspülwasser und Luft mit Strömungsgeschwindigkeiten (LG)
von 10 m/h bzw. 100 m/h während einer Zeitdauer von 4
Minuten der unteren Wassersammeleinheit zugeführt.
Zweiter Schritt:
-
Danach wurde Rückspülwasser der unteren
Wassersammeleinheit mit einer LG von 10 m/h zugeführt, um ein
Rückspülen während einer Zeitdauer von 2 Minuten
durchzuführen. Danach wurde über die
Zwischenspülleitung Spülwasser während einer Zeitdauer von 5 Minuten
bei einer LG von 14 m/h zugeführt.
Dritter Schritt:
-
Die Zufuhr von Rückspülwasser wurde unterbunden und
es wurde Spülwasser über die Zwischenspülleitung mit
einer LG von 14 m/h eingeführt, während ein Absetzen
der Harzschicht unterhalb der Spülleitung gestattet
wurde. Danach wurde unter Fortsetzung der Zufuhr von
Spülwasser Druckwasser dem Tank von oben mit einer LG
von 4 m/h zugeführt, um während einer Zeitdauer von
10 Minuten das restliche SBH 2' zu fördern.
-
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 2
-
Die Verfahrensweisen des Beispiels 1 wurden
wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Abstand (L&sub1;) zwischen
e und f auf 180, 80, 50 und 30 mm geändert wurde. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 3
-
Die Verfahrensweisen des Beispiels 1 wurden
wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Position von d oder
der Grenzfläche zwischen den getrennten Harzschichten
gleich der Position des offenen Endes 4' des
Harzförderrohres (L&sub2; = 0 mm) oder auf 50mm unterhalb der
Position des offenen Endes (L&sub2; = -50 mm) eingestellt
wurde. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 4
-
Unter Verwendung derselben Vorrichtung wie sie im
Beispiel 1 verwendet worden war, wurde ein Trennen
und Fördern des Harzes gemäß dem nachstehenden
Funktionsablaufplan des Verfahrens II durchgeführt.
Betriebsverfahrensweisen:
-
Zuerst wurde Rückspülwasser mit einer LG von 10 m/h
zugeführt, um während einer Zeitdauer von 10 Minuten
ein Rückspülen durchzuführen, bis das Mischharzbett
in zwei Schichten getrennt worden war.
Erster Schritt:
-
Spülwasser (Q&sub1;) wurde mit einer LG von 2,5 m/h
zugeführt. Druckwasser wurde dem Tank von oben bei einer
LG von 4 m/h zugeführt. Dieser Schritt wurde im
Verlauf einer Zeitdauer von 20 Minuten durchgeführt.
Schritt des Ausspülens von SBH 2" aus der Umgebung
der unteren Wassersammeleinheit:
-
Der Wasserpegel wurde auf 300 mm unterhalb der
Oberflächenharzschicht abgesenkt. Rückspülwasser und Luft
wurden der unteren Wassersammeleinheit während einer
Zeitdauer von 4 Minuten mit Geschwindigkeiten (LG)
von 10 m/h bzw. 100 m/h zugeführt.
Zweiter Schritt im ersten Zyklus:
-
Danach wurde Rückspülwasser der unteren
Wassersammeleinheit bei einer LG von 10 m/h zugeführt, um während
einer Zeitdauer von 2 Minuten ein Rückspülen
durchzuführen. Spülwasser wurde dann während einer
Zeitdauer
von 5 Minuten bei einer LG von 8 m/h über die
Zwischenspülleitung zugeführt.
Dritter Schritt im ersten Zyklus:
-
Die Zufuhr von Rückspülwasser wurde unterbunden und
Spülwasser wurde mit einer LG von 8 m/h über die
Zwischenspülleitung zugeführt, während ein Absetzen der
Harzschicht unterhalb der Spülleitung gestattet
wurde. Danach wurde unter Fortsetzung der Zufuhr von
Spülwasser Druckwasser von oben in den Tank bei einer
LG von 4 m/h eingeführt, um während einer Zeitdauer
von 5 Minuten das restliche SBH 2' zu fördern.
Zweiter Schritt im zweiten Zyklus:
-
Danach wurde Rückspülwasser mit einer LG von 10 m/h
der unteren Wassersammeleinheit zugeführt, um während
einer Zeitdauer von 2 Minuten ein Rückspülen
durchzuführen. Spülwasser wurde dann während einer
Zeitdauer von 3 Minuten bei einer LG von 14 m/h über die
Zwischenspülleitung zugeführt.
Dritter Schritt im zweiten Zyklus:
-
Die Zufuhr von Rückspülwasser wurde unterbunden und
es wurde Spülwasser mit einer LG von 14 m/h über die
Zwischenspülleitung zugeführt, während ein Absetzen
der Harzschicht unterhalb der Spülleitung gestattet
wurde. Danach wurde unter Fortsetzung der Zufuhr von
Spülwasser Druckwasser von oben in den Tank mit einer
LG von 4 m/h eingeführt, um während einer Zeitdauer
von 10 Minuten restliches SBH 2' zu fördern.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiel 5
-
Die Verfahrensweisen des Beispiels 4 wurden
wiederholt, mit der Ausnahme, daß die
Strömungsgeschwindigkeit des in den zweiten und dritten Schritten im
zweiten und dritten Zyklus über die
Zwischenspülleitung zugeführten Spülwassers auf eine LG 10, 12 und
16 m/h geändert wurde. Die Ergebnisse sind in der
Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Volumen des restlichen SBH (1)
in der Oberflächenschicht des SSH 1
in der Schicht aus SSH 1
an der unteren Wassersammeleinheit
Gesamtmenge an restlichem SBH
Vergleichsbeispiel
Beispiel
* Ziffern in Klammern geben die Anteile bezogen auf 2000 l Gesamt-SBH an
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Wie die Tabelle 2 zeigt, wird durch die Erfindung ein
zuverlässiges Verfahren zum Verringern der Menge
eines restlichen Anionenharzes (SBH) in einem
Kationenregenerierungstank auf 0,1 % und weniger vorgesehen
(Beispiele 4 und 5). Somit wird im Vergleich mit dem
Ergebnis des Standes der Technik die Bildung von R-Cl
oder R-SO&sub4; bedeutend verringert.
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In zusätzlicher Weise ermöglicht das Verfahren gemäß
der vorliegenden Erfindung ein wirksames Abtrennen
und Fördern von SBH auf vollautomatische und
unbeaufsichtigte Weise ungeachtet von Änderungen des
Harzpegels (wie im Beispiel 3) oder von der
Zufuhrgeschwindigkeit von Spülwasser (wie im Beispiel 5). Dieses
Verfahren löst alle die mit dem Stand der Technik
verbundenen Probleme und dürfte einen erheblichen
Beitrag zu bestehenden Industrien liefern.