DE4042632C2 - Ionenaustauschanlage - Google Patents
IonenaustauschanlageInfo
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- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/42—Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
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- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J47/028—Column or bed processes using columns or beds of different ion exchange materials in series with alternately arranged cationic and anionic exchangers
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ionenaustauschanlage gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Nach dem Stand der Technik ist bei der Gegenstromregenerierung von
Ionenaustauschern üblich, die regenerierende Flüssigkeit im oberen Bereich des
Austauschharzes abzuleiten, wodurch das Austauschharz zwischen dem oberen
Bereich und der obersten Harzschicht nicht regeneriert wird. Hierdurch wird der
Austauscher schneller erschöpft, da das regenerierende Harzvolumen gegenüber dem
vorhandenen vermindert ist. Überdies kommt es in dieser nicht regenerierten Schicht
des Austauschharzes teilweise zu Bakterienbildung.
Aus der DE-OS 19 39 344 ist eine gattungsgemäße Ionenaustauschanlage bekannt,
bei der mittels eines Verteilers während der Gegenstromregenerierung Wasser und
kein Regenierungsmittel in den oberen Teil der Kammer für das Kationenharz geleitet
wird. Dieser Wasserstrom soll die Expansion des Kationenaustauschharzes
verhindern.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ionenaustauschanlage bereitzustellen, die ohne
zusätzliche Regenerierflüssigkeit eine Regenerierung der obersten
Austauschharzschicht auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht und dafür
Sorge zu tragen, daß die oberste Schicht des Austauschharzes frei von Bakterien ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Die Regenerierflüssigkeit, die das Ionenaustauschharz bereits wenigstens teilweise bei
der Gegenstromregeneration durchströmt hat, wird aufgefangen und zur Regenerierung
der obersten Schicht des Ionenaustauschharzes verwendet. Durch das Recycling wird
verhindert, daß unverbrauchte Regenerierflüssigkeit in die Kanalisation gelangt, die
Kosten für die Chemikalien werden gesenkt und außerdem wird erreicht, daß die
oberste Schicht des Austauschharzes im wesentlichen frei von Bakterien ist.
Die Regenerierflüssigkeit wird vorteilhafterweise in einen Recyclingtank geleitet.
Vorzugsweise ist stromauf des Recyclingtanks ein Leitwertmesser und ein Ventil
vorgesehen, so daß einerseits der obere Regenerierflüssigkeitskreislauf durch
Schließen eines Ventils während des Betriebes abgekoppelt werden kann und
andererseits auch die Überprüfung des Leitwerts der Regenerierflüssigkeit ermöglicht
wird. Wird ein genügend hoher Leitwert der Regenerierfiüssigkeit ermittelt, so ist die
Regenerierflüssigkeit noch nicht verbraucht und sie kann zur Regenerierung der
obersten Schicht des Ionenaustauschharzes nochmals verwendet werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 ermöglicht, daß die verbrauchte
Regenerierflüssigkeit in die Kanalisation geführt werden kann. Diese verbrauchte
Regenerierflüssigkeit ist nahezu frei von Säure, so daß die Belastung des Abwassers
durch Säure vermindert wird.
Da das Verteilersystem oberhalb des Kationenaustauschharzes und zumindest auf der
Höhe der Rohwasserzufuhr angeordnet ist, wird ermöglicht, daß die recycelte
Regenerierflüssigkeit oberhalb des obersten Pegels des Austauschharzes aus dem
Verteilersystem austritt, wodurch gewährleistet wird, daß eine Regeneration der
obersten Schicht stattfinden kann.
Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 4 wird ermöglicht, daß Säurereste, die sich
oberhalb des Drainagerohrsystems befinden, mit dem Wasser aus dem
Regenerierwassertank aus dem Ionenaustauschharz herausgespült werden.
Solche Anlagen haben sich gemäß Anspruch 5 insbesondere für die
Brauwasseraufbereitung bewährt.
Die Erfindung wird nunmehr an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Der kreiszylindrische Behälter 11, z. B. aus Stahl, ist nach oben durch eine Kappe 12
und nach unten durch eine Kappe 13 abgeschlossen. Der Behälter 11 ist
kreiszylindrisch und hat überall den gleichen Durchmesser. Innerhalb des Behälters 11
ist ein Boden 14 vorgesehen, der flüssigkeitsdicht ist und in den nach beiden Seiten
durchlässige Verteilerdüsen 16 flächenmäßig verteilt vorgesehen sind.
Unterhalb des Bodens 14 ist ein weiterer Boden 17 ebenfalls in einer
Durchmesserebene angeordnet, der an sich flüssigkeitsundurchlässig ist, jedoch
flächenmäßig gleich verteilte Düsen 18 besitzt, die ebenfalls nach beiden Richtungen
durchlässig sind. Ein Raum 19 zwischen der Kappe 13 und dem Boden 17 dient als
Druckausgleichsraum für von unten nach oben strömende Flüssigkeit (bei der
Gegenstromregeneration), so daß jede Düse 18 vom gleichen Druck beaufschlagt wird.
Zwischen den Böden 14, 17 ist eine Kammer 21 vorgesehen, in dem Austauschharz
aufgeschüttet ist und zwar ohne Pressung und bis zu einem Pegel 22, der einen
Abstand vom Boden 14 und auch einen Abstand vom unteren Bereich der Düsen 16
hat. Auch der Raum 23 dient über die ganze Breite des Behälters 11 als
Druckausgleichszone. Das Anionenaustauschharz im Raum 21 liegt in der Chlorid-
oder Sulfatform vor, oder aber in einer Kombination von beiden. Je nach den
Anforderungen ist damit das Harz in der Lage, die Nitrate des Rohwassers gegen
Chloride und/oder Sulfate auszutauschen.
Entsprechend dem Rohwasser-Nitratgehalt steigt der Sulfat- oder Chloridgehalt
proportional an. Man kann durch die Wahl oder Kombination dieses
Regenerationsmittels jederzeit bestimmen, ob man ein sulfat- oder chloridreicheres
Fertigwasser haben möchte.
Verwendet man zwei Behälter 11 und läßt die eine Kammer 21 mit H2SO4 und die
andere mit HCl regenerieren, so kann man jederzeit jeden Sulfat- und Chloridgehalt im
nitratarmen Fertigwasser einstellen.
Auf den Boden 14 ist im Raum 24 bis etwa zum Pegel 26 Kationenaustauschharz
aufgeschüttet. Der darüberliegende Raum 27 ist frei von Harz.
Oberhalb der Düsen 16 ist ein Drainagerohrsystem 28 vorgesehen, das sich über den
gesamten Querschnitt des Behälters 11 gleichmäßig verteilt und über eine Leitung 29
an einen Differenzleitwertmesser 31 angeschlossen ist.
Knapp unterhalb des Pegels 26, mit einem Abstand von etwa 20 bis 50 cm, ist ein
zweites Drainagerohrsystem 32 vorgesehen, das ebenfalls gleichmäßig über den
Querschnitt des Behälters 11 verteilt ist und über eine Leitung 33, in der ein Ventil 34
liegt, mit einem Leitwertmesser 36 verbunden ist. Oberhalb des Pegels 26 ist ein
Verteilersystem 37 vorgesehen, mit dem über den Querschnitt des Behälters 11
gleichmäßig Flüssigkeit verteilt werden kann.
Über eine Leitung 38 kann bei geöffnetem Ventil 39 Rohwasser dem Verteilersystem
37 zugeführt werden. Gleichermaßen kann auf der anderen Seite über eine Leitung 41
aus dem Recyclingbehälter 42 über eine Pumpe 43 Flüssigkeit zugeführt werden. Der
Recyclingbehälter 42 erhält seine Flüssigkeit aus der Leitung 33. Aus 42 heraus kann
durch einen Überlauf 44 Flüssigkeit gemäß dem Pfeil 46 in eine Neutralisation
gelangen.
Durch eine elektrische Leitung 47 ist der Differenzleitwertmesser 31 mit einem zweiten
Differenzleitwertmesser 48 verbunden.
Das Drainagerohrsystem 28 ist im Kationenaustauschharz oberhalb des Bodens 14
angeordnet. In der Praxis ist der Abstand etwa 25 cm. Wenn man die Wasserqualität im
Bereich des Pegels 22 mit derjenigen auf der Höhe des Drainagerohrsystems
vergleicht, kann man den Differenzleitwert ermitteln und feststellen, inwieweit das
Kationenaustauschharz erschöpft ist.
An der Leitung 29 ist eine Leitung 49 angeschlossen, in der ein Ventil 51 liegt. Es folgt
eine Mengenmesser 52, danach ein Ventil 53 und dieses speist zu einem
gemeinsamen Punkt 54. Hierauf folgt eine Leitung 56 für die Fertigwasser-Abfuhr.
Der tiefste Punkt der Kappe 13 ist an eine Leitung 57 angeschlossen, in der ein Ventil
58 liegt und die zu einem Mengenmesser 59 und über ein Ventil 61 zum gemeinsamen
Punkt 54 führt.
Vor dem Ventil 58 geht eine Leitung 62 über ein Ventil 63 in einen
Regenerierwassertank 64. Über eine Leitung 66 und einen Mengenmesser 67 kann
Regenerierwasser zu einem Injektor 68 unter Druck geführt werden. Dessen
Mischstelle kann über einen Säure-Zumeßbehälter 69 Säure zugeführt werden, nämlich
entweder HCl oder H2SO4. Je nachdem, ob in dem Raum 21 das
Anionenaustauschharz in Chlorid- oder Sulfatform oder in Kombination von beiden
vorliegt, wird HCl oder H2SO4 oder eine Kombination von beiden verwendet. Der
Säurezumeßbehälter 69 ist über ein Ventil 71 mit dem Mischraum des Injektors 68
verbunden. Das in der Leitung 66 fließende Regenerierwasser ist nicht nur enthärtet,
sondern schon aufbereitet. In diesem Wasser sind also keine Kationen mehr
vorhanden, während ja im Rohwasser bekanntlich noch Kationen und Anionen
enthalten sind.
Die im Injektor 68 gemischte Flüssigkeit wird, wenn das Ventil 72 geöffnet ist, über eine
Leitung 73 der Leitung 57 zugeführt. In einer solchen Regenerationsphase sind
natürlich die Ventile 58, 63, 51 und 39 geschlossen.
Am Ende eines Laufzeitzyklus ist das Anionenaustauschharz, das ja die Nitrate
austauscht, erschöpft und ist voller Nitrate. Man läßt nun das Regenerierwasser über
die Leitung 66 einströmen und mischt dieses in 68 mit HCl. Es ist 71 und 72 dabei offen
und 39, 51 und 58 geschlossen. Die HCl steigt also im Anionenaustauschharz nach
oben und hierdurch wird verdünnte Salpetersäure erzeugt. Diese dient nun dazu, das
nachgeschaltete Kationenaustauschharz mit zu regenerieren. Dieser
Regeneriervorgang ist nahezu kostenlos, weil die Regenerierflüssigkeit bei dem
Regenerieren des Anionenaustauschharzes mit produziert wird.
Würde man mit H2SO4 in der Regeneration anfangen, dann würde die
Regenerationsflüssigkeit für das Kationenaustauschharz ebenfalls automatisch erzeugt.
Dem Injektor 68 wird 30% HCl zugeführt und im Injektor auf ca. 6% verdünnt. H2SO4
wird mit einer Konzentration von 96 bis 98% zugeführt und im Injektor 68 auf weniger
als 10% verdünnt.
Die regenerierende Säure tritt über die Düsen 18 in die Kammer 21 und durch die
Düsen 18 in die Kammer 24 und fließt über das Drainagerohrsystem 32 in den
Recyclingbehälter 42. Erst wenn der Leitwertmesser 36 eine hohe absolute
Leitfähigkeit anzeigt, ist ein Säureüberschuß vorhanden und dieser Säureüberschuß
wird mit der Pumpe 43 in das Verteilersystem 37 gepumpt. Man hat damit einen
Kreislauf: Bei 37 kommt die Säure heraus und bei 32 wird sie wieder abgezogen. Das
Auswaschen ist beendet, wenn 36 eine geringe Leitfähigkeit anzeigt. Bis unterhalb 32
wird durch die aufsteigende Säure ohnehin regeneriert. Mit dem Recycling wird nun die
oberste Lage des Kationenaustauschharzes regeneriert, das heißt mit dem Teil der
Flüssigkeit, die sonst unwirtschaftlich in die Neutralisation geleitet würde.
Eine Leitung 74 nach dem Differenzleitwertmesser 48 führt zum Regenerierwassertank
64. Es fließen dort größenordnungsmäßig 100 l/Stunde und dieses Wasser wird nicht
- wie sonst - in den Abwasserkanal geführt. Vielmehr wird dieses Wasser dem
Regenerierwassertank 64 zugeführt.
Der Regenerierwassertank 64 nimmt den oben erwähnten Wasserstrom auf, den die
Differenzleitfähigkeits-Messer benötigen. Durch den Regenerierwassertank 64 hat man
überdies einen konstanten Betriebsdruck.
Das Wasser aus dem Regenerierwassertank 64 wird in nicht gezeichneter Weise nach
der Regeneration dem Verteilersystem 37 zugeführt. Sollten sich oberhalb des
Drainagerohrsystems 32 noch Säurereste befinden, dann können diese nicht schaden,
denn das Regenerierwasser wird durch das gesamte Austauscherbett
hindurchgedrückt, jedoch nicht über die Leitung 56 entlassen. Dies wird so lange
durchgeführt, bis die Differenzleitfähigkeit eine gute Wasserqualität anzeigt. Man geht
also nicht - wie dies seither üblich war - nach der Regenerierung wieder auf Betrieb,
sondern erst dann, wenn das Wasser die notwendige Qualität hat. Die Restsäure
macht damit keine Schwierigkeiten. Bislang hat man die oberste Schicht einfach nicht
behandelt und ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auch diese oberste Schicht
bakterienfrei bleibt.
Claims (5)
1. Ionenaustauschanlage
mit einer ersten Kammer (24) für Kationenharz
mit einer zweiten Kammer (21) für Anionenharz und
mit einer Gegenstromregeneriervorrichtung, die so schaltbar ist, daß die zweite Kammer (21) im Regenerierstrom stromauf der ersten Kammer liegt, dadurch gekennzeichnet,
mit einer ersten Kammer (24) für Kationenharz
mit einer zweiten Kammer (21) für Anionenharz und
mit einer Gegenstromregeneriervorrichtung, die so schaltbar ist, daß die zweite Kammer (21) im Regenerierstrom stromauf der ersten Kammer liegt, dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß im oberen Bereich des Kationenaustauscherharzes ein Drainagerohrsystem (32) vorgesehen ist, mittels dessen die Regenerierflüssigkeit aus dem Kationenaustauscherharz abgeleitet werden kann,
- 2. daß das Drainagerohrsystem (32) über einen Recyclingtank (42) an eine Pumpvorrichtung (43) angeschlossen ist und
- 3. daß die Pumpvorrichtung (43) ein Verteilersystem (37), das oberhalb des Kationenaustauscherharzes und zumindest auf der Höhe der Rohwasserzufuhr angeordnet ist, speist, so daß die obere Schicht des Kationenaustauscherharzes unter Verwendung von Regenerierflüssigkeit, die das Kationenaustauscherharz wenigstens teilweise im Gegenstrom durchströmt hat, in Stromrichtung regenerierbar ist.
2. Ionenaustauschanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromauf
des Recyclingtanks (42) ein Leitwertmesser (36) angeordnet ist.
3. Ionenaustauschanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Recyclingtank (42) einen Überlauf (44) aufweist, der in die Kanalisation führt.
4. Ionenaustauschanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verteilersystem (37) mit einem Regenerierwassertank
(64) verbunden ist.
5. Verwendung der Ionenaustauschanlage nach einem der vorangehenden
Ansprüche zur Brauwasseraufbereitung.
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
DE4019900A DE4019900C2 (de) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | Vorrichtung für Ionenaustauscher |
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4019900A DE4019900C2 (de) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | Vorrichtung für Ionenaustauscher |
DE4042632A DE4042632C2 (de) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | Ionenaustauschanlage |
Publications (1)
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DE4042632A Expired - Fee Related DE4042632C2 (de) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | Ionenaustauschanlage |
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Citations (1)
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DE1939344A1 (de) * | 1968-08-02 | 1970-02-05 | Jllinois Water Treat Co | Ionenaustauschverfahren und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3515299C2 (de) * | 1985-04-27 | 1987-03-12 | hydrogel-Chemie Korrosionsschutzgesellschaft mbH, 4760 Werl | Verfahren zum Entfernen von Nitraten aus Trinkwasser |
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- 1990-06-22 DE DE4042632A patent/DE4042632C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-22 DE DE4042633A patent/DE4042633C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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Also Published As
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