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- Verfahren zur Steigerung des Wirkungsgrades von Wasserentsalzungsanlagen
Es ist bekannt, Wasser oder wäßrige Flüssigkeiten durch Kationenaustauscher zu leiten,
welche mit Wasserstoffionen beladen sind. Hierbei werden die Kationen des Wassers
oder wäßrigen Lösungen gegen Wasserstoffionen des Austauschers ausgetauscht, so
daß im Filtrat die freien Säuren erscheinen.
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Zu deren Beseitigung leitet man die so erhaltenen sauren Wässer durch
einen weiteren Austauschstoff; welcher mit Hydroxylionen beladen ist und beim Durchgang
der sauren Flüssigkeit deren Anionen gegen Hydroxylionen austauscht, die ihrerseits
mit den Wasserstoffionen der freien Säuren Wasser bilden. Die Austauscher müssen
nach Erschöpfung regeneriert werden. Eine solche Regenerierung wird mit zweckmäßig
verdünnten Lösungen sauren bzw. alkalischen Charakters vorgenommen, welche an die
erschöpften Austauscher im Austausch gegen metallische Kationen bzw. Säureanionen
Wasserstoffionen bzw. Hydroxylionen abzugeben und sie so erneut mit den ihrer jeweiligen
Zweckbestimmung dienenden Ionenarten zu beladen vermögen. Nach einer solchen Regenerierung
müßten die Austauscher dann zunächst noch so lange ausgewaschen werden, bis das
jeweilige Regeneriermittel in genügendem
Ausmaße entfernt ist.
Dies gellt bei den sauer regenerierten, mit H-Ionen beladenen Kationenaustauschern
verhältnismäßig schnell vonstatten, - bei den alkalisch regenerierten, mit OH-Ionen
beladenen Anionenaustauschern dagegen verhältnismäßig langsam vor sich.
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Letzteres beruht darauf, daß die Anionenaustauscher bei ihrer Regeneration
mit z. B.
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Natronlauge nicht nur die gewünschten OH-Ionen aufnehmen, sondern
daneben auch noch beträchtliche Mengen des Wiederbelebungsmittels als solches adsorbieren,
dessen Hauptanteile zwar verhältnismäßig schnell ausgewaschen werden können, dessen
restliche, für einen ordnungsgemäßen Betrieb gleichfalls noch störenden Anteile
aber ziemlich fest anhaften und dementsprechend nur allmählich entfernt werden können.
Die Folge hiervon ist, daß man für das Auswaschen der regenerierten, mit OH-Ionen
beladenen Anionenaustauscher verhältnismäßig große Waschwassermengen benötigt und
daß die Anionenaustauschfilter verhältnismäßig lange dem eigentlichen Entsalzungsbetrieb
entzogen werden, was gleichzeitig auch den Betrieb der Kationenaustauschfilter zeitlich
entsprechend begrenzt, wenn man nicht unter Aufwand entsprechender zusätzlicher
Anlage- und Betriebskosten weitere, während dieser Zeit mit den weit schneller regenerierbaren
Kationenaustauschfiltern arbeitende Anionenaustauschreservefilter vorsieht oder
überhaupt durchweg doppelte, abwechselnd arbeitendeAnlagen vorsieht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung gelingt es nun, im Rahmen des vorerwähnten
Entsalzungsverfahrens nicht nur erhebliche Wassermengen zu sparen, sondern auch
den Wirkungsgrad solcher Wasserentsalzungsanlagen wesentlich zu steigern, und zwar
dadurch, daß man das nach der Regenerierung der Anionenaustauscher aus diesen abfließende
Waschwasser, sobald sein Salzgehalt den des Rohwassers etwa erreicht oder unterschritten
hat, und solange sein Salzgehalt nicht dem gewünschten Entsalzungsgrad entspricht
oder zumindestens für einen Teil dieses Bereiches, an Stelle von oben neben Rohwasser
den Kationenaustauschern zuleitet. Geht man in dieser Weise vor, so braucht der
wesentlichste Teil des dem Auswaschen der Anionenaustauscher dienenden Waschwassers,
dessen Salzgehalt im Auswaschbetriebe verhältnismäßig schnell unter den des Rohwassers
sinkt, aber verhältnismäßig lange über dem für das Reinwasser gewünschten Entsalzungsgrad
bleibt, nicht mehr ungenutzt weglaufen gelassen werden, sondern wird erneut nutzbar
gemacht.
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Das dieAnionenaustauscherverlassendeWaschwasser enthält nämlich, von
dessen ersten Abläufen abgesehen, im wesentlichen nur alkalische Salze, wie Soda
o. dgl., aber keine Netttralsalze, wie Sulfate oder Chloride. Diese alkalischen
Salze werden bei einen \ orgellell in Sinne der Erfindung von den Wasserstottionenaustauschern
besonders vorteilllaft uiid leicht aufgenommen. Ebenso belasten diese Wässer, nachdem
sie von ihren Ratiollell befreit sind, die Anionenaustauscher wegen ihrer Mineralsäurefreiheit
oder -armut nicht oder nur unwesentlich. Ein weiterer Vorteil eins Vorgehens im
Sinne der Erfindung besteht schließlich noch darin, daß man in solchem Falle, ellen
weil dabei der größte Teil des Waschwassers wieder nutzbar gemacht 1bzw. in Reinwasser
zugeführt wird, das ,'iuswaschen besonders sorgfältig und ohne Bedenken hinsichtlich
sonst sich ergebender größerer Waschwasserverluste durchführen kann.
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Die Ausführung des Verfallrens, die natürlich in der verschiedensten
Weise erfolgen kann, sei durch nachstehendes Ausführungsbeispiel im einzelnen nodl
näher erläutert.
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Ausfiihrungsbeispiel Ein mit I m3 eines gekörnten Anionellaustauschers
(Emeraldin) gefülltes Filter war mit verdünnter Sodalösung regeneriert worden, wobei
die Menge der Sodalösung so bemessen wurde, daß die ablaufende Regenerationslösung
anfing, Phenolphthalein zu röten.
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Es wird nunmehr ausgewaschen, wobei die ersten Waschwässer eine Verdrängung
der Regenerationslösung bewirken, so daß die ersten Waschwassermengen Alkalität
aufweisen, und zwar sowohl gegen Phenolphthalein als auch gegen Methylorange. Nachdem
etwa 3 m3 Wasser durch das Filter hindurchgeströmt sind, sinkt der Verbrauch des
Waschwassers auf I,8 cm3 1/10 n-Salzsäure für 100 cm3 des Filtrats. Das nunmehr
weiter ablaufende Waschwasser wird gesammelt. Es ist noch eine Menge Waschwasser
von r3 m3 nötig, bis der Verbrauch von 1/ion Salzsäure für 100cm3 des Filtrats auf
0,3 bis 0,5 cm3 gesunken ist. Als Waschwasser dient ein durch einen Wasserstoftaustauscher
von seinen Kationen befreites Wasser, das eine Mineralsäuremenge (Schwefelsäure
+ Salzsäure) aufweist, welche 5,90 Härte äquivalent ist. Nach dem Auswaschen wird
Reinwasser in einer Äf enge von etwa 100 m3 erhalten, wonach das Filter eine Säuremenge
aufgenommen hat, welche 5,9 g Kalk auf 1 1 äquivalent ist. Wenn die Säuremenge,
die in dem das Wasserstoftaustauschfilter verlassenden Wasser vorhanden ist, in
Grad Kalk angegeben wird, so entspricht das lediglich einer vereinfachten Darstellung,
welche sich im technischen Betrieb bewährt hat, da sowohl die Härte in deutschen
Graden als auch die sonstigen, im
Wasser vorhandenen Salze in deutschen
Härtegraden und demnach auch die freien Mineralsäuren in deutschen Ilärtegraden
ausgedrückt worden sind, so daß die deutschen Härtegrade stets äquivalente Mengen
bezeichnen.
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Es ergibt sich, daß demnach auf Zoom3 Reinwasser insgesamt I6 m3
Waschwasser, d. h. I60/o, verbraucht werden, von denen 13 m8, d. h. I30/o, in den
Prozeß wieder zurückgeführt werden, so daß, da durch dieses zusätzlich durchgeführte
Wasser das Anionenaustauschfilter überhaupt nicht belastet wird, da es nur Carbonate
enthält, die Leistung des Filters an Reinwasser von 5,9 g auf 6,7 g Kalk je Liter
Anionenaustauscher gesteigert wird. Auch das Filter, welches den Wasserstoffaustauscher
enthält, kann gleichfalls höher belastet werden, da das pn des Wassers durch Zusatz
des schwach alkalischen Waschwassers ansteigt und mit ansteigendem PH die Beladung
des Kationenaustauschers gleichfalls steigt, und zwar vermag das Filter die I3 m3
zusätzlichen Waschwassers gleichfalls vollkommen aufzunehmen.
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Die oben gegebenen Zahlen entsprechen Betriebsverhältnissen, wie
sie sich als zweckmäßig herausgestellt haben. Es ist aber z. B. auch durchaus möglich,
die Rückführung des Waschwassers schon etwas früher beginnen zu lassen, z. B. dann,
wenn der Verbrauch an Salzsäure je IOO cma des Filtrates 3 cm3 on-Salzsäure beträgt.
Da aber der Abfall der Alkalität des Wassers anfangs sehr schnell erfolgt, wird
dadurch nicht wesentlich an wiedervenvendbarem Waschwasser gewonnen.