DE19805317C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Wasseraufbereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Wasseraufbereitung durch ein Umkehrosmoseverfahren.

In verschiedenen Bereichen der Prozesstechnik, wie beispielsweise für die Speisung von Druckkesseln für Turbi­ nenbetrieb, bei der Chip-Herstellung in der Elektronikindu­ strie und in der pharmazeutischen Industrie, wird Reinwas­ ser höchster Qualität benötigt.

Das benötigte Reinstwasser wird üblicherweise durch Ionenaustauschverfahren mittels Kationenaustauscherharzen, Anionenaustauscherharzen und/oder Mischbettharzen oder durch Kombination eines Umkehrosmoseverfahrens mit den genannten Ionenaustauschverfahren hergestellt. Mit Umkehr­ osmoseverfahren allein wird die verlangte Reinheit nicht erreicht; die Salzkonzentrationen liegen im besten Fall noch etwa 1-2 Zehnerpotenzen über den geforderten Werten.

Ionenaustauschverfahren haben allerdings den Nach­ teil, dass die Ionenaustauscherharze regelmässig mit gros­ sen Mengen an Säuren und Laugen regeneriert werden müssen und diese Regenerierchemikalien in Überschüssen von 140-­ 300% der theoretisch erforderlichen Mengen eingesetzt wer­ den müssen. Die Lagerung der Chemikalien und die Entsorgung der bei der Regeneration anfallenden Überschüsse ist aufwendig und in den meisten Ländern an weitgehende und re­ striktive Vorschriften gebunden.

Im Gegensatz dazu ist das Umkehrosmoseverfahren als weitgehend physikalischer Prozess einfacher zu handhaben, umweltfreundlicher und unterliegt weniger restriktiven Vor­ schriften. Die schnell fortschreitende Entwicklung verbes­ serter Umkehrosmosemembranen hat daher der Kombination von Umkehrosmoseverfahren und Ionenaustauschverfahren zu brei­ ter Anwendung verholfen.

Um den Chemikalieneinsatz weiter zu verringern und die Reinwasserqualität zu verbessern, bietet sich im Prin­ zip die Hintereinanderschaltung zweier Umkehrosmoseeinhei­ ten an.

In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass die Reinwasserqualität durch einfache Hintereinanderschaltung alleine nicht im erhofften und benötigten Ausmass verbes­ sert werden kann, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass Kohlendioxid von den semipermeablen Membranen nicht zurückgehalten wird. Kohlendioxid ist aber in jedem natürlichen Wasser, das zur Speisung solcher Anlagen ver­ wendet wird in Mengen von etwa 5-50 mg/l enthalten, und im Reinwasser noch vorhandenes Kohlendioxid würde bei vielen Anwendungen stören oder nachgeschaltete Ionenaustauscher­ harze massiv belasten.

Zudem bewirkt die Anwesenheit des Kohlendioxids, das im Permeat der ersten Umkehrosmosestufe in praktisch unver­ änderter Konzentration vorliegt, dass der pH-Wert im Zulauf zur zweiten Umkehrosmosestufe deutlich absinkt. Dies wiede­ rum führt zu einer schlechten Salzrückhaltung in der zweiten Umkehrosmoseeinheit, da einerseits alle Umkehrosmose­ membranen im sauren (in geringerem Masse aber auch im alka­ lischen) pH-Bereich schlechtere Rückhalteeigenschaften auf­ weisen und andererseits schwache anorganische und organi­ sche Säuren in undissoziierter Form vorliegen und hierdurch schlecht zurückgehalten werden.

Die Effizienz der Hintereinanderschaltung zweier Um­ kehrosmoseeinheiten wird ferner auch dadurch beeinträch­ tigt, dass das Permeat aus der ersten Umkehrosmosestufe bereits vergleichsweise niedrige Salzkonzentrationen auf­ weist und, andererseits, Umkehrosmosemembranen eine Ober­ flächenladung aufweisen, die bei Beaufschlagung mit nied­ rigen Salzkonzentrationen zu unerwünschten Nebeneffekten, etwa vergleichbar mit Ionenaustausch, führen kann.

Um eine gute Reinwasserqualität zu erhalten, ist es daher unabdingbar nötig, dass das Kohlendioxid vor oder nach der ersten Umkehrosmosestufe entfernt und der pH-Wert angehoben wird. Eine Entfernung vor der ersten Stufe ist möglich und wird auch angewendet, bedingt allerdings eine komplexere Verfahrenstechnik und/oder birgt die Gefahr von Kalkausfällungen in der ersten Umkehrosmosestufe.

Zur Entfernung von Kohlendioxid stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung, nämlich eine physikali­ sche Methode durch Entgasung (Riesel-Entgasung mit Luft im Gegenstrom oder Vakuumentgasung mit Dampf und Vakuumpumpen) und eine chemische Methode durch Zugabe eines alkalischen Mittels, wodurch das Kohlendioxid in Bicarbonat und/oder Carbonat-Ionen übergeführt wird.

Eine einfache und wirksame chemische Methode scheint die Zugabe eines alkalischen Mittels nach der ersten Um­ kehrosmosestufe zu bieten, da dort keine Gefahr von Kalk­ ausfällungen besteht und auch kaum Ionen vorhanden sind, die als Puffer wirken könnten.

Ein solches Verfahren ist bereits aus DE 35 20 006 C2 bekannt. Gemäss dem dort beschriebenen Verfahren wird das zu behandelnde Wasser einer ersten Umkehrosmosestufe zuge­ führt, das in dieser Stufe als Permeat anfallende vorgerei­ nigte Wasser einer zweiten Umkehrosmosestufe zugeführt und Reinwasser als Permeat dieser zweiten Stufe gewonnen, wobei dem vorgereinigten Wasser aus der ersten Umkehrosmosestufe zur Verringerung der Kohlendioxidkonzentration vor Eintritt in die zweite Umkehrosmosestufe eine alkalische Lösung, z. B. Natronlauge, kontinuierlich zudosiert wird. Die alka­ lische Lösung wird gemäss der Offenbarung der DE 35 20 006 C2 vorzugsweise in einer Menge zudosiert, dass der pH-Wert des der zweiten Umkehrosmosestufe zugeführten Wassers auf einen Wert über 9 eingestellt wird.

Das vorbekannte Verfahren bringt jedoch in der Praxis in vielen Fällen nicht das gewünschte Resultat. Um einen optimalen Effekt zu erzielen, muss nämlich die Menge der zu dosierenden alkalischen Lösung genau auf den Kohlendioxid­ gehalt abgestimmt werden. Da der Kohlendioxidgehalt eines natürlichen Wassers in der Regel Schwankungen unterliegt und durch die Rückführung des Konzentrats der zweiten Stufe vor die erste Stufe pH-Schwankungen ganz anderer Frequenz überlagert werden, ist die eigentlich erforderliche Ge­ nauigkeit der Dosierung kaum oder nur unbefriedigend zu bewerkstelligen und die Ergebnisse sind in der Regel nicht reproduzierbar. Bei Über- oder Unterdosierung reagiert die zweite Umkehrosmosestufe sofort mit einer massiven Quali­ tätsverschlechterung. Der optimale pH-Bereich ist sehr eng und liegt tatsächlich bei etwa 7,3 bis 7,8; bei diesen op­ timalen pH-Werten liegt aber noch ein relativ grosser An­ teil als Kohlendioxid vor. Bei dem in DE 35 20 006 C2 als be­ vorzugt genannten pH-Wert von über 9 verursacht anderer­ seits der hohe pH-Wert insbesondere bei den meist einge­ setzten negativ geladenen Membranen eine drastische Erhö­ hung der Leitfähigkeit, die sogar den Wert des Permeats nach der ersten Stufe übersteigen kann.

Die genannten Schwierigkeiten und die Tatsache, dass die erzielbaren Leitfähigkeitswerte für das Permeat der zweiten Umkehrosmosestufe nur etwa um die Hälfte bis ein Viertel unter jenen des Permeats der ersten Stufe liegen und selbst in günstigen Fällen noch mindestens etwa 1 µS/cm betragen, haben einer erfolgreichen Verbreitung dieser Me­ thode im Wege gestanden.

Die Japanische Patentanmeldung JP 07-108269 A offenbart eine 2-stufige Umkehr­ osmoseanlage, wobei zur Verringerung der Kohlendioxidkonzentration zwischen der ersten und der zweiten Stufe ein schwach basischer Anionenaustauscher angeord­ net ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die die Nachteile des vorbekannten Verfahrens vermeiden und die insbesondere eine effiziente Entfernung des Kohlendioxids gestatten, eine aufwendige Regelung vermeiden, gegen Schwankungen der Kohlendioxidkonzentration unempfindlich sind und eine opti­ male Arbeitsweise der zweiten Umkehrosmoseeinheit bei mini­ malem Einsatz von Chemikalien gestatten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren und die in Anspruch 14 de­ finierte Vorrichtung.

Es wurde nämlich gefunden, dass das Kohlendioxid vollständig aus dem Permeat der ersten Umkehrosmosestufe entfernt und in Bicarbonat und Carbonat umgewandelt wird, wenn das Permeat durch ein Harzbett eines beladenen schwach sauren Kationenaustauscherharzes geleitet wird, dass be­ reits eine Harzschicht von beispielsweise etwa 600 mm aus­ reicht, um eine quantitative Umwandlung zu erzielen, und dass das Perkolat einen pH-Wert aufweist, der eine optimale Arbeitsweise der zweiten Umkehrosmoseeinheit gewährleistet. Eine genaue Dosierung einer alkalischen Lösung und eine pH- Überwachung erübrigen sich; Schwankungen in der Rohwasser­ zusammensetzung und in der Kohlendioxidkonzentration des Permeats werden selbsttätig ausgeglichen, und der optimale pH-Wert stellt sich von selbst ein. Aufgrund dieser Eigen­ schaften und Vorteile kann nach dem erfindungsgemässen Ver­ fahren Reinwasser mit einer Leitfähigkeit von etwa 0,1 µS/cm, entsprechend nahezu dem theoretisch möglichen Wert, erhalten werden, und es können Wässer mit pH-Werten bis zu 11,5 eingespeist werden, ohne dass sich die Reinwasserqua­ lität wesentlich verschlechtert.

Die erfindungsgemäss verwendbaren Umkehrosmoseeinhei­ ten können grundsätzlich beliebige übliche Umkehrosmosemo­ dule sein, vorzugsweise Wickelmodule. Als Kationenaustau­ scherharze eignen sich ebenfalls grundsätzlich beliebige, im Handel erhältliche schwach saure Kationenaustauscher­ harze, beispielsweise schwach saure Kationenaustauscher­ harze der Marke Amberlite (Rohm & Haas), z. B. Typ IRC-76, und das Harzbett kann in üblicher Weise in einer Säule un­ tergebracht sein.

Das beladene schwach saure Kationenaustauscherharz kann vorzugsweise mit Alkalimetallionen oder Ammoniumionen, insbesondere mit Natriumionen, beladen sein.

Beim Durchfluss des kohlendioxidhaltigen Permeats aus der ersten Umkehrosmoseeinheit durch das Kationenaustau­ scherharz gibt dieses Kationen an das Wasser ab und Kohlen­ dioxid wird in Bicarbonat und Carbonat umgewandelt. Dadurch geht das Kationenaustauscherharz allmählich in die H⁺-Form über und muss deshalb durch Zugabe der entsprechenden Lauge (vorzugsweise Alkalimetallhydroxidlösung oder Ammoniaklö­ sung, insbesondere Natronlauge) neu mit Kationen beladen werden, sobald die Beladung für eine vollständige Entfer­ nung des Kohlendioxids nicht mehr ausreichen würde.

Da die vom Kationenaustauscherharz abgegebenen Katio­ nen praktisch vollständig durch die semipermeable Membran der zweiten Umkehrosmoseeinheit zurückgehalten werden und über die an den Konzentratauslass angeschlossene Konzen­ tratabflussleitung abfliessen, kann in der Konzentratab­ flussleitung vorzugsweise ein zweites Harzbett eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes angeordnet werden, welches durch das durchströmende Konzentrat allmählich mit Kationen beladen wird, womit die Kationen im System ver­ bleiben.

Eine Zugabe von Lauge zur Beladung eines erschöpften Harzes kann daher weitgehend vermieden werden, wenn die beiden Harzbette periodisch ausgetauscht bzw. in Zeitinter­ vallen alternierend so betrieben werden, dass das aus der ersten Umkehrosmoseeinheit austretende Permeat dem ersten bzw. zweiten Harzbett zugeführt, das aus dem ersten bzw. zweiten Harzbett anfallende Perkolat in die zweite Umkehrosmoseeinheit eingespeist und das aus der zweiten Umkehros­ moseeinheit austretende Konzentrat dem zweiten bzw. ersten Harzbett zugeführt wird.

Zu diesem Zweck können vorzugsweise neben einer er­ sten Verbindungsleitung, die den Permeatauslass der ersten Umkehrosmoseeinheit mit dem Speisewassereinlass der zweiten Umkehrosmoseeinheit verbindet und in der ein erstes Harz­ bett eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes ange­ ordnet ist, und einer ersten Konzentratabflussleitung, die an den Konzentratauslass der zweiten Umkehrosmoseeinheit angeschlossen ist und in der ein zweites Harzbett eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes angeordnet ist, eine zweite Verbindungsleitung, die den Permeatauslass der ersten Umkehrosmoseeinheit mit dem Speisewassereinlass der zweiten Umkehrosmoseeinheit verbindet und in der das zweite Harzbett angeordnet ist, und eine zweite Konzentratabfluss­ leitung, die an den Konzentratauslass der zweiten Umkehros­ moseeinheit angeschlossen ist und in der das erste Harzbett angeordnet ist, vorgesehen werden und in den Verbindungs­ leitungen und in den Konzentratabflussleitungen vor und nach den Harzbetten Sperrventile eingebaut werden, die so schaltbar sind, dass entweder die Sperrventile in der er­ sten Verbindungleitung und in der ersten Konzentratabfluss­ leitung geöffnet und die Sperrventile in der zweiten Ver­ bindungsleitung und in der zweiten Konzentratabflussleitung geschlosssen sind oder die Sperrventile in der ersten Ver­ bindungsleitung und in der ersten Konzentratabflussleitung geschlossen und die Sperrventile in der zweiten Verbin­ dungsleitung und in der zweiten Konzentratabflussleitung geöffnet sind. Vorzugsweise können die genannten Leitungen als Abzweigungsleitungen so ausgebildet sein, dass jeweils nur eine Leitung an den Permeatauslass, Speisewassereinlass und Konzentratauslass angeschlossen ist und gewünschten­ falls können jeweils zwei oder mehrere Ventilfunktionen in eine Ventileinheit zusammengefasst werden.

Vorzugsweise können die Konzentratabflussleitungen mit dem Speisewassereinlass der ersten Umkehrosmoseeinheit oder mit einer an diesen Speisewassereinlass angeschlosse­ nen Speisewasserleitung verbunden werden, womit das Konzen­ trat nach dem Durchgang durch das Harzbett dem Speisewasser der ersten Umkehrosmoseeinheit zugeführt wird.

Dem Konzentrat aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit kann vorzugsweise vor dem Eintritt in das Harzbett mittels einer entsprechenden Einrichtung periodisch etwas Lauge (zweckmässigerweise das Hydroxid des zur Beladung verwende­ ten Kations) zudosiert werden, um allfällige Kationenverlu­ ste auszugleichen. Eine genaue Dosierung ist nicht erfor­ derlich, da die Laugenzugabe vorzugsweise jeweils zu Beginn eines Zyklus erfolgt, wenn das Austauscherharz noch weitge­ hend in der H⁺-Form vorliegt. Ein allfälliger späterer Überschuss, der über die Konzentratabflussleitung der er­ sten Umkehrosmoseeinheit eingespeist wird, wird dort ohne weiteres abgeschieden. Aus dem gleichen Grund können zu Be­ ginn des Verfahren vorzugsweise beide Harzbette beladen sein, da überschüssige Kationen im ersten Zyklus ausge­ schieden werden und sich so von selbst der richtige Bela­ dungszustand einstellt.

Erfindungsgemäss können übliche, in Umkehrosmosever­ fahren gebräuchliche semipermeable Membranen verwendet wer­ den. Je nach Art des Überschusses an ionischen Gruppen kön­ nen die Membranen per Saldo eine positive (z. B. durch Ami­ no Gruppen) oder negative (z. B. Carboxylgruppen) Oberflächenladung aufweisen und werden entsprechend als positiv geladene bzw. negativ geladene Membranen bezeichnet. Posi­ tiv geladene Membranen haben ein besseres Rückhaltevermögen für Kationen, während Anionen durch negativ geladene Mem­ branen besser zurückgehalten werden.

In der ersten Umkehrosmoseeinheit kann erfindungsge­ mäss eine positiv geladene oder eine negativ geladene semi­ permeable Membran verwendet werden; die Art der Membran ist nicht kritisch, in der Regel ist aber eine negativ geladene Membran bevorzugt.

In der zweiten Umkehrosmoseeinheit kann grundsätzlich ebenfalls eine positiv geladene oder eine negativ geladene semipermeable Membran verwendet werden. Wird Reinwasser aber als Permeat aus der zweiten Umkehrosmosestufe gewon­ nen, so ist im allgemeinen die Verwendung einer positiv ge­ ladenen Membran bevorzugt, um eine möglichst vollständige Abtrennung einwertiger Kationen zu erzielen. Wird hingegen - wie nachfolgend beschrieben - das Permeat aus der zweiten Umkehrosmosestufe an einem Ionenaustauscher oder einer wei­ teren Umkehrosmoseeinheit weiter gereinigt, so wird in der zweiten Umkehrosmoseeinheit vorzugsweise eine negativ gela­ dene Membran verwendet.

Vorzugsweise kann das aus der zweiten Umkehrosmose­ einheit austretende Permeat zur weiteren Reinigung einem Harzbett eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes in der H⁺-Form zugeführt und zu diesem Zweck an den Permeat­ auslass eine Permeatabflussleitung angeschlossen werden, in der das Harzbett angeordnet ist, wobei Reinwasser als Per­ kolat aus dem Harzbett anfällt.

Vorzugsweise kann ferner das aus der zweiten Umkehr­ osmoseeinheit austretende Permeat zur weiteren Reinigung einer dritten Umkehrosmoseeinheit als Speisewasser zuge­ führt und zu diesem Zweck der Permeatauslass der zweiten Umkehrosmoseeinheit über eine Zuleitung mit dem Speisewas­ sereinlass der dritten Umkehrosmoseeinheit verbunden wer­ den. Die semipermeable Membran der dritten Umkehrosmose­ einheit kann vorzugsweise eine positiv geladene Membran sein. Vorzugsweise kann das aus dem Konzentratauslass der dritten Umkehrosmoseeinheit austretende Konzentrat dem aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit austretenden Konzentrat vor dessen Eintritt in das Harzbett zugeführt werden und zu diesem Zweck eine Rückleitung vorgesehen werden, die den Konzentratauslass der dritten Umkehrosmoseeinheit mit der Konzentratabflussleitung bzw. den Konzentratabflussleitun­ gen der zweiten Umkehrosmoseeinheit an einer Stelle zwi­ schen dem Konzentratauslass der zweiten Umkehrosmoseeinheit und dem Harzbett, vorzugsweise zwischen dem Konzentrataus­ lass und der Einrichtung zum Zudosieren von Lauge, verbin­ det.

Gewünschtenfalls kann der erfindungsgemässen Vorrich­ tung stromaufwärts vor der ersten Umkehrosmoseeinheit ein Wasserenthärter, Kohlefilter etc. vorgeschaltet und/oder stromabwärts ein Mischbettfilter nachgeschaltet werden. Ferner können den Umkehrosmoseeinheiten vorzugsweise strom­ aufwärts vor dem Speisewassereinlass Pumpen vorgeschaltet sein, um einen ausreichenden Wasserdruck zu erzeugen.

Weitere Merkmale ergeben sich aus der folgenden Be­ schreibung der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsbei­ spiele.

In schematischer Darstellung zeigen

Fig. 1 zwei hintereinander geschaltete Umkehrosmoseeinhei­ ten mit einem zwischengeschalteten, beladenen schwach sauren Kationenaustauscher und einem nach­ geschalteten schwach sauren Kationenaustauscherharz in der H⁺-Form,

Fig. 2 drei hintereinander geschaltete Umkehrosmoseeinhei­ ten mit einem zwischen der ersten und zweiten Ein­ heit zwischengeschalteten, beladenen schwach sauren Kationenaustauscher,

Fig. 3 drei hintereinander geschaltete Umkehrosmoseeinhei­ ten mit zwei zwischen der ersten und zweiten Ein­ heit zwischengeschalteten, schwach sauren Kationen­ austauschern, durch die im Gleichstrom alternierend Permeat bzw. Konzentrat fliesst, und

Fig. 4 drei hintereinander geschaltete Umkehrosmoseeinhei­ ten mit zwei zwischen der ersten und zweiten Ein­ heit zwischengeschalteten, schwach sauren Kationen­ austauschern, durch die im Gegenstrom alternierend Permeat bzw. Konzentrat fliesst.

Fig. 1 bis 4 zeigen jeweils eine erste Umkehrosmo­ seeinheit 1 mit einer semipermeablen Membran 2, beispiels­ weise einer negativ geladenen Membran, einer an den Speise­ wassereinlass 3 angeschlossenen Speisewasserleitung, in der vorzugsweise eine Pumpe angeordnet sein kann, einem Per­ meatauslass 4 und einem Konzentratauslass 5 und eine zweite Umkehrosmoseeinheit 9, die ebenfalls eine semipermeable Membran 10, vorzugsweise eine negativ geladene Membran, einen Speisewassereinlass 11, einen Permeatauslass 12 und einen Konzentratauslass 13 aufweist. Vom Permeatauslass 4 der ersten Umkehrosmoseeinheit führt eine Verbindungslei­ tung 6, in der ein Harzbett 14 eines beladenen schwach sau­ ren Kationenaustauscherharzes angeordnet ist und in der stromabwärts nach dem Harzbett 14 vorzugsweise eine Pumpe angeordnet sein kann, zum Speisewassereinlass 11 der zwei­ ten Umkehrosmoseeinheit 9. Das kohlendioxidhaltige Permeat aus der ersten Umkehrosmoseeinheit 1 wird im Harzbett 14 in ein carbonat- und bicarbonathaltiges Permeat umgewandelt und nimmt gleichzeitig Kationen auf und wird dann in der zweiten Umkehrosmoseeinheit 9 erneut aufgeteilt, wobei ge­ reinigtes Permeat, das für die meisten Zwecke bereits eine ausreichende Reinheit aufweist, aus dem Permeatauslass aus­ tritt und aus dem Konzentratauslass 13 austretendes Konzen­ trat über eine Konzentratabflussleitung 7 an einer Stelle 8, die zweckmässigerweise stromaufwärts vor einer allfälli­ gen Pumpe liegt, dem Speisewasser der ersten Umkehrosmose­ einheit 1 zugeführt wird.

In der in Fig. 1 gezeigten Wasseraufbereitungsvor­ richtung ist am Permeatauslass 12 der zweiten Umkehrosmose­ einheit 9 ferner eine Permeatleitung vorgesehen, in der zur Entfernung letzter Spuren von Kationen ein Harzbett 23 ei­ nes schwach sauren Kationenaustauscherharzes in der H⁺-Form angeordnet ist.

In den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Wasseraufbe­ reitungsvorrichtungen ist zur Entfernung letzter Spuren von Ionen, insbesondere von Kationen, hingegen eine dritte Um­ kehrosmoseeinheit 16 mit einer semipermeablen Membran 17, vorzugsweise einer positiv geladenen Membran, einem Speise­ wassereinlass 18, einem Permeatauslass 19 und einem Konzentratauslass 20 vorgesehen. Über eine Zuleitung die vom Per­ meatauslass 12 zum Speisewassereinlass 18 führt und in der vorzugsweise eine Pumpe angeordnet sein kann, wird das Per­ meat aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit 9 in die dritte Umkehrosmoseeinheit 16 eingespeist und Reinwasser tritt aus dem Permeatauslass 19 aus.

In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist ferner eine Rückleitung 21 vorgesehen, die den Konzentratauslass 20 mit einer zwischen dem Harzbett 14 und dem Speisewasser­ einlass 11 bzw. zwischen dem Harzbett 14 und einer allen­ falls in der Verbindungsleitung angeordneten Pumpe liegen­ den Stelle 22 der Verbindungsleitung 6 verbindet und über die das Konzentrat aus der dritten Umkehrosmoseeinheit 16 dem Speisewasser der zweiten Umkehrosmoseeinheit 9 zuge­ führt wird.

In den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Wasseraufbe­ reitungsvorrichtungen ist ferner neben dem Harzbett 14 in der Verbindungsleitung 6 ein zweites Harzbett 15 eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes in der Konzentrat­ abflussleitung 7 angeordnet, welches durch das durchströ­ mende Konzentrat allmählich mit Kationen beladen wird. Da­ neben sind zusätzliche Verbindungsleitungen derart vorgese­ hen, dass eine weitere Verbindungsleitung 6' vom Permeat­ auslass 4 über das zweite Harzbett 15 zum Speisewasserein­ lass 11 und eine weitere Konzentratabflussleitung 7' vom Konzentratauslass 13 über das erste Harzbett 14 zu Stelle 8 in der Speisewasserzuleitung zur ersten Umkehrosmoseeinheit 1 führt. In beiden Verbindungsleitungen 6, 6' und in beiden Konzentratabflussleitungen 7, 7' sind jeweils vor und nach dem Harzbett 14, 15 Sperrventile angeordnet, die so schalt­ bar sind, dass entweder die Ventile in den Leitungen 6 und 7 offen und die Ventile in den Leitungen 6' und 7' ge­ schlossen sind oder die Ventile in den Leitungen 6 und 7 geschlossen und die Ventile in den Leitungen 6' und 7' offen sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass in Zeitin­ tervallen alternierend jeweils das Harzbett in der offenen Verbindungsleitung zur Entfernung von Kohlendioxid zur Ver­ fügung steht, während das andere in der offenen Konzentrat­ abflussleitung angeordnet ist und die vom anderen Harzbett abgegebenen Kationen abfängt und dadurch regeneriert wird. In den Fig. 3 und 4 sind die Verbindungsleitungen so angeordnet, dass die Regeneration mittels Konzentrat in Fig. 3 im Gleichstrom-, in Fig. 4 im Gegenstromverfahren erfolgt. Ferner ist in der Konzentratabflussleitung 7, 7' zwischen dem Konzentratauslass 13 und dem Harzbett 14, 15 eine Einrichtung 25 zum Zudosieren von Lauge vorgesehen, um allfällige Kationenverluste auszugleichen, und das Konzen­ trat aus der dritten Umkehrosmoseeinheit 16 wird über eine Rückleitung 21, die den Konzentratauslass 20 mit der Kon­ zentratabflussleitung 7, 7' an einer Stelle 24 zwischen dem Konzentratauslass 13 und der Dosiereinrichtung 25 verbin­ det, dem Konzentrat der zweiten Umkehrosmoseeinheit 9 zuge­ führt.

Claims (25)

1. Wasseraufbereitungsverfahren, bei dem das zu behandelnde Wasser einer ersten Umkehrosmoseeinheit (1) und das als Permeat aus dieser ersten Umkehrosmoseeinheit (1) austretende vorgereinigte Wasser einer zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) zugeführt wird, wobei das aus der ersten Umkehr­ osmoseeinheit (1) austretende vorgereinigte Wasser zur Verringerung der Kohlendioxidkonzentration vor dem Eintritt in die zweite Umkehrosmoseein­ heit (9) durch ein Harzbett (14) eines Ionenaustauschers geleitet wird, da­ durch gekennzeichnet, dass als Ionenaustauscherharz ein beladenes schwach saures Kationenaustauscherharz eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Alkali­ metallionen oder Ammoniumionen beladenes schwach saures Kationen­ austauscherharz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit Natrium­ ionen beladenes schwach saures Kationenaustauscherharz verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem ersten Harzbett (14) eines schwach sauren Kationenaustau­ scherharzes, dem das aus der ersten Umkehrosmoseeinheit (1) austretende Permeat zugeführt und dessen Perkolat in die zweite Umkehrosmoseeinheit (9) eingespeist wird, ein zweites Harzbett (15) eines schwach sauren Katio­ nenaustauscherharzes eingesetzt wird, dem aus dem Konzentratauslass (13) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) austretendes Konzentrat zuge­ führt wird und aus dem ein zweites Perkolat anfällt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das zweite Perkolat dem Speisewasser der ersten Umkehrosmoseeinheit (1) zuführt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bei­ den Harzbette (14, 15) in Zeitintervallen alternierend so betrieben werden, dass das aus der ersten Umkehrosmoseeinheit (1) austretende Permeat dem ersten (14) bzw. zweiten (15) Harzbett zugeführt, das aus dem ersten (14) bzw. zweiten (15) Harzbett anfallende Perkolat in die zweite Umkehros­ moseeinheit (9) eingespeist und das aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) austretende Konzentrat dem zweiten (15) bzw. ersten (14) Harzbett zu­ geführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Konzentrat aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) vor dem Eintritt in das Harzbett (14, 15) Lauge zudosiert, um Kationenverluste auszugleichen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als semipermeable Membran (10) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) ei­ ne positiv geladene Membran verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) austretende Permeat einem Harzbett (23) eines schwach sauren Kationenaustauschers in der H⁺-Form zugeführt und Reinwasser als Perkolat aus dem Harzbett (23) gewonnen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) austretende Permeat einer dritten Umkehrosmoseeinheit (16) zugeführt wird und Reinwasser als Per­ meat aus der dritten Umkehrosmoseeinheit (16) gewonnen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als semiper­ meable Membran (17) der dritten Umkehrosmoseeinheit (16) eine positiv geladene Membran verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Konzentrat aus der dritten Umkehrosmoseeinheit (16) dem Konzentrat aus der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) vor dessen Eintritt in das Harzbett (14, 15) zugeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als semipermeable Membran (10) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) eine negativ geladene Membran verwendet wird.

14. Wasseraufbereitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, umfassend eine erste Umkehrosmoseeinheit (1), die mindestens eine semipermeable Membran (2), welche die Umkehrosmoseeinheit (1) in eine Speisewasserseite und eine Permeatseite unterteilt, einen Speisewas­ sereinlass (3) zur Zufuhr von zu behandelndem Wasser, einen Permeataus­ lass (4) und einen speisewasserseitigen Konzentratauslass (5) aufweist, ein Harzbett (14) eines beladenen schwach sauren Kationenaustauscherharzes, eine zweite Umkehrosmoseeinheit (9), die mindestens eine semipermeable Membran (10), welche die Umkehrosmoseeinheit (9) in eine Speisewasser­ seite und eine Permeatseite unterteilt, einen Speisewassereinlass (11), ei­ nen Permeatauslass (12) für austretendes Reinwasser und einen speise­ wasserseitigen Konzentratauslass (13) aufweist, und eine Verbindungslei­ tung (6), die den Permeatauslass (4) der ersten Umkehrosmoseeinheit (1) mit dem Speisewassereinlass (11) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) verbindet, wobei das Harzbett (14) in der Verbindungsleitung (6) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, das das schwach saure Kationenaustauscherharz mit Alkalimetallionen oder Ammoniumionen, vorzugsweise mit Natriumionen, beladen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Konzentratauslass (13) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) eine Kon­ zentratabflussleitung (7) angeschlossen ist, in der ein zweites Harzbett (15) eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass neben einer ersten Verbindungleitung (6), die den Permeatauslass (4) der ersten Umkeh­ rosmoseeinheit (1) mit dem Speisewassereinlass (11) der zweiten Umkehr­ osmoseeinheit (9) verbindet und in der ein erstes Harzbett (14) eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes angeordnet ist, und einer er­ sten Konzentratabflussleitung (7), die an den Konzentratauslass (13) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) angeschlossen ist und in der ein zweites Harzbett (15) eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes angeordnet ist, eine zweite Verbindungsleitung (6'), die den Permeatauslass (4) der er­ sten Umkehrosmoseeinheit (1) mit dem Speisewassereinlass (11) der zwei­ ten Umkehrosmoseeinheit (9) verbindet und in der das zweite Harzbett (15) angeordnet ist, und eine zweite Konzentratabflussleitung (7'), die an den Konzentratauslass (13) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) angeschlos­ sen ist und in der das erste Harzbett (14) angeordnet ist, vorgesehen sind und in den Verbindungsleitungen (6, 6') und in den Konzentratabflussleitun­ gen (7, 7') vor und nach den Harzbetten (14, 15) Sperrventile eingebaut sind, die so schaltbar sind, dass entweder die Sperrventile in der ersten Ver­ bindungsleitung (6) und in der ersten Konzentratabflussleitung (7) geöffnet und die Sperrventile in der zweiten Verbindungsleitung (6') und in der zwei­ ten Konzentratabflussleitung (7') geschlossen sind oder die Sperrventile in der ersten Verbindungsleitung (6) und in der ersten Konzentratabflussleitung (7) geschlossen und die Sperrventile in der zweiten Verbindungleitung (6') und in der zweiten Konzentratabflussleitung (7') geöffnet sind.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratabflussleitung (7) bzw. Konzentratabflussleitungen (7, 7') mit dem Speisewassereinlass (3) der ersten Umkehrosmoseeinheit (1) verbunden sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Konzentratabflussleitung (7) bzw. den Konzentratabflussleitun­ gen (7, 7') zwischen dem Konzentratauslass (13) und dem Harzbett (14, 15) eine Einrichtung (25) zum Zudosieren von Lauge vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (10) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) eine positiv geladene Membran ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass an den Permeatauslass (12) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) ei­ ne Permeatabflussleitung angeschlossen ist, in der ein Harzbett (23) eines schwach sauren Kationenaustauscherharzes in der H⁺-Form angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch ei­ ne dritte Umkehrosmoseeinheit (16), die mindestens eine semipermeable Membran (17), welche die Umkehrosmoseeinheit (16) in eine Speisewas­ serseite und eine Permeatseite unterteilt, einen Speisewassereinlass (18), einen Permeatauslass (19) für austretendes Reinwasser und einen speise­ wasserseitigen Konzentratauslass (20) aufweist, und eine Zuleitung, die den Permeatauslass (12) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) mit dem Spei­ sewassereinlass (18) der dritten Umkehrosmoseeinheit (16) verbindet.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass die semiper­ meable Membran (17) der dritten Umkehrosmoseeinheit (16) eine positiv geladene Membran ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückleitung (21) den Konzentratauslass (20) der dritten Umkehrosmoseein­ heit (16) mit der Konzentratabflussleitung bzw. den Konzentratabflussleitun­ gen (7, 7') der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) an einer Stelle zwischen dem Konzentratauslass (13) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) und dem Harzbett (14, 15) verbindet.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (10) der zweiten Umkehrosmoseeinheit (9) eine negativ geladene Membran ist.