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Beschreibung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Reinigen und chemische
Regenerieren von Ionenaustauscherharzen, die in einem Kondensatbehandlungssystem
eingesetzt werden. Die Erfindung hat besondere Vorteile, wenn sie in einem Kondensatharz-Behandlungssystem
für eine Kernenergie-Anlage benutzt wird. Im besonderen bezieht sich die Erfindung
auf eine Vorrichtung zum Reinigen und Regenerieren von Ionenaustauscherharzen sowie
ein Verfahren zum Reinigen und Regenerieren von Ionenaustauscherharzen.
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Das in allen Energieerzeugungs-Anlagen benutzte Wasser nimmt nach
und nach mehr Verunreinigungen auf, die aus Korrosions- und Erosionsprodukten, Verunreinigungen
im zufließenden Wasser und, im Falle von Kernenergie-Anlagen>aus Verunreinigungen
von beschädigten Brennstoff elementen bestehen. Um eine zu große Zunahme an Verunreinigungen
in dem Wasser und damit eine Verschmutzung der Komponenten der Energie-Anlage zu
verhindern, wurde es Standard betriebsweise sowohl in mit fossilen als auch mit
Kernbrennstoffen arbeitenden Anlagen Ionenaustauscherharze zu benutzen, um das Kondensat
von der Dampfturbine zu säubern. Weiter werden Ionenaustauscherharze häufig in anderen
Bereichen der Anlage eingesetzt, um Frischwasser herzustellen, das primäre Kühlmittel
durch Seitenstromreinigung zu säubern, das abfließende Abfallwasser zu reinigen
und, im Falle eines Kernreaktors, das Wasser in Lagerbehältern zu reinigen. Diese
Ionenaustauscherharze sind in Entmineralisatoren oder lonenaustauscherbetten enthalten,
die üblicherweise aus zwei Volumenteilen eines Kationenaustauscherharzes und einem
Volumenteil eines Anionenaustauscherharzes oder einer chemisch äquivalenten Mischung
der genannten Harze zusammengesetzt sind.
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Nachdendie Harze in diesen Entmineralisatoren für eine gewisse Zeit
im Betrieb gewesen sind, hat eine außerordentliche Zunahme an Verunreinigungen und
eine Erschöpfung ihrer Ionenaustauschfähigkeiten
stattgefunden.
Wegen der Kosten der lonenaustauscherharze und der Kosten, die durch das Verwerfen
verunreinigter Harze entstehen, ist es unpraktisch, die verbrauchten Harze nach
dieser Betriebszeit bereits zu verwerfen, und gemäß der derzeitigen Praxis werden
die verbrauchten Ionenaustauscherharze daher mittels Ultraschall gereinigt, um die
Verunreinigungen von der äußeren Oberfläche der lonenaustauscherbetten zu entfernen
und chemisch regeneriert, um die Ionenaustauschfähigkeit der Harze wieder herzustellen.
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Obwohl das meiste des in einer Energieerzeugungs-Anlage benutzten
Wassers normalerweise durch das System zurückgeführt wird, treten doch unvermeidbare
Verluste auf durch Lecks in Kappendichtungen, Probenentnahmen und ähnliches. In
mit fossilen Brennstoffen betriebenen Energieerzeugungs-Anlagen wird der durch diese
Verluste bedingte Abwasserstrom zu einem Abfluß geleitet, der normalerweise in die
Umgebung geleitet wird, wenn der Gehalt des Abwasserstromes an gelösten Feststoffen
zu groß ist, um eine wirtschaftliche Rückgewinnung des Wassers zu gestatten. In
Kernenergie-Anlagen ist dies jedoch nicht möglich, da dort der Abwasserstrom normalerweise
radioaktive Nuklide enthält. In einer Kernenergie-Anlage muß daher die Abgabe von
Abwasser an die Umgebung sehr sorgfältig überwacht und gesteuert werden, und häufig
ist die Strahlungsaktivität im Abwasserstrom derart hoch, daß eine Behandlung erforderlich
ist, bevor man den Abwasserstrom in die Umgebung entlassen kann.
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Die normale Praxis besteht darin, den Abwasserstrom zur Wiederverwendung
des Wassers zu reinigen.
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Gegenwärtige Abwasserbehandlungstechniken in Kernenergie-Anlagen schließen
entweder die chemische Entmineralisierung zur Reinigung des Abwasserstromes vor
dem Ablassen oder dem Zurückführen zur Weiterbenutzung oder die Behandlung des Abwasserstromes
in einem Verdampfer ein, in dem ein verwerfbarer fester Abfall entsteht.
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Die Entmineralisierung des Abwasserstromes erzeugt ein sekundäres
Aufbereitungsproblem, wenn die Ionenaustauscherharze im Entmineralisator für den
Abwasserstrom erschöpft sind. Häufig können diese Harze nicht wirtschaftlich gereinigt
werden, so daß man sie
nach nur einmaligem Gebrauch verwirft. Diese
Praxis ist teuer und erzeugt große Mengen festen radioaktiven Abfalls. Die Verdampfung
des Abwasserstromes erzeugt weniger festen Abfall als die Entmineralisierung, doch
sind Verdampfer teuer und verbrauchen große Mengen Energie während ihres Betriebes.
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Diese mit dem Verwerfen des Abfallstromes verbundenen Probleme werden
sehr erschwert, wenn die Ionenaustauscherharze, die normalerweise zum Reinigen des
Kondensates von der Turbine eingesetzt werden, entweder wegen der Ansammlung von
Verunreinigungen oder einer Erschöpfung der Ionenaustauscherfähic3keit eine Regeneration
erfordern. Und dies deshalb, weil nach der gegenwärtigen Praxis das Reinigen der
Oberfläche der Harze mit Ultraschallenergie und das chemische Regenerieren der Harze
zu großen Mengen an radioaktive Verunreinigungen enthaltendem Abwasser führen.
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Bei den Behandlungssystemen für Kondensatharz nach dem Stand der Technik
werden häufig ein Kationenregenerationstank, ein Anionenregenerationstank und ein
Ultraschall-Harzreiniger an verschiedenen Arbeitsstationen aber auf der gleichen
Höhe verwendet.
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Dies erfordert Energie und große Mengen Wasser, um die Harze zu de
einzelnen Arbeitsstationen zu übertragen. Dieses zum Übertragen benutzte Wasser
ist für andere Zwecke nicht länger brauchbar und wird schließlich zum Abwasserstrom
hinzugegeben. Eine andere Quelle von Abwasser in den Behandlungssystemen für Kondensatharz
nach dem Stand der Technik ist die Trägerflüssigkeit, normalerweise Wasser, die
in dem Harzseparator und dem Ultraschall-Harzreiniger benutzt wird. Zusätzlich zur
Erzeugung großer Mengen Abfallwasser weisen die Behandlungssysteme für Kondensatharz
nach dem Stand der Technik keine Einrichtungen auf, um die Verunreinigungen in dem
Bearbeitungsstrom des arzbehandlunyssystems zu konzentrieren. Auf diese Weise werden
feste radioaktive Abfälle, die während der Regneration der Harze entfernt werden,
zusammen mit dem Abwasserstrpm abgelassen. Auch erfordern die Behandlungssysteme
für Kondensatharz nach dem Stande der Technik, in denen die Regeneration der Harze
in getrennten Gefäßen stattfindet,
mehr Bodenraum und eine größere
Anzahl von Tanks und Übertragungsleitungen, die alle zu den Kosten des Harzbehandlungssystems
beitragen.
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Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Behandlungssystem
für Kondensatharz zu schaffen, das die während der Reinigunglder übertragung und
der chemischen Regeneration einer Mischung aus Kationen- und Anionenaustauscherharzen
erforderliche Wassermenge beträchtlich verringert. Weiter soll weniger Bodenraum
und eine geringere Anzahl von Tanks und Übertragungsleitungen erforderlich sein.
Schließlich soll das Behandlungssystem in der Lage sein, Harze zu regenerieren,
bei denen das Verhältnis von Kationen- zu Anionen-Harz in weitem Rahmen variiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man einen gemeinsamen
Tank für die Harztrennung und Anionenaustauscherharz-Regenerierung, der der Einfachheit
halber nachfolgend einfach als Harzseparator bezeichnet wird, einen Ultraschall-Harzreiniger
und einen gemeinsamen Tank für das Harzvermischen und die Kationenaustauscher-Regeneration
schafft, der nachfolgend der Einfachheit halber als Harzmischer bezeichnet wird,
wobei diese drei Komponenten in einer vertikalen Anordnung liegen, die das Reinigen,
Trennen, chemische Regenerieren und Vermischen der Harze in einem einzigen Verarbeitungsstrom
gestattet. Der Harzseparator wird dabei am höchsten Punkt der Anordnung lokalisiert.
Der Ultraschall-Harzreiniger wird unmittelbar unterhalb des Harzseparators angeordnet
und der Harzmischer wird unmittelbar unterhalb des Ultraschall-Harzreinigers angeordnet.
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In der bevorzugten Ausführungsform fließt das Harz aufgrund der Schwerkraft
von dem Harzseparator durch den Ultraschall-Harzreiniger zum Harzmischer im Gegenstrom
zu einer Trägerflüssigkeit, die nahe dem Boden des Harzmischers eingelassen wird
und die nahe dem Oberteil des Harzseparators austritt. Während dieser Zeit wird
Ultraschallenergie auf die durch den Ultraschall-Harzreiniger strömenden Harze angewandt,
um die Verunreinigungen zu entfernen. Die Trägerflüssigkeit führt alle von den Harzen
während der Ultraschallreinigung
gelösten Verunreinigungen mit
sich und überführt sie in den Harzseparator. Nachdem die Harze alle in den Harzmischer
gelangt sind und die entfernten Verunreinigungen und feinteiligen Harzpartikel aus
dem Harzseparator entfernt sind, werden die Harze entweder zur Wiederbenutzung oder
in den Harzseparator zurückgeführt, wenn eine chemische Regeneration erforderlich
ist.
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Um die chemische Regeneration vorzubereiten, werden die Harze unter
Anwendung von Trägerflüssigkeit, die nahe dem Boden des Harzseparators ein- und
nahe dessen oberstem Teil ausgelassen wird, hydroklassifiziert. Diese Hydroklassifizierung
der Harze findet entsprechend ihrer Dichte statt, wobei sich die schwereren Kationenaustauscherharze
im unteren Teil des Separators ansammeln und die leichteren Anionenaustauscherharze
im oberen Teil. Nachdem die Hydroklassifizierung der Harze erfolgt ist, werden die
schwereren Kationenaustauscherharze aus dem Bodenteil des Harzseparators abgelassen
und strömen zum Harzmischer. Ein nahe dem Auslaß des Harzseparators angeordneter
pH-Wert-Sensor schließt ein Ventil am Auslaß, wenn der Sensor feststellt, daß im
wesentlichen alle Kationenaustauscherharze ausgeflossen sind, wodurch die Anionenaustauscherharze
im Harzseparator zurückgehalten werden, während die Kationenaustauscherharze in
den Harzmischer geströmt sind. Die im Harzseparator verbliebenen Anionenaustauscherharze
werden dann durch Zugabe einer bestimmten Menge alkalischer Lösung in den Harzseparator
chemisch regeneriert. Die Kationenaustauscherharze werden durch Zugabe einer bestimmten
Säuremenge zu den im Harzmischer befindlichen Kationenaustauscherharzen regeneriert.
Nach der chemischen Regeneration läßt man die Anionenaustauscherharze aufgrund der
Schwerkraft in den Harzmischer fließen, wo Anionen- und Kationenaustauscherharze
durch Hindurchpressen von Luft durch die wässrige Harzaufschlämmung vermischt werden,
bevor man die Aufschlämmung in das System zur Behandlung von Kondensat zurückführt.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert, in deren einziger Figur schematisch ein Behandlungssystem von Kondensatharz
gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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In dieser Figur ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der sowohl die
Reinigung als auch die chemische Regenerierung der Harze vorgenommen werden kann.
Eine Quelle erschöpften Harzes ist der Harztank 10, der eine typische Entmineralisatoreinheit
repräsentiert.
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Die Leitung 13, die durch das Ventil 14 gesteuert wird, ist mit dem
Oberteil des Tanks zur Zurückführung der regenerierten Harze in den Tank 10 verbunden.
Die durch die Ventile 16 und 24a gesteuerte Leitung 24 ist mit dem Unterteil des
Tanks 10 verbunden, um den Auslaß der erschöpften Harze aus dem Tank 10 zur Behandlung
in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu gestatten. Die Leitung 17 verbindet das
Oberteil des Tanks 10 mit einer Quelle unter Druck stehender Luft, um die Beförderung
der Harze aus dem Tank 10 in die Regenerationsvorrichtung zu bewirken. Die Zuführung
unter Druck stehender Luft durch die Leitung 17 wird durch das Ventil 18 gesteuert.
Eine Entlüftungsleitung 19, die durch das Ventil 20 gesteuert wird, ist mit dem
Oberteil des Tanks 10 verbunden, um den Tank belüften zu können und die Rückführung
gereinigter und regenerierter Harze aus der Regenerationsvorrichtung in den Tank
10 zu erleichtern.
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Die Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in einer vertikalen
Anordnung miteinander verbunden, die das Strömen der Harze aufgrund der Schwerkraft
durch die Behandlungsstufen erleichtert. Diese Anordnung gestattet auch ein kompaktes
Anordnen der Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und beseitigt so das Erfordernis
langer Ubertagungsleitungen und minimalisiert die während der Regeneration erforderliche
Wassermenge, wodurch die Menge an Abwasser, die schließlich behandelt oder verworfen
werden muß, ebenfalls verringert wird. Im Spezifischen schließt die erfindungsgemäße
Vorrichtung einen gemeinsamen Tank für die Harztrennung und die Anionenaustauscherharz-Regeneration
ein, der im folgenden abgekürzt Harzseparator 21 genannt wird, sowie einen Ultraschall-Harzreiniger
22 und einen gemeinsamen Tank für das Vermischen des Harzes und das Regenerieren
des Kationenaustauscherharzes, der im folgenden abgekürzt Harzmischer 23 bezeichnet
wird. Harzseparator, Ultraschall-Harzreiniger und Harzmischer werden in verschiedenen
Höhen
vertikal übereinander und in einer kompakten Konfiguration angeordnet, die die wirksame
Behandlung der Harze erleichtert.
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Der Harzseparator 21 befindet sich in der höchsten Position der Anordnung,
der Ultraschall-Harzreiniger 22 unmittelbar unterhalb des Harzseparators und der
Harzmischer 23 direkt unterhalb des Ultraschall-Harzreinigers 22 in der untersten
Lage. Diese Anordnung gestattet die Ausführung von Reinigung, Trennung, chemischer
Regeneration und Vermischung der Harze in einem einzigen Verfahrensstrom.
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Der Harzseparator 21 kann von irgendeiner geeigneten Art sein, bei
dem die zugeführten Harze durch Hydroklassifikation getrennt und je nach Harztyp
nacheinander abgegeben werden. Der den Harzseparator 21 bildende Tank schließt eine
Behandlungszone ein, in der die Hydroklassifikation der Har stattfindet. Der Boden
des Tanks hat eine konische Form, um die Zuführung des Harzes aus dem Harzseparator
21 in den Ultraschall-Harzreiniger 22 zu erleichtern und einen relativ engen Durchgang
zu schaffen, für eine wirksamere Trennung der Kationen-Harze von den Anionen-Harzen,
wie im folgenden noch näher beschrieben werden wird. Das Harz wird vom Tank 10 dem
Oberteil des Harzseparators zugeführt, um in der Vorrichtung behandelt zu werden.
Wenn erforderlich, wird dem Separator 21 durch die mittels des Ventiles 12 gesteuerte
Leitung 11 frisches Harz aus dem Tank 9 zugeführt.
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Trägerflüssigkeit, die normalerweise Wasser ist, wird1wie durch den
Pfeil 26 angedeutet, im Gegenstrom zu den Harzen im Harzseparator 21 durch die Leitungen
27 und 25, wobei die letzte durch das Ventil 28 gesteuert ist, nahe dem Boden des
Harzseparators 21 eingeleitet. Die Trägerflüssigkeit passiert gleichförmig einen
porösen konisch gestalteten Verteiler 29 und den Boden der Behandlungszone.
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Die Trägerflüssigkeit wird nahe dem Oberteil des Harzseparators 21
in die durch Ventil 53a gesteuerte Leitung 30 abgezogen.
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Ein Auslaß 31 relativ geringen Durchmessers ist am unteren Ende des
konisch geformten Bodens des Harzseparators 21 vorgesehen, um
die
wirksame Trennung der Kationenaustauscherharze von den Anionenaustauscherharzen
zu erleichtern. Ein Ventil 32 befindet sich benachbart dem Auslaß 31, um den Ausgang
der Harze aus dem Harzseparator 21 zu steuern. Während der Hydroklassifikation sammeln
sich die schwereren Kationenaustauscherharze am Boden des Harzseparators 21, und
die leichteren Anionenaustauscherharze sammeln sich im oberen Teil des Harzseparators
21. Wenn das Ventil 32 geöffnet wird, werden die Kationenaustauscherharze daher
zuerst aus dem Harzseparator 21 austreten. Um das Ventil 32 zu schließen, wenn die
Kationenaustauscherharze den Harzseparator 21 verlassen haben, ist ein Ventilsteuerglied
33 mit dem Ventil 32 verbunden. Das Ventilsteuerglied 33 schließt einen pH-Sensor
34 ein, der am Auslaß 31 angeordnet ist, um die Abnahme der Acidität zu überwachen,
die nach vollständigem Austreten der Kationenaustauscherharze aus dem Harzseparator
21 auftritt und zu diesem Zeitpunkt ein Schließen des Ventils 32 zu bewirken.
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Um die chemische Regeneration der Anionenaustauscherharze im Tank
des Harzseparators 21 zu bewirken, wird alkalische Lösung diesem Tank hinzugegeben.
Ein Alkali-Meßtank 35, der eine vorbestimmte abgemessene Menge alkalischer Lösung
enthält, ist daher in einer Höhe oberhalb des Oberteiles des Harzseparators 21 angeordnet.
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Eine Überflußleitung 36 wird in der gewünschten Höhe des Alkali-Meßtanks
angeordnet, um sicherzustellen, daß die vorbestimmte volumenmäßige Menge an Alkalilösung
darin enthalten ist. Die Überflußleitung 36 ist mit einem Lagertank für die Alkalilösung
verbunden. Vom Meßtank 35 wird die Alkalilösung durch die durch das Ventil 38 gesteuerte
Leitung 37 dem Oberteil des Harzseparators 21 zugeführt.
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Um die alkalische Lösung von den Anionenaustauscherharzen nach der
Regenerationsbehandlung zu entfernen, ist eine Spülwasser-Aufgußvorrichtung 39 nahe
dem Oberteil des Harzseparators 21 am Oberteil der Behandlungszone angeordnet. Das
Spülwasser fließt von der Quelle durch die durch das Ventil 41 gesteuerte Leitung
40 zur Vorrichtung 39. Die Alkalilösung wird durch die Leitung 42 nahe dem
Boden
des Harzseparators 21 abgezogen und in einen mit 43 bezeichneten, aber nicht dargestellten
Neutralisationstank geführt. Die Strömung durch die Leitung 42 wird durch das Ventil
44 gesteuert.
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Trägerflüssigkeit und fester Abfall werden am Auslaß 31 aus dem Harzseparator
21 herausgelassen. Die Leitung 45, die durch die Ventile 47 und 48 gesteuert ist,
führt zu einem nicht dargestellten Tank 46 für hochleitfähigen Abfall. Gas aus dem
Harzseparator 21 wird durch die Entlüftungsleitung 49 am Oberteil des Harzseparators
21 abgelassen.
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Die Trägerflüssigkeits-Abzugsleitung 30 befindet sich nahe dem Oberteil
des Harzseparators 21, und sie ist mit einem System zur Behandlung von Abwasser
verbunden. In der dargestellten Form schließt dieses Abwasserbehandlungssystem eine
Senkgrube 50 ein, in die sich die Abzugsleitung 30 entlädt sowie eine Pumpe 51 und
ein Filter 52. In der Leitung 30 befindet sich ein Ventil 53a zur Steuerung der
Strömung durch diese Leitung. Das aus dem Filter 52 abgegebene behandelte Abwasser
wird einem nicht dargestellten Proben- und Haltetank 53 zugeführt. Die Drainageleitung
45 ist mit der Drainageleitung 30 verbunden, wenn das Ventil 47 geöffnet und das
Ventil 48 geschlossen is-t, so daß die Entladung durch die Leitung 45 selektiv entweder
in den Tank 46 für hochleitfähigen Abfall oder die Senkgrube 50 erfolgen kann, je
nach dem Cehalt des Abgelassenen.
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Die beim Stand der Technik mit der Obertragung von Harzen über eine
beträchtliche Distanz zum und von einem Ultraschall-Harzreiniger verbundenen Probleme,
einer Operation, die große Mengen Wasser erforderte, werden durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Ultraschall-Harzreiniger 22 in einer Position
unmittelbar unterhalb des Harzseparators 21 angeordnet ist. Dies gestattet ein einfaches
Strömen des Harzes aufgrund dz Schwerkraft zwischen den Behandlungsstufen.
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Der Ultraschall-Harzreiniger 22 kann von irgendeiner geeigneten Art
sein, die Ultraschallenergie auf die Harze anwendet, um die darauf befindlichen
Verunreinigungen zu lösen. Ein zur Verwendung
in der vorliegenden
Erfindung besonders geeigneter Ultraschall-Harzreiniger ist in den US-PS 3 822 055
und 3 849 196 beschrieben.
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Der Ultraschall-Harzreiniger 22, der gemäß der Lehre der vorgenannten
US-PS konstruiert ist, umfaßt ein Gehäuse 54, das eine Ultraschall-Reinigungszone
begrenzt. Eine Vielzahl von Ultraschall-Umwandlern 55 ist entlang der Seite des
Gehäuses 54 angeordnet und daran befestigt, um Ultraschallenergie zu liefern und
die Reinigung der aufgrund der Schwerkraft durch das Gehäuse bewegten Harze zu bewirken.
Trägerflüssigkeit, die normalerweise Wasser ist, wird dem Ultraschall-Harzreiniger
22 im Gegenstrom zu den hindurchfallenden harzen zugeführt. Die Trägerflüssigkeit
für diesen Zweck entstammt der Wasserquelle 26, die durch die Leitung 27 geführt
wird, die nahe dem Boden mit dem Harzmischer 23 verbunden ist. Zur Steuerung der
Strömung durch die Leitung 27 dient das Ventil 56. Die Trägerflüssigkeit strömt
aus der Leitung 27 durch den Harzmischer 23, den Ultraschall-Harzreiniger 22, das
offene Ventil 32 und den Harzseparator 21 und verläßt diesen durch die Drainage-
bzw. Abflußleitung 30. Der Gegenstrom von Trägerflüssigkeit und Harzen im Ultraschall-Harzreiniger
22 dient sowohl zur Ausdehnung des Volumens des Harzbettes in der Reinigungszone
als auch dem Mitführen der von der Oberfläche der Harze gelösten Verunreinigungen.
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Die Querschnittsfläche des Harzseparators 21 ist sehr viel größer
als die des Ultraschall-Harzreinigers 22, so daß mit dem Eintreten der Trägerflüssigkeit
aus dem Ultraschall-Harzreiniger 22 in den Boden des Harzseparators 21 eine beträchtliche
Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit eintritt. Dies gestattet
das Ansammeln der Verunreinigungen, die von der Trägerflüssigkeit aus dem Ultraschall-Harzreiniger
22 mitgenommen worden sind, im Harzseparator 21.
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Der Harzmischer 23 ist direkt unterhalb des Ultraschall-Harzreinigers
22 angeordnet, so daß die mit Ultraschall gereinigten Harze
aus
dem Ultraschall-Harzreiniger 22 direkt durch die Schwerkraft in den Harzmischer
23 gelangen. Um die Kationenaustauscherharze im Harzmischer 23 chemisch zu regenerieren,
werden Einrichtungen vorgesehen, um eine geeignete Säure dem Harzmischer 23 zuzuleiten.
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Für diesen Zweck ist ein Säure-Meßtank 60 vorgesehen. Eine Überflußleitung
61 in der erwünschten Höhe des Säure-Meßtankes 60 sorgt dafür, daß jeweils eine
vorbestimmte Volumenmenge der Säure in diesem Tank enthalten ist. Die Überflußleitung
61 ist mit einem nichtdargestellten Säure-Lagertank verbunden. Die Säure aus dem
Meßtank 60 strömt durch die Leitung 62, die durch das Ventil 63 gesteuert wird,
zum Oberteil des Harzmischers 23.
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Um die Säure nach der Regenerationsbehandlung von den Kationen-Harzen
abzuspülen, ist eine Spülwassereinrichtung 64 nahe am Oberteil des Hazmischers 23
zu Beginn oben an der Behandlungszone des Harzmischers angeordnet. Diese Sprüheinrichtung
64 erhält das Spülwasser aus einer Quelle von Spülwasser 26 durch die Leitungen
27 und 65. Die Leitung 65, die durch das Ventil 66 gesteuert ist, führt das Spülwasser
in den Oberteil des Harzmischers 23.
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Um die für die Regeneration der Kationenaustauscherharze benutzte
Säure von dem Harzmischer 23 abzuziehen, ist eine Drainageleitung 67 vorgesehen.
Diese Drainageleitung beginnt nahe dem Auslaß 68 des Harzmischers 23 und ist mit
einem nichtdargestellten Neutralisationstank 43 verbunden, in den die abgezogene
Säure überführt wird. Ein Ventil 69 steuert die Strömung durch die Leitung 67.
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Zum Abziehen der Trägerflüssigkeit aus dem Harzmischer 23 nach Beendigung
der Ultraschall-Harzreinigung ist eine zweite Drainageleitung 70 nahe dem Auslaß
68 des Harzmischers 23 vorgesehen. Die Trägerflüssigkeit wird von nahe dem Auslaß
68 durch die Leitungen 70 und 71 in die Senkgrube 50 des Abwasserbehandlungssystems
geleitet. Ein Ventil 73 steuert die Strömung in der Leitung 70.
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Die Trägerflüssigkeit kann auch vom Oberteil des Harzmischers 23 durch
die Leitung 73 abgezogen werden, die ebenfalls in die Senkgrube
50
führt. Die Steuerung der Strömung durch die Leitung 73 erfolgt durch ein Ventil
74.
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Druckluft aus einer mit 76 angedeuteten Quelle wird durch die Leitung
75 dem Oberteil des Harzmischers 23 zugeführt, um die Übertragung der Harze aus
dem Harzmischer 23 wie erforderlich zu bewirken. Ein Ventil 77 steuert die Strömung
der Luft durch die Leitung 75. Eine Entlüftungsleitung 78 ist auch mit dem Oberteil
des Harzmischers 23 verbunden, in der ein Ventil 79 für die Steueruny der Entlüftung
sorgt.
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Um das Vermischen der Anionen- und Kationenaustauscherharze in dem
l1arzmischer 23 nach dem Reinigen und Regenerieren vorzunehmen, ist eine Luftleitung
80 mit dem Boden des Harzmischers nahe dem Auslaß 68 verbunden. Eine geeignete Quelle
für Druckluft, die mit 81 angedeutet ist, führt Druckluft durch die Leitung 80 in
den Boden des Harzmischers 23. Ein Ventil 82 steuert die Luftströmung durch die
Leitung 80.
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Das behandelte Harz wird aus dem Harzmischer 23 in die Leitung 83
abgegeben, die durch das Ventil 84 gesteuert ist und von dort aus entweder in den
Harztank 10 übertragen, wenn das Ventil 16 geöffnet ist oder in den Harzseparator
21, wenn das Ventil 24a offen ist.
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Ein Ventil 84 sorgt für die Steuerung der Strömung durch die Leitung
83.
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Wenn es erwünscht ist, daß die Harze in dem Tank 10 gereinigt und
chemisch regeneriert werden sollen, dann werden alle Ventile des Kondensatbehandlungssystems
mit Ausnahme der Ventile 32, das zwischem dem Harzseparator 21 und dem Ultraschall-Harzreiniger
22 liegt, und 47 und 53a geschlossen, die die Strömung der Trägerflüssigkeit in
die Senkgrube 50 durch die Leitungen 45 bzw. 30 steuern. Das Ventil 79 zum Abgeben
von Gas in die Leitung 78 ist ebenfalls offen. Dann öffnet man das Ventil 56, um
den Harzmischer 23 und den Ultraschall-Harzreiniger 22 mit Wasser zu füllen, bis
das Wasser in die Drainageleitung 45 überströmt. Danach schließt man
die
Ventile 32 und 56 und überträgt den Inhalt des Harztankes 10 in den Harzseparator
21. Diese Übertragung der verbrauchten Harze aus dem Harztank 10 erfolgt durch Öffnen
der Luftzufuhrventile 18, 16 und 24a in Leitung 24, damit die Druckluft in das Oberteil
des Tanks 10 eintreten und die darin enthaltenen Harze durch die Leitung 24 in den
Oberteil des Harzseparators 21 drücken kann. Nach Beendigung der übertragung werden
die Ventile 18, 16 und 24a wieder geschlossen.
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Nachdem die Harze in den Harzseparator 21 übertragen worden sind,
wird das Ventil 32 geöffnet, um der Mischung aus Anionen- und Kationenaustauscherharzen
das Fließen durch den Ultraschall-Harzreiniger 22 zum Harzmischer 23 zu gestatten.
Gleichzeitig wird das Ventil 56 geöffnet, um eine Zufuhr von Trägerflüssigkeit in
Form von Wasser aus der Wasserquelle 26 durch die Leitung 27 zum Boden des Harzmischers
23 zu haben. Das Ventil 53a ist offen geblieben und gestattet den Auslaß der Trägerflüssigkeit
in die Senkgrube 50 des Abwasserbehandlungssystems. Die Trägerflüssigkeit strömt
durch den Harzmischer 23, den Ultraschall-EIarzreiniger 22 und den harzseparator
21 im Gegenstrom zu den durch die Schwerkraft vom harzseparator 21 nach unten sinkenden
Harze nach oben. Die Trägerflüssigkeit wird durch die Drainageleitung 30 nahe dem
Oberteil des Harzseparators 21 abgelassen und strömt in die Senkgrube 50, von wo
aus sie durch das Abwasserbehandlungssystem regeneriert und schließlich in den Proben-
und Haltetank 53 geleitet wird. Gleichzeitig mit dem Gegenstrom von Harz und Trägerflüssigkeit
wird der Ultraschall-Harzreiniger eingeschaltet, wodurch Energie an die Umwandler
55 geleitet wird, um die Verunreinigungen von den durch den Ultraschall-Harzreiniger
22 strömenden Harzen zu entfernen.
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Diese Verunreinigungen werden durch die Trägerflüssigkeit in den Harzseparator
21 getragen. Der gegenüber dem Ultraschall-Harzreiniger 22 beträchtlich vergrößerte
Querschnitt des Harzseparators 21 führt zu einer Verringerung der Trägerflüssigkeitsgeschwindigkeit
im Harzseparator. Dadurch sammeln sich die im Ultraschall-Harzreiniger entfernten
Verunreinigungen und zerbrochenen und feinteiligen Harzpartikel im Harzseparator
21.
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Nachdem die gesamten Harze durch Schwerkraft aus dem Harzseparator
21 durch den Ultraschall-Harzreiniger 22 zum Harzmischer 23 übertragen worden sind
und die Reinigung beendet ist, wird der Ultraschall-Harzreiniger 22 abgeschaltet,
die Ventile 32 und 56 werden geschlossen und das Ventil 47 geöffnet, um die Trägerflüssigkeit
einschließlich der im Harzseparator 21 gesammelten Verunreinigungen durch die Leitung
45, das offene Ventil 53a in die Senkgrube 50 vorzunehmen. Wenn die Art der Verunreinigungen
derart ist, daß sie besser in den Tank 46 für hochleitfähigen Abfall übertragen
werden, dann erfolgt dies auf einfache Weise durch Schließen des Ventils 53a und
Öffnen des Ventils 48.
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Danach werden die Ventile 47, 48 und 53a geschlossen. Die Ventile
84 und 24a werden geöffnet, um eine Übertragung aus dem Boden des Harzmischers 23
zum Oberteil des Harzseparators 21 durch die Leitungen 83 und 24 zu ermöglichen.
Gleichzeitig wird das Ventil 77 geöffnet, um Luft aus der Quelle 76 in den Oberteil
des Harzmischers 23 eintreten zu lassen, damit die Harze aus dem Harzmischer 23
in den Harzseparator 21 gedrückt werden. Nachdem die Harze in den Harzseparator
21 übertragen worden sind, werden die Ventile 84, 24a und 77 geschlossen.
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Wenn die Harze eine große Menge an Verunreinigungen mit sich tragen,
dann mag es erforderlich sein, sie nochmals durch den Ultraschall-Harzreiniger 22
zu schicken. Dies erfolgt durch einfaches Wiederholen der vorbeschriebenen Reinigung
und danachffiolgendes Zurückführen der Harze in den Harzseparator wie oben beschrieben.
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Danach wird die Hydroklassifikation der Harze im Harzseparator 21
ausgeführt. Dies erfolgt durch Öffnen des Ventils 28, um eine Trägerflüssigkeitsströmung
in den Boden des Harzseparators 21 zu schaffen und durch öffnen des Ventils 53a.
Nachdem die Trägerflüssigkeit durch die Leitung 30 überzuströmen beginnt, wird das
Ventil 28 so eingestellt, daß die Trägerflüssigkeit mit einer Aufwärtsgeschwindigkeit
von etwa 90 cm/min in den Harzseparator 21 strömt. Diese Trägerflüssigkeitsströmung
reicht aus, um das Volumen
der Harze um etwa 25 % auszudehnen.
Die Hydroklassifikation der Harze findet in etwa 5 Minuten statt, wobei die Kationenaustauscherharze
eine Schicht am Boden des Harzseparators aufgrund ihrer größeren Dichte bilden-und
die Anionenaustauscherharze sich im oberen Teil des Harzseparators 21 oberhalb der
Kationenaustauscherharze ansammeln.
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Nachdem die Hydroklassifikation der Harze stattgefunden hat, werden
die abgetrennten Kationenaustauscherharze vom Boden des Harzseparators 21 durch
öffnen des Ventiles 32 abgetrennt, indem man sie aufgrund der Schwerkraft durch
den Ultraschall-Harzreiniger 22 zum Harzmischer 23 strömen läßt. Wie im Falle der
gerade beschriebenen Reinigung gestattet die kompakte vertikale Anordnung von Harzseparator,
Ultraschall-Harzreiniger und Harzmischer die Übertragung der Kationenaustauscherharze
aufgrund der Schwerkraft in den Harzmischer unter Vermeidung des Einsatzes einer
beträchtlichen Menge von Übertragungsflüssigkeit, die erforderlich wäre, wären die
genannten Teile nicht in der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen.
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Wenn die Grenzfläche zwischen den getrennten Kationen- und Anionenaustauscherharzen
den Boden des Harzseparators 21 erreicht, dann zeigt der pH-Sensor 34 die Abnahme
der Acidität an und schließt über das Ventilsteuerglied 33 automatisch das Ventil
32. Dadurch werden die Anionenaustauscherharze wirksam im Elarzseparator 21 und
die Kationenaustauscherharze im Harzmischer 23 isoliert.
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Nachdem die Anionen- und Kationenaustauscherharze in der beschriebenen
Weise voneinander isoliert worden sind, wird die chemische Regeneration dieser Harze
eingeleitet. Die Anionenaustauscherharze im Harzseparator 21 werden dadurch chemisch
regeneriert, daß man den Meßtank 35 für alkalische Lösung füllt, bis diese durch
die Überflußleitung 36 überströmt. Das Ventil 38 wird dann geöffnet, um den gesamten
Inhalt des Tanks 35 in den Harzseparator 21 zu überführen und das Anionenaustauscherharz
in dem Harzseparator 21 chemisch zu regenerieren. Nach der Übertragung wird das
Ventil 38 geschlossen. Nach Beendigung der Regeneration wird die verbrauchte
Lösung
durch die Leitung 42 zum Neutralisationstank 43 durch Öffnen des Ventils 44 abgezogen.
Nach Beendigung des Abziehens der verbrauchten Lösung wird das Ventil 44 wieder
geschlossen.
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Die regenerierten Anionenaustauscherharze werden dann mit Wasser gespült,
um restliche alkalische Lösung davon zu entfernen. Dies erfolgt durch öffnen des
Ventiles 41, damit Spülwasser von der Quelle 26 zum Sprüher 39 gelangt, der nahe
dem Oberteil des Harzseparators 21 angeordnet ist. Das mit restlicher alkalischer
Lösung vermischte Spiilwasser wird dann ebenfalls durch die Leitung 42 durch öffnen
des Ventils 44 in den Neutralisationstank 43 abgelassen. Um die vollständige Entfernung
der alkalischen Lösung sicherzustellen, wird der Harzseparator 21 üblicherweise
dreimal mit Spülwasser gefüllt und dieses dann jeweils in den Neutralisationstank
abgezogen oder man spült, bis keine berächtliche Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit
des Spülwassers als Ergebnis des über die Anionenaustauscherharze im Harzseparator
21 Strömens mehr auftritt. Nach Beendigung der Spüloperation werden die Ventile
41 und 44 geschlossen.
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In ähnlicher Weise werden die Kationenaustauscherharze im Harzmischer
23 chemisch regeneriert. Der Säure-Meßtank 60 wird mit einer geegneten Säure gefüllt,
bis die Säure durch die Uberfluß leitung 21 überströmt. Dann öffnet man das Ventil
63, um die abgemessene Menge an Säure durch die Leitung 62 in den Harzmischer 23
zu überführen. Nach dieser Überführung wird das Ventil 63 geschlossen. Nach der
chemischen Regeneration der Kationenaustauscherharze wird das Ventil 69 geöffnet,
um die Säure durch die Leitung 67 in den Neutralisationstank 43 abzulassen, und
danach schließt man das Ventil 69 wieder. In einer ähnlichen Weise wie bei den Anionenaustauscherharzen
werden die Kationenaustauscherharze dann gespült, indem man das Ventil 66 öffnet
und dadurch Spülwasser dem Sprüher 64 aus der Quelle 26 durch die Leitungen 27 und
65 zuleitet. Das Spülwasser mit restlicher darin enthaltener Säure wird durch die
Leitung 6i durch öffnen des Ventiles 69 ebenfalls in den Neutralisationstank abgezogen.
Wie im Falle der Anionenaustauscherharze wird der Harzmischer üblicherweise dreimal
mit Spülwasser
gefüllt und dieses jeweils in den Neutralisationstank
abgezogen oder so oft, bis keine beträchtliche Veränderung in der elektrischen Leitfähigkeit
des Spülwassers mehr auftritt. Nach Beendigen der Spüloperation werden die Ventile
66 und 69 geschlossen.
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Die alkalische ebenso die Säurelösung werden in den gleichen Neutralisationstank
43 abgezogen, wo sie sich teilweise gegenseitig neutralisieren. Zu dem Ausmaße,
wie der Inhalt des Tanks 43 dann entweder alkalisch oder sauer ist, kann ein geeignetes
Neutralisationsmittel hinzugegeben werden.
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Nach Beendigung der chemischen Regeneration wird das Ventil 32 geöffnet,
wodurch man die Anionenaustauscherharze aus dem Harzseparator 21 durch den Ultraschall-Harzreiniger
22 in den Harzmischer 23 fallen läßt. Danach schließt man das Ventil 32. Die chemisch
regenerierten Harze werden dann im Harzmischer 23 durch öffnen des Ventiles 79 in
Leitung 78 und des Ventiles 82 in der Leitung 80 vermischt, wobei die Luft durch
die Leitung 78 und das offene Ventil 79 den Tank 23 verläßt. Die in den Boden des
Harzmischers eintretende Druckluft steigt durch die wässrige Aufschlämmung der Harze
und verursacht dabei eine Turbulenz, mit der die Harze wirksam vermischt werden.
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Nach dem zufriedenstellenden Vermischen der Harze im Harzmischer 23
werden die Ventile 79 und 82 geschlossen.
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Danach überträgt man die Harze zurück in den Tank 10 durch öffnen
der Ventile 84 und 14, um einen Weg vom Boden des Harzmischers 23 durch die Leitungen
83, 24 und 13 zum Oberteil des Harztanks 10 zu schaffen, indem man das Ventil 77
öffnet, um Druckluft aus der Quelle 76 durch die Leitung 75 in den Harzmischer 23
zu leiten und die wässrige Aufschlämmung der Harze aus dem Harzmischer 23 in den
Harztank 10 zu drücken, wobei man auch das Ventil 20 zum Entlüften des Tanks 10
öffnet. Nach Beendigung der Übertragung werden die Ventile 84, 14, 77 und 20 wieder
geschlossen.
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Wenn aus irgendeinem Grunde die Art der Harze nur eine chemische Regeneration
erfordert, dann wird die oben beschriebene Stufe des
Ultraschallreinigens
weggelassen, und die Harze werden im Harzseparator 21 einfach hydroklassifiziert,
wie vorstehend beschrieben, und dann getrennt, so daß die Kationenaustauscherharze
in den Harzmischer 23 strömen und die Anionenaustauscherharze im Harzseparator 21
verbleiben. Die chemische Regeneration der getrennten Harze erfolgt dann wie oben
beschrieben.
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Durch Schaffen der kompakten vertikalen Anordnung nach der vorliegenden
Erfindung wird die Menge an erforderlichem Ubertragungswasser und somit die Menge
an anfallendem Abfallwasser von etwa 38 000 Liter (entsprechend 10 000 Gallonen)
auf weniger als etwa 3 800 Liter (entsprechend 1 000 Gallonen) verringert. Die Anordnung
der Komponenten nach der vorliegenden Erfindung erfordert auch weniger Bodenraum
und weniger Übertagungsleitungen. Schließlich gestattet die erfindungsgemäße Vorrichtung
auch die Verwendung des Harzseparators als Regenerationstank für das Anionenaustauscherharz
und die Verwendung des Harzmischers als Regenerationstank für das Kationenaustauscherharz.
Die Kombination der Trägerflüssigkeitsströmung durch den Ultraschall-Harzreiniger
22 und den Harzseparator 21 trägt weiter zur Verringerung der Menge erzeugten Abwassers
bei.