DE3543661A1 - Verfahren zur aufbereitung von wasser vor einer umkehr-osmoseanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser vor einer Umkehr-Osmoseanlage. Bei solchen Anlagen ohne eine Aufbereitung des Wassers wird die Lebensdauer der Membranen der Umkehr-Osmoseanlage und damit deren Verfügbarkeit durch Fouling und Scaling stark herabgesetzt. Dabei ist unter Fouling eine Verblockung der Membran durch Kolloide und unter Scaling die Ablagerung von verschiedenen im Wasser unlöslichen Verbindungen, wie z. B. CaSO₃, CaSO₄, BaSO₄, SrSO₄, Fe₂O₃ und MnO₂ zu verstehen.

Zur Aufbereitung des der Umkehr-Osmoseanlage zuzuführenden Wassers sind verschiedene Verfahren bekannt, wie z. B. die Ultrafiltration, die Flockungsfiltration oder die Adsorption an Aktivkohle. (siehe die Druckschrift "Seawater, Desalination, veröffentlicht von der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik 1981). Die dort beschriebenen Verfahren erfordern sehr hohe Investitions- und Betriebskosten, sowie einen stark erhöhten Bedienungsaufwand.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, durch eine Vorreinigung des Wassers vor dem Eintritt in die Umkehrosmoseanlage eine Verunreinigung derselben durch die oben angegebenen Stoffe weitgehendst zu verhindern und damit die Lebensdauer der Membranen der Umkehrosmoseanlage wesentlich zu verlängern, wobei der Aufwand und die Kosten für die Anlage gegenüber bekannten Anlagen merklich verringert werden sollen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erindungsgemäß durch ein Verfahren, bei welchem das aufzubereitende Wasser mindestens einer Austauscherkolonne kontinuierlich zugeführt wird, in welcher verschiedene Typen von Ionenaustauschern vorgesehen sind, von denen der eine adsorptiv wirkend ist und der andere selektiv austauschend wirkt und daß das vorgereinigte Wasser nach Durchlaufen der Austauscherkolonne einer Umkehr-Osmoseanlage zugeführt wird in welcher eine Trennung in salzarmes Permeat und stark salzhaltiges Konzentrat erfolgt. Das salzarme Permeat ist als Brauchwasser, Kesselspeisewasser oder gegenbenenfalls nach Zugabe verschiedener Mineralien als Trinkwasser verwendbar, während das salzhaltige Konzentrat in der Regel nicht verwendbar ist. Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich die gesamte Anlage wesentlich verbilligen.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark dissoziierter Anionenaustauscher, z. B. Acrylharz, stark basisch Typ 1 und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark wirkender Ionenaustauscher, z. B. Polystyrolharz, schwach sauer mit Karboxylsäuregruppen sein.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Merkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen 3 und 5 und der Beschreibung des Ausführungsbeispieles zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 die Rohwasserleitung für die Zuführung des zu reinigenden Wassers zur Austauscherkolonne 10 und mit 2 die Verbindungsleitung zwischen Austauscherkolonne und der Umkehrosmoseanlage 18 bezeichnet. Im Verlauf der Leitung 2 ist eine Hochdruckpumpe 17 angeordnet.

Die Austauscherkolonne weist einen oberen Boden mit einem Anschluss für die Rohwasserleitung 1 und einen weiteren Rohranschluß für eine Leitung auf, die sich in drei Leitungen 4, 5 und 6 verzweigt und zu drei Behältern 14, 15 und 16 führt, welche die Regenerationsmittel für die Ionenaustauscher aufnehmen. Im Zuge der Leitungen 4, 5 und 6 sind Pumpen vorgesehen.

Am unteren Boden der Austauscherkolonne ist eine weiterführende Leitung angeordnet. Sie dient zur Abführung der Regenerationsabwässer. Die weiter in den Rohrleitungen erforderlichen Ventile zur Schaltung der gewünschten Betriebsart sind nicht eingezeichnet.

Die Austauscherkolonne 10 enthält in der unteren Partie einen Zwischenboden 11 mit Öffnungen. Auf dem Zwischenboden werden in zwei Schichten der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher 12 und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher 13 eingeschüttet. Die Masse der beiden Ionenaustauscherstoffe wird so gewählt, dass sich je nach der Zusammensetzung des Rohwassers eine optimale Vorreinigung ergibt.

An der Umkehrosmoseanlage 18 ist eine Leitung 3 für die Ableitung des salzarmen Permeats vorgesehen. Schließlich ist am Umkehrosmosemodul eine weitere Leitung 8 angeschlossen, durch welche die Abführung des salzhaltigen Konzentrates möglich ist. An diese Leitung 8 ist eine weitere Leitung 9 angeschlossen, die mit dem Behälter 14 in Verbindung steht, und bei einem Betrieb der Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung eine Einleitung des salzhaltigen Konzentrates über den Behälter 14 in die Austauscherkolonne 10 zur Regeneration der Ionenaustauscherharze ermöglicht.

Die Vorrichtung arbeitet wie im folgenden Beispiel näher beschrieben:

Der lichte Durchmesser der Austauscherkolonne 10 beträgt z. B. ca. 150 mm, die zyl. Mantelhöhe ca. 2500 mm. Die Füllung besteht aus 14 l Amberlite IRA 485 (Acryl- Anionenaustauscher, stark basisch Typ 1) 12 und aus 7 l Amberlite IRC 84 (Acryl-Kationenaustauscher, schwach sauer) 13. Die Schütthöhen betragen entsprechend insgesamt ca. 1200 mm. Die Durchsatzleistung beträgt ca. 350 l/h, was einer linearen Filtergeschwindigkeit von 20 m/h und einer spezifischen Belastung von 16,7 l/hl entspricht.

Als Beladungswasser wurde ein Modellwasser mit einem Kolloidinedx von 5,3 und einem Ba²⁺-Gehalt von 17 mg/l bei einem Gesamtsalzgehalt von 30 000 mg/l eingesetzt.

Bei einer Fahrweise von oben nach unten wurde im aufbereiteten Wasser ein Kolloidindex von 0,8-1,0 und ein Ba²⁺-Schlupf von 0,1 mg/l festgestellt. Die Durchsatzleistung bis zu einem Kl von 2,0 und einem Ba²⁺-Schlupf von 0,5 betrug 2000 Bettvolumina.

Über die Hochdruckpumpe 17 wird das aufbereitete Wasser zu einer Umkehrosmose-Einheit 18 geleitet, in der eine Entsalzung erfolgt und ein Permeat mit einem Gesamtsalzgehalt von ca. 400 mg/l sowie ein Konzentrat mit einem Gesamtsalzgehalt von ca. 58 000 mg/l produziert wird. Dieses Konzentrat wird teilweise in einem Vorratsbehälter 14 als Regenerationsmittel gesammelt.

Die Regeneration des Adsorbers 12 erfolgt mit 10 Bettvolumina des Konzentrates 4 aus dem Vorratsbehälter 14, die Regeneration des Kationenaustauschers 13 mit 2 Bettvolumina einer 2%igen Salzsäurelösung 6 aus dem Vorratsbehälter 15, beide im Abstrom. Für den Kationenaustauscher wurde anschließend eine Konditionierung mit 10%iger CaCl₂-Lösung 6 aus dem Vorratsbehälter 16 durchgeführt. Die Regenerationsabwässer werden über die Leitung 7 abgeführt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser vor einer Umkehr- Osmoseanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Wasser mindestens einer Austauscherkolonne kontinuierlich zugeführt wird, in welcher verschiedene Typen von Ionenaustauschern vorhanden sind, von denen der eine adsorptiv wirkend ist und der andere selektiv austauschend wirkt und daß das vorgereinigte Wasser nach Durchlaufen der Austauscherkolonne einer Umkehr-Osmoseanlage zugeführt wird, in welcher eine Trennung in salzarmes Permeat und stark salzhaltiges Konzentrat erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark dissoziierter Anionenaustauscher, z. B. Acrylharz, stark basisch Typ 1 ist und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark wirkender Ionenaustauscher, z. B. Polystyrolharz, schwach sauer mit Karboxylsäuregruppen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustauscher nach Erschöpfung der Adsorptionsfähigkeit bzw. der Austauschfähigkeit durch Regeneration in mindestens einem Verfahrensschritt in ihren ursprünglichen Zustand zurück gebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regenerationsmittel für den adsorptiven Ionenaustauscher eine Salzsole, z. B. Natriumchlorid- Lösung und für den selektiven Ionenaustauscher eine Säure, z. B. Salzsäure sowie ein Konditionierungsmittel, z. B. Calziumchlorid dienen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Verfahrens in einer Meerwasserentsalzungsanlage als Regenerationsmittel für die Ionenaustauscher das aus der Umkehrosmoseanlage anfallende stark salzhaltige Konzentrat dient.