DE4019900A1

DE4019900A1 - Vorrichtung fuer ionenaustauscher

Info

Publication number: DE4019900A1
Application number: DE4019900A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl Ing Blank
Original assignee: Individual
Current assignee: BLANK, WINFRIED, 72555 METZINGEN, DE
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-01-02
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: DE4019900C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Ionenaustauschfilter.

Eine solche Vorrichtung ist in der DE-PS 25 55 131 beschrieben. Eines für das Kationenharz und das andere für das Anionenharz. Man hat also zunächst einmal zwei Türme stehen, die Platz brauchen. Auch ist der apparative Aufwand groß. Zur Regenerierung des Anionenharzes und auch des Kationenharzes sind Flüssigkeiten notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die diesbezüglichen Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nunmehr an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Ein kreiszylindrischer Behälter 11 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 gleichen Durchmesser. Innerhalb des Behälters 11 ist ein Boden 14 vorgesehen, der flüssigkeitsdicht ist und in nach beiden Seiten durchlässige Düsen 16 flächenmäßig gleich verteilt sind.

Unterhalb des Bodens 14 ist ein weiterer Boden 17 ebenfalls in einer Durchmesserebene angeordnet, der an sich flüssigkeitsdurchlässig 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, so daß jede Düse 18 vom gleichen Druck beaufschlagt wird. Zwischen den Böden 14, 17 ist ein Raum 21 vorgesehen, in dem Anionenharz aufgeschüttet ist, und zwar ohne Pressung und bis zu einem Pegel 22, der einen Abstand vom Boden 14 hat und auch einen Abstand vom unteren Bereich der Düsen 18 hat. Auch der Raum 23 dient über die ganze Breite des Behälters 11 als Druckausgleichszone. Das Anionenharz im Raum 21 liegt in der Chlorid- oder Sulfatform vor oder aber in einer Kombination von beiden. Je nach Anforderung 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 bei Sulfat- oder Chlorid-reicheres Fertigwasser haben will. Verwendet man zwei Behälter 11 und läßt den einen Raum 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 Kationenharz aufgeschüttet. Der darüberliegende Raum 27 ist frei von Harz.

Oberhalb der Düsen 16 ist ein Drainagerohr-System 28 vorgesehen, das sich über den gesamten Querschnitt des Behälters 11 gleichmäßig verteilt und über eine Leitung 29 an einen Differenzleitwert-Messer 31 angeschlossen ist. Knapp unterhalb des Pegels 26, mit einem Abstand von etwa 20 bis 50 cm, ist ein zweites Drainagerohr- System 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. 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 einem 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 Differenzleitwert-Messer 31 mit einem zweiten Differenzleitwert-Messer 48 verbunden.

Das Drainagerohrsystem 28 ist im Kationenharz oberhalb des Bodens 24 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 Drainagerohr-Systems vergleicht, kann man den Differenzleitwert ermitteln und feststellen, inwieweit das Kationenharz erschöpft ist.

An die Leitung 29 ist eine Leitung 49 angeschlossen, in der ein Ventil 51 liegt. Es folgt ein 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 Rohwassertank 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 Anionenharz 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 alle 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.

In den diversen Funktionen verhält sich die Erfindung wie folgt:

Am Ende eines Laufzeitzyklus ist das Anionenharz, das ja die Nitrate austauscht, erschöpft und ist voller Nitrate. Man läßt nun Regenerierwasser über die Leitung 66 einströmen und mischt dieses in 68 mit HCl. Es ist 71 und 72 dabei offen. Ebenso 39, 51 und 58. Die HCl steigt also im Anionenharz nach oben, und hierdurch wird Salpetersäure erzeugt. Diese dient nun dazu, das nachgeschaltete Kationenharz mit zu regenerieren. Dieser Regeneriervorgang ist kostenlos, weil die Regenerationsflüssigkeit bei dem Regenerieren des Anionenharzes mit produziert wird.

Würde man mit H₂SO₄ in der Regeneration anfangen, dann würde die Regenerationsflüssigkeit für das Kationenharz ebenfalls automatisch erzeugt. Dem Injektor 68 wird 30%ige HCl zugeführt und im Injektor auf 6% verdünnt. H₂SO₄ wird mit einer Konzentration von 96 bis 98% zugeführt und im Injektor 68 auf weniger als 10% verdünnt.

Die regenerierende Säure steigt nun im Behälter 11 hoch und fließt über das Drainagerohr- System 32 in den Recyclingbehälter 42. Erst wenn der Leitwertmesser 38 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 wird erst dann beendet, wenn 36 eine geringe Leitfähigkeit anzeigt. Bis unterhalb 32 wird durch die aufsteigende Säure ohnehin regeneriert. Mit dem Recycling wird nur die oberste Lage des Kationenharzes regeneriert, das heißt mit dem Teil der Flüssigkeit, die sonst unwirtschaftlich in die Neutralisation geleitet würde.

Eine Leitung 74 nach dem Differenzleitwert-Messer 48 führt zum Rohwassertank 64. Es fließen dort größenordnungsmäßig 100 l/Stunde, und dieses Wasser wird nicht - wie sonst - in den Abwasserkanal geführt. Vielmehr wird dieses Wasser dem Rohwassertank 64 zugeführt. Der Rohwassertank 64 hat drei Funktionen:

Durch den Rohwassertank hat man einen konstanten Betriebsdruck. Man ist vom Druck des Stadtwassernetzes unabhängig, und damit verhindert man schwankende Wasserqualität.

Weiterhin nimmt der Rohwassertank 64 den obenerwähnten Wasserstrom auf, den die Differenzleitfähigkeits-Messer benötigen.

Zum Dritten wird das Wasser aus dem Rohwassertank 64 in nicht gezeichneter Weise nach der Regeneration dem Verteilersystem 37 zugeführt. Sollten sich oberhalb des Drainagerohr-Systems 32 noch Säurereste befinden, dann können diese nichts schaden, denn das Rohwasser 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 enfach nicht behandelt, und ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auch diese oberste Schicht bakterienfrei bleibt.

Es wird nun die Bedeutung des Chlorid-Verschnitts erläutert: In der Leitung 49 fließt entkationisiertes Wasser oder entkarbonisiertes Wasser. In diesem ist durch den Austausch mit dem Kationenharz im Raum 24 Chlorid enthalten. Bislang hatte man immer Probleme mit der Nitratentfernung, und erst seit kurzer Zeit kann man Nitrat richtig entfernen. Man hat bislang das Rohwasser von einem Kationenaustauscher zu einem Anionenaustauscher geleitet. Das Problem war nun, daß am Anfang der Laufzeit, das heißt also unmittelbar nach der Regeneration, der Nitratgehalt fast völlig entfernt war, nicht jedoch die Sulfate, und es war ein erhöhter Chloridgehalt vorhanden. Nach etwa 50% der Laufzeit geht der Chloridgehalt im Stand der Technik zurück, und das Sulfat bricht langsam durch. Mit dem Sulfat steigert sich dann später auch der Nitratgehalt. Man erhielt dadurch ein Mischwasser, bei dem der Sulfat- und Chloridgehalt nicht gestimmt hat. Man hatte also ein Problem gelöst und dafür zwei geschaffen.

Gemäß der Erfindung hat das in der Leitung 57 herausfließende Wasser einen sehr niederen Nitratgehalt, und es sind dort auch noch Sulfate vorhanden. Man kann nun am Punkt 54 je nach Stellung der Ventile 53, 61 die beiden Wasserströme verschneiden und so ein Fertigwasser nach eigenen Vorstellungen des Fachmanns z. B., des Braumeisters, erzielen.

Falls der Raum 21 kleiner als beim Ausführungsbeispiel gemessen wird, kann man auch von der kreiszylindrischen Gestalt des Behälters abweichen. Der Behälter um den Raum 21 herum kann einen kleineren Durchmesser haben als der Behälter um den Raum 24 herum.

Claims

1. Vorrichtung für ein Ionenaustauschfilter,
mit einer Rohwasser-Zufuhr,
mit einer Fertigwasser-Abfuhr,
mit einem ersten Behälter für Kationen-Harz,
mit einem zweiten Behälter für Anionen-Harz,
mit Trennböden in den Behältern,
mit einer Differenzleitfähigkeits-Meßvorrichtung und
mit einer Gegenstrom-Regeneriervorrichtung, wobei beide Behälter Regenerierstrom-mäßig hintereinandergeschaltet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter im Regenerierstrom stromauf vom ersten Behälter liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter und der zweite Behälter als ein gemeinsamer Behälter ausgeführt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter über dem zweiten Behälter steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter vom zweiten Behälter durch einen ersten Düsenboden getrennt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Düsenboden sich über die gesamte Breite der Behälter erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz im ersten Behälter ohne Druck lose aufgeschüttet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz im zweiten Behälter ohne Druck aufgeschüttet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter zum Regenerierstrom stromauf durch einen zweiten Düsenboden abgegrenzt ist und von dem zweiten Düsenboden ein Druckausgleichsraum vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Behälter stromauf an eine Säure-Zufuhrvorrichtung angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrvorrichtung eine Mischvorrichtung umfaßt, an die eine Regenerierwasser-Zufuhrleitung und ein Säure-Zumeßbehälter angeschlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zumeßbehälter für HCl ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Zumeßbehälter für H₂SO₄ ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung ein Injektor ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohwassertank sowohl mit dem Eingang des ersten Behälters als auch dem Ausgang des zweiten Behälters verbunden ist und zumindest in der Leitung vom Ausgang zum Rohwassertank ein Absperrventil liegt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang zumindest einer Differenzleitfähigkeits-Meßvorrichtung mit dem Rohwassertank verbunden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß für einen Teilstrom Kationen-ausgetauschten Wassers vorgesehen ist, daß dieser Anschluß zur Fertigwasser-Abfuhr geführt ist und daß der Teilstrom einstellbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß mit einem ersten Drainagerohr-System verbunden ist, das sich zumindest über einen Teil des Querschnitts des Behälters erstreckt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß nach dem Raum für das Kationenharz liegt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Drainagerohr- System und der Anschluß vor dem Düsenboden angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom ein Mengeneinstell-Glied durchströmt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl vor als auch nach dem ersten Düsenboden eine Differenzleitfähigkeits-Meßvorrichtung vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Drainagerohr- System zu Beginn des Kationenharzes vorgesehen ist, daß dieses an einen Recyclingtank angeschlossen ist, daß der Recyclingtank an eine Pumpvorrichtung angeschlossen ist und daß die Pumpvorrichtung einen Verteiler speist, der oberhalb des zweiten Drainagerohr-Systems liegt und zumindest auf der Höhe der Rohwasser-Zufuhr liegt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Behälter und der zweite Behälter getrennte Behälter sind, die über eine Leitung miteinander verbunden sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischvorrichtung eine Pumpe und ein statischer Mischer ist.