DE4019900A1 - Compact ion-exchange filter - in which acid flows upwards in reverse direction through anion unit and is converted to second acid suitable for regenerating cation unit - Google Patents
Compact ion-exchange filter - in which acid flows upwards in reverse direction through anion unit and is converted to second acid suitable for regenerating cation unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Ionenaustauschfilter.The invention relates to a device for ion exchange filters.
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.Such a device is described in DE-PS 25 55 131. One for the cation resin and the other for the anion resin. So first of all you have there are two towers that need space. The expenditure on equipment is also great. Liquids are used to regenerate the anion resin and also the cation resin necessary.
Aufgabe der Erfindung ist es, die diesbezüglichen Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art in this regard to avoid.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of the Main claims apparent features solved.
Die Erfindung wird nunmehr an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. The invention will now be described in a preferred embodiment. The only drawing shows the block diagram of a device according to the invention.
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.A circular cylindrical container 11 made of steel is closed at the top by a cap 12 and at the bottom by a cap 13 . The container 11 is circular cylindrical and has the same diameter everywhere. Provided within the container 11 is a base 14 which is liquid-tight and is uniformly distributed over the surface in nozzles 16 which are permeable to both sides.
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.Below the base 14 , a further base 17 is likewise arranged in a plane of diameter, which is intrinsically permeable to liquid, but has nozzles 18 which are equally distributed in terms of area and which are likewise permeable in both directions. A space 19 between the cap 13 and the bottom 17 serves as a pressure compensation space for liquid flowing from the bottom up, so that each nozzle 18 is acted upon by the same pressure. A space 21 is provided between the bases 14, 17 , in which anion resin is heaped up, without pressure and up to a level 22 which is at a distance from the base 14 and is also at a distance from the lower region of the nozzles 18 . The space 23 also serves as a pressure compensation zone over the entire width of the container 11 . The anion resin in room 21 is in the chloride or sulfate form or in a combination of both. Depending on the requirements, the resin is able to exchange the nitrates of the raw water for chlorides and / or sulfates. Depending on the raw water nitrate content, the sulfate or chloride content increases proportionally. By choosing or combining this regeneration agent, you can determine at any time whether you want to have finished water with sulfate or chloride-rich water. If two containers 11 are used and one room 21 is regenerated with H₂SO₄ and the other with HCl, one can set any sulfate and chloride content in the low-nitrate finished water at any time.
Auf den Boden 14 ist im Raum 24 bis etwa zum Pegel 26 Kationenharz aufgeschüttet. Der darüberliegende Raum 27 ist frei von Harz. Cation resin is poured onto floor 14 in room 24 up to approximately level 26 . The room 27 above is free of resin.
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.A drainage pipe system 28 is provided above the nozzles 16 and is distributed uniformly over the entire cross section of the container 11 and is connected to a differential conductance meter 31 via a line 29 . Just below the level 26 , at a distance of about 20 to 50 cm, a second drainage pipe system 32 is provided, which is also uniformly distributed over the cross section of the container 11 and via a line 33 in which a valve 34 is located connected to a conductance meter 36 . A distributor system 37 is provided above the level 26 , with which liquid can be distributed uniformly over the cross section of the container 11 .
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.Raw water can be supplied to the distribution system 37 via a line 38 when the valve 39 is open. Likewise, liquid can be supplied on the other side via a line 41 from a recycling container 42 via a pump 43 . The recycling container 42 receives its liquid from the line 33 . From 42 an overflow 44 allows liquid to neutralize according to arrow 46 .
Durch eine elektrische Leitung 47 ist der Differenzleitwert-Messer 31 mit einem zweiten Differenzleitwert-Messer 48 verbunden.The differential conductance meter 31 is connected to a second differential conductance meter 48 by an electrical line 47 .
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. The drainage pipe system 28 is arranged in the cation resin above the bottom 24 . In practice, the distance is about 25 cm. If one compares the water quality in the area of the level 22 with that at the level of the drainage pipe system, one can determine the differential conductance and to what extent the cation resin is exhausted.
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.A line 49 , in which a valve 51 is located, is connected to line 29 . A flow meter 52 follows, followed by a valve 53 , and this feeds to a common point 54 . This is followed by a line 56 for the finished water discharge.
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.The lowest point of the cap 13 is connected to a line 57 in which a valve 58 is located and which leads to a flow meter 59 and via a valve 61 to the common point 54 .
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.Before the valve 58 , a line 62 goes into a raw water tank 64 via a valve 63 . Regeneration water can be fed to an injector 68 under pressure via a line 66 and a flow meter 67 . Whose mixing point 69 acid can be supplied via an acid metering tank, namely either HCl or H₂SO₄. Depending on whether in the room 21 the anion resin is in chloride or sulfate form or in a combination of both, HCl or H₂SO₄ or a combination of both is used. The acid metering container 69 is connected to the mixing space of the injector 68 via a valve 71 . The regeneration water flowing in line 66 is not only softened, but has already been treated. This means that there are no cations in this water, whereas it is well known that all cations and anions are still contained in the raw water.
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.When the valve 72 is open, the liquid mixed in the injector 68 is fed to the line 57 via a line 73 . In such a regeneration phase the valves 58, 63, 51 and 39 are of course closed.
In den diversen Funktionen verhält sich die Erfindung wie folgt:The invention behaves as follows in the various functions:
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.At the end of a runtime cycle, the anion resin, which exchanges the nitrates, is exhausted and is full of nitrates. Regeneration water is now allowed to flow in via line 66 and mixed in 68 with HCl. It is open 71 and 72 . Likewise 39, 51 and 58 . The HCl therefore rises in the anion resin, and this produces nitric acid. This now serves to regenerate the downstream cation resin. This regeneration process is free of charge because the regeneration liquid is also produced when the anion resin is regenerated.
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.Would you start with H₂SO₄ in the regeneration, then the regeneration liquid for the cation resin would also be generated automatically. 30% HCl is fed to the injector 68 and diluted to 6% in the injector. H₂SO₄ is supplied with a concentration of 96 to 98% and diluted in the injector 68 to less than 10%.
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.The regenerating acid now rises in the container 11 and flows through the drain pipe system 32 into the recycling container 42 . Only when the conductivity meter 38 indicates a high absolute conductivity is there an excess of acid, and this excess of acid is pumped into the distribution system 37 by the pump 43 . You have a cycle: at 37 the acid comes out, and at 32 it is drawn off again. The washout is not completed until 36 indicates low conductivity. The acid rises to below 32 anyway. With recycling, only the top layer of the cation resin is regenerated, i.e. with the part of the liquid that would otherwise be inefficiently directed into the neutralization.
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: A line 74 after the differential conductance meter 48 leads to the raw water tank 64 . 100 l / hour flow there, and this water is not - as usual - led into the sewer. Rather, this water is supplied to the raw water tank 64 . The raw water tank 64 has three functions:
Durch den Rohwassertank hat man einen konstanten Betriebsdruck. Man ist vom Druck des Stadtwassernetzes unabhängig, und damit verhindert man schwankende Wasserqualität.The raw water tank has a constant operating pressure. One is from Pressure of the city water network independently, and thus one prevents fluctuating Water quality.
Weiterhin nimmt der Rohwassertank 64 den obenerwähnten Wasserstrom auf, den die Differenzleitfähigkeits-Messer benötigen.Furthermore, the raw water tank 64 receives the above-mentioned water flow that the differential conductivity meters require.
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.Thirdly, the water from the raw water tank 64 is fed to the distribution system 37 in a manner not shown after the regeneration. If there are still acid residues above the drainage pipe system 32 , these cannot harm anything, because the raw water is pressed through the entire exchanger bed, but is not discharged via line 56 . This is carried out until the differential conductivity indicates good water quality. So you don't go back to operation - as has been the case since then - after regeneration, but only when the water is of the required quality. The residual acid does not cause any problems. So far, the top layer has simply not been treated, and an advantage of the invention is that this top layer also remains free of bacteria.
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.The meaning of the blended chloride will now be explained: In line 49 , decationed water or decarbonated water flows. This contains 24 chloride through the exchange with the cation resin in the room. So far, there have always been problems with nitrate removal, and only recently has it been possible to remove nitrate properly. So far, the raw water has been led from a cation exchanger to an anion exchanger. The problem was that at the beginning of the runtime, that is to say immediately after the regeneration, the nitrate content was almost completely removed, but not the sulfates, and there was an increased chloride content. After about 50% of the running time, the chloride content in the prior art drops and the sulfate slowly breaks through. The sulfate then also increases the nitrate content later. This gave a mixed water in which the sulfate and chloride content was not correct. So one problem was solved and two created for it.
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.According to the invention, the water flowing out in line 57 has a very low nitrate content, and sulfates are also present there. Depending on the position of the valves 53, 61, one can now blend the two water flows at point 54 and thus produce a ready-made water according to the expert's own ideas, e.g. B., the master brewer.
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.If the space 21 is measured to be smaller than in the exemplary embodiment, one can also deviate from the circular cylindrical shape of the container. The container around the space 21 can have a smaller diameter than the container around the space 24 .
Claims (24)
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.1. Device for an ion exchange filter,
with a raw water supply,
with a finished water drain,
with a first container for cation resin,
with a second container for anion resin,
with dividers in the containers,
with a differential conductivity measuring device and
with a countercurrent regeneration device, both containers being connected in series according to the regeneration flow,
characterized in that the second tank is upstream of the first tank in the regeneration stream.
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