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Verfahren zur Entsalzung, insbesondere Vollentsalzung von Wasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Entsalzungs-, insbesondere Vollentsalzungsverfahren im Wege des Ionenaustausches in gegebenenfalls mehrstufig hintereinandergeschalteten Kationen- und Anionenaustauschern oder einer Mischung beider (Mischbettfilter) als Arbeitsstufe und Neutralisation bzw. Entfernung durchgebrochener Ionen in einer Pufferfilterstufe, wobei in die Arbeitsstufe eine chemische oder mechanische CO-Entgasungsstufe eingeschaltet sein kann.
Um einen Elektrolyten im Ionenaustausch aus einer wässerigen Lösung zu entfernen, sind im Prinzip
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Vielfach arbeitet man mit mehrstufigen Verfahren, wobei die Lösung nacheinander abwechselnd durch Kationen-und Anionenaustauschersäulen geleitet wird.
Die Salzlösung, die über einen Kationenaustauscher fliesst, wird zunehmend sauer. Dabei verschiebt sich das Austauscher-Gleichgewicht zu Ungunsten der beabsichtigten Umsetzung. Zur Entfernung der letzten Spuren des Kations ist eine verhältnismässig grosse Austauschermenge erforderlich. Mit Mischbettfiltern, bei denen beide Umsetzungen gleichzeitig an benachbarten Körnern ablaufen, lässt sich eine grössere Reinheit erzielen als mit mehrstufigen Anlagen vergleichbarer Grösse, weil die Lösung praktisch neutral bleibt. Mischbettfilter sind aber schwieriger zu Regenerieren. Daher verwendet man diese gewöhnlich nur am Ende des Entsalzungsvorganges als Pufferfilter. Hier haben sie die Aufgabe, ein vollständig neutrales Wasser sicherzustellen und/oder einen Ionendurchbruch abzufangen.
Im allgemeinen ist man bestrebt, das Pufferfilter ebenso wie die Arbeitsfilter wirtschaftlich auszunutzen. Dem sind hier aber enge Grenzen gesetzt, wenn man höchste Reinheit erzielen und dem Pufferungszweck ganz gerecht werden will. Man begnügt sich daher mit einer Beladung, die nicht bis zur Erschöpfung geht und nur einen geringen Grad der Durchbruchskapazität ausnutzt.
Es ist die der Erfindung vorangegangene Erkenntnis, dass aber selbst dann die Betriebszeiten der Pufferfilter infolge der geringen Ionenkonzentration im Reinwasserzulauf zwischen zwei Regenerationen so lang sind, dass sich erhebliche Störungen einstellen können. Da die Austauschersäule jedenfalls erheblich längere Zeit als die Arbeitsfilter dauernd in einer Richtung belastet ist, können z. B. die Austauscherkörner zusammenbacken. Abgesehen von der unerwünschten Erhöhung des Strömungswiderstandes kann auch die Kanalbildung bzw. Randgängigkeit verstärkt werden, wobei sich die ganze Front oder Bande als solche verschieben kann, was eine Verminderung der lokalen Schärfe zur Folge hat.
Die nutzbare Kapazität der Anlage geht somit schon während der bestimmungsgemäss beschränkten Kapazität zurück. Die Sicherheitszone gegen Ionendurchbruch wird also schmäler und die Pufferfilter werden ihrer Aufgabe nicht gerecht.
Unvereinbar ist beim Betrieb von Pufferfiltern jedenfalls die Forderung nach grösstmöglicher Nutzung der Austauscherkapazität mit der erfindungsgemässen nach kürzesten Beladungszeiten zwischen
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den Regenerationen.
Es ist der Zweck der Erfindung, diese bisher bei der Entsalzung im Wege eines Ionenaustausches aufgetretenen Schwierigkeiten zu beheben und wirtschaftlich arbeitende Anlagen zur Durchführung des neuen Verfahrens zu schaffen.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck ein Verfahren zur Entsalzung, insbesondere Vollentsalzung, von Wasser im Wege des Ionenaustausches, wobei Kationen- und Anionenaustauscher und/oder eine
Mischung beider (Mischbettfilter) als Arbeitsstufen gegebenenfalls mehrstufig hintereinandergeschaltet sind und die Neutralisation bzw.
die Entfernung durchgebrochener Ionen in einer Pufferfilterstufe erfolgt und wobei in der Arbeitsstufe eine chemische oder mechanische C02 - Entfernung vorgenommen werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Arbeits- (6) und die Pufferfilterstufen (5), die aus
Mischbettfilter bestehen, in an sich bekannter Weise im Wechsel betrieben werden, in der Form, dass das Wasser zunächst einer bis zur Erschöpfung genutzten Arbeitsstufe (6) aufgegeben und die nachge- schaltete Pufferfilterstufe (5) jeweils nur bis zu einem Bruchteil ihrer Durchbruchskapazität genutzt wird, dass das Verfahren bei Erschöpfung der Arbeitsstufe (6) bis zu deren Regenerierung unterbrochen wird und dass die Pufferfilterstufe (5)
nunmehr an Stelle der jeweils vorher vorgeschalteten erschöpften und nunmehr regenerierten Arbeitsstufe (6) geschaltet, bis zu ihrer Durchbrüchsgrenze genutzt und die regenerierte Arbeitsstufe (6) dabei als Pufferfilterstufe nachgeschaltet wird.
Demgemäss kann die Erfindung auch gekennzeichnet werden als eine Entsalzungsanlage, insbesondere Vollentsalzungsanlage, wobei ein Arbeitsfilter (6) vorgesehen ist, das Ionen gleicher Sorte wie das vorgesehene Pufferfilter (5) enthält und eine an sich bekannte Wechselschaltung für die beiden Filter so getroffen ist, dass das jeweils frisch regenerierte Filter als Pufferfilter und das bis dahin als solches angewendete als Arbeitsfilter (6) hintereinander schaltbar sind, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei Mischbettfilter (5,6) im verfahrensmässigen Wechsel schaltbar angeordnet sind.
Durch die österr. Patentschrift Nr. 140932 ist zwar bereits vorgeschlagen worden, ein Filter einem andern als Pufferfilter nachzuschalten, doch handelt es sich in diesem Fall um eine Massnahme zur besseren Ausnutzung des Regeneriermaterials und dient einem ganz andern Zweck. Die in dieser Druckschrift erwähnte Hintereinanderschaltung ist auch keine ständige Einrichtung, sondern erfolgt nur vor- übergehend, die meiste Zeit ist nur ein Filter in Betrieb, während das andere regeneriert wird. Im Gegensatz hiezu sollen beim erfindungsgemässen Verfahren stets beide Filter in Betrieb sein, aber immer nur so lange, bis das jeweils als Pufferfilter geschaltete Filter nach geringfügiger Nutzung als solches als Hauptfilter geschaltet wird und erst dann bis zum Erreichen der Durchbruchsgrenze genutzt wird, wie in der folgenden Beschreibung noch ausführlich dargelegt werden wird.
Eine sehr vorteilhafte Nutzung findet das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die entsprechende Schaltungsanordnung in der Vollentsalzung mit Entkieselung. Es ist bekannt, die Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens in je einen schwach und stark sauren Kationenaustauscher und je einen schwach und stark basischen Anionenaustauscher unter Zwischenschaltung einer C02 -Entgasung aufzuteilen. Nach der Erfindung wird nun anstatt des üblichen stark basischen Anionenaustauschers ein Mischbettfilter als Arbeitsfilter angewendet, das im Sinne der Erfindung mit dem Mischbett-Pufferfilter in Wechselschaltung betrieben wird.
Dort, wo die Wasserverhältnisse den Wegfall eines schwach basischen Anionenaustauschers zulassen, wird bei der erfindungsgemässen Vollentsalzungsanlage Raum gespart.
Mit dem jeweils als Arbeitsfilter geschalteten Mischbettfilter wird in der erfindungsgemässen Anordnung neben der Abbindung der Kohlensäure und Kieselsäure an den stark basischen Austauscherkörnern eine zusätzliche Pufferfilterwirkung erzielt, so dass man grösste Sicherheit gegen Ionendurch- bruch hat und ein Wasser grösster Reinheit erhält.
Bei dieser Durchführungs - und Ausführungsart nach der Erfindung fällt neben dem Wirkungseffekt einer stets wirksamen Pufferwirkung die Ersparnis an Chemikalien ganz besonders ins Gewicht. Diese Ausführungsart sei daher in der Zeichnung an Hand einer Schemaskizze näher erläutert und beschrieben.
Bei der in der Zeichnung beispielsweise gezeigten Vollentsalzungsanlage ist-l-der schwach saure Kationenaustauscher, -2-- der stark saure Kationenaustauscher und --3-- ist die aus einem Rieseier bestehende CO2 -Entgasung. Mit --4-- ist der nachgeschaltete schwach basische Anionenaustauscher bezeichnet. Gemäss der Erfindung sind die beiden Mischbettfilter --5 und 6-- über das Zweiweg-Umschaltventil--7-- nachgeschaltet. Beide Mischbettfilter --5 und 6-- sind stark basisch und stark sauer. Je nach der Schaltstellung des Zweiweg-Umschaltventils --7-- ist entweder das Mischbettfilter --5-- oder das Mischbettfilter --6-- als Arbeitsfilter und das andere als Pufferfilter geschaltet.
In der Zeichnung ist eine der Schaltstellungen durch die ausgezogene Leitungslinie --a-- und die
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andere durch die punktierte Leitungslinie --b-- veranschaulicht. Die Leitungen --a und b-sind an ihren Enden an das Vierweg-Umschaltventil-8-angeschlossen, das für eine der beiden angeschlossenen Leitungen den Durchgang zum Reinwasserablauf --c-- und für die andere die gemeinsame Verbindungs-Steigleitung-d-freigibt, welche das jeweils vorgeschaltete Mischbettfilter mit dem jeweils nachgeschalteten verbindet. Gezeigt und durch Pfeile veranschaulicht ist diejenige Schaltstellung, bei welcher das Mischbettfilter --6-- als Arbeitsfilter und das Mischbettfilter --5-- als Pufferfilter angewendet ist.
Das Mischbettfilter --5-- ist demnach im Sinne der Erfindung das frisch regenerierte, das nur zu einem geringen und vertretbaren Grad seiner Durchbruchskapazität genutzt und dann nach Umschaltung, veranschaulicht durch die punktierte Leitungslinie --b--, als Arbeitsfilter bis zu seiner Erschöpfung ausgefahren werden kann.
Es ist einleuchtend, dass mit dem stets frisch regenerierten Austauschermaterial des jeweiligen Pufferfilters geringste lonenspuren aus der Lösung entfernt werden können, was sonst nur bei grösstem Überschuss an Austauschermaterial erreicht werden könnte. Die Chemikalien für die Regenerationen gehen nicht verloren.
Der erfindungsgemässe Wirkungseffekt muss also nicht mit grösserem Aufwand an Regeneriermitteln erkauft werden.
Die optimalen Abmessungen und Austauschermengen, bei denen das Optimum an Ausnutzung erreicht wird, können auf Grund der allgemein geltenden Theorien festgelegt werden, wenn die jeweiligen Betriebsbedingungen ermittelt sind.
Überraschenderweise wird durch die erfindungsgemässe Ausführungsart und Durchführungsart auch eine bei der Regeneration von Pufferfiltern auftretende Schwierigkeit behoben. Zur Regeneration müssen die vermischten Austauscher voneinander getrennt werden, was durch Aufschlämmen in der Säule geschieht. Hiebei setzt sich der leichtere Anionenaustauscher über dem schwereren Kationenaustauscher ab. Bei Anwendung von Mischbettfiltern als Pufferfilter zeigte sich, dass diese infolge der geringen Erschöpfung wenig Neigung zu voller Aufladung beim Regenerationsvorgang zeigten und ausserdem schlecht zu trennen und im Anschluss an die Regenerierung wieder ebenso schlecht zu mischen waren.
Durch die erschöpfende Beladung gemäss der Erfindung sind die Austauscher besser zu trennen und zu mischen.
PATENTANSPRÜCHE :
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