Kontinuierlich arbeitende Wasserentsalzungsanlage und Verfahren zu ihrem Betrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Wasserentsalzungsanlage mit mindestens zwei Anionenaustauschern und mit mindestens zwei Kationenaustauschern, wobei die Anlage einerseits eine Rohwasserleitung und eine Verbraucherleitung und andererseits eine Lauge- und Säureeinrichtung aufweist, von welchen jede mit einem Injektor ausgerüstet ist, um die Anionenbzw. die Kationenaustauscher zu regenerieren.
Als kontinuierlich arbeitende Ionenaustauscheranlagen sind Geräte bekannt, bei denen abwechslungsweise die eine Hälfte arbeitet und die andere Hälfte regeneriert wird, so dass man von sogenannten Pendelanlagen spricht. Es sind auch Verfahren und Vorrichtungen bekannt (britische Patentschrift Nr. 1 036 065), bei denen aus den Ionenaustauschern Austauschermasse kontinuierlich oder mit Unterbrechung, also in Portionen, entnommen wird, worauf diese Massen ausserhalb der Austauscher regeneriert und dann wieder in die Behälter zurückgebracht werden. Diese bekannten Anlagen sind von sehr grossen Ausmassen und erfordern eine ziemlich komplizierte Mechanik, so dass sie preislich sehr aufwendig sind und daher praktisch nur für sehr grosse Wasserdurchgänge angewendet werden können.
Im Gegensatz zu den bekannten Anlagen ist die erfindungsgemässe Anlage einfacher, da sie dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kationenaustauscher unter sich und die Anionenaustauscher unter sich parallel verbunden sind, wobei jede Zuflussleitung und jede Abflussleitung jedes Austauschers ein Ventil besitzt, dass die Sammelzuflussleitung der einen Austauschergruppe mit der Rohwasserleitung und die Sammelabflussleitung der anderen Austauschergruppe mit der Verbraucherleit tung verbunden ist, dass die anderen beiden Sammelleitungen über eine Zwischenleitung miteinander verbunden sind, dass jede Abflussleitung der Kationenaustauscher an das Leitungssystem der Säureeinrichtung und jede Abflussleitung der Anionenaustauscher an die Laugeeinrichtung über Ventile einzeln angeschlossen ist,
und dass die Zuflussleitungen aller Austauscher über Ventile mit einem Abflusskanal verbunden sind, so dass die Regenerierung im Gegen strom erfolgen kann.
Die Ventile können von Hand oder von einer zentralen Station aus betätigt werden.
Die Anionenaustauscher werden mit Lauge und die Kationenaustauscher mit Säure regeneriert. Das Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb dieser Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Entsalzens von Rohwasser mindestens ein Ionenaustauscher aus mindestens einer Gruppe mittels Umschaltung der Ventile aus dem Entsalzungskreislauf genommen wird, und dass darauf die Regenerierung dieses Austauschers bzw. dieser Austauscher mit Lauge bzw. Säure im Gegenstrom erfolgt, worauf der regenerierte Austauscher wieder in Betrieb genommen wird bzw. die regenerierten Austauscher wieder in Betrieb genommen werden und der nächste Austauscher oder das nächste Austauscherpaar an die Reihe kommt.
Zwischen den Regenerierungszeiten können alle Anionen- und/oder Kationenaustauscherb in Betrieb sein.
Nachfolgend wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anlage, sowie ihre Betriebsweise beschrieben.
Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage mit je vier Kationenaustauschern 1, 2, 3 und 4 und je vier Anionenaustauschern 5, 6,7 und 8. Zu jedem Kationenaustauscher führt je eine Zuflussleitung 26, 27, 28 und 29 in den unteren Teil und je eine Abflussleitung 30, 31, 32 und 33 in den oberen Teil. In der gleichen Art und Weise sind Zuflussleitungen 26', 27', 28' und 29' und Abflussleitungen 30', 31', 32' und 33' bei den Anionenaustauschern angeschlossen. Eine Rohwasserleitung 25 ist über eine Sammelzuflussleitung 70 mit den Zuflussleitungen 26, 27, 28 und 29 verbunden, wobei zwischen der Sammelzuflussleitung 70 und den einzelnen Zuflussleitungen 26, 27, 28 und 29 je ein Ventil 11 angeordnet ist.
Die am oberen Teil der Austauscher angeschlossenen Abflussleitungen 30, 31, 32 und 33 sind über eine Sammelabflussleitung 71 mit einer Zwischenleitung 34 verbunden, wobei zwischen der Sammelabflussleitung 71 und den einzelnen Abflussleitungen 30, 31, 32 und 33 je ein Ventil 12 angeordnet ist. Es wird also die Anionenaustauscher unter sich und die Kationenaustauscher unter sich parallel verbinden. Die Zwischenleitung 34 verbindet die Sammelabflussleitung 71 der Kationenaustauscher mit der Sammelzuflussleitung 72 der Anionenaustauscher. Die Sammelzuflussleitung 72 der Anionenaustauscher und die Zuflussleitungen 26', 27', 28' und 29' der Anionenaustauscher sind über je ein Ventil 21 miteinander verbunden.
Die Abflussleitungen 30', 31', 32' und 33' der Anionenaustauscher sind je über ein Ventil 22 mit einer Sammelabflussleitung 73 der Anionenaustauscher verbunden, welche an die Verbraucherleitung 59 angeschlossen ist.
Von einem Säurebehälter 36 führt eine Leitung 60, unter Zwischenschaltung verschiedener Ventile zu einer Zuleitung 35, die über Ventile 13 mit den Kationenaustauschern 1, 2, 3 und 4 verbunden ist, und von einem Laugenbehälter 38 führt eine Leitung 61, ebenfalls über verschiedene Ventile, zu einer Leitung 37, die über Ventile 23 mit den Anionenaustauschern verbunden sind.
Die Laugen-Säureeinrichtung ist mit 58 bezeichnet, welche zwei Injektoren 63 und zwei Strömungsmesser 62 aufweist. Die Zufuhr von Treibwasser, das aus der Zwischenleitung 34 hergeleitet wird, wird mit einem Ventil 15 bewerkstelligt. In der Säureleitung 60 ist ein Ventil 16 und in der Laugenleitung 61 ist ein Ventil 17 angeordnet, wobei beide Leitungen mit einer Kontrolleinrichtung 64 versehen sind. Die parallel zu jedem Injektor geführte Leitung ist mit einem Ventil versehen, wobei das eine Ventil für die Säureleitung mit 19 und das andere für die Laugenleitung mit 20 bezeichnet ist. Die Überbrückung der Injektoren, die mit den Ventilen 19 und 20 bewerkstelligt wird, dient nach dem Regenerieren zum Spülen der Austauscher.
Wenn beispielsweise ein Anionen-Kationenpaar regeneriert werden muss, wird das Ventil 15 geöffnet, so dass Treibwasser zur Laugen-Säureenrichtung 58 gelangt, welches von dort zu den beiden Injektoren 63 weiterströmt.
Dadurch wird über das Ventil 16 konzentrierte Salzsäure bzw. über das Ventil 17 Natronlauge angesaugt. Die Natronlauge kann eine Konzentration zwischen 30 bis 50% und die Salzsäure eine solche von 33% haben. Die Regeneriermittel werden in den Injektoren 63 auf die erforderliche Konzentration verdünnt und über die Leitungen 35 bzw. 37 dem jeweils zu regenerierenden Austauscher zugeleitet. Den beiden Ventilen 16 und 17 sind noch Handventile zugeordnet, die zu einer genauen Einregulierung der anzusaugenden Säure- bzw. Laugemenge dienen. Wenn die gebrauchte Säure- bzw. Laugemenge abgesaugt ist, werden die Ventile 16 und 17 automatisch geschlossen, so dass keine Säure bzw. Lauge mehr angesaugt werden kann.
Da das Treibwasser für die Injektoren weiterläuft, wird dies jetzt ohne Zusatz von Säure oder Lauge zu den Austauschern gelangen und dient zur Nachregeneration dieser beiden zu regenerierenden Austauscher. Nach einer vorbestimmten Zeit werden noch die Ventile 18, 19 und 20 geöffnet, über die die Spülung der Austauscher erfolgt. Wenn die Spülzeit beendet ist, werden sämtliche offene Ventile der Lauge Säureeinrichtung 58 geschlossen.
Das durch die Leitung 25 zufliessende Rohwasser durchfliesst die Kationenaustauscher über die Ventile 11 von unten nach oben. Dabei bleiben die Ventile 13 und 14 geschlossen. Das über die Leitungen 26 bis 29 in die Austauscher 1 bis 4 eintretende Wasser verlässt dieselben über die Leitungen 30 bis 33 und gelangt, bei geöffneten Ventilen 12, in die Zwischenleitung 34 und von dort zu den Zuleitungen 26' bis 29', die in den Boden der Anionenaustauscher 5 bis 8 einmünden. Auch hier fliesst das Wasser wieder von unten nach oben und verlässt die Austauscher 5 bis 8 durch die Leitungen 30' bis 33' und gelangt über die geöffneten Ventile 22 in die Leitung 59 zum Verbraucher, da dieses Wasser nun voll entsalzt ist.
Wenn nach einer bestimmten vorher eingestellten Zeit ein Paar der Austauscher, also z.B. der Kationenaustauscher 1 und der Anionenaustauscher 5, regeneriert werden muss, dann werden die Ventile 11 und 12 bzw. 21 und 22 geschlossen und die Ventile 13 und 14 bzw. 23 und 24 geöffnet. Bei geöffnetem Ventil 15 gelangt das Treibwasser zu den beiden Behältern 36 und 38, von wo Salzsäure durch die Leitung 60 bzw. Lauge mittels der Leitung 61 über die geöffneten Ventile 16 und 17 den beiden Austauschern 1 und 5 zugeführt werden. Die so verdünnten Regeneriermittel gelangen über das Ventil 13 zum Austauscher 1 bzw. über das Ventil 23 zum Austauscher 5 und werden über die geöffneten Ventile 14 bzw. 24 zu den Leitungen 39 bzw. 40 und damit zum Abflusskanal 41 befördert, wobei der Durchfluss des Regeneriermittels im Gegenstrom erfolgt.
Für den dem Regenerieren folgenden Spülvorgang werden die Ventile 16 und 17 geschlossen, die Ventile 18, 19 und 20 geöffnet.
Wenn die Spülung beendet ist, werden alle Ventile an der Lauge-Säure-Einrichtung 58 wieder geschlossen, ebenso die Ventile 13, 14, 23, 24 und die Ventile 11, 12 bzw. 21, 22 bei den Austauschern 1 bzw. 5 wieder geöffnet, so dass dieses Paar wieder in den Betrieb kommt.
Nach Ablauf der eingestellten Zeit wird beispielsweise mittels einer elektrischen Schaltung das nächste Paar der Austauscher aus dem Betrieb genommen und regeneriert.
Die Steuerung der Regenerierung der Austauscher kann mittels der Leitfähigkeit oder mittels des Wasserdurchsatzes erfolgen. In diesem Fall sind nach den einzelnen Austauschern Leitfähigkeitsmessstellen oder Wassermesser mit Kontaktwerken eingebaut.
Zum Vollentsalzen von Wasser wird eine gleiche Anzahl Kationenaustauscher wie Anionenaustauscher verwendet, wobei das eintretende Rohwasser zuerst die Kationenaustauscher und dann die Anionenaustauscher durchfliesst.
Zum Teilentsalzen wird eine aus mehreren Kationenaustauschern zusammengesetzte Arbeitsgruppe verwendet, während zum Enthärten nur die Häfte der zu dieser Arbeitsgruppe gehörenden Kationenaustauscher benötigt wird. Beim Enthärten wird nicht Salzsäure, sondern eine aus Kochsalz bestehende Salzsole zum Regenerieren der Austauscher verwendet.
Zum Austauschen von Bikarbonaten und Nitraten im Wasser wird eine aus mehreren Anionenaustauschern zusammengesetzte Arbeitsgruppe verwendet.
Die erfindungsgemässe Anlage ist relativ billig und ebenso für grössere wie für kleinere Durchsätze geeignet, da man eine beliebige Anzahl von Austauscherpaaren zusammensetzen kann. Der Regenerierungsvorgang kann sowohl von Hand als auch automatisch vorgenommen werden.
Es ist ferner ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Anlage, dass sie nach dem Baukasten-Prinzip erweitert werden kann. Dazu kommt, dass dann, wenn der Betrieb nur mit Teillast fährt, man einzelne der Paare der Anlage abschalten kann, d.h. also, dass weniger Paare von Kationen- und Anionenaustauschern arbeiten.
Wenn innerhalb der Anlage Störungen auftreten, so werden diese im allgemeinen nur in irgendeinem der Teile vorhanden sein, so dass man durch Abschalten eines Paares im übrigen den Betrieb aufrecht erhalten kann.
Ein weiterer Vorteil der Anlage liegt darin, dass man die Ionenaustauscher im Gegenstrom betreiben kann, was bei grossen Durchmessern meist Schwierigkeiten macht, aber bei den nach der erfindungsgemässen Anlage verwendeten verhältnismässig kleinen Austauschern ohne weiteres durchführbar ist.
Soll eine Anlage der erfindungsgemässen Bauart zum Filtern von Rohwasser, also beispielsweise zum Enteisen oder Entmanganen verwendet werden, so werden die Behälter 1 bis 8 nur mit Sand gefüllt und die Lauge Säureeinrichtung 58 wird abgeschaltet. In diesem Fall wird ein Gebläse bzw. ein Kompressor zugeschaltet, mit dessen Hilfe Luft in die Behälter eingedrückt werden kann.
PATENTANSPRUCH I
Kontinuierlich arbeitende Wasserentsalzungsanlage mit mindestens zwei Anionenaustauschern (5 bis 8) und mit mindestens zwei Kationenaustauschern (1 bis 4), wobei die Anlage einerseits eine Rohwasserleitung (25) und eine Verbraucherleitung (59) und andererseits eine Lauge- und Säureeinrichtung aufweist, von welchen jede mit einem Injektor (63) ausgerüstet ist, um die Anionen- bzw. die Kationenaustauscher zu regenerieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Kationenaustauscher (1 bis 4) unter sich und die Anionenaustauscher (5 bis 8) unter sich parallel verbunden sind, wobei jede Zuflussleitung (26 bis 29, 26' bis 29') und jede Abflussleitung (30 bis 33, 30' bis 33') jedes Austauschers ein Ventil (11, 12, 21, 22) besitzt, dass die Sammelzuflussleitung (70) der einen Austauschergruppe mit der Rohwasserleitung (25) u.
die Sammelabflussleitung (72) der anderen Austauschergruppe mit der Verbraucherleitung (59) verbunden ist, dass die anderen beiden Sammelleitungen (71, 72) über eine Zwischenleitung (34) miteinander verbunden sind, dass jede Abflussleitung (30 bis 33) der Kationenaustauscher (1 bis 4) an das Leitungssystem der Säureeinrichtung und jede Abflussleitung (30' bis 33') der Anionenaustauscher (5 bis 7) an die Laugeeinrichtung über Ventile einzeln angeschlossen ist, und dass die Zuflussleitungen aller Austauscher über Ventile mit einem Ab flusskanal (41) verbunden sind, so dass die Regenerierung im Gegenstrom erfolgen kann.
UNTERANSPRÜCHE
1. Anlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zwischenleitung (34) eine Leitung angeschlossen ist, die über ein Ventil (15) zur Lauge- und Säureeinrichtung führt und die das zur Bedienung dieser Einrichtung notwendige Treibwasser liefert.
2. Anlage nach Patentanspruch I und nach Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch eine zentrale Station zur Betätigung aller Ventile.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zum kontinuierlichen Betrieb einer Wasserentsalzungsanlage nach Patentanspruch I, wobei die Anionenaustauscher (5 bis 8) mit Lauge und die Kationenaustauscher (1 bis 4) mit Säure regeneriert werden, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entsalzens von Rohwasser mindestens ein Ionenaustauscher aus mindestens einer Gruppe mittels Umschaltung der Ventile aus dem Entsalzungskreislauf genommen wird und dass darauf die Regenerierung dieses Austauschers bzw.
dieser Austauscher mit Lauge bzw. Säure im Gegenstrom erfolgt, worauf der regenerierte Austauscher wieder in Betrieb genommen wird bzw. die regenerierten Austauscher wieder in Betrieb genommen werden und der nächste Austauscher oder das nächste Austauscherpaar an die Reihe kommt.