CH682639A5 - Fine purification of water and treatment of condensates in an ion exchange unit. - Google Patents
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Abstract
Description
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20 20th
25 25th
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40 40
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CH 682 639 A5 CH 682 639 A5
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinreinigung von Wasser, insbesondere von salzarmem Wasser, zum Zwecke der Entnahme von Reinwasser, das höchsten Reinheitsansprüchen genügt, sowie zur Behandlung von wässrigen Kondensaten in einer lonenaustauscheranlage, die ein Mischbettharz enthält. The invention relates to a method and a device for the fine purification of water, in particular of low-salt water, for the purpose of removing pure water which meets the highest purity requirements, and for the treatment of aqueous condensates in an ion exchange system which contains a mixed bed resin.
In vielen Industriezweigen, wie z.B. in der Kraftwerkstechnik, der Mikroelektronikindustrie, der Phar-mazeutik, der Photochemie etc., wird entsalztes Wasser reinster Qualität benötigt, das praktisch ausschliesslich mittels Mischbettanlagen erzeugt wird und für welches folgende Werte angestrebt werden: In many industries, such as In power plant technology, the microelectronics industry, pharmaceuticals, photochemistry etc., the purest quality desalinated water is required, which is produced practically exclusively by means of mixed-bed systems and for which the following values are sought:
elektrische Leitfähigkeit ca. 0,1 fiS/cm electrical conductivity approx. 0.1 fiS / cm
Natriumgehalt <10 ppb Sodium content <10 ppb
Kieselsäuregehalt < 20 ppb Silicic acid content <20 ppb
Eisengehalt < 20 ppb Iron content <20 ppb
Die höchsten Reinheitsansprüche stellen zur Zeit die Hersteller von Mikrochips; sie fordern für «ultrareines Wasser» die folgenden Werte: The manufacturers of microchips currently have the highest purity requirements; they demand the following values for "ultra pure water":
elektrische Leitfähigkeit ca. 0,055 jiS/cm electrical conductivity approx. 0.055 jiS / cm
(<18 Megohm x cm) bei 25°C (<18 megohm x cm) at 25 ° C
Natriumgehalt < 3 ppb Sodium content <3 ppb
Kieselsäuregehalt < 5 ppb Silicic acid content <5 ppb
Eisengehalt < 5 ppb Iron content <5 ppb
Zur Feinreinigung von Wasser in einer Mischbettanlage wird das aufzubereitende, teilentsalzte Wasser von oben nach unten durch ein Mischbettharz geleitet und dabei von gelösten Salzresten befreit. Nach der Erschöpfung des Mischbettharzes werden die beiden beladenen Harzkomponenten aufgrund ihrer Dichte- und/oder Korngrössenunterschiede getrennt und dann regeneriert. Erfolgt die Regeneration intern, so wird in der Regel die zur Regeneration benötigte Säure von unten nach oben durch die Ka-tionenaustauscherharzschicht geleitet und gleichzeitig die zur Regeneration benötigte Lauge von oben nach unten durch die Anionenaustauscherharzschicht geleitet. Die überschüssigen bzw. verbrauchten Regeneriermittel werden über eine mittlere, in der Grenzschicht zwischen Kationen- und Anionenaus-tauscherharz liegende Abnahmevorrichtung (Mitteldrainage) abgeleitet. Danach werden die beiden Harze durch Spülen mit voilentsalztem Wasser weitestgehend von überschüssigem Regeneriermittel befreit und mit Luft intensiv gemischt. For the fine purification of water in a mixed bed system, the partially demineralized water to be treated is passed from top to bottom through a mixed bed resin and freed from dissolved salt residues. After the mixed-bed resin has been exhausted, the two loaded resin components are separated on account of their differences in density and / or grain size and then regenerated. If the regeneration is carried out internally, the acid required for regeneration is generally passed from bottom to top through the cation exchange resin layer and at the same time the alkali required for regeneration is passed from top to bottom through the anion exchange resin layer. The excess or consumed regeneration agents are drained off via a middle removal device (middle drainage) located in the boundary layer between the cation and anion exchange resin. Then the two resins are largely freed of excess regenerating agent by rinsing with deionized water and mixed intensively with air.
Schon früh in der Entwicklung der Mischbettfiltertechnik erkannte man, dass die Restabgabe von Kationen und Anionen die Qualität des erzeugten Reinwassers wesentlich beeinflusst. It was recognized early on in the development of the mixed bed filter technology that the residual release of cations and anions significantly influenced the quality of the pure water generated.
Die Abgabe dieser Verunreinigungen hat mehrere Ursachen. Eine der bedeutendsten Ursachen liegt in der ungenügenden Trennung der beiden Harze vor der Regeneration. Ist die Trennung nicht vollständig, dann werden Kationenaustauscherharzteilchen in der Anionenaustauscherharzschicht mit Kationen beladen, beispielsweise mit Natrium-Ionen bei Verwendung von Natronlauge als Regeneriermittel, und Anionenaustauscherharzteilchen in der Kationenaustauscherharzschicht werden mit Anionen beladen, beispielsweise mit Chlorid-Ionen bei Verwendung von Salzsäure als Regeneriermittel. Die beladenen Harzteilchen verunreinigen nach dem Mischen der beiden Harze die unterste Schicht des Mischbetts und sind dort eine Quelle für das Auftreten von Rest-Ionen. There are several reasons for the release of these contaminants. One of the most important causes is the insufficient separation of the two resins before regeneration. If the separation is not complete, cation exchange resin particles in the anion exchange resin layer are loaded with cations, for example with sodium ions when sodium hydroxide solution is used as the regenerant, and anion exchange resin particles in the cation exchange resin layer are loaded with anions, for example with chloride ions when hydrochloric acid is used as the regenerant. After the two resins have been mixed, the loaded resin particles contaminate the bottom layer of the mixing bed, where they are a source of the occurrence of residual ions.
Die Werte der Selektivitätskoeffizienten für die in der Reinwasserherstellung relevanten lonenaus-tauschpaare von z.B. 1,5 für Na+/H+, 0,75 für Na+/NH4+ und 10 für Ch/OH" zeigen, dass Kationenaustauscherharze eine etwa sechs- bis dreizehnmal geringere Selektivität für Natrium-Ionen aufweisen als Anionenaustauscherharze für Chlorid-Ionen. The values of the selectivity coefficients for the ion exchange pairs relevant in the pure water production of e.g. 1.5 for Na + / H +, 0.75 for Na + / NH4 + and 10 for Ch / OH "show that cation exchange resins have about six to thirteen times less selectivity for sodium ions than anion exchange resins for chloride ions.
Als Folge dieser Ursachen sind die vom Mischbettfilter abgegebenen Natrium-Ionen im Normalfall kein echter Schlupf, sondern sie stammen aus den Kationenaustauscherharzen selbst und werden durch Hydrolyse aus der untersten Schicht des Mischbetts ausgewaschen. As a result of these causes, the sodium ions released by the mixed bed filter are normally not a real slip, but come from the cation exchange resins themselves and are washed out from the bottom layer of the mixed bed by hydrolysis.
Um bei der Kondensatreinigung oder bei der Erzeugung von Reinstwasser einen Restgehalt an Natrium* und Chlorid-Ionen von je 1-5 ppb zu erreichen, müssen die lonenaustauscherharze in Abhängigkeit von der Fahrweise der Mischbettentsalzungsanlage mindestens folgende Regenerationsgrade aufweisen. In order to achieve a residual sodium and chloride ion content of 1-5 ppb each in condensate cleaning or in the production of ultrapure water, the ion exchange resins must have at least the following degrees of regeneration, depending on the mode of operation of the mixed bed desalination plant.
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60 60
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Fahrweise der Anlage pH Operation of the plant pH
Kationenaustauscherharz Cation exchange resin
Anionenaustauscherharz neutral Anion exchange resin neutral
7 7
23% H+ 23% H +
7% OH- 7% OH
ammoniakalisch ammoniacal
9 9
98% H+ 98% H +
85% OH- 85% OH
Da der notwendige, höhere Regenerationsgrad des Kationenaustauscherharzes eine maximale Trennung der beiden Harzkomponenten vor der Regeneration voraussetzt, wurden - je nach der angestrebten Reinwasserqualität - verschiedene, mehr oder weniger komplizierte Verfahren und Apparate für den Mischbettionenaustausch entwickelt. Eine Übersicht über die zur Zeit bekannten Mischbettsysteme gibt der in VGB Kraftwerkstechnik 66, Heft 2, Seiten 159-170 (1986) veröffentlichte Artikel «Verfahrenstechnik der Feinreinigung von Wasser durch lonenaustausch» von F. Martinola und H. Brost. Gemäss dieser Publikation können folgende Systeme unterschieden werden: Since the necessary, higher degree of regeneration of the cation exchange resin presupposes a maximum separation of the two resin components before the regeneration, depending on the desired pure water quality, various, more or less complicated processes and apparatus for the mixed bed ion exchange have been developed. An overview of the currently known mixed bed systems is given by F. Martinola and H. Brost in VGB Kraftwerkstechnik 66, No. 2, pages 159-170 (1986), “Process engineering for the fine purification of water by ion exchange”. According to this publication, the following systems can be distinguished:
1. Intern regenerierbare Mischbettfilter a) Mischbett mit Kationen- und Anionenaustauscherharzen (1 Aktivbett-2 Komponentensystem) 1. Internally regenerable mixed bed filters a) Mixed bed with cation and anion exchange resins (1 active bed-2 component system)
b) System mit Kationenaustauscher-, Anionenaustauscher- und Trennschichtharzen (1 Aktivbett-3 Komponentensystem) b) System with cation exchanger, anion exchanger and interface resin (1 active bed-3 component system)
c) Mischbett mit Kationen- und Anionenaustauscherharzen gemäss dem Extrakt-Verfahren (1 Aktivbett-2 Komponentensystem) c) Mixed bed with cation and anion exchange resins according to the extract process (1 active bed-2 component system)
2. Mischbettfilter mit externer Regeneration a) System mit Arbeitsmischbettfilter und separatem Regenerierbehälter für das Mischbettharz b) System mit Arbeitsmischbettfilter und getrennten Regenerierkolonnen für das Kationenaustauscherharz und das Anionenaustauscherharz c) System mit Arbeitsmischfilter mit 3 Komponenten (Trennschichtsystem) und getrennten Regenerierkolonnen für das Kationenaustauscherharz und das Anionenaustauscherharz. 2.Mixed bed filter with external regeneration a) System with working mixed bed filter and separate regeneration tank for the mixed bed resin b) System with working mixed bed filter and separate regeneration columns for the cation exchange resin and the anion exchange resin c) System with working mixed filter with 3 components (separation layer system) and separate regeneration columns for the cation exchange resin and Anion exchange resin.
d) System mit Arbeitsmischbettfilter mit 2 Komponenten gemäss dem Extrakt-Verfahren und getrennten Regenerierkolonnen für das Kationenaustauscherharz und das Anionenaustauscherharz. d) System with mixed working bed filter with 2 components according to the extract process and separate regeneration columns for the cation exchange resin and the anion exchange resin.
Wie diese Aufstellung zeigt, wurden verschiedene, meist komplizierte und/oder teure Verfahren und Anlagen entwickelt, um die Unzulänglichkeiten des einfachen Mischbettfilters gemäss 1.a) oben möglichst weitgehend zu vermeiden. Beispielsweise werden für Mischbettfilter mit externer Regeneration neben einem Arbeitsfilter separate Regenerierkolonnen, eine Transportvorrichtung für die Harze und, gegebenenfalls, separate Behälter zum Mischen und Lagern der Harze benötigt. Die vorgeschlagenen Massnahmen bezwecken vor allem eine verbesserte Trennung und Regeneration der beiden Harzkomponenten, was insbesondere erforderlich ist, um den notwendigen, höheren Regenerationsgrad des Kationenaustauscherharzes und damit die eingangs genannten Werte für den Natriumgehalt und die elektrische Leitfähigkeit erreichen zu können. As this list shows, various, mostly complicated and / or expensive processes and systems have been developed in order to avoid as far as possible the shortcomings of the simple mixed bed filter according to 1.a) above. For example, in addition to a working filter, separate regeneration columns, a transport device for the resins and, if appropriate, separate containers for mixing and storing the resins are required for mixed bed filters with external regeneration. The proposed measures primarily aim to improve the separation and regeneration of the two resin components, which is particularly necessary in order to be able to achieve the necessary, higher degree of regeneration of the cation exchange resin and thus the values for sodium content and electrical conductivity mentioned at the outset.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feinreinigung von Wasser und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung zu stellen, die wirtschaftlicher und sicherer angewendet werden können als die Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stande der Technik. The present invention has for its object to provide a method for the fine purification of water and an apparatus for performing this method, which can be used more economically and more safely than the methods and devices according to the prior art.
Die Lösung dieser Aufgabe wird im wesentlichen mit einem im gleichen Behandlungsbehälter unterhalb des Mischbettharzes und des Luftverteilsystems angeordneten Kationenaustauscherharzbett erreicht. Diese Massnahme basiert auf der Idee, das Luftverteilsystem nicht unterhalb, sondern innerhalb der lonenaustauscherharze anzuordnen, und ihre Vorteile lassen sich am besten anhand dieser Idee verdeutlichen. This object is essentially achieved with a cation exchange resin bed arranged in the same treatment tank below the mixed bed resin and the air distribution system. This measure is based on the idea of not arranging the air distribution system below, but within the ion exchange resins, and its advantages can best be illustrated using this idea.
Die einfachsten, bekannten Mischbettfilter verwenden ein Mischbettharz aus Kationen- und Anionenaustauscherharzen, welches vor der internen Regeneration in eine untere Kationenaustauscherharz-schicht und eine obere Anionenaustauscherharzschicht getrennt wird. Wird nun in einer solchen Vorrichtung mit einer unteren Kationenaustauscherharzschicht und einer oberen Anionenaustauscherharzschicht das Luftverteilsystem innerhalb der Kationenaustauscherharzschicht angeordnet, so bildet sich beim Mischen der über dem Luftverteilsystem liegenden Harze mit Luft ein Mischbettharz, während unterhalb des Luftverteilsystems ein Kationenaustauscherharzbett erhalten bleibt. Das zusätzliche Kationenaustauscherharzbett bedingt in dieser Anordnung im Vergleich zum einfachen, bekannten Mischbettfilter keinerlei zusätzlichen Aufwand für das Trennen, Regenerieren und Mischen der Harze. Bei Anwendung üblicher Massnahmen zur Trennung der Mischbettharze bildet sich nämlich eine obere Anionenaustauscherharzschicht und eine untere Kationenaustauscherharzschicht (bestehend aus Kationenaustauscherharz des Mischbetts und des Kationenaustauscherharzbetts); die Kationenaustauscher-harze aus dem Kationenaustauscherharzbett und dem Mischbett können dann gemeinsam regeneriert werden; und beim Mischen mit Luft bildet sich von selbst über dem Luftverteilsystem eine Mischbett- The simplest, known mixed bed filters use a mixed bed resin made of cation and anion exchange resins, which is separated into a lower cation exchange resin layer and an upper anion exchange resin layer before the internal regeneration. If the air distribution system is now arranged within the cation exchange resin layer in such a device with a lower cation exchange resin layer and an upper anion exchange resin layer, a mixed bed resin is formed when the resins lying above the air distribution system are mixed with air, while a cation exchange resin bed is retained below the air distribution system. In this arrangement, the additional cation exchange resin bed does not require any additional effort for separating, regenerating and mixing the resins compared to the simple, known mixed bed filter. When using conventional measures for separating the mixed bed resins, an upper anion exchange resin layer and a lower cation exchange resin layer (consisting of cation exchange resin of the mixed bed and the cation exchange resin bed) are formed; the cation exchange resins from the cation exchange resin bed and the mixed bed can then be regenerated together; and when mixing with air, a mixed bed is formed automatically over the air distribution system
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harzschicht, während unterhalb des Luftverteilsystems ein Kationenaustauscherharzbett erhalten bleibt. Wird das Regeneriermittel im Gegenstrom von unten nach oben durch das Kationenaustauscherharz geleitet, erzielt man im unteren Bereich, welcher nach dem Mischen das Kationenaustauscherharzbett bildet, einen besonders hohen Regenerationsgrad. Das Kationenaustauscherharzbett wirkt daher, wenn man das zu behandelnde Wasser von oben nach unten durch das Mischbettharz und das im Gegenstrom hochregenerierte Kationenaustauscherharzbett leitet, als Polishingschicht und hält insbesondere auch Spuren von Kationen zurück, die aus dem Mischbettharz selbst stammen können. resin layer, while a cation exchange resin bed remains underneath the air distribution system. If the regenerating agent is passed countercurrently from bottom to top through the cation exchange resin, a particularly high degree of regeneration is achieved in the lower region, which forms the cation exchange resin bed after mixing. The cation exchange resin bed therefore acts as a polishing layer if the water to be treated is passed from top to bottom through the mixed bed resin and the cation exchange resin bed, which is highly regenerated in countercurrent, and in particular also retains traces of cations that may originate from the mixed bed resin itself.
Dank der vorliegenden Anordnung von Mischbettharz, Luftverteilsystem und zusätzlichem Kationenaustauscherharzbett gelingt es somit, Reinwasser auf einfachere und ökonomischere Weise und in der gewünschten, hohen Qualität zu erhalten. Komplizierte und teure Anlagen und Verfahren können völlig vermieden werden. Gegenüber dem einfachen, bekannten Mischbettfilter wird - bei gleichem Arbeitsaufwand und Regeneriermittelverbrauch - eine deutliche Verbesserung der Reinwasser-Qualität erreicht. Thanks to the existing arrangement of mixed bed resin, air distribution system and additional cation exchange resin bed, it is thus possible to obtain pure water in a simpler and more economical manner and in the desired high quality. Complicated and expensive systems and processes can be completely avoided. Compared to the simple, well-known mixed bed filter - with the same amount of work and regeneration agent consumption - a clear improvement in the pure water quality is achieved.
Die erfindungsgemässe Anordnung von Mischbettharz, Luftverteilsystem und zusätzlichem Kationenaustauscherharzbett kann mit Vorteil auch bei der Kondensatreinigung eingesetzt werden. Zweckmässigerweise wird jedoch das zu behandelnde wässrige Kondensat im Aufstrom von unten nach oben durch das Kationenaustauscherharzbett und das Mischbettharz geleitet. Das Kationenaustauscherharzbett dient in diesem Fall zur Kondensatvorreinigung (z.B. gegen Ammonium- und Natrium-Leckage) und bedingt, wie oben erläutert, keinerlei Mehraufwand beim Trennen, Regenerieren und Mischen der Harze. Im Unterschied zur oben besprochenen Feinreinigung von salzarmem Wasser kann das Regeneriermittel für das Kationenaustauscherharz vorzugsweise auch von oben nach unten im Gegenstrom durch das Kationenaustauscherharz geleitet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit ebenfalls die Kombination der Kondensatvorreinigung und der Feinreinigung an einem Mischbettharz in einem Behandlungsbehälter mit interner Regeneration der Harze. The arrangement according to the invention of mixed bed resin, air distribution system and additional cation exchange resin bed can also be used advantageously for cleaning condensate. However, the aqueous condensate to be treated is expediently passed in an upward flow from the bottom to the top through the cation exchange resin bed and the mixed bed resin. In this case, the cation exchange resin bed is used for pre-cleaning the condensate (e.g. against ammonium and sodium leakage) and, as explained above, does not require any additional effort when separating, regenerating and mixing the resins. In contrast to the fine cleaning of low-salt water discussed above, the regeneration agent for the cation exchange resin can preferably also be passed from top to bottom in countercurrent through the cation exchange resin. The present invention thus also enables the combination of condensate pre-cleaning and fine cleaning on a mixed bed resin in a treatment tank with internal regeneration of the resins.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine lonenaustauscheranlage gemäss Anspruch 1 zur Feinreinigung von Wasser und zur Behandlung von wässrigen Kondensaten. Sie eignet sich insbesondere zur Feinreinigung von salzarmem Wasser oder zur Reinigung von wässrigen Kondensaten. Unter «salzarmem Wasser» sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere Wässer mit einer elektrischen Leitfähigkeit von etwa 2-70 nS/cm zu verstehen, wie sie beispielsweise bei der Grobentsalzung mittels lonenaustauscheranlagen und/oder Gegenosmoseanlagen vor einer allfälligen Feinreinigungsstufe erhalten werden. The present invention therefore relates to an ion exchange system according to claim 1 for the fine purification of water and for the treatment of aqueous condensates. It is particularly suitable for fine cleaning of low-salt water or for cleaning aqueous condensates. In the context of the present invention, “low-salt water” is to be understood in particular as water with an electrical conductivity of about 2-70 nS / cm, as obtained, for example, in the case of coarse desalination using ion exchange systems and / or counter-osmosis systems before any fine cleaning stage.
Die Verteil- und Abnahmevorrichtungen können in üblicher Weise ausgebildet sein, und es können übliche Harze verwendet werden. Das Wasser-Einlasssystem und die Regeneriermittel-Verteil- und -Ab-nahmevorrichtungen sollten vorzugsweise so angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass eine möglichst gleichmässige Verteilung von Wasser und Regenerierlösungen gewährleistet ist und keine Toträume vorhanden sind. The distribution and removal devices can be constructed in a conventional manner, and conventional resins can be used. The water inlet system and the regenerating agent distribution and removal devices should preferably be arranged and / or configured in such a way that the most uniform possible distribution of water and regenerating solutions is ensured and there are no dead spaces.
Infolge der Anordnung des Luftverteilsystems an der Grenzfläche zwischen dem Kationenaustauscherharzbett und dem Kationenaustauscherharz des Mischbettes erübrigt sich eine separate Trennung der beiden Harzbetten, da die Luft aus dem Luftverteilsystem nur durch die darüberliegende Mischbett-harzschicht strömt und somit nur die Harze des Mischbetts gemischt werden. Die Luft kann über das obere Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser bzw. über das obere Einnahmesystem für das Reinwasser oder gewünschtenfalls über eine separate obere Öffnung abgeleitet werden. Due to the arrangement of the air distribution system at the interface between the cation exchange resin bed and the cation exchange resin of the mixed bed, a separate separation of the two resin beds is unnecessary, since the air from the air distribution system only flows through the overlying mixed bed resin layer and thus only the resins of the mixed bed are mixed. The air can be discharged via the upper inlet system for the water to be treated or via the upper inlet system for the pure water or, if desired, via a separate upper opening.
Gewünschtenfalls kann jedoch zwischen dem Kationenaustauscherharzbett und dem Mischbettharz eine Fiiterplatte oder eine Platte mit Löchern, welche vorzugsweise einen Durchmesser von 1-4 mm aufweisen können, angeordnet werden. Das Luftverteilsystem wird in diesem Fall unmittelbar über oder, vorzugsweise, unmittelbar unter dieser Platte angeordnet. If desired, however, a filter plate or a plate with holes, which can preferably have a diameter of 1-4 mm, can be arranged between the cation exchange resin bed and the mixed bed resin. In this case, the air distribution system is arranged directly above or, preferably, directly below this plate.
Gewünschtenfalls kann ferner das Kationenaustauscherharzbett vom Mischbettharz durch eine Filterplatte und eine unmittelbar unter dieser Filterplatte angeordnete Inertharzschicht getrennt sein. Das Luftverteilsystem wird in diesem Fall vorzugsweise innerhalb der Inertharzschicht angeordnet. If desired, the cation exchange resin bed can also be separated from the mixed bed resin by a filter plate and an inert resin layer arranged directly below this filter plate. In this case, the air distribution system is preferably arranged within the inert resin layer.
Wie oben angedeutet, wird zur Feinreinigung von salzarmem Wasser zweckmässigerweise das zu behandelnde Wasser von oben nach unten durch den Behandlungsbehälter geleitet und das Kationenaustauscherharz im Gegenstrom regeneriert. Die erfindungsgemässe lonenaustauscheranlage weist daher zur Feinreinigung von salzarmem Wasser ein oberes Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser, ein unteres Abnahmesystem für das Reinwasser und ein unterhalb oder im unteren Bereich des Kationenaustauscherharzbetts angeordnetes System zur Einleitung des Regeneriermittels für das Kationenaustauscherharz auf, und die Mitteldrainage dient zur Abnahme beider Regeneriermittel. Das Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser kann beispielsweise ein einfaches Zuflussrohr in der oberen Begrenzung des Behandlungsbehälters sein. Das Abnahmesystem für das Reinwasser kann beispielsweise ein Abflussrohr im Boden des Behandlungsbehälters oder eine im Kationenaustauscherharzbett angeordnete Abnahmevorrichtung sein. As indicated above, for the fine cleaning of low-salt water, the water to be treated is expediently passed through the treatment tank from top to bottom and the cation exchange resin is regenerated in countercurrent. The ion exchange system according to the invention therefore has an upper inlet system for the water to be treated, a lower removal system for the pure water and a system arranged below or in the lower region of the cation exchange resin bed for introducing the regeneration agent for the cation exchange resin, and the middle drainage serves for the fine cleaning of low-salt water Acceptance of both regenerants. The inlet system for the water to be treated can be, for example, a simple inflow pipe in the upper limit of the treatment tank. The removal system for the pure water can be, for example, a drain pipe in the bottom of the treatment tank or a removal device arranged in the cation exchange resin bed.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kationenaustauscherharzbett vom unterhalb des Kationenaustauscherharzbetts angeordneten Reinwasser-Abnahmesystem und Regeneriermittel-Einlass-system durch eine Fiiterplatte - beispielsweise ein Düsenboden oder eine FilterscreenPlatte - getrennt. Der Zufluss bzw. Abfluss kann in diesem Fall vorzugsweise über ein Rohr im Boden des Behandlungsbehälters erfolgen. According to a preferred embodiment, the cation exchange resin bed is separated from the pure water take-off system and regenerant inlet system arranged below the cation exchange resin bed by a filter plate - for example a nozzle bottom or a filter screen plate. In this case, the inflow or outflow can preferably take place via a pipe in the bottom of the treatment container.
4 4th
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
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55 55
60 60
65 65
CH 682 639 A5 CH 682 639 A5
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführung sind das Reinwasser-Abnahmesystem und das Ver-teilsystem für das zur Regeneration des Kationenaustauscherharzes zu verwendende Regeneriermittel innerhalb des Kationenaustauscherharzbetts so angeordnet, dass das Reinwasser-Abnahmesystem über dem Regeneriermittel-Verteilsystem liegt und zwischen dem Reinwasser-Abnahmesystem und dem Luftverteilsystem eine ausreichende Kationenaustauscherharzschicht verbleibt. Das Kationenaustauscherharzbett kann hierbei den unteren Teil des Behandlungsbehälters vollständig ausfüllen. According to a further preferred embodiment, the pure water removal system and the distribution system for the regeneration agent to be used for the regeneration of the cation exchange resin are arranged within the cation exchange resin bed in such a way that the pure water removal system lies above the regeneration agent distribution system and between the pure water removal system and the air distribution system an adequate cation exchange resin layer remains. The cation exchange resin bed can completely fill the lower part of the treatment container.
Im Fall der Reinigung von wässrigen Kondensaten wird das zu behandelnde Wasser zweckmässigerweise von unten nach oben durch den Behandlungsbehälter geleitet. Die erfindungsgemässe lonenaustauscheranlage weist daher zur Reinigung von wässrigen Kondensaten ein unteres Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser und ein oberes Abnahmesystem für das Reinwasser auf. Der Raum über dem Mischbettfilter ist zur Kompaktierung des lonenaustauscherharzbettes währed des Beladungsprozesses vorzugsweise mit einem Inertharz ausgefüllt, welches spezifisch leichter ist als das Anionenaustauscherharz. In the case of the cleaning of aqueous condensates, the water to be treated is expediently passed through the treatment tank from bottom to top. The ion exchanger system according to the invention therefore has a lower inlet system for the water to be treated and an upper removal system for the pure water for cleaning aqueous condensates. The space above the mixed bed filter for compacting the ion exchange resin bed during the loading process is preferably filled with an inert resin which is specifically lighter than the anion exchange resin.
Zur Regeneration des Kationenaustauscherharzes wird das Regeneriermittel im Gegenstrom, d.h. von oben nach unten durch das Kationenaustauscherharz geleitet werden. Im Falle der Reinigung von wässrigen Kondensaten dient daher die Mitteldrainage zur Ableitung des Regeneriermittels für das Anionenaustauscherharz und zur Einleitung des Regeneriermittels für das Kationenaustauscherharz. To regenerate the cation exchange resin, the regenerating agent is countercurrent, i.e. from top to bottom through the cation exchange resin. In the case of the cleaning of aqueous condensates, the central drainage serves to discharge the regenerant for the anion exchange resin and to introduce the regenerant for the cation exchange resin.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform können das Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser und das System zur Ableitung des Regeneriermittels für das Kationenaustauscherharz innerhalb des Kationenaustauscherharzbetts so angeordnet werden, dass das Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser über dem System zur Ableitung des Regeneriermittels liegt und zwischen dem Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser und dem Luftverteilsystem eine ausreichende Schicht an Kationenaustauscherharz verbleibt. Das Kationenaustauscherharzbett kann in diesem Fall vorzugsweise den unteren Teil des Behandlungsbehälters vollständig ausfüllen. According to a preferred embodiment, the inlet system for the water to be treated and the system for discharging the regeneration agent for the cation exchange resin can be arranged within the cation exchange resin bed in such a way that the inlet system for the water to be treated lies above the system for discharging the regenerant and between the inlet system for the water to be treated and the air distribution system have a sufficient layer of cation exchange resin. In this case, the cation exchange resin bed can preferably completely fill the lower part of the treatment container.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren gemäss Anspruch 11 zur Feinreinigung von Wasser und zur Behandlung von wässrigen Kondensaten unter Verwendung der erfindungsgemässen lonenaustauscheranlage. Es versteht sich, dass die Harze nach der Behandlung mit Regeneriermittel mit vollentsalztem Wasser gespült werden sollten, um allfällige Reste an Regeneriermittel weitgehend zu entfernen. Die Durchführung des Verfahrens sowie der Vorteile und bevorzugte Varianten ergeben sich unmittelbar aus der obigen Beschreibung der lonenaustauscheranlage, insbesondere aus der Anordnung der Abnahme- und Verteilvorrichtungen und aus der Anordnung, den Eigenschaften und der Wirkungsweise der lonenaustauscherharze. Insbesondere wird salzarmes Wasser zur Feinreinigung von oben nach unten durch den Behandlungsbehälter geleitet und das Regeneriermittel für das Anionenaustauscherharz von oben nach unten bzw. das Regeneriermittel für das Kationenaustauscherharz im Gegenstrom von unten nach oben durch das betreffende Harz geleitet. Anderseits werden wässrige Kondensate zur Reinigung zweckmässigerweise im Aufstrom von unten nach oben durch den Behandlungsbehälter geleitet, und das Regeneriermittel für das Anionenaustauscherharz wird von oben nach unten durch die Anionenaustauscherharzschicht geleitet; das Regeneriermittel für das Kationenaustauscherharz wird von oben nach unten im Gegenstrom durch die Kationenaustauscherharzschicht geleitet werden. The invention also relates to a method according to claim 11 for the fine purification of water and for the treatment of aqueous condensates using the ion exchange system according to the invention. It is understood that the resins should be rinsed with deionized water after treatment with regenerating agent in order to largely remove any remaining regenerating agent. The implementation of the method as well as the advantages and preferred variants result directly from the above description of the ion exchange system, in particular from the arrangement of the removal and distribution devices and from the arrangement, the properties and the mode of action of the ion exchange resins. In particular, low-salt water for fine cleaning is passed through the treatment tank from top to bottom and the regenerant for the anion exchange resin is passed from top to bottom or the regenerant for the cation exchange resin in countercurrent from bottom to top through the resin in question. On the other hand, aqueous condensates are expediently passed upstream through the treatment tank in the upflow, and the regeneration agent for the anion exchange resin is passed down through the anion exchange resin layer; the regeneration agent for the cation exchange resin will be passed counter top through the cation exchange resin layer.
Als Kationenaustauscherharze, Anionenaustauscherharze und Inertharze kommen übliche, in der lo-nenaustauscheranlagetechnik verwendbare Harze in Betracht. Die Ausdrücke «spezifisch leichter» und «spezifisch schwerer» bezeichnen einen Dichteunterschied der betreffenden Harze; dieser sollte genügend gross sein, um eine möglichst saubere Trennung aufgrund der unterschiedlichen Dichte zu erreichen. Da dies eine gebräuchliche Trennmethode ist, sind geeignete Kombinationen von Harzen dem Fachmann bestens geläufig. Suitable cation exchange resins, anion exchange resins and inert resins are customary resins which can be used in ion exchange plant technology. The terms “specifically lighter” and “specifically heavier” indicate a difference in density of the resins in question; this should be large enough to achieve the cleanest possible separation due to the different density. Since this is a common separation method, suitable combinations of resins are well known to the person skilled in the art.
Vorzugsweise wird für das Kationenaustauscherharzbett und das Mischbettharz das gleiche Kationenaustauscherharz verwendet. Gewünschtenfalls können aber auch unterschiedliche Harze verwendet werden, sofern das Kationenaustauscherharzbett vom Mischbettharz durch eine Filterplatte getrennt ist und/oder das Kationenaustauscherharz des Kationenaustauscherharzbetts spezifisch schwerer ist als jenes des Mischbettharzes. Preferably, the same cation exchange resin is used for the cation exchange resin bed and the mixed bed resin. If desired, however, different resins can also be used provided the cation exchange resin bed is separated from the mixed bed resin by a filter plate and / or the cation exchange resin of the cation exchange resin bed is specifically heavier than that of the mixed bed resin.
Zur Regeneration des Kationen- und des Anionenaustauscherharzes können übliche Regeneriermittel verwendet werden. Im allgemeinen wird jedoch zur Regeneration des Anionenaustauscherharzes Natronlauge und zur Regeneration des Kationenaustauscherharzes Salzsäure bevorzugt. Conventional regeneration agents can be used to regenerate the cation and anion exchange resin. In general, however, sodium hydroxide is preferred for the regeneration of the anion exchange resin and hydrochloric acid for the regeneration of the cation exchange resin.
Zum besseren Verständnis sind einzelne Ausführungsformen der Erfindung in Fig. 1 bis 5 dargestellt, worin die Bezugszeichen jeweils folgende Bedeutung haben: For a better understanding, individual embodiments of the invention are shown in FIGS. 1 to 5, in which the reference symbols each have the following meaning:
1 Behandlungsbehälter 1 treatment tank
2 Filterplatte (z.B. Düsenboden oder Filterscreen-Platte) 2 filter plates (e.g. nozzle bottom or filter screen plate)
3 Einlasssystem für das zu behandelnde Wasser 3 Inlet system for the water to be treated
4 Reinwasser-Abnahmesystem 4 Pure water withdrawal system
5 Verteilsystem für das zur Regeneration des Kationenaustauscherharzes zu verwendende Regeneriermittel 5 Distribution system for the regeneration agent to be used for the regeneration of the cation exchange resin
6 Verteilsystem für das zur Regeneration des Anionenaustauscherharzes zu verwendende Regeneriermittel 6 Distribution system for the regeneration agent to be used for the regeneration of the anion exchange resin
5 5
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
CH 682 639 A5 CH 682 639 A5
7 Vorrichtung (Mitteldrainage) zur Abnahme des für die Regeneration des Anionenaustauscherharzes zu verwendenden Regeneriermittels und zur Abnahme bzw. Verteilung des für die Regeneration des Kationenaustauscherharzes zu verwendenden Regeneriermittels 7 device (central drainage) for removing the regeneration agent to be used for the regeneration of the anion exchange resin and for removing or distributing the regeneration agent to be used for the regeneration of the cation exchange resin
8 Luftverteilsystem zum Mischen der Harze der Mischbettschicht 8 Air distribution system for mixing the resins of the mixed bed layer
9 Kationenaustauscherharz des Mischbetts (dargestellt nach Trennung des Mischbetts) 9 cation exchange resin of the mixed bed (shown after separation of the mixed bed)
10 Anionenaustauscherharz des Mischbetts (dargestellt nach Trennung des Mischbetts) 10 anion exchange resin of the mixed bed (shown after separation of the mixed bed)
11 Kationenaustauscherharzbett 11 cation exchange resin bed
12 Zwischenboden mit Löchern oder Filterplatte 12 intermediate floor with holes or filter plate
13 Inertharzschicht 13 inert resin layer
14 Abnahmesystem für das zur Regeneration des Kationenaustauscherharzes zu verwendende Regeneriermittel 14 Removal system for the regeneration agent to be used for the regeneration of the cation exchange resin
15 Rohr zur Zugabe bzw. Entnahme des Inertharzes 15 tube for adding or removing the inert resin
Um die Lage der Mitteldrainage besser zu verdeutlichen, ist die Anordnung der Harze in allen Zeichnungen so abgebildet, wie sie bei der Regeneration vorliegt, d.h. mit getrenntem Anionen- und Kationenaustauscherharz des Mischbetts. In order to clarify the position of the central drainage, the arrangement of the resins is shown in all drawings as it is during regeneration, i.e. with separate anion and cation exchange resin of the mixed bed.
Fig. 1 zeigt eine lonenaustauscheranlage zur Feinreinigung von salzarmem Wasser, in welcher das Kationenaustauscherharzbett 11 auf einer Filterplatte 2 aufliegt und das Reinwasser-Abnahmesystem 4 und das Regeneriermittel-Verteilsystem 5 im Boden des Behandlungsbehälters angeordnet sind. Fig. 1 shows an ion exchange system for fine cleaning of low-salt water, in which the cation exchange resin bed 11 rests on a filter plate 2 and the pure water removal system 4 and the regenerant distribution system 5 are arranged in the bottom of the treatment tank.
Fig. 2 zeigt eine lonenaustauscheranlage zur Feinreinigung von salzarmem Wasser mit innerhalb des Kationenaustauscherharzbetts 11 angeordnetem Reinwasser-Abnahmesystem 4 und Regeneriermittel-Verteilsystem 5. FIG. 2 shows an ion exchange system for the fine cleaning of low-salt water with a pure water removal system 4 and a regenerant distribution system 5 arranged inside the cation exchange resin bed 11.
Fig. 3 und 4 zeigen je eine lonenaustauscheranlage zur Feinreinigung von salzarmem Wasser, in welcher zwischen dem Mischbettharz 9, 10 und dem Kationenaustauscherharzbett 11 eine Filterplatte oder ein Zwischenboden mit Löchern 12 angeordnet ist. Das Reinwasser-Abnahmesystem 4 und das Regeneriermittel-Verteilsystem 5 sind wie in Fig. 1 bzw. 2 angeordnet, nämlich im Boden des Behandlungsbehälters 1 unterhalb einer Filterplatte 2 (Fig. 3) bzw. innerhalb des Kationenaustauscherharzbetts 11 (Fig. 4). 3 and 4 each show an ion exchange system for the fine cleaning of low-salt water, in which a filter plate or an intermediate base with holes 12 is arranged between the mixed bed resin 9, 10 and the cation exchange resin bed 11. The pure water removal system 4 and the regenerating agent distribution system 5 are arranged as in FIGS. 1 and 2, namely in the bottom of the treatment container 1 below a filter plate 2 (FIG. 3) or inside the cation exchange resin bed 11 (FIG. 4).
Fig. 5 zeigt eine lonenaustauscheranlage zur Aufstromreinigung von wässrigen Kondensaten, in welcher zwischen dem Mischbettharz 9, 10 und dem Kationenaustauscherharzbett 11 eine Filterplatte oder ein Zwischenboden mit Löchern 12 angeordnet ist, und das Kondensat-Einlasssystem 3 und das Regeneriermittel-Abnahmesystem 14 innerhalb des Kationenaustauscherharzbetts 11 angeordnet sind. Die Mitteldrainage 7 dient zur Ableitung des Regeneriermittels aus dem Anionenaustauscherharz 10 und zur Verteilung des Regeneriermittels für das Kationenaustauscherharz 9, 11. Im oberen Teil des Behandlungsbehälters 1 ist ein Inertharzbett 13 angeordnet, das zur Kompaktierung des lonenaustauscherharz-bettes während des Beladungsprozesses dient und das vor der Trennung und Regeneration des Harzes über das Rohr 15 aus dem Behandlungsbehälter heraus transportiert wird. Fig. 5 shows an ion exchange system for upstream cleaning of aqueous condensates, in which a filter plate or an intermediate floor with holes 12 is arranged between the mixed bed resin 9, 10 and the cation exchange resin bed 11, and the condensate inlet system 3 and the regenerant removal system 14 within the cation exchange resin bed 11 are arranged. The central drainage 7 serves to discharge the regenerating agent from the anion exchange resin 10 and to distribute the regenerating agent for the cation exchange resin 9, 11. In the upper part of the treatment container 1 there is an inert resin bed 13, which serves to compact the ion exchange resin bed during the loading process and does so in front the separation and regeneration of the resin is transported out of the treatment container via the pipe 15.
Claims (12)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased | ||
| PL | Patent ceased |