DE69408730T2 - Flüssigkeitsverteilung und Abgabevorrichtung in einer Wasserbehandlungseinheit - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Behandlung eines gasförmigen oder flüssigen Fluids wie insbesondere einen Ionenaustauscher, beispielsweise eine Wasserenthärtungsanlage. Diese Anlage dient zur Verringerung der überschüssigen Härte (oder eines hohen Wasserhärtetiters) von Wasser, das gewöhnlich für eine Verwendung im Haushalt, als Lebensmittel und in der Industrie abgegeben wird.
• Bei der Behandlung durch Wasserenthärtung fließt ein klares oder gereinigtes Wasser durch ein regenerierbares kationisches Harz und in Berührung mit diesem, wobei während seines Durchlaufs die im Wasser gelösten Ionen, insbesondere Calcium und Magnesium, gegen die Natriumionen des Harzes ausgetauscht werden. So ist am Ausgang der Wasserenthärtungsanlage der Calcium- und Magnesiummineralgehalt durch den Natriummineralgehalt ersetzt worden. Andererseits wird durch diesen Vorgang der Anionengehalt des Wassers (beispielsweise an Sulfaten und Chloriden) nicht verändert.
• Die Regenerierung der Harze erfolgt durch eine Salzlösung (sehr konzentrierte Natriumchloridlösung). Die in großer Menge vorhandenen Natriumionen der Salzlösung verdrängen die Calcium- und Magnesiumionen, welche vom Harz festgehalten werden, wodurch dieses wieder seine Natriumform annehmen kann.
• In herkömmlichen Ionenaustauschern werden Harze mit ganz bestimmten Eigenschaften verwendet, so daß es in Abhängigkeit von dem zu enthärtenden Wasservolumen möglich ist, eine Wassenthärtungsanlage auszulegen, indem das Harzvolumen berechnet wird, das der Apparat enthalten muß.
• Aus diesem Grund ist der Rauminhalt dieser Anlagen oftmals groß, wodurch ihr an den Ort der Anwendung nächstliegender Einbau begrenzt ist, wobei dieser Nachteil bei einer Verwendung im Haushalt besonders spürbar wird.
• Daher sind im Hinblick auf ihre Verwendung auf dem Gebiet der Wasserbehandlung neue Harze untersucht worden. Obwohl ihre Eigenschaften besonders interessant sind, sind doch die mit ihrem Einsatz verbundenen hydraulischen Zwänge recht streng und erfordern bei der Konstruktion und Herstellung der Apparate beträchtliche Anpassungen.
• Deshalb schlägt die Erfindung vor, diese Nachteile zu beheben, indem eine Verteilungsvorrichtung bereitgestellt wird, die zu Wasserenthärtungsanlagen mit begrenztem Volumen paßt, wobei diese mit einem Harz mit hohem Austauschvermögen gefüllt sind.
• Somit erforderten diese Harze die Entwicklung von Vorrichtungen zur Verteilung und Steuerung der verschiedenen Ströme in der fließenden Arbeitsphase und der Regenerierungsphase. Diese Vorrichtung muß einerseits den Durchlauf der zu behandelnden Flüssigkeit durch das Harz oder ein beliebiges Filtermaterial, wobei das Fließen in einer bevorzugten Richtung und mit einer gegebenen Geschwindigkeit vor sich gehen muß, um die Verwendungsvorschriften für das Harz wie insbesondere die für die Ionenaustauschreaktion notwendige Kontaktzeit einzuhalten, und andererseits die Bewegung eines Regenerierfluids wie insbesondere einer Salzlösung, ebenfalls in einer bevorzugten Richtung und mit einer gegebenen Geschwindigkeit, durch dieses Filtermaterial hindurch ermöglichen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung und steuerung in einer ein Filtermaterial enthaltenden Wasserbehandlungsanlage ist dadurch gekennzeichnet, daß sie insbesondere einen Boden umfaßt, der die Wasserbehandlungsanlage in eine das Filtermaterial enthaltende obere Zone und eine untere Zone trennt und mit wenigstens zwei unterschiedlichen, Verteilungsnetze bildenden Teilen versehen ist, wobei einer davon mit zahlreichen Öffnunge durchbohrt ist, die den Durchgang des behandelten Fluids, welches das Filtermaterial durchströmt hat, zwischen der oberen und der unteren Zone erlauben und die über eine in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Fluids verschließbare Steueröffnung mit dem zweiten Teil des Bodens und dem Abflußnetz des behandelten Fluids in Verbindung stehen, wobei der ergänzende Teil außerdem auf einer der Seiten des Bodens mit zahlreichen Öffnungen ausgestattet ist&sub1; die während der Regenerationsphase ein Strömen des Regenerierfluids, welches durch das Abflußnetz des behandelten Fluids zugeführt wird, durch das Filtermaterial ermöglichen.
• Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden an Hand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen, erläutert, wobei
• - Figur 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Wasserenthärtungsanlage mit Verteilungsvorrichtung,
• - Figur 2 eine Draufsicht der Verteilungsvorrichtung mit Halbschnitt und
• - Figur 3 einen Längshalbschnitt der Verteilungsvorrichtung pzeigt.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Verteilung und Steuerung eines Regenerierfluids oder eines zum Verbrauch bestimmten Fluids umfaßt sie einen zelligen Boden 1, durch dessen Verteilung der Hohlräume 2 und der Öffnungen 3 Netze für eine bestimmte Steuerung gebildet werden. Dieser Boden ist, gleichgültig ob in einer oberen oder unteren Position, in einem Behandlungsbehälter 4 angebracht, er liegt parallel zu einem Ende des Behandlungsbehälters 4 und ermöglicht es, den Behälter in eine obere Zone 5, die das Filtermaterial 7, insbesondere das Harz, enthält, und eine untere Zone 6, die in der Arbeitsphase mit dem Abflußnetz in Verbindung steht, zu unterteilen.
• So wird der größte Teil des Bodens von einer Vielzahl von Öffnungen 3 eingenommen, die den Durchgang eines Fluids, im allgemeinen des Fluids, das behandelt worden ist, von der oberen Zone 5 in die untere Zone 6 erlauben. Die Verteilung der Öffnungen im Boden 1 ist vorzugsweise ringförmig und umf angsmäßig, wobei Durchmesser und Anzahl dieser Löcher von den hydraulischen Eigenschaften des Harzes abhängig sind.
• Der ergänzende Teil 8 des Bodens, im allgemeinen der zentrale Teil 10, kommuniziert nicht mit dem Umfangsteil 9, sondern steht in Verbindung mit dem Abfluß- oder Entnahmenetz für das behandelte Fluid, wobei diese beiden Bereiche zwei verschiedene Fluidverteilungs- und Steuernetze bilden.
• Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält der Boden 1 zwei Scheiben mit kleinem Durchmesser, die zusammengefügt oder gegebenenfalls an ihrem Umfang durch eine Seitenfläche miteinander verbunden sind, wodurch in der Dicke des Boden Hohlkammern gebildet werden. Außerdem führt durch diesen Boden 1 axial eine Vielzahl von Löchern, welche die obere und die untere Zone verbinden.
• Unabhängig von der Ausführungsform des Bodens ist der zentrale Teil 10 in seinem unteren Bereich und gegenüber der unteren Zone 6 mit wenigstens einer Steueröffnung 11 versehen, die durch einen ein Rückschlagventil bildenden Körper 12 wie insbesondere eine Kugel, eine Nadel oder einen Keil verschließbar ist. Die Position des Körpers 12 in bezug auf den Sitz der Öffnung 11 wird in Abhängigkeit von der Verwendung des Apparats und der Strömungsrichtung des Fluids festgelegt. In der Arbeitsphase ist der Sitz des Steuermittels durchlässig, d.h. nicht verschlossen, wodurch das behandelte Fluid mit dem Abflußnetz in Verbindung gebracht wird, während in der Regenerationsphase der Sitz verschlossen ist und das Regenerierfluid zu den Öffnungen 3 geleitet wird, welche die Verteilung der Salzlösung durch das Harz 7 sichern sollen.
• Gegenüber dieser verschließbaren Öffnung 11 ist auf der Seite, die sich mit der oberen Zone und dem Filtermaterial 7 in Kontakt befindet, in einer der Scheiben des Bodens, insbesondere der ergänzenden Scheibe 8, um das Abfluß- und Entnahmerohr des Fluids herum zahlreiche Öffnungen 3 angeordnet, deren Durchmesser von dem der im Umfangsteil des Bodens befindlichen Öffnungen 2 verschieden ist, wobei die Öffnungen 3 durch konzentrische und/oder radiale Einschnitte 13 untereinander verbunden sein können, wodurch ein Maschennetz gebildet wird, welches das Regenerierfluid gleichmäßig verteilen kann.
• In der Phase, in welcher die Entnahme eines zum Verbrauch bestimmten Fluids stattfindet, fließt das Fluid im Inneren der oberen Zone 5 und damit durch die Filterschicht 7, kommt durch die Vielzahl der am Umfang befindlichen Öffnungen 2 des Bodens in der unteren Zone 6 an, kommt anschließend vor der Öffnung 11, die mit dem Rückschlagventil 12 versehen ist, in dessen Durchgangsrichtung an und mündet im zentralen Teil 10 des Bodens 1, der in Höhe insbesondere der oberen Scheibe mit dem Abfluß- und Entnahmerohr verbunden ist.
• In der Regenerationsphase wird das Regenerierfluid (die Salzlösung) durch das Abflußrohr im Gegenstrom, wenn die Vorrichtung im unteren Bereich angebracht ist, und im Gleichstrom, wenn diese im oberen Bereich angebracht ist, in den Behandlungsbehälter 4 geleitet.
• So mündet es in einer beispielhaften Ausführungsform mit Zirkulation im Gegenstrom direkt in den Innenraum des zentralen Teils 10 des Bodens 1, wobei es aber eine der Scheiben des Bodens nicht überwinden kann, da der das Rückschlagventil bildende Körper 12 in dieser Strömungsrichtung auf den Sitz der Öffnung 11 gepreßt wird. Das Regenerierfluid fließt deshalb durch die Öffnungen 3 des ergänzenden Netzes des Bodens zurück und wird über das gesamte Maschennetz verteilt, damit die natriumchloridreiche Lösung durch die gesättigte Filterschicht 7, insbesondere das Harz, hindurchdiffundiert.
• Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein beliebiger Teil des Bodens durch eine Membran ersetzt werden, deren Widerstandseigenschaften gegenüber der Strömung von der Durchlaufrichtung des Fluids, das durch sie hindurchtritt, abhängig sind. So wird ein erfindungsgemäßer Boden aus einem konzentrischen Zusammenbau einer Vielzahl von Ringen und Scheiben gebildet, die in ihrer Position im Boden in einem Sinn ausgerichtet sind, der in bezug auf die Richtung des Behandlungs- oder Regenerierfluids durchlässig oder sperrend ist.
• Gemäß noch einer anderen Ausführungsform werden die Öffnungen 3 für die Verteilung der Salzlösung durch das Harz durch Filtersiebe oder ein Netz aus stemförmigen Kanälen ersetzt.
• Die im vorhergehenden beschriebene Erfindung hat sehr zahlreiche Vorteile, insbesondere ermöglicht sie die Verwendung eines Harzes mit hohem Wirkungsgrad, wodurch die Abgabe der Regenerierlösung ins Abwasser stark begrenzt wird, dabei wird das Verhältnis folgendermaßen ausgedrückt: Die in bezug auf die Menge der vom Harz festgehaltenen Ionen zugeführte Menge der Salzlösung liegt, anstelle von 1,7 bis 2 bei gewöhnlichen Harzen, bei diesen Typen eines Harzes und einer Vorrichtung sehr nahe bei 1. Außerdem kann diese Verteilungseinrichtung in eine mit einem üblichen Harz versehene herkömmliche Wasserenthärtungsanlage eingebaut werden, um dieses Verhältnis gegen 1 gehen zu lassen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Flüssigkeitsverteilung und -steuerung in einer ein Filtermaterial enthaltenden Wasserbehandlungs anlage, dadurch gekennzeichnet, daß sie insbesondere einen Boden (1) umfaßt, der die Wasserbehandlungsanlage in eine das Filtermaterial (7) enthaltende obere Zone (5) und eine untere Zone (6) trennt und mit wenigstens zwei unterschiedlichen, Verteilungsnetze bildenden Teilen versehen ist, wobei einer davon mit zahlreichen Öffnungen (2, 3) durchbohrt ist, die den Durchgang des behandelten Fluids, welches das Filtermaterial (7) durchströmt hat, zwischen der oberen (5) und der unteren Zone (6) erlauben und die über eine in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Fluids verschließbare Steueröffnung (11), die bezüglich der unteren Zone (6) im unteren Abschnitt des zentralen Teils (10) des Bodens (1) angeordnet ist, mit dem zweiten Teil des Bodens und dem Abflußnetz des behandelten Fluids in Verbindung stehen, wobei der ergänzende Teil (8) außerdem auf einer der Seiten des Bodens mit zahlreichen Öffnungen (2, 3) ausgestattet ist, die während der Regenerationsphase ein Strömen des Regenerierfluids, welches durch das Abflußnetz des behandelten Fluids zugeführt wird, durch das Filtermaterial ermöglichen.

2. Verteilvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der zwischen der oberen (5) und der unteren Zone (6) auf dem Boden (1) angeordneten Öffnungen (2, 3) ringförmig und umfangsmäßig ist und Durchmesser und Anzahl dieser Öffnungen von den hydraulischen Eigenschaften des Filtermaterials abhängen.

3. Verteilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ergänzende Teil des Bodens (1) - der zentrale Teil (10) - in bezug auf den umfangsteil (9) dicht ist, wobei dieser Teil (8) mit dem Abfluß- oder Entnahmenetz für das behandelte Fluid in Verbindung steht.

4. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Boden (1) im oberen Teil des Behandlungsbehälters (4) befindet.

5. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Boden (1) im unteren Teil des Behandlungsbehälters (4) befindet.

6. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verschließbare Steueröffnung (11) einen ein Ventil bildenden Körper (12), wie insbesondere eine Kugel, eine Nadel oder einen Keil aufweist, wobei die Position dieses Körpers (12) in bezug auf den Sitz der Öffnung in Abhängigkeit vom Betrieb der Anlage und entsprechend der Fluidzirkulation bestimmt ist.

7. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Scheiben des Bodens (1), insbesondere der oberen Scheibe, um das Abflußrohr des Fluids zahlreiche Öffnungen (3) angeordnet sind, deren Durchmesser von dem der im Umfangsteil (9) des Bodens (1) befindlichen Öffnungen (2) verschieden sind.

8. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (3) durch konzentrische und/oder radiale Einschnitte (13) untereinander verbunden sind, wodurch ein Maschennetz gebildet wird, welches das Regenerierfluid gleichmäßig verteilen kann.

9. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (2, 3) für die Verteilung der Salzlösung durch das Harz durch Filtersiebe oder ein Netz aus stemförmigen Kanälen ersetzt werden.

10. Verteilvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit ihr eine Zirkulation des Regenerierfluids im Gegen- oder Gleichstrom möglich ist.