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HINTERGRUND
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Regenerierungssystem
für Ionen-Austauscherbetten,
die bei der Deionisierung oder Demineralisierung von Spülmitteln
wie Leiterplattenspülungen,
wässrige
Reinigungsspülungen,
Plattierungs-/Anodisierungsspülungen
und Leitungswasser-Deionisierungssystemen verwendet werden, und
insbesondere auf solche, die eine hochgradige Minimierung des anfallenden
Abwassers aus Regenerierungssystemen ermöglichen.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Lange
Zeit wurde die Ionenaustauschtechnologie zur wirksamen Entfernung
unerwünschter
Ionen aus Lösungen
eingesetzt. Anwendungsmöglichkeiten
sind der Härteaustausch
für Natrium
(Enthärtung)
von Wasserstoffcarbonaten für
Chloride (Dealkalisierung), von Kationen und Anionen für Wasserstoff
und Hydroxy-Ionen (Demineralisierung).
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Die
Ionenaustauschtechnologie erleichtert in der Tat eine moderate Volumenreduktion
durch Konzentrieren der aus Wasser zu entfernenden Fremdbestandteile.
Die Regenerierung mittels Sole, Säure und/oder Ätzalkali
mit Konzentrationen von 5 – 10%
kann verbrauchte Regenerierungsmittel produzieren, die Prozentgehalte
der Verunreinigung enthalten. Dies ist von besonderem Interesse,
wenn der Ionenaustausch zum Entfernen von Schwermetall-Schadstoffen aus
Galvanisierungsspülströmen verwendet
wird. Nach der Regenerierung sind die Schadstoffionen wie Kupfer
und Nickel in Prozentkonzentrationen anstatt ppm-Konzentrationen und mit einer entsprechenden
Volumenverringerung enthalten.
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Die
chemische Regenerierung erhöht
jedoch den Gesamtteststoffgehalt der letztendlich zu entsorgenden
Abfallchemikalien. Tatsächlich
kann der Gesamtfeststoffgehalt um einen Faktor von drei oder mehr
erhöht sein,
wenn keine Kontrollen eingesetzt werden, um das chemische Abfallvolumen
zu reduzieren, das die unerwünschten
Ionen enthält.
Zudem kann das Flüssigkeitsvolumen
des Regenerierungsmittelabfalls im Anschluss an normale Rückwasch-,
chemische Entziehungs- und Spülschritte
15 Bettvolumen (BV) übersteigen.
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Es
gibt einige neue Entwicklungen, die eingesetzt werden können, um
das Flüssigkeitsvolumen
von Regenerierungsmitteln zu verringern. Diese sind von Bedeutung,
wenn der Abfallstoff ein nicht entsorgbarer oder gefährlicher
Arbeitsstoff ist, wie z. B. Schwermetallsalze. Die Annäherung an
einen "Null"-Flüssigkeitsanfall
bedingt die nachfolgende Trennung der Feststoffe und Flüssigkeiten.
Je geringer das Volumen, desto niedriger die Aufbereitungskosten.
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Bei
der herkömmlichen
Regenerierung von Ionenaustauschern wird das Bett zuerst rückgewaschen, um
Schmutz und Ablagerungen zu lösen
und die Harze zum besseren Durchfluss ohne Kanalisierung neu zu verteilen.
Rückspülströme für Kationen-Austauscher
sind typischerweise 14,67 m3/h pro m2 (6 gpm pro Quadratfuß) Bettfläche. Für eine typische Betttiefe von
drei Fuß (91,44
cm), die von den Herstellern empfohlen wird, beläuft sich dies auf 16,04 m3/h/m3 (2 gpm/ft3). Ein 20-minütiger Spülvorgang würde deshalb 5,35 m3 Abwasser
pro m3 (40 Gallonen Abwasser pro Kubikfuß) Harz
produzieren. Bei Anionen-Austauschern
ist der Durchfluss wegen der niedrigeren Dichte geringer. Nichtsdestoweniger
werden ungefähr
2 m3 Abfallstoff pro m3 Harz
verbraucht (15 Gallonen Abfallstoff werden pro Kubikfuß Harz verbraucht).
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Chemisches
Entziehen, der nächste
Schritt bei der Regenerierung, wird typischerweise bei Konzentrationen
von 4 – 6%
oder ungefähr
59,91 g/L (0,50 Pfund (aktiv) pro Gallone ausgeführt. Mit Regenerierungsmittelgehalten
von 96,11 – 128,15
g/L (6 – 8
Ibs/ft3) werden durchschnittlich 56,78 L
(15 Gallonen) Abfallstoff erzeugt.
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Der
nächste
Schritt besteht aus Verdrängungsspülungen,
um die Regenerierungsmittel durch die Betten zu treiben. Diese Spülvolumen
sind typischerweise 2 – 3
Bettvolumen (BV) oder 2 – 2,67
m
3/m
3 (15 – 20 Gallonen/Kubikfuß). Im Anschluss
an die Verdrängungsspülung wird
ein Schnellspüler
mit Vollstrom eingesetzt, um den Regenerierungsmittel-Rückstand
aus dem System auszuspülen
und das Bett für
den nächsten Zyklus
vorzubereiten. Dies wird als Qualitätsspülen bezeichnet und kann durchschnittlich
30 Minuten für
jedes Harz bei 16,04 m
3/h/m
3 (2
gpm/ft
3) dauern. Ein typischer Zyklus generiert
deshalb den Regenerierungsabfall, bestehend aus Folgendem:
- 1
Bettvolumen = 28,39 L (1 Bettvolumen = 7,5 Gallonen = 1 Kubikfuß)
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Demzufolge
beläuft
sich die Regenerierungsabfallsumme für ein herkömmliches System typischerweise
auf 18 BV für
ein Kation und 14,7 BV für
ein Anion.
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Bei
früheren
Versuchen, das Abfallvolumen zu verringern, ist die Wiederverwendung-
von Regenerierungsmitteln eingesetzt worden. Das US-Patent 5,352,345
von Byszewski et al. offenbart ein Verfahren, in dem erschöpfte Regenerierungslösungen aus
einer Kationen- oder
Anionen-Austauschersäule
durch Verwendung eines elektrodialytischen Wasserteilers, einer
Säure-
oder Basen-Reinigungseinheit oder beliebigen Kombination davon in
frische Regenerierungslösungen
umgewandelt wurden, wodurch die Rückgewinnung von Ressourcen
(sowohl an frischen Regenerierungsmitteln als auch an Ergänzungswasser)
maximiert und die zu entsorgende Abfallmenge minimiert wurde.
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In
dem obigen Verfahren ist das System jedoch einfach zum Regenerieren
von verbrauchtem Regenerierungsmittel ausgelegt, nicht zur Minimierung
des durch die Ionenaustauschersäulen
erzeugten Abfallstoffs selbst. Für
den obigen Zweck wird die Spezialvorrichtung, d. h. der elektrodialytische
Wasserteiler, die Säure-
oder Basen-Reinigungseinheit
oder eine beliebige Kombination davon verwendet, und das Rohrleitungssystem
ist kompliziert. Für
Elektrodialyse verwendete Membranen sind sehr empfindlich gegen
Verschmutzung und wenn das System nicht kontinuierlich läuft, dann
verschmutzen sie. Selbst wenn die aus dem Regenerierungsmittel generierte
Abfallmenge aufgrund Verjüngung
des verbrauchten Regenerierungsmittels minimiert ist, kann ferner
der Gesamtabfall in dem System nicht spürbar verringert werden, weil
der aus anderen Zyklen, wie z. B. ein Rückwaschzyklus, Verdrängungszyklus
und Qualitätsspülzyklus,
generierte Abfallstoff nicht verringert wird (tatsächlich entspricht
der aus dem Regenerierungsmittel generierte Abfallstoff ungefähr 10% des
Gesamtabfalls).
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Das
US-Patent 4,652,352 von Carl J. Saieva offenbart ein Verfahren zur
Rückgewinnung
von Metallen aus verdünnter
Lösung
unter Verwendung von Ionenaustausch in Kombination mit Ammoniumsalz-Regenerierungslösungen.
In diesem Verfahren wird die Spülung
im Anschluss an das Einfangen der Metalle in dem Ionenaustauschersystem
wiederverwendet, wodurch eine erste Schleife des Prozesses geschlossen
wird, und die Regenerierungslösung,
die in der Gegenstromrichtung fließt, wird im Anschluss an die
elektrolytische Erholung der Metalle in der Beschichtungszelle wiederverwendet,
und die Rekuperationsmetalle werden in dem Galvanisierungsbad wiederverwendet,
wodurch die zweite und dritte Schleife des Prozesses geschlossen
werden. Als Ergebnis wird im Wesentlichen kein flüssiger oder
fester Abfallstoff generiert, der eine Entsorgung erfordert.
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Im
obigen Verfahren ist das System jedoch einfach zur Entfernung von
Metallen ausgelegt, nicht zur Minimierung des durch die Ionenaustauschersäulen selbst
erzeugten Abfallstoffs. Für
den obigen Zweck wird die Spezialvorrichtung, d. h. das elektrolytische
Erholungssystem, verwendet. Ferner besitzt das System schwerwiegende
Nachteile, d. h. die einfache Entfernung der Metalle kann das Wasser
nicht wiederverwendbar machen, weil die Lösung Metallsalze wie Kupferchlorid,
Kupfersulfat, Nickelchlorid und Nickelsulfat enthält, und
die andere Hälfte
der Metallsalze sich nach Entfernung der Metalle weiter ansammelt,
was den Gehalt gelöster
Feststoffe in den Spülkesseln
anhebt und ernsthafte Qualitätsprobleme
verursacht. Zudem ist bei der Regenerierungsprozedur kein Spülzyklus
erwähnt,
was bedeutet, dass das Regenerierungsmittel noch im Harzbett ist.
Zur Wiederverwendung des Harzes muss das Regenerierungsmittel aus
dem Harzbett ausgespült werden.
Es wird nicht erwähnt,
wie dieses Spülen
minimiert werden würde.
Selbst wenn die aus dem Regenerierungsmittel generierte Abfallmenge
aufgrund der Verjüngung
der verbrauchten Regenerierungsmittel minimiert wird, kann der Gesamtabfall
in dem Verfahren, wie die vorgenannte Methode des US-Patentes 5,352,345,
nicht spürbar
verringert werden, weil der aus anderen Zyklen wie Rückwaschzyklus,
Verdrängungszyklus
und Qualitätsspülzyklus
generierte Abfall nicht verringert wird. Ferner ist die Verwendung
von Ammoniaksalz-Regenerierungsmittel
aufgrund seiner Dämpfe
für Arbeiter
nicht ratsam.
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Außerdem beschreibt
Rohm & Haas Amber
Hi-Lites No. 120 die Wiederverwendung von Regenerierungsmitteln.
Wie beschrieben, wird das erste Drittel des Regenerierungsmittels
durch das vorhandene Wasser in der Harzsäule und das Wasser in den Mobilvolumen
zwischen den Harzkörnern
zu sehr verdünnt.
Dieses wird in den Abfall befördert.
Das zweite Drittel, welches das am meisten verbrauchte ist, würde ebenfalls
in den Abfall befördert.
Das letzte Drittel wird zur Wiederverwendung als erstes Drittel
der nachfolgenden chemischen Entziehungszyklen vorgeschlagen. Somit
ist die Wiederverwendung von Regenerierungsmittel auf das Recycling
von nur einem Drittel des gesamten chemischen Entziehungszyklus
beschränkt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung hat eine Technologie ausgenutzt, um das in
jedem Deionisierungs- oder Demineralisierungssystem, einschließlich Spülsystemen
für Leiterplatten,
Reinigung mit Wasser, Plattieren/Anodisieren und Leitungswasser-Deionisierungssystemen,
generierte Gesamtabfallvolumen ungeachtet des Kontaminationsgrads
spürbar
zu verringern, ohne die Notwendigkeit von Geräten wie eine Elektrodialysevorrichtung
zur Verjüngung
des verbrauchten Regenerierungsmittels. Eine Zielsetzung der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verringerung
des Flüssigkeitsvolumenabfalls
von Ionenaustausch-Regenerierungsmitteln auf ungefähr 1 BV
pro Harz, ausgehend von den herkömmlichen
Systemen eine Reduktion von über
90%.
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Ein
wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nämlich ein
Verfahren zur Minimierung von anfallendem Abwasser, das in einem
Ionenaustausch-Regenerierungssystem generiert wird, welches ein
mit Kationen-Austauscherharz gefülltes
Kationen- Austauscherbett
und ein mit Anionen-Austauscherharz gefülltes Anionen-Austauscherbett
umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- (a) Ansetzen mehrerer Teile von Kationen-Regenerierungsmittellösung in
Folge, wobei die Teile von 1 bis n nummeriert sind und n eine ganze
Zahl >1 ist;
- (b) Rückwaschen
und Regenerieren des Kationen-Austauscherbetts mit dem ersten Quantum
Kationen-Regenerierungsmittellösung
durch Einbringen des Quantums in das Kationen-Austauscherbett in
Aufwärts-Strömungsrichtung
mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, das in dem Bett aufgenommene
Harz umzuordnen und das Harz zu regenerieren;
- (c) Weiterregenerieren des Kationen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums Kationen-Regenerierungsmittellösung in Folge in Aufwärts-Strömungsrichtung,
wodurch das Eluat des ersten Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung aus
dem Kationen-Austauscherbett herausgepresst und vom Regenerationszyklus
separiert wird;
- (d) Aufheben des Eluats jedes Quantums außer des ersten Quantums der
Kationen-Regenerierungsmittellösung zur
Verwendung als Quantum der Kationen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. m aufgehoben wird,
um im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. m-1 (m minus eins) verwendet
zu werden, wobei 2 ≤ m ≤ n;
- (e) Ansetzen einer Verdrängungsspülung;
- (f) Verdrängen
der in dem Kationen-Austauscherbett vorhandenen Kationen-Regenerierungsmittellösung mit
der Verdrängungsspülung durch
Einbringen der Verdrängungsspülung in
das Kationen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung und Aufheben
eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Teil der Verdrängungsspülung im
nachfolgenden Zyklus;
- (g) Ansetzen mehrerer Teile von Anionen-Regenerierungsmittellösung in
Folge, wobei die Teile von 1 bis n' nummeriert sind und n' eine ganze Zahl >1 ist;
- (h) Rückwaschen
und Regenerieren des Anionen-Austauscherbetts mit dem ersten Quantum
der Anionen-Regenerierungsmittellösung durch Einbringen des Quantums
in das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung mit einer Geschwindigkeit,
die ausreicht, das in dem Bett aufgenommene Harz umzuordnen und
das Harz zu regenerieren;
- (i) Weiterregenerieren des Anionen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung in Folge in Aufwärts-Strömungsrichtung,
wodurch das Eluat des ersten Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung aus
dem Anionen-Austauscherbett herausgepresst und vom Regenerationszyklus
separiert wird;
- (j) Aufheben des Eluats jedes Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung zur
Verwendung als Quantum der Anionen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. m' aufgehoben wird,
um im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. m'-1 (m' minus eins) verwendet zu werden, wobei
2 ≤ m' ≤ n';
- (k) Ansetzen einer Verdrängungsspülung;
- (l) Verdrängen
der in dem Anionen-Austauscherbett vorhandenen Anionen-Regenerierungsmittellösung mit der
Verdrängungsspülung durch
Einbringen der Verdrängungsspülung in
das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung, und Aufheben
eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Teil der Verdrängungsspülung im
nachfolgenden Zyklus,
wobei die Schritte (a) bis einschließlich (f)
vor, gleichzeitig mit oder nach den Schritten (g) bis einschließlich (l)
durchgeführt
werden;
- (m) Zirkulieren eines Nachspülers
durch das Kationen-Austauscherbett und das Anionen-Austauscherbett der
Reihe nach in Abwärts-Strömungsrichtung;
und
- (n) Rezirkulieren des Nachspülers,
bis die Spülqualität des Ausflusses
aus dem Kationen- oder
dem Anionen-Austauscherbett einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des obigen Verfahrens für
das Kationen-Austauscherbett
umfasst Schritt (k) das Ansetzen mehrerer Teile Verdrängungsspülung, wobei
die Teile von 1 bis q' nummeriert sind
und q' eine ganze
Zahl >1 ist, wobei
das Quantum Nr. q durch Frischespülen bereitgestellt wird; und
wobei Schritt (I) umfasst:
- (i) Verdrängen der
in dem Anionen-Austauscherbett vorhandenen Anionen-Regenerierungsmittellösung mit der
Verdrängungsspülung dadurch,
dass jedes Quantum in Folge in Aufwärts-Strömungsrichtung in das Anionen-Austauscherbett
eingebracht wird,
- (ii) Aufheben des Eluats des ersten Quantums der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als letztes Quantum der Anionen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus, wobei die Konzentration des letzten Quantums
der Anionen-Regenerierungsmittellösung eingestellt wird, und
- (iii) Aufheben des Eluats jedes der verbliebenen Teile der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Verdrängungsspülungsquantum
im nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. p' aufgehoben wird, um
im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. p'-1 (p' minus 1) verwendet zu werden, wobei
2 ≤ p' ≤ q'.
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Für das Kationen-Austauscherbett
werden die Schritte (e) und (f) vorzugsweise auf dieselbe Art und Weise
durchgeführt
wie die Schritte (k) bzw. (l). Das obige Verfahren basiert auf Aufwärtsströmungsregenerierung,
d. h. Gegenstromregenerierung, falls der Durchsatz ein Fallstrom
ist. Gemäß dem obigen
Verfahren können über 90%
des konventionell anfallenden Abwassers aus Regenerierungssystemen
abgebaut werden.
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Ein
anderer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung basiert auf
Abwärtsströmungsregenerierung,
d. h. Gegenstromregenerierung, falls der Durchsatz ein Steigstrom
ist. Dies ist ein Verfahren zur Minimierung von anfallendem Abwasser,
das in einem Ionenaustausch-Regenerierungssystem
generiert wird, welches ein Kationen-Austauscherbett umfasst, das
Kationen-Austauscherharz beherbergt und ein Anionen-Austauscherbett
umfasst, das Anionen-Austauscherharz beherbergt, wobei das Verfahren
die Schritte umfasst:
- (a) Rückwaschen des Kationen- und
des Anionen-Austauscherbetts durch Zirkulieren von Rückwaschspüler durch
das Kationen- und das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung
und Rezirkulieren des Rückwaschspülers;
- (b) Ansetzen mehrerer Teile von Kationen-Regenerierungsmittellösung in
Folge, wobei die Teile von 1 bis n nummeriert sind und n eine ganze
Zahl >1 ist;
- (c) Regenerieren des Kationen-Austauscherbetts mit dem ersten
Quantum der Kationen-Regenerierungsmittellösung durch
Einbringen des Quantums in das Kationen-Austauscherbett ausgehend von einem
oberen Teil des darin aufgenommenen Harzes in Abwärts-Strömungsrichtung,
wodurch der in dem Kationen-Austauscherbett verbleibende Rückwaschspüler daraus
herausgepresst und vom Regenerationszyklus separiert wird (z. B.
zu einem Auffangsammelbehälter
oder Speisekessel zurückgeschickt
wird);
- (d) Weiterregenerieren des Kationen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung in
Folge in Abwärts-Strömungsrichtung,
wodurch das Eluat des ersten Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung aus
dem Bett herausgepresst und vom Regenerationszyklus separiert wird;
- (e) Aufheben jedes Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung zur
Verwendung als Quantum der Kationen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. m aufgehoben wird,
um im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. m-1 (m minus eins) verwendet
zu werden, wobei 2 ≤ m ≤ n;
- (f) Ansetzen einer Verdrängungsspülung;
- (g) Verdrängen
der in dem Kationen-Austauscherbett vorhandenen Kationen-Regenerierungsmittellösung mit
der Verdrängungsspülung durch
Einbringen der Verdrängungsspülung in
das Kationen-Austauscherbett in Abwärts-Strömungsrichtung und Aufheben
eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Teil der Verdrängungsspülung im
nachfolgenden Zyklus;
- (h) Ansetzen mehrerer Teile von Anionen-Regenerierungsmittellösung in
Folge, wobei die Teile von 1 bis n' nummeriert sind und n' eine ganze Zahl >1 ist;
- (i) Regenerieren des Anionen-Austauscherbetts mit dem ersten
Quantum der Anionen-Regenerierungsmittellösung durch
Einbringen des Quantums in das Anionen-Austauscherbett ausgehend von einem
oberen Teil des darin aufgenommenen Harzes in Abwärts-Strömungsrichtung,
wodurch der in dem Anionen-Austauscherbett verbliebene Rückwaschspüler daraus
herausgepresst und vom Regenerationszyklus separiert wird;
- (j) Weiterregenerieren des Anionen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung in Folge in Abwärts-Strömungsrichtung,
wodurch das Eluat des ersten Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung aus
dem Bett herausgepresst und vom Regenerationszyklus separiert wird
(z. B. zu einem Auffangsammelbehälter
oder Speisekessel zurückgeschickt
wird);
- (k) Aufheben jedes Quantums der Anionen-Regenerierungsmittellösung zur
Verwendung als Quantum der Anionen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. m' aufgehoben wird,
um im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. m'-1 (m' minus eins) verwendet zu werden, wobei 2 ≤ m' ≤ n';
- (l) Ansetzen ein Verdrängungsspülung;
- (m) Verdrängen
der in dem Anionen-Austauscherbett vorhandenen Anionen-Regenerierungsmittellösung mit
der Verdrängungsspülung durch
Einbringen der Verdrängungsspülung in
das Anionen-Austauscherbett in Abwärts-Strömungsrichtung und Aufheben
eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Teil der Verdrängungsspülung im
nachfolgenden Zyklus,
wobei die Schritte (b) bis einschließlich (g)
vor, gleichzeitig mit oder nach den Schritten (h) bis einschließlich (m)
durchgeführt
werden;
- (n) Zirkulieren eines Nachspülers
durch das Kationen-Austauscherbett und das Anionen-Austauscherbett der
Reihe nach in Abwärts-Strömungsrichtung;
und
- (o) Rezirkulieren des Nachspülers,
bis die Spülqualität des Ausflusses
aus dem Kationen- oder
dem Anionen-Austauscherbett einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des obigen Verfahrens für
das Kationen-Austauscherbett
umfasst Schritt (f) das Ansetzen mehrerer Teile Verdrängungsspülung, wobei
die Teile von 1 bis q nummeriert sind und q eine ganze Zahl >1 ist, wobei das Quantum
Nr. q durch Frischespülen
bereitgestellt wird; und wobei Schritt (g) umfasst:
- (I) Verdrängen
der in dem Kationen-Austauscherbett vorhandenen Kationen-Regenerierungsmittellösung mit
der Verdrängungsspülung dadurch,
dass jedes Quantum ausgehend von einem oberen Teil des darin aufgenommenen
Harzes in Folge in Abwärts-Strömungsrichtung
in das Kationen-Austauscherbett eingebracht wird;
- (II) Aufheben des Eluats des ersten Quantums der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als letztes Quantum der Kationen-Regenerierungslösung im
nachfolgenden Zyklus, wobei die Konzentration des letzten Quantums
der Kationen-Regenerierungsmittellösung eingestellt wird; und
- (III) Aufheben des Eluats jedes der verbliebenen Teile der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Verdrängungsspülungsquantum
im nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum Nr. p aufgehoben
wird, um im nachfolgenden Zyklus als Quantum Nr. p-1 (p minus eins)
verwendet zu werden, wobei 2 ≤ p ≤ q.
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Für das Anionen-Austauscherbett
werden die Schritte (l) und (m) vorzugsweise auf dieselbe Art und Weise
durchgeführt
wie die Schritte (f) bzw. (g). Gemäß dem obigen Verfahren (Abwärtsströmungsregenerierung)
können
nahezu 90% des konventionell anfallenden Abwassers aus Regenerierungssystemen
abgebaut werden.
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Wenn
das Ionenaustausch-Regenerierungssystem in den oben erwähnten Verfahren,
d. h. Aufwärtsströmungsregenerierung
und Abwärtsströmungsregenerierung,
ferner eine Filtriervorrichtung umfasst, um Fremdbestandteile vor
dem Regenerationszyklus aus dem Durchsatz herauszufiltern, wird
die Notwendigkeit des Rückwaschens
aufgehoben und dadurch das Abfallvolumen weiter reduziert.
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Zudem
können
die Verfahren ohne Weiteres an ein System angepasst werden, das
ferner eines oder mehr der folgenden Betten umfasst: ein dem Kationen-Austauscherbett
vorangehendes metallselektives Harzbett; ein dem Anionen-Austauscherbett
folgendes Polierbett des Mischbetttyps; ein dem Anionen-Austauscherbett
vorangehendes Anionen-Austauscherbett
mit schwacher Base; und ein dem Anionen-Austauscherbett folgendes
Kationen-Austauscherbett mit schwacher Säure, wobei der Regenerierungs-
und der Verdrängungsschritt
an dem einen oder mehr Betten durchgeführt werden und im Nachspülschritt
der Nachspüler
der Reihe nach weiter durch die eine oder mehr Säulen zirkuliert wird.
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Eine
andere Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer Vorrichtung zur wirksamen Durchführung der obigen Verfahren.
Ein anderer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nämlich eine
Vorrichtung für
ein Entionisierungs- und Regenerierungssystem umfassend:
- (a) ein mit Kationen-Austauscherharz gefülltes Kationen-Austauscherbett;
- (b) ein mit Anionen-Austauscherharz gefülltes Anionen-Austauscherbett,
wobei das Anionen-Austauscherbett in Reihe mit dem Kationen-Austauscherbett
platziert ist;
- (c) einen Auffangsammelbehälter
zum Speichern von in der Vorrichtung in Umlauf zu bringendem Wasser oder
Spülmittel,
wobei der Auffangsammelbehälter
mit dem Kationen-Austauscherbett und dem Anionen-Austauscherbett
in Verbindung steht und wahlweise mit einer den Auffangsammelbehälter umgehenden
Umgehungsleitung versehen ist, so dass das Wasser oder Spülmittel
in einer Schleife über
den Auffangsammelbehälter
oder die Umgehungsleitung zirkuliert werden kann;
- (d) mehrere Kessel zum Speichern von Kationen-Regenerierungsmittellösung, wobei
die Kessel in einer Reihe platziert und von 1 bis n nummeriert sind,
wobei n eine ganze Zahl >1
ist, und zumindest der Kessel Nr. n mit einem chemischen Injektor
versehen ist, wobei jeder Kessel mittels einer gemeinsamen Leitung mit
dem Kationen-Austauscherbett
in Verbindung steht, so dass die Kationen-Regenerierungsmittellösung in
einer Schleife zirkuliert werden kann;
- (e) mehrere Kessel zum Speichern von Anionen-Regenerierungsmittellösung, wobei
die Kessel in einer Reihe platziert und von 1 bis n nummeriert sind,
wobei n eine ganze Zahl >1
ist, und zumindest einer davon mit einem chemischen Injektor versehen
ist, wobei jeder Kessel mittels einer gemeinsamen Leitung mit dem Anionen-Austauscherbett
in Verbindung steht, so dass die Anionen-Regenerierungsmittellösung in
einer Schleife zirkuliert werden kann;
- (f) zumindest einen Kessel zum Speichern von Kationen-Verdrängungsspülung und
eine Frischespülungsquelle,
wobei der zumindest eine Kessel parallel zu den Kesseln zum Speichern
von Kationen-Regenerierungsmittellösung ist und in die von den
Kesseln zum Speichern von Kationen-Regenerierungsmittellösung und
dem Kationen-Austauscherbett
gebildete Schleife integriert ist, wobei der zumindest eine Kessel
und die Frischespülungsquelle
an die Unterseite des Kationen-Austauscherbetts angeschlossen und
von 1 bis q nummeriert sind, wobei die Frischespülungsquelle mit q nummeriert
ist, welches eine ganze Zahl >1
ist;
- (g) zumindest einen Kessel zum Speichern von Anionen-Verdrängungsspülung und
eine Frischespülungsquelle,
wobei der zumindest eine Kessel parallel zu den Kesseln zum Speichern
von Anionen-Regenerierungsmittellösung ist und in die von den
Kesseln zum Speichern von Anionen-Regenerierungsmittellösung und
dem Anionen-Austauscherbett gebildete Schleife integriert ist, wobei
der zumindest eine Kessel und die Frischespülungsquelle an die Unterseite
des Anionen-Austauscherbetts angeschlossen und von 1 bis q nummeriert
sind, wobei die Frischespülungsquelle
mit q nummeriert ist, welches eine ganze Zahl >1 ist;
- (h) eine zu einem Verdampferbecken oder einem Außensystem
(z. B. Batch-Aufbereitung) führende
Beschickungskammer, wobei die Beschickungskammer stromabwärts von
dem Kationen-Austauscherbett in der von den Kesseln zum Speichern
von Kationen-Regenerierungsmittellösung und
dem Kationen-Austauscherbett gebildeten Schleife platziert ist;
- (i) eine zu einem Verdampferbecken oder einem Außensystem
(z. B. Batch-Aufbereitung) führende
Beschickungskammer, wobei die Beschickungskammer stromabwärts von
dem Anionen-Austauscherbett in der von den Kesseln zum Speichern
von Anionen-Regenerierungsmittellösung und
dem Anionen-Austauscherbett gebildeten Schleife platziert ist;
- (j) ein Luftdurchspülungsgebläse, das
mit der Oberseite des Kationen- und des Anionen-Austauscherbetts in Verbindung steht;
- (k) ein Durchflussmengen-Regelungssystem zum Rückwaschen
und Regenerieren, wobei das System zur Steuerung des Regenerationszyklus
zu Folgendem in der Lage ist:
- (i) Ausspülen
der in dem Kationen-Austauscherbett vorhandenen Lösung mit
Luft von dem Luftvorspülbelüfter;
- (ii) Einleiten in Folge jedes Quantums der in Kessel Nr. 1 bis
einschließlich
n aufgenommenen Kationen-Regenerierungsmittellösung in das Kationen-Austauscherbett in
Aufwärts-Strömungsrichtung;
- (iii) Verwerten des Eluats aus dem Quantum von Kessel Nr. 1
in die Beschickungskammer und Verlagern des Eluats aus jedem Quantum
von Kessel Nr. 2 bis einschließlich
n zurück
zu Kessel Nr. 1 bis einschließlich
n-1 (n minus eins) um einen Kessel nach vorn verschoben;
- (iv) Einleiten in Folge jedes Quantums der in Kessel Nr. 1 bis
einschließlich
Nr. q der Frischespülung
aufgenommenen Kationen-Verdrängungsspülung in
das Kationen-Austauscherbett
in Aufwärts-Strömungsrichtung;
- (v) Verlagern des Eluats aus dem Quantum der in Kessel Nr. 1
aufgenommenen Verdrängungsspülung zurück zu Kessel
Nr. n der Kationen-Regenerierungsmittellösung und Verlagern des Eluats
aus jedem Quantum von Nr. 2 bis einschließlich Nr. q der Frischespülung zurück zu Kessel
Nr. 1 bis einschließlich
Nr. q-1 (q minus eins) um eine Nummer in dem Zyklus nach vorn verschoben;
und
- (vi) Durchführen
von den Schritten (i) bis (v) entsprechenden Schritten an dem Anionen-Austauscherbett; und
- (l) ein Durchflussmengen-Regelungssystem zum Spülen, wobei
das System imstande ist, den Rückwaschzyklus
solchermaßen
zu steuern:
- (vii) Zirkulieren des in dem Auffangsammelbehälter aufgenommenen
Nachspülers
(oder Zirkuleren des Nachspülers
durch die Umgehungsleitung hindurch) durch das Kationen-Austauscherbett
und das Anionen-Austauscherbett der Reihe nach in Abwärts-Strömungsrichtung.
-
Noch
ein anderer wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine
Vorrichtung für
ein Entionisierungs- und Regenerierungssystem umfassend:
- (a) ein mit Kationen-Austauscherharz gefülltes Kationen-Austauscherbett;
- (b) ein mit Anionen-Austauscherharz gefülltes Anionen-Austauscherbett,
wobei das Anionen-Austauscherbett in Reihe mit dem Kationen-Austauscherbett
platziert ist;
- (c) einen Auffangsammelbehälter
zum Speichern von in der Vorrichtung in Umlauf zu bringendem Wasser oder
Spülmittel,
wobei der Auffangsammelbehälter
mit dem Kationen-Austauscherbett und dem Anionen-Austauscherbett
in Verbindung steht und wahlweise mit einer den Auffangsammelbehälter umgehenden
Umgehungsleitung versehen ist, so dass das Wasser oder Spülmittel
in einer Schleife über
den Auffangsammelbehälter
oder die Umgehungsleitung zirkuliert werden kann;
- (d) mehrere Kessel zum Speichern von Kationen-Regenerierungsmittellösung, wobei
die Kessel in einer Reihe platziert und von 1 bis n nummeriert sind,
wobei n eine ganze Zahl >1
ist, und zumindest einer davon mit einem chemischem Injektor versehen
ist, wobei jeder Kessel mittels einer gemeinsamen Leitung mit dem
Kationen-Austauscherbett in Verbindung steht, so dass die Kationen-Regenerierungsmittellösung in einer
Schleife zirkuliert werden kann;
- (e) mehrere Kessel zum Speichern von Anionen-Regenerierungsmittellösung, wobei
die Kessel in einer Reihe platziert und von 1 bis n nummeriert sind,
wobei n eine ganze Zahl >1
ist, und zumindest einer davon mit einem chemischen Injektor versehen
ist, wobei jeder Kessel mittels einer gemeinsamen Leitung mit dem Anionen-Austauscherbett
in Verbindung steht, so dass die Anionen-Regenerierungsmittellösung in
einer Schleife zirkuliert werden kann;
- (f) zumindest einen Kessel zum Speichern von Kationen-Verdrängungsspülung und
eine Frischespülungsquelle,
wobei der zumindest eine Kessel parallel zu den Kesseln zum Speichern
von Kationen-Regenerierungsmittellösung ist und in die von den
Kesseln zum Speichern von Kationen-Regenerierungsmittellösung und
dem Kationen-Austauscherbett gebildete Schleife integriert ist,
wobei der zumindest eine Kessel und die Frischespülungsquelle
an die Unterseite des Kationen-Austauscherbetts angeschlossen und
von 1 bis q nummeriert sind, wobei die Frischespülungsquelle mit q nummeriert
ist, welches eine ganze Zahl >1
ist;
- (g) zumindest einen Kessel zum Speichern von Anionen-Verdrängungsspülung und
eine Frischespülungsquelle,
wobei der zumindest eine Kessel parallel zu den Kesseln zum Speichern
von Anionen-Regenerierungsmittellösung ist und in die von den
Kesseln zum Speichern von Anionen-Regenerierungsmittellösung und
dem Anionen-Austauscherbett gebildete Schleife integriert ist, wobei
der zumindest eine Kessel und die Frischespülungsquelle an die Unterseite
des Anionen-Austauscherbetts angeschlossen und von 1 bis q nummeriert
sind, wobei die Frischespülungsquelle
mit q nummeriert ist, welches eine ganze Zahl >1 ist;
- (h) eine zu einem Verdampferbecken oder einem Außensystem
(z. B. Batch-Aufbereitung) führende
Beschickungskammer, wobei die Beschickungskammer stromabwärts von
dem Kationen-Austauscherbett in der von den Kesseln zum Speichern
von Kationen-Regenerierungsmittellösung und
dem Kationen-Austauscherbett gebildeten Schleife platziert ist;
- (i) eine zu einem Verdampferbecken oder einem Außensystem
(z. B. Batch-Aufbereitung) führende
Beschickungskammer, wobei die Beschickungskammer stromabwärts von
dem Anionen-Austauscherbett in der von den Kesseln zum Speichern
von Anionen-Regenerierungsmittellösung und
dem Anionen-Austauscherbett gebildeten Schleife platziert ist;
- (j) ein Durchflussmengen-Regelungssystem zum Rückwaschen
und Regenerieren, wobei das System zur Steuerung des Regenerationszyklus
zu Folgendem in der Lage ist:
- (i) Zirkulieren von in dem Auffangsammelbehälter aufgenommenem Rückwaschspüler durch
das Kationen- und das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung;
- (ii) Einleiten in Folge jedes Quantums der in Kessel Nr. 1 bis
einschließlich
n aufgenommenen Kationen-Regenerierungsmittellösung in das Kationen-Austauscherbett in
Abwärts-Strömungsrichtung;
- (iii) Verlagern des Eluats aus dem Quantum von Kessel Nr. 1
in die Beschickungskammer, nachdem die in dem Kationen-Austauscherbett
verbliebene Rückwaschspülung zu
dem Auffangsammelbehälter
zurückgedrängt ist,
und Verlagern des Eluats aus jedem Quantum von Tank Nr. 2 bis einschließlich n
zurück
zu Kessel Nr. 1 bis einschließlich
n-1 (n minus eins) um einen Kessel nach vorn verschoben;
- (iv) Einleiten in Folge jedes Quantums der in Kessel Nr. 1 bis
einschließlich
Nr. q der Frischespülung
aufgenommenen Kationen-Verdrängungsspülung in
das Kationen-Austauscherbett
in Abwärts-Strömungsrichtung;
- (v) Verlagern des Eluats aus dem Quantum der in Kessel Nr. 1
aufgenommenen Verdrängungsspülung zurück zu Kessel
Nr. n der Kationen-Regenerierungsmittellösung und Verlagern des Eluats
aus jedem Quantum von Kessel Nr. 2 bis einschließlich Nr. q der Frischespülung zurück zu Kessel
Nr. 1 bis einschließlich Nr.
q-1 (q minus eins) um einen Kessel nach vorn verschoben;
- (vi) Durchführen
von den Schritten (i) bis (v) entsprechenden Schritten an dem Anionen-Austauscherbett; und
- (k) ein Durchflussmengen-Regelungssystem zum Spülen, wobei
das System imstande ist, den Spülzyklus solchermaßen zu steuern:
- (vii) Zirkulieren des in dem Auffangsammelbehälter aufgenommenen
Nachspülers
(oder Zirkulieren von Nachspüler
durch die Umgehungsleitung hindurch) durch das Kationen-Austauscherbett
und das Anionen-Austauscherbett der Reihe nach in Abwärts-Strömungsrichtung.
-
Wenn
die obige Vorrichtung ferner eine Filtriervorrichtung umfasst, um
Fremdbestandteile stromabwärts
von dem Auffangsammelbehälter
aus dem Durchsatz herauszufiltern, ist die Rückwaschnotwendigkeit vermindert.
Die Vorrichtung ist stromabwärts
von dem Anionen-Austauscherbett
vorzugsweise mit einem Leitfähigkeitskontrollgerät versehen,
so dass die Zeiteinstellung zur Unterbrechung der Regenerierung
entsprechend bestimmt werden kann. Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise
ein Kornkohlenbett zur Entfernung organischer Verbindungen. Zudem
kann die Vorrichtung eines oder mehr der folgenden Betten umfassen:
ein dem Kationen-Austauscherbett vorangehendes metallselektives
Harzbett, ein dem Anionen-Austauscherbett folgendes Polierbett des
Mischbetttyps, ein dem Kationen-Austauscherbett
vorangehendes Anionen-Austauscherbett mit schwacher Base und ein
dem Anionen-Austauscherbett folgendes Kationen-Austauscherbett mit schwacher
Säure,
und wobei das eine oder mehr Betten in die Vorrichtung integriert
sind, so dass Regenerierungsschritte durchgeführt werden können, und
der Nachspüler
weiter durch das eine oder mehr Betten in Folge zirkuliert wird.
-
In
dem obigen Verfahren und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
werden im Regenerationszyklus, ungeachtet dessen, ob es sich um
eine Gegenstrom- oder Gleichstrom-Regenerierung handelt, alle Segmente
des Regenerierungsmittels und der Verdrängungsspülung in einer gemeinsamen Schleife
rezirkuliert und im nachfolgenden Zyklus um einen Platz nach vorn
verschoben, wodurch das erste Segment im nachfolgenden Zyklus verworfen
wird, und das letzte Segment im nachfolgenden Zyklus durch Frischespülen bereitgestellt
wird, während
Chemikalien nach Bedarf hinzugefügt
werden (progressiver Verdrängungszyklus). Auf
diese Weise kann der Abfall drastisch minimiert werden. Ferner strömt das Spülmittel
im Nachspülzyklus der
Reihe nach durch das Kationen-Austauscherbett und das Anionen-Austauscherbett
und rezirkuliert in einer Schleife, wobei unter Verwendung von entgegengesetzten
Ionen deionisiertes Wasser in jedem Bett erzeugt wird, wodurch die
Nachspülung
ohne Verwerfen von Spülmittel
durchgeführt
wird (interner Spülzyklus).
Bisher produzierten typische Ionenaustauschersysteme erhebliche
Mengen Abfall beim Regenerieren. Durch Verwenden des Regenerierungssystems
der vorliegenden Erfindung können
90% des typischerweise generierten Abfalls eliminiert werden. Das
in der vorliegenden Erfindung letztendlich entsorgte Abwasser enthält die im
Betriebszyklus entfernten Fremdbestandteile und kann entweder durch
Ausdampfen weiter konzentriert werden und/oder mit herkömmlicher
Hydroxidausfällung
behandelt werden. Der Rückstand
vom Ausdampfen und das Präzipitat
von der Hydroxidausfällung
können
aufgrund des hohen Metallgehaltes dem Metallrecycling zugeführt werden.
Das Eluat aus dem Präzipitationsprozess
würde die
von der US-Bundesumweltbehörde (EPA und
Kommunalbehörden)
festgesetzten Einleitungsgrenzwerte erfüllen, d. h. die Einleitungsgrenzwerte
betreffend die Konzentration verschiedener Metalle in Abfallströmen.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
-
1 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kationen-Austauscherbett
und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe angeordnet sind.
-
2 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kationen-Austauscherbett
und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe angeordnet sind.
-
3 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Paar Kationen-Austauscherbetten mit starker Säure, ein Paar Anionen-Austauscherbetten
mit starker Base und ein Paar Kationen-Austauscherbetten mit schwacher Säure in Reihe
angeordnet sind, wobei jeweils eines der paarweisen Betten in Betrieb
ist und das andere im Regenerierungsprozess ist.
-
4 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Paar Kationen-Austauscherbetten mit starker Säure und ein Paar Anionen-Austauscherbetten
mit starker Base in Reihe angeordnet sind, wobei jeweils eines der
paarweisen Betten in Betrieb ist und das andere im Regenerierungsprozess
ist.
-
5 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe
angeordnet sind.
-
6 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett mit starker Säure, ein Anionen-Austauscherbett mit
starker Base und ein Kationen-Austauscherbett mit schwacher Säure in Reihe
angeordnet sind.
-
7 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe
angeordnet sind.
-
8 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gleichstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe
angeordnet sind.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Es
gibt mehrere Arten, wie die Reduzierung von Abfallvolumen bis zu
einem gewissen Grad konzipiert sein kann. Wie oben beschrieben,
können
z. B. Regenerierungsmittellösungen
durch teilweises Wiederverwerten des chemischen Entzugs auf das
System verringert werden. Jedoch kann nur ein Drittel des chemischen Entzugs
wiederverwertet werden, wenn keine Steuergeräte verwendet werden. Zudem
führt Gegenstromregenerierung
oder Regenerierungsmittelfluss entgegen dem Durchsatz zu einem niedrigeren
Chemikalienverbrauch, was eine geringere Inanspruchnahme (Volumen)
bedeuten kann. Jedoch ist ein komplexeres mechanisches System erforderlich,
um das Bett während
des Steigstromzyklus zu verdichten und die Effizienz zu verbessern.
Die Wiederverwendung der Spülabfallstoffe
kann das Gesamtabfallvolumen verringern. Gewöhnlich ist dies darauf beschränkt, Spülabfallstoffe
nur wiederzuverwenden, wenn sie über
einer bestimmten Güteklasse
liegen. Es können
minimales Rückwaschen
oder nur periodisches Rückwaschen
eingesetzt werden. Ein Ausschluss des Rückwaschzyklus ist jedoch nicht
machbar; sonst können
Schmutz und Ablagerungen in den Säulen nicht beseitigt werden,
oder es kann Furchenbildung auftreten. Alle obigen denkbaren Schritte
in Kombination können
das Abfallvolumen um 30 – 40%
verringern. Dennoch beträgt
das Volumen an zu behandelnder Abfallflüssigkeit durchschnittlich 10
BV oder 10 m3 pro m3 (75
Gallonen pro Kubikfuß)
Harz. Überraschenderweise
kann das Abfallflüssigkeitsvolumen
durch Verwenden des internen Rückführsystems
und des Abfallstoff-Programmiersystems der vorliegenden Erfindung
leicht auf 1 BV (oder 1 m3 pro m3 (7,5 Gallonen pro Kubikfuß) Harz)
oder weniger reduziert werden, d. h. ungefähr 1/10 des Abfallvolumens
in den herkömmlichen Systemen.
-
In
der vorliegenden Erfindung umfasst das Regenerierungssystem funktionsgemäß die Schritte
Rückwaschen,
chemisches Entziehen, Verdrängungsspülen und
Qualitätsspülen, obwohl
es nicht notwendig ist, diese Schritte getrennt durchzuführen.
-
System
-
Die
vorliegende Erfindung kann an jedes Entionisierungs- oder Demineralisierungssystem
angepasst werden, das Spülsysteme
für Leiterplatten,
die Reinigung mit Wasser, Plattieren/Anodisieren und ein Brauchwasser-Deionisierungssystem
einschließt,
ungeachtet des Kontaminationsgrads. Das System, auf das die vorliegende
Erfindung angewendet werden kann, umfasst typischerweise einen Auffangsammelbehälter, in
den Industriespülmittel
oder Stadtbrauchwasser in einem Betriebszyklus fließt und in
den Stadtwasser oder deionisiertes Wasser in einem Regenerationszyklus
fließt,
eine Kationen-Austauschersäule,
eine Anionen-Austauschersäule, Mehrfach-Ätzalkalitanks
(Anionen-Regenerierungsmittellösungskessel)
und Mehrfach-Säuretanks
(Kationen-Regenerierungsmittellösungskessel)
zum chemischen Entzug, einen Verdrängungsspültank (mehrfach unterteilt)
zur Verdrängungsspülung, ein
Luftreinigungsgebläse,
eine Beschickungskammer, über die
Abfallstoff aus dem System verworfen wird (entweder in ein Verdampferbecken
oder ein Präzipitationssystem
des Batch-Typs),
ein Rohrleitungssystem, das in Beziehung stehende Ausrüstungen
verbindet, Pumpen und Durchflussmengen-Regelungssysteme. Es gibt
vier Hauptringleitungskanäle:
Der erste Kanal ist für
einen Betriebszyklus, d. h. Prozess → Auffangsammelbehälter (→ Aktivkohle)
Kationen-Austauscherbett → Anionen-Austauscherbett → Prozess.
Der zweite Kanal ist für
einen Kationen-Austauscherbett-Regenerationszyklus, d. h. (Kationen-Regenerierungsmittellösungskessel
oder Verdrängungsspültank) → Kationen-Austauscherbett → (Kationen-Regenerierungsmittellösungskessel
oder Verdrängungsspültank).
Der dritte Kanal ist für
einen Anionen-Austauscherbett-Regenerationszyklus, d. h. (Anionen-Regenerierungsmittellösungskessel oder
Verdrängungsspültank) → Anionen-Austauscherbett → (Anionen-Regenerierungsmittellösungskessel oder
Verdrängungsspültank).
Der vierte Kanal ist für
einen Qualitätsspülzyklus,
d. h. Auffangsammelbehälter oder
Einlass einer Rezirkulationspumpe (die den Auffangsammelbehälter umgeht) → Kationen-Austauscherbett → Anionen-Austauscherbett → Auffangsammelbehälter oder
Einlass der Rezirkulationspumpe. Bei der Aufwärtsströmungsregenerierung (Gegenstromregenerierung,
wenn der Durchsatz ein Fallstrom ist) können Rückwasch-, chemische Entzugs-
und Verdrängungsspülzyklen
im zweiten und dritten Kanal durchgeführt werden. Bei der Abwärtsströmungsregenerierung
(Gleichstromregenerierung wenn der Durchsatz ein Fallstrom ist),
kann ein Rückwaschzyklus
für das
Kationen-Austauscherbett in Aufwärtsströmungsrichtung
unter Verwendung des vierten Kanals ohne Durchlaufen des Anionen-Austauscherbetts
durchgeführt
werden, während
er für
das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung unter vollständiger Verwendung
des vierten Kanals durchgeführt
werden kann (wenn der Durchsatz ein Steigstrom ist, kann das Rückwaschen weggelassen
werden). Chemische Entzugs- und Verdrängungsspülzyklen bei der Abwärtsströmungsregenerierung
können
im zweiten und dritten Kanal durchgeführt werden. Im zweiten und
dritten Kanal werden im Prinzip alle Regenerierungsmittel und die
Verdrängungsspülung zirkuliert
und im nachfolgenden Zyklus um einen Platz nach vorn verschoben,
wodurch das erste Segment im nachfolgenden Zyklus entfernt wird
und das letzte Segment im nachfolgenden Zyklus durch frische Lösung bereitgestellt
wird. Die Spülung
(Nachspülung) wird
im vierten Kanal durchgeführt
und fließt
der Reihe nach durch das Kationen-Austauscherbett und das Anionen-Austauscherbett.
-
In
DI-Ionenaustauschersystemen ist normalerweise ein Kationen-Austauscherbett
stromaufwärts
von einem Anionen-Austauscherbett platziert. Der Grund dafür ist, dass
das Anionenharz alle Anionen in die Hydroxidart umwandelt und die
Hydroxidarten der meisten zweiwertigen Metalle (darunter z. B. Calcium,
Kupfer, Zinn oder Blei) unlöslich
sind. Wenn diese in ein Anionenbett eingebracht würden, würden sie
daher präzipitieren
und das Harz verschmutzen. In einigen Systemen kann das Anion zuerst
verwendet werden, z. B. wenn zum Weichmachen des eingeleiteten Industriespülmittels
zuerst Natrium aus Kationenharz verwendet wird, um das zweiwertige
Metall daraus zu entfernen.
-
Zur
Schaffung eines zeiteffizienteren Systems ist die Verwendung eines
Paars Ionenaustauschersäulen
vorteilhaft, d. h. zwei Betten in paralleler Anordnung. In diesem
System wird eine Ionenaustauschersäule, die erschöpft ist,
der Regenerierung unterzogen, während
die andere in Betrieb ist, so dass Industriespülmittel durch Umschalten der
Säulen
kontinuierlich aufbereitet werden können.
-
Zudem
können
eine Säule
zur Entfernung von chelatisiertem Metall, eine Adsorbens-Säule wie
eine Kornkohlensäule
und verschiedene Arten von polymeren Adsorbentien (Adsorbentien
der XAD-Reihe von Rohm & Haas)
sowie eine Filtriervorrichtung stromaufwärts der Kationensäule in dieser
Reihenfolge installiert sein, um das Abfallvolumen noch wirksamer
zu minimieren.
-
Als
Ionenaustauscherharz wird vorzugsweise ein Harz mit gleichmäßiger Korngröße verwendet,
um den Spülwasser-Volumenbedarf
wirksamer zu minimieren. Die Größe der Harzkörner ist
normalerweise für –16 +50
Mesh ausgelegt. Einheitliche Körner
weisen einheitliche Regenerierungsmerkmale auf und verringern somit
das Abfallvolumen, insbesondere Spülmittel. Die Körner können größenmäßig spezifiziert
sein, und gleich große
Körner
sind verfügbar.
Die Korngröße dieser
Harze ist typischerweise für
den Meshbereich –30
+45 ausgelegt. Je gleichmäßiger das
Korn, desto weniger Spülmittel
und Regenerierungsmittel-Kontaktzeit ist vonnöten. Daher kann durch Verwenden
eines gleichmäßigeren
Korns das Abfallvolumen mehr verringert werden. Vorzugsweise können z.
B. Purolite PFC-100 und PFA-400 verwendet werden.
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Im
Anfangsteil der Regenerierungsmitteleinleitung erfolgt ein gewisses
Hochheben des Betts zum Lösen
und Reinigen. Mit fortschreitender Regenerierung dehnen sich die
Harze jedoch aus, und das Bett wird "gepackt". Im Falle einer Gegenstromregenerierung,
d. h. einer Aufwärtsströmungsregenerierung
(der Durchsatz ist normalerweise ein Fallstrom), ist nicht viel
Raum zum Rückwaschen
erforderlich, so dass ein kleinerer Kessel verwendet werden kann,
der an der Oberseite fast keinen Raum einnimmt, wodurch Rückwaschen
und Regenerierungslösung
minimiert werden. Es ist nur genug Raum vorhanden, dass sich das
Harz aufplustern kann.
-
Des
Weiteren kann abhängig
von der Beschaffenheit der Industriespülmittel und der Zielbehandlung eine
der Kationensäule
vorangehende metallselektive Harzsäule oder eine beliebige Kombination
davon, eine Glättungssäule des
Mischbett-Typs nach der Anionensäule,
eine der Anionensäule
vorangehende Anionensäule
mit schwacher Base und eine der Anionensäule folgende Kationensäule mit
schwacher Säure
installiert sein.
-
Das
Ende des Systems ist ein Verdampferbecken oder ein Außensystem
wie ein Präzipitationssystem des
Batch-Typs, in das der Endabfall hineinfließt. Der Endabfall wird ggf.
nach Vornahme einer Weiterbehandlung konzentriert. In der vorliegenden
Erfindung ist das Abfallvolumen sehr gering, und somit ist nur ein
Verdampferbecken mit sehr wenig Volumen erforderlich, und die Konzentration
ist sehr effizient. Typischerweise kann ein nicht beheizter atmosphärischer
Verdampfer verwendet werden.
-
Betriebszyklus
-
Die
zu behandelnden Industriespülmittel
sind nicht besonders beschränkt.
Beispielsweise können
Leiterplatten-Spülmittel
und wässrige
Reinigungsspülmittel
mit Spuren von Schwermetallen, in Metallhydroxid-Präzipitationssystemen
verwendete Poliermittel und zu deionisierendes Brauchwasser aufbereitet
werden.
-
Die
Durchflussmenge beträgt
allgemein 9,78 bis 24,45 m3/h pro m2 (4 bis 8 gpm pro Quadratfuß) Bettfläche und
8,02 bis 16,04 m3/h pro m3 (1
bis 2 gpm pro Kubikfuß)
Bettvolumen, obwohl die Rate abhängig
von Größe, geplanter
Verwendung und Soll-Behandlungsniveau
des Systems breit variieren kann. Das System läuft während des Betriebs gewöhnlich mit
Fallstrom, welches die normale Strömungsrichtung ist. Abhängig von
Vorgabe-Industriespülmitteln,
Gesamtbehandlungen und anderen Faktoren kann jedoch auch ein Steigstrom
verwendet werden.
-
Vorfiltrieren
im Betriebszyklus reduziert die Rückwaschnotwendigkeit in einem
Regenerationszyklus, beseitigt sie aber nicht. Das heißt, die
Vorfiltration wird zur Verringerung der auf die Harzbetten zukommenden Partikelbeladung
vorgenommen, was wiederum die Rückwaschnotwendigkeit
verringert. Zum Vorfiltrieren ist Kornkohle geeignet. Es kann jedoch
auch ein Partikelfilter wie Multimedia oder Filtereinsätze verwendet
werden. Die Kornkohle dient auch dazu, die organische Beladung zu
verringern, die beim Anionenharz problematisch ist. Wenn eine Vorfiltrierung
durchgeführt
wird, wird das Rückwaschen
modifiziert, um nur eine Umordnung zu erreichen und dadurch schließlich das
Abfallvolumen zu verringern.
-
Regenerationszyklus
-
Nach
Aussetzen des Betriebszyklus in dem System (wenn zwei Paare Kationen-
und Anionen-Austauscherbetten parallel installiert sind, wird abwechselnd
ein erschöpftes
Bettenpaar dem Regenerationszyklus unterzogen, während das andere Bettenpaar
in Betrieb gesetzt wird) beginnt ein Regenerationszyklus. Es gibt zwei
funktionelle Vorgehensweisen bezüglich
der Regenerierung von Deionisierungssystemen, von denen auf eine
als Gegenstromregenerierung Bezug genommen wird, in der die Richtung
des Durchsatzes und die des Regenerierungsstroms gegensätzlich sind,
und auf die andere als Gleichstromregenerierung Bezug genommen wird,
in der die Richtung des Durchsatzes und die des Regenerierungsstroms
gleich sind. Es gibt auch zwei operative Vorgehensweisen zur Regenerierung
von Deionisierungssystemen, wobei auf eine als Aufwärtsströmungsregenerierung
Bezug genommen wird, in der die Regenerierung in Aufwärts-Strömungsrichtung
ausgeführt
wird, und auf die andere als Abwärtsströmungsregenerierung
Bezug genommen wird, in der die Regenerierung in Abwärts-Strömungsrichtung
ausgeführt
wird. Das Aufwärtsströmungs- und
das Abwärtsströmungs-Regenerierungsverfahren
können
sowohl auf Steigstrom- als auch Fallstrom-Betriebssysteme angewendet
werden, d. h. ungeachtet der Richtung des Durchsatzes. Die Gegenstromregenerierung
ist jedoch normalerweise wirksamer als die Gleichstromregenerierung,
weil das Integral der Ionenaustauschrate vom Einlass zum Auslass
bei der Gegenstromregenerierung normalerweise größer ist als bei der Gleichstromregenerierung.
Vergleicht man Aufwärtsströmungsregenerierung
und Abwärtsströmungsregenerierung,
wird normalerweise die Abwärtsströmungsregenerierung
bevorzugt, weil zwei Flüssigkeiten
mit unterschiedlichen Dichten (wie Rückwaschspüler und Regenerierungsmittel)
an der Grenze nicht leicht vermischt werden und das Regenerierungsmittel
unter Ausnutzung der Schwerkraft leicht nach unten fließen kann.
Die Bedeutung in absteigender Reihenfolge ist somit wohl:
- 1) Steigstrom-Betriebszyklus und Abwärtsströmungsregenerierung
(Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung),
- 2) Fallstrom-Betriebszyklus und Aufwärtsströmungsregenerierung (Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung),
- 3) Fallstrom-Betriebszyklus und Abwärtsströmungsregenerierung (Gleichstrom-Abwärtsströmungsregenerierung),
und
- 4) Steigstrom-Betriebszyklus und Aufwärtsströmungsregenerierung (Gleichstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung).
-
In
Anbetracht der Tatsache, dass der Fallstrom-Betriebszyklus viel
verbreiteter ist als der Steigstrom-Betrieb, kann der obige Punkt
2) in der Industrie jedoch mehr Bedeutung haben. Obwohl die relative
Richtung von Regenerierung, Gegenstrom oder Gleichstrom wichtiger
ist als die absolute Richtung von Regenerierung, Steigstrom oder
Fallstrom, wird die Regenerierungsoperation der vorliegenden Erfindung
basierend auf der absoluten Richtung erläutert, weil die Arbeitsvorgänge von
Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung und
Gleichstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
weitgehend dieselben sind und die Arbeitsvorgänge von Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
und Gleichstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
weitgehend dieselben sind.
-
Regenerierungsprozesse
umfassen typischerweise Rückwaschen,
chemischen Entzug, Verdrängungsspülen und
Nachspülen.
Jeder Prozess kann unabhängig
gesteuert werden. Zum Beispiel ist Rückwaschen ein Gleichstrom (immer
Aufwärtsströmung), und
die anderen Prozesse sind Gegenströme, der chemische Entzug ist
ein Gegenstrom, und die anderen Prozesse sind Gleichströme etc.
Die Anpassung der Richtung jedes Stroms ist jedoch von Vorteil.
In einer typischen Ausführungsform
ist Rückwaschen
ein Steigstrom, chemischer Entzug und Verdrängungsspülung sind entweder Steigstrom
oder Fallstrom und die Nachspülung ist
ein Fallstrom. Der Nachspüler
wird mit Vollstrom verwendet, um die Regenerierungsmittel-Rückstände aus dem
System zu spülen
und die Betten für
den nächsten
Zyklus vorzubereiten, und deshalb wird das Nachspülen in einem
anderen Kanal ausgeführt.
Ein Teil des Kanals für
den Betriebszyklus ist gewöhnlich
dem Nachspülzyklus
zugeordnet. Obwohl eine beliebige Kombination bezogen auf die Richtung
jedes Stroms verwendet werden kann, werden nachstehend zwei typische
Ausführungsformen
erläutert,
d. h. Aufwärtsströmungsregenerierung
und Abwärtsströmungsregenerierung.
-
Aufwärtsströmungsregenerierung
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Aufwärtsströmungsregenerierung
werden Rückwaschen, chemischer
Entzug und Verdrängungsspülung in
Aufwärts-Strömungsrichtung
durchgeführt
(die Nachspülung wird
später
erörtert).
Bezogen auf Abfallminimierung ist die Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
allgemein besser als die Gleichstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung;
erstere erreicht ohne Weiteres über 90%
Ersparnis im Vergleich zur letzteren. Das Aufwärtsströmungsregenerierungsmittel ist
wirksam, weil durch den Aufwärtsströmungs-Regenerierungsmittelfluss
ein Harz-"Aufschütteln" erreicht wird, welches
ein sehr kurzer Rückwasch-Schritt
ist. Das Aufschütteln
hebt das Bett an, so dass sich das Harz selbst neu anpassen kann,
um Lücken
und verdichtete Zonen zu mindern. Dies verbessert die Durchflussmengenverteilung
und verhindert dadurch eine Störung
der Strömung.
Bei der Aufwärtsströmungsregenerierung
kann das Rückwaschen gleichzeitig
mit dem chemischen Entzug durchgeführt werden, d. h. Rückwaschen
und chemischer Entzug können
kombiniert werden und werden beide mit einem einzigen Zyklus durchgeführt. Durch
Verwenden einer Filtriervorrichtung stromaufwärts der Ionen-Austauscherbetten
während
eines Betriebszyklus ist es möglich, die
Notwendigkeit eines übermäßig langen
Rückwaschens
zu minimieren. In diesem Fall ist die Hauptfunktion des Rückwaschens
ein "Aufschütteln" der Ionen-Austauscherbetten.
-
Eine
Vorgehensweise zur Abfallminimierung ist Luftspülen vor der Regenerierung,
um die Verdünnungswirkungen
am Gesamtabfallvolumen zu verringern. In einem DI-System begann
das Rückwaschen
bisher einfach bei Unterbrechung des Betriebszyklus, was bedeutet,
dass sämtliches
unbehandeltes Wasser, das in den Betten verblieb, durch Rückwaschwasser
herausgepresst wurde, das gewöhnlich
Brauchwasser war, und zusammen mit dem Rückwaschwasser verworfen wurde.
Bei diesem System wird mit der Luft ausgespültes Wasser in einen Auffangsammelbehälter zurückgedrängt und
später
verarbeitet. Mit Durchführung
des Luftspülens
wird es leicht, die beiden zu trennen, d. h. wiederzuverwendendes
Wasser und zu verwerfendes Regenerierungsmittel, wodurch das Abfallvolumen
verringert wird.
-
1. Erstes
Regenerierungsmittelquantum
-
In
dieser Ausführungsform
sind Rückwaschen
und chemischer Entzug kombiniert. Nach Entleeren eines Ionen-Austauscherbetts
wird ein erstes Quantum eines Regenerierungsmittels (verdünnte Chemikalie) von
der Unterseite her mit einer derartigen Geschwindigkeit in das Bett
eingebracht, dass das Bett gleichzeitig umgeordnet und regeneriert
wird. Mit anderen Worten, das Rückwaschen
wird mit Regenerierungsmittel durchgeführt. Durch die Umordnung des
Betts durch Aufschütteln
des Harzes werden Stoffübergangszonen, die
durch den Durchsatz entwickelt werden, umverteilt, und dadurch die
volle Säulenkapazität des Harzes
wiedergewonnen. Obwohl die Fließgeschwindigkeit
des Regenerierungsmittels zum Rückwaschen
und Regenerieren gemäß der Bettdichte
schwankt, sind Ströme
für Kationen-Austauscher
und für
Anionen-Austauscher typischerweise 3,67 bis 6,11 m3/h
pro m2 (1,5 bis 2,5 gpm pro Quadratfuß) bzw.
1,22 bis 3,67 m3/h pro m2 (0,5 bis
1,5 gpm pro Quadratfuß)
Bettfläche.
Für eine
typische Betttiefe von drei Fuß (91,44
cm) beläuft
sich dies auf 2,65 bis 5,29 m3/h/m3 (0,33 bis 0,66 gpm/ft3).
Wenn ein Harzbett rückgewaschen
wird, wandern die kleineren Körner
zur Oberseite und die gröberen
zur Unterseite. Dadurch, dass alle Körner einer Größe eng zusammen
sind, wird der Druckabfall über
das Bett minimiert und die Verteilung verbessert. Die Regenerierung
ist wirksamer, wenn das Bett verdichtet ist, so dass das Harz während des
chemischen Injektionsschritts nicht herumwandert. Zur Verdichtung
des Betts während
der Aufwärtsströmungsregenerierung
muss entweder eine mechanische oder hydraulische Vorrichtung das
Bett verdichten, indem sie es in die entgegengesetzte Richtung stößt. Im Falle
eines "gepackten" Betts wird das Mittel
durch Füllen
des Betts fast komplett "eingesperrt". Da sich das Harz
während
der Regenerierung ausdehnt, stellt es das Gleichgewicht her, wodurch
es kompaktiert und die Harzmobilität ausgeschaltet wird, was die
Ausnutzung des Regenerierungsmittels gewährleistet. In dieser Hinsicht
ist ein unterbrochener Fluss (Impulsstrom) vorteilhaft, speziell
wenn die Aufwärtsströmungsregenerierung
eingesetzt wird, die bisher mechanische Mittel zur Sicherung der
Betten erforderte, weil der Impulsstrom nicht dazu neigt, das Ionenaustauscherharz
zu verlagern. Auf diese Weise können
komplizierte mechanische Mittel zur Sicherung der Betten vermieden
werden. Zudem kann durch Verwenden des Impulsstroms die Regenerierungsmittelmenge
verringert werden, was bedeutet, dass das letztendlich in dem System generierte
Abfallvolumen spürbar
verringert wird. Impulsströme
für Kationen-Austauscher und Anionen-Austauscher
sind typischerweise 12,03 bis 20,05 m3/h
pro m3 (1,5 bis 2,5 gpm pro Kubikfuß) bzw.
4,01 bis 12,03m3/h pro m3 (0,5
bis 1,5 gpm pro Kubikfuß)
Bettfläche
in einem Intervall von 30 – 60
Sekunden.
-
In
der vorliegenden Erfindung ist das obige erste Regenerierungsmittelquantum,
das beim Rückwaschen
und Regenerieren verwendet wird, das zweite Regenerierungsmittelquantum
im vorigen Zyklus, wie später
beschrieben. Das erste Regenerierungsmittelquantum ist reich an
Chemikalien und wird aus dem System verworfen. In einer bevorzugten
Ausführungsform
wird nur das erste Quantum des Regenerierungsmittels in dem System
verworfen, was gewöhnlich
ein BV ist.
-
2. Verbleibende
Regenerierungsmittelteile und Verdrängungsspülungsteile
-
Nachdem
das erste Regenerierungsmittelquantum eingebracht ist, wird das
zweite Regenerierungsmittelquantum von der Unterseite des Betts
aus eingebracht. Nachdem das zweite Regenerierungsmittelquantum
aufgebraucht ist, wird es zur Verwendung als erstes Regenerierungsmittelquantum
im nachfolgenden chemischen Entzugzyklus aufgehoben. Wenn sich das
Regenerierungsmittel aus zwei Teilen zusammensetzt, d. h. der ersten
Hälfte
und der zweiten Hälfte,
wird die zweite Hälfte
des Regenerierungsmittels zur Verwendung als erste Hälfte des
nächsten
chemischen Entzugs aufgehoben. Die zweite Hälfte des Regenerierungsmittels ist
das erste Quantum der im vorigen Verdrängungszyklus verwendeten Verdrängungsspülung, was
bedeutet, dass das erste nachstehend beschriebene Verdrängungsspülungsquantum
aufgehoben wird, um zur Bildung von Regenerierungsmittelchemikalien
für den
chemischen Entzug verwendet zu werden. Kurz gesagt, kann ein Zyklus
ablaufen, wie folgt:
- (a) Ansetzen mehrerer
Regenerierungsmittelteile in Folge, wobei die Teile von 1 bis n
nummeriert sind (wobei n eine ganze Zahl >1 ist, gewöhnlich 2 ≤ n ≤ 4, typischerweise n = 2; wenn
n heraufgesetzt wird, wird das System komplex, und die Effizienz
ist vermindert);
- (b) Rückwaschen
und Regenerieren eines Ionen-Austauscherbetts mit dem ersten Regenerierungsmittelquantum
durch Einbringen des Quantums in ein Ionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung
mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, das in dem Bett aufgenommene
Harz umzuordnen und das Harz zu regenerieren;
- (c) Weiterregenerieren des Ionen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung in
Folge in Aufwärts-Strömungsrichtung,
wodurch das Eluat des ersten Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung aus
dem Kationen-Austauscherbett herausgepresst und vom Regenerationszyklus
separiert wird, z. B. in eine Beschickungskammer zum Ausdampfen
verworfen wird;
- (d) Aufheben des Eluats jedes Quantums außer dem ersten Quantum der
Kationen-Regenerierungsmittellösung zur
Verwendung als Quantum der Kationen-Regenerierungsmittellösung im
nachfolgenden Zyklus derart, dass das Eluat von Quantum #m (2 ≤ m ≤ n) aufgehoben
wird, um im nachfolgenden Zyklus als Quantum #(m-1) verwendet zu
werden;
- (e) Ansetzen einer Verdrängungsspülung, vorzugsweise
mehrerer Teile einer Verdrängungsspülung, wobei die
Teile von 1 bis q nummeriert sind (wobei q eine ganze Zahl >1 ist, gewöhnlich 2 ≤ q ≤ 4, typischerweise q
= 3; wenn q heraufgesetzt wird, wird das System komplex, und die
Effizienz ist vermindert), wobei das Quantum Nr. q durch Frischespülen bereitgestellt
wird;
- (f) Verdrängen
des in dem Ionen-Austauscherbett vorhandenen Regenerierungsmittels
mit der Verdrängungsspülung vorzugsweise
durch Einbringen jedes Quantums in Folge in Aufwärts-Strömungsrichtung in das Ionen-Austauscherbett;
- (g) Aufheben eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung, vorzugsweise
des ersten Quantums der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als letztes Regenerierungsmittelquantum (#n) im nachfolgenden
Zyklus, wobei die Konzentration des letzten Regenerierungsmittelquantums
eingestellt wird (das erste Quantum ist reich an Chemikalien und
wird zur Bildung der Regenerierungsmittelchemikalien für den nächsten chemischen
Entzug verwendet);
- (h) vorzugsweise Aufheben des Eluats jedes der verbliebenen
Teile der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Verdrängungsspülungsquantum
im nachfolgenden Zyklus derart, dass das Eluat von Quantum #p (2 ≤ p ≤ q) aufgehoben
wird, um im nachfolgenden Zyklus als Quantum #(p-1) verwendet zu
werden;
- (i) Durchführen
von den Schritten (a) bis (h) entsprechenden Schritten an dem anderen
Ionen-Austauscherbett. Wenn ein Kationen-Austauscherbett und ein
Anionen-Austauscherbett
gleichzeitig behandelt werden, kann die Behandlungszeit deutlich
verringert werden.
-
Im
Obenstehenden ist ein Quantum gewöhnlich gleichbedeutend mit
einem BV. Durch Verwenden der obigen Rotation wird das Abfallvolumen
merklich verringert, d. h. vorzugsweise insgesamt ein BV. In herkömmlichen
Systemen wurde das Rezirkulieren von Verdrängungsspülungen nicht übernommen,
denn je schmutziger das Wasser, desto mehr Kapazität wird aufgebraucht
und desto geringer die Reinigungswirkung an dem Harz. Das Kreislaufsystem
der vorliegenden Erfindung löst
das obige Problem.
-
Chemischer
Entzug wird in den herkömmlichen
Verfahren typischerweise bei Konzentrationen von 4 – 6% oder
ungefähr
59,91 g/l (0,50 Pfund (aktiv) pro Gallone) ausgeführt. In
der vorliegenden Erfindung wird die Konzentration der Regenerierungsmittel
auf beispielsweise 6 – 8%
erhöht.
Diese Konzentration wird mit Hilfe von Konzentrationsüberwachungsgeräten und
einer chemischen Injektionspumpe, welche die richtigen Regenerierungsmittelchemikalien
zugibt, auf genauen Grenzwerten gehalten. Die Chemikalienkonzentration in
jeder Säule
ist deshalb zur richtigen Regenerierung angepasst. Typische Ionenaustauschersysteme
verwenden Regenerierungsmittelchemikalien bei 4 – 5%. Eine erhöhte Konzentration
hilft, das Abwasservolumen zu minimieren. Obwohl in der vorliegenden
Erfindung ungefähr
6% typisch für
die Konzentration sind, können
die Regenerierungsmittelkonzentrationen bei richtiger Steuerung
bis auf 15 bis 20% hochgetrieben werden. Je höher jedoch die Konzentration,
desto geringer das Regenerierungsmittelvolumen. Für eine angemessene
Regenerierung sind bestimmte Mindestkontaktzeiten vonnöten. Wenn
das Volumen zu klein ist, ist die Kontaktzeit selbst bei einer höheren Konzentration
zu kurz und resultiert in einer schlechten Regenerierung. Systeme,
die sehr hohe Konzentrationen verwenden, verwenden auch sehr hohe
Volumen und produzieren eine Menge Wasser. Normale praktische Grenzwerte
können
ein Tiefstwert von 2% und ein Höchstwert
von 12,5% sein. Als Chemikalien für den chemischen Entzug können z.
B. HCl, H2SO4, NaOH
und NaCl verwendet werden. Die Regenerierung wird typischerweise
bei Durchflussmengen von 2 bis 8,02 m3/h
pro m3 (0,25 bis 1,0 gpm pro Kubikfuß) ausgeführt.
-
Als
Abschlussverdrängungsspülung wird
Leitungswasser verwendet. Da es jedoch einige grundlegende Unverträglichkeiten
mit Brauchwasser und NaOH gibt, würde entkationisiertes Wasser
verwendet, um das Anion zu regenerieren.
-
Ein
unterbrochener Fluss (Impulsstrom) ist im Verdrängungszyklus ebenfalls vorteilhaft,
weil er beim Rückwaschen
und chemischen Entzug vorteilhaft ist, speziell wenn Aufwärtsströmungsregenerierung
eingesetzt wird.
-
Abwärtsströmungsregenerierung
-
Das
vorgenannte Verfahren kann an Abwärtsströmungsregenerierung angepasst
werden. Bei der Abwärtsströmungsregenerierung
werden chemischer Entzug und Verdrängungsspülung in einem Ionen-Austauscherbett
in Abwärts-Strömungsrichtung
durchgeführt.
Das Rückwaschen
kann unter Verwendung eines anderen Kanals getrennt in Aufwärts-Strömungsrichtung
ausgeführt
werden und in einer Schleife wiederverwendet werden. Die Rückwasch-Schleife
für das
Kationen-Austauscherbett ist, wie folgt: Auffangsammelbehälter → Kationen-Austauscherbett → Auffangsammelbehälter. Die
Rückwasch-Schleife
für das
Anionen-Austauscherbett ist, wie folgt: Auffangsammelbehälter → Kationen-Austauscherbett → Anionen-Austauscherbett → Auffangsammelbehälter, so
dass zweiwertiges Kation entfernt werden kann. Dieses Rückwaschen
kann basierend auf herkömmlichem
Rückwaschen
ausgeführt
werden, d. h. die Fließgeschwindigkeit
ist typischerweise 48,13 m3/h pro m3 (6 gpm pro Kubikfuß) für Kationen-Austauscherbetten,
16,04 m3/h/m3 (2
gpm/ft3) für Anionen-Austauscherbetten.
Nach dem Rückwaschen
wird das verbliebene Wasser in den Betten durch das erste Eluat
aus dem chemischen Entzugzyklus herausgepresst und zu einem Auffangsammelbehälter zurückgebracht.
-
Chemischer
Entzug und Verdrängungsspülung können auf ähnliche
Weise durchgeführt
werden wie in der Aufwärtsströmungsregenerierung.
Regenerierungsmittel und Verdrängungsspülung werden
von einem oberen Teil eines Betts aus in ein Bett eingebracht, z.
B. genau über
dem in dem Bett aufgenommenen Harz, weil in dem Bett über dem
Harz ein großer
freier Raum vorhanden ist, der mit unbehandeltem Wasser gefüllt ist.
Genau über
dem Harz eingebrachte Regenerierungsmittel können sich automatisch abwärts bewegen. Kurz
gesagt, ähnlich
wie die Aufwärtsströmungsregenerierung
kann eine Abwärtsströmungsregenerierung ausgeführt werden,
wie folgt:
- (a) Rückwaschen des Kationen- und
des Anionen-Austauscherbetts durch Zirkulieren von Rückwaschspüler durch
das Kationen- und das Anionen-Austauscherbett in Aufwärts-Strömungsrichtung
und Rezirkulieren des Rückwaschspülers;
- (b) Ansetzen mehrerer Regenerierungsmittelteile in Folge, wobei
die Teile von 1 bis n nummeriert sind (wobei n eine ganze Zahl >1 ist, gewöhnlich 2 ≤ n ≤ 4, typischerweise
n = 2; wenn n heraufgesetzt wird, wird das System komplex und die
Effizienz ist vermindert), wodurch der in dem Kationen- und dem
Anionen-Austauscherbett vorhandene Rückwaschspüler daraus herausgepresst wird
und von dem Regenerations zyklus separiert wird, z. B. indem er für das nachfolgende
Verfahren zu einem Auffangsammelbehälter verlagert wird;
- (c) Regenerieren des Ionen-Austauscherbetts mit dem ersten Regenerierungsmittelquantum
durch Einbringen des Quantums in das Ionen-Austauscherbett in Abwärts-Strömungsrichtung
ausgehend von einem oberen Teil des darin aufgenommenen Harzes;
- (d) Weiterregenerieren des Ionen-Austauscherbetts durch Einbringen
jedes Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung in
Folge in Abwärts-Strömungsrichtung;
- (e) Aufheben des Eluats jedes Quantums außer dem ersten Quantum des
Regenerierungsmittels zur Verwendung als Quantum des Regenerierungsmittels
im nachfolgenden Zyklus derart, dass das Eluat von Quantum #m (2 ≤ m ≤ n) aufgehoben
wird, um im nachfolgenden Zyklus als Quantum #(m-1) verwendet zu werden;
- (f) Ansetzen einer Verdrängungsspülung, vorzugsweise
mehrerer Teile einer Verdrängungsspülung, wobei die
Teile von 1 bis q nummeriert sind (wobei q eine ganze Zahl >1 ist, gewöhnlich 2 ≤ q ≤ 3, typischerweise q
= 3; wenn q heraufgesetzt wird, wird das System komplex, und die
Effizienz ist vermindert), wobei das Quantum #q durch Frischespülen bereitgestellt
wird;
- (g) Verdrängen
der in dem Ionen-Austauscherbett vorhandenen Kationen-Regenerierungsmittellösung mit der
Verdrängungsspülung vorzugsweise
durch Einbringen jedes Quantums in das Ionen-Austauscherbett in
Folge ausgehend von einem oberen Teil des darin aufgenommenen Harzes
in Abwärts-Strömungsrichtung;
- (h) Aufheben eines Teils des Eluats der Verdrängungsspülung, vorzugsweise
das Eluat des ersten Quantums der Verdrängungsspülung, zur Verwendung als letztes
Regenerierungsmittelquantum im nachfolgenden Zyklus, wobei die Konzentration
des letzten Quantums der Kationen-Regenerierungsmittellösung eingestellt
wird (das erste Quantum ist reich an Chemikalien und wird zur Bildung
der Regenerierungsmittelchemikalien für den nächsten chemischen Entzug verwendet);
- (i) vorzugsweise Aufheben des Eluats jedes der verbliebenen
Teile der Verdrängungsspülung zur
Verwendung als Verdrängungsspülungsquantum
im nachfolgenden Zyklus derart, dass das Quantum #p (2 ≤ p ≤ q) aufgehoben
wird, um im nachfolgenden Zyklus als Quantum #(p-1) verwendet zu
werden;
- (j) Durchführen
von den Schritten (b) bis (i) entsprechenden Schritten an dem anderen
Ionen-Austauscherbett. Wenn ein Kationen-Austauscherbett und ein
Anionen-Austauscherbett
gleichzeitig behandelt werden, kann die Behandlungszeit spürbar verringert
werden.
-
Nachspülen
-
Sowohl
bei der Aufwärtsströmungsregenerierung
als auch der Abwärtsströmungsregenerierung
werden die Ionen-Austauscherbetten nach der oben beschriebenen Verdrängungsspülung einer
Nachspülung oder
Qualitätsspülung unterzogen,
um die Regenerierungsmittel-Rückstände aus
dem System zu spülen
und das Bett für
den nächsten
Zyklus vorzubereiten. Dies wird auch als Schnellspülung bezeichnet
und kann durchschnittlich 10 – 30
Minuten für
jedes Haz bei 16,04 – 24,06
m3/h/m3 (2 – 3 gpm/ft3) dauern. Das Nachspülen kann in dem Kationen- und
dem Anionen-Austauscherbett der Reihe nach durchgeführt werden,
wie folgt:
- (A) Zirkulieren des Nachspülers durch
das Kationen-Austauscherbett und das Anionen-Austauscherbett der Reihe nach in Abwärts-Strömungsrichtung;
und
- (B) Rezirkulieren des Nachspülers,
bis die Spülqualität des Ausflusses
aus dem Kationen- oder
Anionen-Austauscherbett einen vorbestimmten Grenzwert erreicht.
Ein Teil des Kanals für
den Betriebszyklus kann dem Nachspüler zugeordnet sein. Diese
Spülung
ist eine interne Spülung,
die vollständig
rezirkuliert wird.
-
Nach
der Verdrängung
verbliebener Chemikalienüberschuss
wird ausgespült
und vom Oppositionsharz aufgesammelt, was zum Aufbrauchen der Kapazität des Harzes
führt.
Der Vorteil des minimierten Wasservolumens wiegt jedoch die obigen
geringfügigen
Nachteile auf. Das heißt,
aufgrund der Tatsache, dass die Spülwässer rezirkuliert werden, ist
ein gewisser Kapazitätsverlust
vorhanden. Überschüssige Säure im Kationenspüler wird
zu einem Beladungsmittel für
das Anion. Überschüssiges Ätzalkali
wird zu einem Beladungsmittel für
das Kation. Wenn die Kapazität
des Harzes in etwa gleich 0,91 kg (2 Pfund) Regenerierungsmittel
ist und nach den Verdrängungsspülungen 2%
Regenerierungsmittel in dem Harz verblieben sind (gleich 72,58 g (0,16
Pfund)), dann gehen 8 bis 10% der Gesamtkapazität verloren, während das
Spülvolumen
um 113,56 – 151,42
L (30 – 40
Gallonen) (4 – 6
BV) verringert wird. Dies ist kein bedeutender Verlust im Vergleich
zu dem großen
Vorteil der Reduktion des Gesamtabfallvolumens. Deionisiertes Wasser
nimmt Ätzalkalisäure ganz leicht
auf und neutralisiert aus den Ionen-Austauscherbetten entleerte
Spülung
wirksam. Wenn die Leitfähigkeit
der Spülung
unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, ist die Regenerierung
abgeschlossen, und der Betriebszyklus wird wieder aufgenommen.
-
Kombination
der Verfahren
-
Jedes
der Merkmale steuert ein gewisses Level der Abwasserreduktion bei.
Die Hauptersparnis ergibt sich aus den wiederverwendeten Rückwaschungen
und den internen Spülungen.
Kationenharze brauchen eine Menge Wasser zum Rückwaschen verglichen mit Anionen.
Anionen brauchen jedoch mehr zum Spülen. Durch Verwenden der rezirkulierten
Spülung
können
ungefähr
70% des Abfallvolumens reduziert werden, während ungefähr 25 – 75% des Abfallvolumens durch
die teilweise Wiederverwendung des Regenerierungsmittels reduziert
werden können.
Wenn einige der Verfahren kombiniert werden, wird die Reduktion
aufgrund synergistischer Wirkungen signifikanter. Bei der Abwärtsströmungsregenerierung
ist es durch Benutzen der wiederverwendeten Rückwaschung, des progressiven
Verdrängungszyklus
des chemischen Entzugs und der Verdrängungsspülung sowie der rezirkulierten
Nachspüler
möglich,
ungefähr
85 – 90%
Reduktion des Abfallvolumens zu erreichen. Bei der Aufwärtsströmungsregenerierung
ist es durch Verwenden der gefüllten
Betten, des chemischen Entzugs in Kombination mit Rückwaschen,
des progressiven Verdrängungszyklus
des chemischen Entzugs und der Verdrängungsspülung sowie des rezirkulierten
Nachspülers
möglich,
ungefähr
88 – 93%
Reduktion des Abfallvolumens zu erreichen. Die Gesamtreduktion bezogen
auf die absteigende Reihenfolge der Bedeutung kann eingestuft werden,
wie folgt:
- 1. Wiederverwendete Rückwaschung
oder rückwaschkombinierter
chemischer Entzug
- 2. Rezirkulierter Nachspüler
- 3. Luftspülen
- 4. Wiederverwendung von Regenerierungsmittel oder progressiver
Verdrängungszyklus
von chemischem Entzug und Verdrängungsspülung
- 5. Gleichmäßige Körner
- 6. Vorfiltrierung
- 7. Gepackte Betten
- 8. Gegenstromregenerierung
- 9. Progressive Verdrängungsspülungen
- 10. Erhöhte
Regenerierungsmittelkonzentration
-
Andere Verfahren
-
Eine
metallselektive Harzsäule,
eine Glättungssäule des
Mischbetttyps, eine Anionensäule
mit schwacher Base, eine Kationensäule mit schwacher Säure und
andere können
in einem System verwendet werden, abhängig davon, was in dem Strom
ist, was herausgenommen werden sollte und welche Qualität am Ende
gefordert ist. Wenn das System cheliertes Kupfer, Nickel oder Zink
enthält,
ist allgemein die Verwendung eines selektiven Harzes notwendig,
um dieses Chelat zu brechen. Andere Formen komplexer Metalle brauchen
dies nicht. Wenn die metallselektiven Harze verwendet werden, um
das "Schruppen" mit zu übernehmen,
braucht das deionisierte System nicht so hart zu arbeiten. Ein Kornkohlenbett
ist normalerweise zur Entfernung organischer Verbindungen ausgerüstet.
-
Wenn
Wasser von extrem hoher Reinheit benötigt wird, wird allgemein ein
Mischbett verwendet. Mischbetten werden vorzugsweise vermieden,
weil sie schwierig zu regenerieren sind und eine Menge Wasser brauchen.
Stattdessen kann ein Kationen-Poliermittel mit schwacher Säure verwendet
werden, um dabei entweichende Kationen aufzunehmen.
-
Kationen-Poliermittel
mit schwacher Säure
können
verwendet werden, um Spuren von Natrium zu beseitigen, die aus herkömmlichen
Kationsystemen entweichen können.
Natrium kann aus dem Kation durch Schwermetalle "gekickt" werden, die selektiver gehalten werden.
In diesem Fall nimmt das Poliermittel hauptsächlich Natrium auf. Wenn die
Kationen-Beladung
jedoch extrem ist, kann das Poliermittel einfach als Reservekapazität dienen.
-
Harze
mit schwacher Base können
nur mit Kationen oder vor Anionensäulen mit starker Base verwendet
werden.
-
AUSFÜHRUNGSFORM 1: Gegenstrom-Aufwärtsströmungs-Regenerierungssystem
-
1 ist
ein schematisches Rohrleitungssystem, das ein Beispiel eines für die vorliegende
Erfindung geeigneten Basis-Deionisierungs- und Regenerierungssystems
zeigt, in dem Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung übernommen
ist. Obwohl stromaufwärts
eines Kationen-Austauscherbetts vorzugsweise eine Kohlenstoffsäule installiert
ist, ist sie in diesem System weggelassen.
-
Betriebszyklus
-
In
einem Verfahren wie einem Plattierungssystem verwendetes Spülwasser
wird in einem Deionisierungssystem deionisiert, wiederaufbereitet
und in dem Verfahren wiederverwendet. Der Deionisierungsstrom wird
hierin Durchsatz genannt. Das in dem Prozess verwendete Spülwasser
geht in einen Spülkessel 1 und ergießt sich
in einen Auffangsammelbehälter 2.
Dies ist der Einlass des Systems. Der Auslass des Systems ist ein
Betriebsauslass, aus dem das deionisierte Spülwasser entleert wird und in
den Prozess zurückkehrt. Das
zu deionisierende Spülwasser
geht durch eine Pumpe 5 und ein Filter 3 und gelangt über ein
Ventil C1 von der Oberseite her in ein Kationen-Austauscherbett 7 mit
starker Säure.
Die Fließgeschwindigkeit
wird durch ein Durchflussmessgerät 4 überwacht.
Das Kationenaustausch-Spülwasser
wird aus der Unterseite des Kationen-Austauscherbetts 7 mit
starker Säure
entleert und gelangt über
ein Ventil A1 von der Oberseite her in ein Anionen-Austauscherbett 8 mit
starker Base. Das Anionenaustausch-Spülwasser wird aus der Unterseite
des Anionen-Austauscherbetts 8 mit starker Base entleert
und kehrt über
den Betriebsauslass 27 durch Ventile A13 und W7 hindurch
in das Verfahren zurück.
-
Vorbehandlung
-
Nachdem
die Pumpe 5 abgeschaltet und der Betriebszyklus unterbrochen
ist, wird ein Regenerationszyklus eingeleitet. Der erste Schritt
des Regenerationszyklus ist Luftspülen. Eine Luftpumpe 10 wird
angeschaltet und ein Ventil O1 geöffnet. Luft wird in das Kationen-Austauscherbett 7 und
dann über
ein Ventil A1 in das Anionen-Austauscherbett eingeleitet und presst
das verbliebene Spülwasser
des Betriebszyklus über
das Ventil A13 und ein Ventil A9 aus den Austauscherbetten 7 und 8 heraus,
wodurch das Spülwasser
zu einem Auffangsammelbehälter 2 zurückgeht.
Sämtliches
Spülwasser
in den Betten wird vor der Regenerierungsbehandlung entzogen und
dadurch eine Verdünnung
der nachfolgend als Regenerierungsmittel zu verwendenden Chemikalien
vermieden.
-
Kationen-Austauscherbett-Regenerationszyklus
-
Der
nächste
Schritt des Regenerationszyklus ist ein chemischer Entzugzyklus,
der auch als Rückwaschung
dient. Ventile H4, H7 und E1 werden geöffnet und eine Pumpe 21 betätigt, so
dass die erste Hälfte
der in einem ersten Säuretank 18 gespeicherten
Säurelösung (HCl)
von der Unterseite aus in das Kationen-Austauscherbett 7 mit
starker Säure
eingeleitet wird. Die Säurelösung ist
Teil der zuvor verwendeten Säurelösung (die
zweite Hälfte
der Säurelösung), wie
später
erläutert.
Die Geschwindigkeit des Durchflusses ist langsam genug, um das Harz
mit H+ zu regenerieren, aber schnell genug,
um das Harz hochzuheben und umzuordnen sowie ggf. vorhandenen Schmutz
aufzunehmen. An diesem Ende fungiert dieser Durchfluss als Rückwaschung
mit Säurelösung. Wenn
der Wassergehalt der Säurelösung im
ersten Säuretank 18 gering
ist und einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird ein Ventil
H5 geöffnet
und ein Ventil H4 geschlossen. Die zweite Hälfte der Säurelösung beginnt zu fließen und
gelangt über
die Pumpe 21 und das Ventil H7 in das Kationen-Austauscherbett 7.
Als zusätzlicher
Aspekt kann die Säurelösung über ein
Ventil H0, den Kessel 19 und die Pumpe 21 zirkuliert
werden. Da die Säurelösung die
erste Lösung
ist, nimmt die Säurelösung einen
erheblichen Anteil der Metalle aus dem Harz auf, und somit wird
die Säurelösung über ein
Ventil E1 in die Beschickungskammer 11 eingespeist und
geht dann über
ein Ventil E3 zu einem Verdampfervorratsbehälter 12. Der obige
Durchfluss erfolgt, wenn die zweite Hälfte der Säurelösung in das Kationen-Austauscherbett 7 eintritt
und die verbliebene erste Hälfte
der Säurelösung daraus
herauspresst. Dieses in der Beschickungskammer 11 aufgenommene
Abfallvolumen wird durch einen in der Beschickungskammer 11 vorgesehenen
Füllstandsschalter
gesteuert, wie nachstehend beschrieben, so dass das Volumen ungefähr äquivalent
zu einem Bettvolumen sein kann, d. h. dem Volumen der ersten Hälfte der
Säurelösung.
-
Die
Säurekonzentration
der Lösung
in dem zweiten Säuretank 19 wird
durch Einleiten von Säurekonzentrat
in den zweiten Säuretank 19 eingestellt
(die eingestellte Konzentration beträgt ungefähr 8%). Wenn der Wassergehalt
der Säurelösung in
dem zweiten Säuretank 19 niedrig
ist und einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird das Ventil
H5 geschlossen und ein Ventil R3 geöffnet, und dann macht der Zyklus
mit einem Verdrängungsspülzyklus
weiter.
-
Bei
einem vorbestimmten niedrigen Pegel im Abteil "B" eines
Verdrängungsspültanks 20 (Kationen-Spülkessel)
wird ein Ventil R3 geschlossen und ein Ventil R1 geöffnet. Die
Säurelösung in
dem System, d. h. in dem Bett 7 und der Rohrleitung, wird
kontinuierlich herausgepresst und zu einem Verdampferzulaufbehälter 11 überführt. Wenn
der Pegel der verbrauchten Säurelösung einen
vorbestimmten Grenzwert in dem Verdampferzulaufbehälter 11 erreicht,
wird das Ventil E1 geschlossen und der Strom mittels eines offenen
Ventils H1 zum ersten Säuretank 18 umgelenkt.
Die Säurelösung im
ersten Säuretank 18 wird
dann im nächsten Zyklus
verwendet, d. h. die zweite Hälfte
der Säurelösung wird
aufgehoben, um ohne Anreicherung von Chemikalien als erste Hälfte der
nächsten
Säurelösung verwendet
zu werden, weil die zweite Hälfte
der Säurelösung noch
reich an Säure
ist. Bei einem vorbestimmten hohen Pegel im ersten Säuretank 18 wird
das Ventil H1 geschlossen und das Ventil H2 geöffnet, wodurch der Strom zum
zweiten Säuretank 19 umgelenkt
wird. Bei einem vorbestimmten hohen Pegel im Kessel 19 wird
das Ventil H2 geschlossen und das Ventil H3 geöffnet, wobei der Strom zum
Verdrängungsspültank 20 geht.
-
Verdrängungsspülzyklus
-
Wenn
der Pegel des zweiten Drittels der in der Sektion B aufgenommenen
Verdrängungsspülung niedrig
ist und einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird vom Auffangsammelbehälter 2 über das
Ventil C3 als drittes Drittel der Verdrängungsspülung Brauchwasser an das Bett 7 geliefert,
wodurch das zweite Drittel der in dem System verbliebenen Verdrängungsspülung herausgepresst
und in die Sektion B des Verdrängungsspültanks 20 verlagert
wird. Das benutzte zweite Drittel der Verdrängungsspülung in Sektion B fließt zur Sektion
A hinüber
und wird zur Verwendung als erstes Drittel der Verdrängungsspülung im
nachfolgenden Verdrängungszyklus
aufgehoben. Nach Verwendung wird das dritte Drittel der Verdrängungsspülung (Brauchwasser)
in die Sektion B des Verdrängungsspültanks 20 eingespeist
und wenn ein vorbestimmter Grenzwert in der Sektion A erreicht ist,
wird das Ventil H3 geschlossen. Auf diese Weise wird das dritte
Drittel der Verdrängungsspülung aufgehoben,
um im nachfolgenden Verdrängungszyklus
als zweites Drittel der Verdrängungsspülung verwendet
zu werden.
-
Kurz
gesagt, die erste Hälfte
der Säurelösung, die
zweite Hälfte
der Säurelösung, das
erste Drittel der Verdrängungsspülung, das
zweite Drittel der Verdrängungsspülung und
das dritte Drittel der Verdrängungsspülung sind
im nachfolgenden Zyklus um jeweils einen Platz nach vorn verschoben.
Das heißt,
die erste Hälfte
der Säurelösung ist
zu verwerfen; die zweite Hälfte
der Säurelösung wird
zur Verwendung als nachfolgende erste Hälfte der Säurelösung aufgehoben; das erste
Drittel der Verdrängungsspülung wird
zur Verwendung als nachfolgende zweite Hälfte der nachfolgenden Säurelösung aufgehoben;
das zweite Drittel der Verdrängungsspülung wird
zur Verwendung als nachfolgendes erstes Drittel der Verdrängungsspülung aufgehoben;
das dritte Drittel der Verdrängungsspülung wird
zur Verwendung als nachfolgendes zweites Drittel der Verdrängungsspülung aufgehoben;
und Brauchwasser dient als drittes Drittel der Verdrängungsspülung. Dieses
System wird "progressive
Verdrängung" genannt. Als Ergebnis
wird nur die erste Hälfte
der Säurelösung, d.
h. ein Bettvolumen, aus dem System verworfen.
-
Die
obige Regenerierung eines Kationen-Austauscherbetts wird vorzugsweise
gleichzeitig mit derjenigen eines Anionen-Austauscherbetts ausgeführt, was
die Effizienz steigert.
-
Anionen-Austauscherbett-Regenerationszyklus
-
Die
Regenerierung des Anionen-Austauscherbetts kann auf dieselbe Weise
durchgeführt
werden wie diejenige des Kationen-Austauscherbetts. Das heißt, ein
Ventil N4 wird geöffnet,
eine Pumpe 25 wird angeschaltet, Ventile N7 und E2 werden
geöffnet.
Alkalische Lösung
(NaOH) fließt
aus einem Kessel 22 in das Anionen-Austauscherbett 8 und
drückt
die Luft in dem Anionen-Austauscherbett von der Oberseite aus heraus. Wenn
der Pegel der alkalischen Lösung
im Kessel 22 niedrig ist und einen vorbestimmten Grenzwert
erreicht, wird ein Ventil N4 geschlossen und ein Ventil N5 geöffnet, und
alkalische Lösung
in einem Kessel 23 beginnt, über das Ventil N5 zu fließen. Die
zweite Hälfte
der alkalischen Lösung
beginnt, über
die Pumpe 25 und das Ventil N7 zu fließen und in das Anionen-Austauscherbett 8 einzutreten.
Als zusätzlicher
Aspekt kann die alkalische Lösung über ein
Ventil N0, den Kessel 23 und die Pumpe 25 zirkuliert
werden. Das Bett 8 ist mit alkalischer Lösung angefüllt, und
dann wird das erste Bettvolumen in dem Bett 8 über ein
Ventil E2 in eine Beschickungskammer 28 verworfen, wie
folgt: Bei einem vorbestimmten niedrigen Pegel im Kessel 23 wird
das Ventil N5 geschlossen und das Ventil R2 geöffnet, Verdrängungsspülung beginnt,
in das Bett 8 hineinzufließen und drückt die in dem Bett 8 vorhandene
alkalische Lösung
aus dem System heraus. Diese aus dem System herausgepresste Lösung entspricht
dem ersten Quantum der alkalischen Lösung. Bei einem vorbestimmten
hohen Pegel im Verdampferzulaufbehälter 28 wird ein Ventil
E2 geschlossen und ein Ventil N1 geöffnet, wodurch der Alkalilösungsstrom
zum Kessel 22 umgelenkt wird (die in dem Zulaufbehälter 28 aufgenommene
Lösung geht
dann über
ein Ventil E4 zum Verdampfervorratsbehälter 12). Bei einem
vorbestimmten hohen Pegel im Kessel 22 wird das Ventil
N1 geschlossen und das Ventil N2 geöffnet und die schwache alkalische
Lösung/Spüllösung in
den Kessel 23 gesichert. Bei einem vorbestimmten hohen
Pegel im Kessel 23 wird das Ventil N2 geschlossen, und
der Strom geht zum Kessel 24. Das dritte Verdrängungsspülungsquantum
wird durch Brauchwasser bereitgestellt, das in das Bett 7 und
den Kessel 8 eingespeist wird und das verbliebene zweite
Verdrängungsspülungsquantum
zur Verwendung als erstes Quantum der Verdrängungsspülung im nachfolgenden Zyklus über ein
Ventil N3 zu einem Verdrängungsspültank 24 drückt. Das
dritte Verdrängungsspülungsquantum
wird aufgehoben, um im nachfolgenden Zyklus als zweites Verdrängungsspülungsquantum verwendet
zu werden.
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Qualitätsspül-(Nachspül-)Zyklus
-
Nach
der Verdrängungsspülung werden
die Pumpen 21 und 25 abgestellt. Eine kleine Menge
alkalische Lösung
verbleibt noch in dem Bett 7, und daher wird ein Qualitätsspülen mit
Vollstrom durchgeführt,
um die Regenerierungsmittel-Rückstände aus
dem System zu spülen
und die Betten für
den nächsten
Zyklus vorzubereiten. Die Pumpe 5 wird betätigt, und
Wasser zum Qualitätsspülen wird
vom Auffangsammelbehälter 2 der
Reihe nach über
den Durchsatzweg durch das Filter 3, den Durchflussmesser 4,
das Ventil C1, das Kationen-Austauscherbett 7,
das Ventil A1, das Anionen-Austauscherbett 8 und die Ventile
A13 und A9 fließen
gelassen (Abwärtsströmungsregenerierung),
und die Qualitätsspülung wird
rezirkuliert, bis die elektrische Leitfähigkeit der aus dem Anionen-Austauscherbett 8 entleerten
Spülung
niedrig genug zur Einleitung des Durchsatzes ist. Die Leitfähigkeit
der Spülung
kann durch ein Leitfähigkeitskontrollgerät 26 gemessen
werden.
-
Wenn
die Leitfähigkeit
der aus dem Bett 8 entleerten Spülung einen vorbestimmten Grenzwert
erreicht, ist die Regenerierung abgeschlossen und das System wieder
in Betrieb. In dem obigen Qualitätsspülzyklus
wird kein Abwasser erzeugt. Die gesamte Spülung wird in dem System rezirkuliert.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2: Gegenstrom-Abwärtsströmungs-Regenerierungssystem
-
2 ist
ein schematisches Rohrleitungssystem, das ein Beispiel eines für die vorliegende
Erfindung geeigneten Basis-Deionisierungs- und Regenerierungssystems
zeigt, in dem Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung übernommen
ist. Ein Regenerationszyklus ist grundsätzlich derselbe wie bei der
früher
beschriebenen Aufwärtsströmungsregenerierung,
und daher wird eine detaillierte Erläuterung weggelassen. Der Durchsatz
wird jedoch in Aufwärts-Strömungsrichtung
ausgeführt,
was entgegengesetzt zu der in 1 gezeigten
Richtung bei der Aufwärtsströmungsregenerierung
ist. Ferner sind Ventile A11 und C8 installiert, um das vorhandene
Wasser (Rückwaschspüler) vor
der Regenerierung aus den Betten 7 und 8 zum Auftangsammelbehälter 2 herauszupressen.
-
Der
Durchsatz erfolgt in Aufwärts-Strömungsrichtung über den
Auftangsammeibehälter 2,
die Pumpe 5, das Filter 3, den Durchflussmesser 4,
ein Ventil C9, das Kationen-Austauscherbett 7, Ventile
C11 und A14, das Anionen-Austauscherbett 8, Ventile A13
und W7 sowie den Betriebsauslass 27.
-
Das
Rückwaschen
für das
Kationen- und das Anionen-Austauscherbett 7 und 8 erfolgt
in Aufwärts-Strömungsrichtung
in einer Schleife über
die Pumpe 5, das Filter 3, den Durchflussmesser 4,
das Ventil C9, das Kationen-Austauscherbett 7, die Ventile
C11 und A14, das Anionen-Austauscherbett 8, die Ventile
A13 und A9 sowie den Auffangsammelbehälter 2, wenn die Ventile
C10, C7, A12, A10 und W7 geschlossen sind, wobei zweiwertiges Kation
vor Eintritt in das Anionen-Austauscherbett entfernt wird. Der progressive
Verdrängungszyklus
des chemischen Entzugs (Kation) und der Verdrängungsspülung erfolgt in Abwärts-Strömungsrichtung
in einer Schleife über
die Pumpe 21, das Ventil H7, das Kationen-Austauscherbett 7,
ein Ventil C7 und die Kessel 18/19/20.
Der progressive Verdrängungszyklus
des chemischen Entzugs (Anion) und der Verdrängungsspülung erfolgt in Abwärts-Strömungsrichtung
in einer Schleife über
die Pumpe 25, das Ventil N7, das Anionen-Austauscherbett 8,
ein Ventil A10 und die Kessel 22/23/24.
Da Luftspülen
in der Abwärtsströmungsregenerierung
nicht ausgeführt
wird, wird vor Beginn der obigen Regenerierungszyklen in den Schleifen
das erste Volumen aus jedem der Betten 7 und 8,
welches in jedem der Betten 7 und 8 verbliebener
Rückwaschspüler ist, über die
Ventile C8 und A11 zum Auffangsammelbehälter 2 umgelenkt.
Die Unterbrechungszeiteinstellung des Öffnens und Schließens der
Ventile C8 und A11 kann berechnet und durch eine programmierbare Steuerung
gesteuert werden. Das Nachspülen
erfolgt in Abwärts-Strömungsrichtung
in einer Schleife über
die Pumpe 5, das Filter 3, den Durchflussmesser 4,
das Ventil C9, das Kationen-Austauscherbett 7, die Ventile C11
und A14, das Anionen-Austauscherbett 8,
die Ventile A13 und A9 sowie den Auffangsammelbehälter 2. Die
Leitfähigkeit
des Nachspülers
stromabwärts
des Anionen-Austauscherbetts 8 wird durch das Leitfähigkeitskontrollgerät 26 gemessen.
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AUSFÜHRUNGSFORM 3: Gegenstrom-Aufwärtsströmungs-Regenerierungssystem
mit zwei Leitungen
-
3 ist
ein schematisches Rohrleitungssystem, das ein Beispiel eines für die vorliegende
Erfindung geeigneten Deionisierungs- und Regenerierungssystems zeigt,
in dem Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung übernommen
ist. Ein Regenerationszyklus ist grundsätzlich derselbe wie bei der
früher
beschriebenen Aufwärtsströmungsregenerierung
(1), und eine detaillierte Erläuterung wird daher weggelassen.
In dieser Ausführungsform
umfasst das System zwei Kationen-Austauscherbetten 7 und 13 mit
starker Säure, zwei
Anionen-Austauscherbetten 8 und 14 mit starker
Base, zwei Kationen-Austauscherbetten 9 und 15 mit schwacher
Säure und
ein Kornkohlenbett 6. Zwei Paare bestehend aus einem Kationen-Austauscherbett
mit starker Säure
und einem Anionen-Austauscherbett
mit starker Base werden verwendet, so dass wenn ein Paar davon erschöpft ist,
das andere in Betrieb gesetzt und das erschöpfte Paar einem Regenerationszyklus
unterzogen wird. Wenn das erschöpfte
Paar regeneriert und das Paar in Betrieb erschöpft ist, wird das erstere Paar in
Betrieb gesetzt und das letztere Paar einem Regenerationszyklus
unterzogen. Wenn beispielsweise das Kationen-Austauscherbett 7 mit
starker Säure
und das Anionen-Austauscherbett 8 mit starker Base erschöpft sind,
wird ein Ventil G5 geschlossen und ein Ventil G6 geöffnet. Im
Betrieb aufzubereitendes Wasser fließt über ein Ventil C2, ein Kationen-Austauscherbett 13 mit
starker Säure,
ein Ventil A2, ein Anionen-Austauscherbett 14 mit starker
Base, Ventile A8 und W1, ein Kationen-Austauscherbett 9 mit schwacher
Säure und
das Ventil W7. Die Operation der Kationen-Austauscherbetten 9 und 15 mit
schwacher Säure
kann unabhängig
von der Operation eines Paars der Betten 7 und 8 oder
des anderen Paars der Betten 13 und 14 durchgeführt werden. Das
heißt,
eine Kombination der Betten 7, 8 und 9,
der Betten 7, 8 und 15, der Betten 13, 14 und 9 oder
der Betten 13, 14 und 15 kann für Betrieb
und Regenerierung eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Deionisierungsbehandlung
durchgängig
erfolgen. Dieses System mit dem schwachen Anionen-Austauscherbett
ist zur Behandlung von Spülern
geeignet, die beim Plattieren und in anderen Prozessen verwendet
werden, in denen hoher spezifischer elektrischer Widerstand erwünscht ist
und ein hoher pH-Wert nicht toleriert werden kann. Ein Regenerationszyklus
kann auf dieselbe Weise durchgeführt
werden wie in Ausführungsform
1 (1). Das Nachspülen
erfolgt der Reihe nach über
das Kationen-Austauscherbett 7 mit starker Säure und das
Anionen-Austauscherbett 8 mit starker Base, oder das Kationen-Austauscherbett 13 mit
starker Säure
und das Anionen-Austauscherbett 14 mit
starker Base sowie das Kationen-Austauscherbett 9 oder 15 mit
schwacher Säure.
-
BEISPIEL:
-
Unter
Verwendung des in 3 gezeigten Systems wurde die
beim Plattieren verwendete Spülung deionisiert.
141,58 L (5 ft3) "PFC-100-H" (Produktname, Purolite Co., Philadelphia)
wurden als Kationenharz mit starker Säure verwendet. 141,58 L (5
ft3) PFA-400-OH (Produktname, Purolite Co.,
Philadelphia) wurden als Anionenharz mit starker Base verwendet.
141,58 L (5 ft3) C-105-H (Produktname, Purolite
Co., Philadelphia) wurden als Kationenharz mit schwacher Säure verwendet.
169,9 L (6 ft3) 8 × 3 gewaschene Säure auf Kohlebasis
(ATOCHEM, Oklahoma) wurden als Kornkohle verwendet. AmetekTM 4'' × 20''-spinngebundenes Polypropylen
(AMETEK, Connecticut) wurden als Filter verwendet. Die zu deionisierende
Spülung
hatte eine Leitfähigkeit
von 1.700 μS·cm. Der
Durchsatz erfolgte über
die Pumpe 5, das Filter 4, den Durchflussmesser 3,
ein Ventil G1, das Kohlenstoffbett 7, ein Ventil G5, das
Ventil C1, das Bett 7, das Ventil A1, das Bett 8,
das Ventil A7, ein Ventil W1, das Bett 9 und ein Ventil
W7. Nach 10 Betriebsstunden mit dem Kationen-Austauscherbett 7 mit
starker Säure,
dem Anionen-Austauscherbett 8 mit starker Base und dem
Kationen-Austauscherbett 9 mit schwacher Säure wurde
die Leitfähigkeit
des aus dem Anionen-Austauscherbett 8 mit starker Base
entleerten deionisierten Wassers hoch (10μS·cm, gemessen durch ein Leitfähigkeitskontrollgerät 26), was
bedeutet, dass die Betten 7 und 8 erschöpft waren.
Daher wurde die Route des Durchsatzes geändert, so dass sie durch das
Kationen-Austauscherbett 13 mit starker Säure, das
Anionen-Austauscherbett 14 mit starker Base und das Kationen-Austauscherbett 9 mit
schwacher Säure
verlief, nicht durch die Betten 7 und 8, die dann
einem Regenerationszyklus unterzogen wurden.
-
Das
Umschalten der Betriebsleitung über
die Betten 7 und 8 auf die Betriebsleitung über die
Betten 13 und 14 erfolgte durch Schließen der
Ventile G5 und A7 und Öffnen
der Ventile G6 und A8, so dass Prozesswasser durch die Betten 13 und 14 statt
durch die Betten 7 und 8 zu fließen begann.
Basierend auf der Rohrleitung in 3 können Durchsatz
und Regenerierungsstrom ungehindert gleichzeitig ausgeführt werden.
Die Regenerierung der Betten 7 und 8 wurde ausgeführt, wie
folgt:
Zuerst wurde das Luftreinigungsgebläse 10 angeschaltet
und über
das Ventil O1 Luft in das Kationen-Austauscherbett 7 mit
starker Säure
eingeleitet, wodurch das in dem System verbliebene Wasser herausgepresst
und über
die Ventile A1, A9 und S8 zum Auffangsammelbehälter 2 zurückgeleitet
wurde. Der Druck der Luft betrug 413,69 kPa (Überdruck) (60 psig). Dann wurde
ein progressiver Verdrängungszyklus
gestartet. Im ersten Säuretank 18 und
zweiten Säuretank 19 waren
jeweils 141,95 L (37,5 Gallonen) 8%ige HCl-Lösung aufgenommen. In den Abteilen
A und B des Verdrängungsspültanks 20 waren
jeweils 196,84 L (52 Gallonen) Lösung aufgenommen.
Im ersten Basentank 22 und zweiten Basentank 23 waren
jeweils 141,95 L (37,5 Gallonen) 6%ige NaOH-Lösung aufgenommen. In den Abteilen
A und B des Verdrängungsspültanks 24 waren
jeweils 141,95 L (37,5 Gallonen) Lösung aufgenommen.
-
Das
erste Quantum Säurelösung in
dem ersten Kessel 18 (die erste Kationen-Regenerierungsmittellösung) wurde
mit einer Rate von 20,05 m3/h/m3 (2,5
gpm/ft3) über das Ventil H4, die Pumpe 21 und
das Ventil H7 in das Kationen-Austauscherbett 7 mit starker
Säure eingespeist
(das Ventil E1 wurde geöffnet).
Wenn der Füllstandsschalter
im Kessel 18 an war, war das Ventil H4 geschlossen und
das Ventil H5 geöffnet,
und die im zweiten Säuretank 19 aufgenommene
Säurelösung (die
zweite Kationen-Regenerierungsmittellösung) wurde mit einer Rate
von 20,05 m3/h/m3 (2,5
gpm/ft3) kontinuierlich in das System eingespeist.
Wenn der Füllstandsschalter
im Kessel 19 aktiviert wurde, wurde das Ventil H5 geschlossen
und das Ventil R3 geöffnet.
Im Abteil B aufgenommene Verdrängungsspülung (die
erste Verdrängungsspülung) des
Kessels 20 wurde mit einer Rate von 20,05 m3/h/m3 (2,5 gpm/ft3) kontinuierlich
in das System eingespeist. Wenn der Füllstandsschalter im Abteil
B angeschaltet wurde, wurde das Ventil R3 geschlossen und das Ventil
R1 geöffnet,
wodurch im Abteil A aufgenommene Verdrängungsspülung (die zweite Verdrängungsspülung) des
Kessels 20 in das Bett 7 eingespeist wurde. Als
dritte Verdrängungsspülung wurde
im Auffangsammelbehälter 2 aufgenommene
Frischespülung
von der Unterseite her mit einer Rate von 20,05 m3/h/m3 (2,5 gpm/ft3) über eine
Pumpe 5',
ein Filter 3',
ein Durchflussmessgerät 4' und Ventile
S3 und C3 in das Bett 7 eingespeist. Unterdessen wurde
das Eluat von der Oberseite des Betts 7 aus über die
Ventile C5 und E1 entleert und wenn der Füllstandsschalter in der Beschickungskammer 11 angeschaltet
wurde, d. h. das Volumen der Lösung
in der Beschickungskammer entsprechend demjenigen der ersten Kationen-Regenerierungslösung zur
Beschickungskammer verworfen wurde, wurde das Ventil E1 geschlossen
und der Strom über
das Ventil H1 zum ersten Säuretank 18 umgelenkt, wodurch
das Eluat der zweiten Kationen-Regenerierungslösung in den ersten Säuretank 18 eingeleitet
wurde. Wenn der Füllstandsschalter
im Kessel 18 angeschaltet wurde, wurde das Ventil H1 geschlossen
und das Ventil H2 geöffnet,
wodurch das Eluat der ersten Verdrängungsspülung in den zweiten Säuretank 19 eingeleitet wurde,
in dem die chemische Konzentration durch Zugeben von Säure aus
dem Kessel 16 permanent auf ungefähr 8% eingestellt wurde. Wenn
der Füllstandsschalter
im Kessel 19 angeschaltet wurde, wurde das Ventil H2 geschlossen
und das Ventil H3 geöffnet,
wodurch das Eluat der zweiten Verdrängungsspülung in das Abteil B des Kessels 20 eingeleitet
wurde. Das Eluat im Abteil B lief über zum Abteil A, wodurch das
Eluat der dritten Verdrängungsspülung in
das Abteil A eingebracht wurde. Auf dieselbe Art und Weise wurde
das Anionen-Austauscherbett 8 mit starker Base regeneriert.
Die Fließgeschwindigkeit
betrug 10,03 m3/h/m3 (1,25
gpm/ft3). Die Lösung in den Beschickungskammern 11 und 28 wurde
zum Verdampfervorratsbehälter 12 überführt, wo
der pH-Wert der Lösung
eingestellt und die Lösung
konzentriert wurde.
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Im
Nachspülzyklus
wurde Wasser mit einer Rate von 24,06 m3/h/m3 (3 gpm/ft3) für 10 Minuten über die Pumpe 5', das Filter 3', den Durchflussmesser 4', die Ventile
S3 und C1, das Bett 7, das Ventil A1, das Bett 8, das
Leitfähigkeitskontrollgerät 26 sowie
die Ventile A9 und S7 in dem System zirkuliert. Die vom Leitfähigkeitskontrollgerät 26 gemessene
Leitfähigkeit
wurde von 1.000 μS·cm zu
Beginn auf 2 μS·cm geändert. Dieser
Wert zeigte, dass die Betten regeneriert wurden.
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Während die
Betten 7 und 8 im Regenerationszyklus waren, waren
die Betten 13, 14 und 9 in Betrieb. Durch
Vergleichen der Leitfähigkeit,
die durch ein Leitfähigkeitskontrollgerät 30 gemessen
wird, das die Endleitfähigkeit
angibt, und ein Leitfähigkeitskontrollgerät 29,
das die Leitfähigkeit
vor dem Kationen-Austauscherbett 9 mit schwacher Säure angibt,
konnte die Unterbrechungszeiteinstellung der Regenerierung des Kationen-Austauscherbetts 9 mit
schwacher Säure
bestimmt werden. Die Regenerierung der Kationen-Austauscherbetten 9 und 15 mit
schwacher Säure
wurde unabhängig
davon durchgeführt,
welches Paar der Betten (7 und 8 oder 13 und 14)
in Betrieb war. Die Regenerierung des Kationen-Austauscherbetts 9 mit schwacher Säure beispielsweise
wurde durchgeführt,
wie folgt: Die Ventile W1 und W7 wurden geschlossen und die Ventile
W2 und W8 geöffnet,
um das Kationen-Austauscherbett 15 mit schwacher Säure in Betrieb
zu setzen. Die Ventile O3 und W9 wurden geöffnet, um das in dem Bett 9 verbliebene
Prozesswasser zum Auffangsammelbehälter 2 herauszupressen.
Der Regenerierungsprozess für
das Bett 9 war grundsätzlich
derselbe wie für
das Bett 7. Anstelle des Ventils H7 wurde ein Ventil H9
verwendet. Die Regenerierung erfolgte in einer Schleife über die
Kessel 18/19/20, die Pumpe 21,
das Ventil H9, das Bett 9 und ein Ventil W5. Das Nachspülen wurde unter
Verwendung des laufenden Durchsatzes durch das Bett 15 hindurch
ausgeführt,
indem das Ventil W1 für eine
festgelegte Zeitspanne geöffnet
wurde, die zum Ausspülen
des verbliebenen Regenerierungsmittels aus dem Bett 9 ausreichte.
Die Spülung
fließt
durch das Bett 9, die Ventile W9 und S8. Auf dieselbe Art
und Weise wurde das Kationen-Austauscherbett 15 mit schwacher
Säure der
Regenerierung unterzogen. Die Ventile W2, W4, W6, W8, W0, O4 und
H8 entsprechen W1, W3, W5, W7, W9, O3 bzw. H9.
-
Schließlich betrug
das Volumen des Abfalls, der dem Ausdampfen unterzogen wurde, 283,91
L (75 Gallonen), was äquivalent
zu 1 BV war. Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen wurde dieser
Wert als 92%ige Reduktion beurteilt. Im Obenstehenden wurde das
Kornkohlenbett 6 über
die Pumpe 5',
das Filter 3', den
Durchflussmesser 4',
die Ventile S1 und G2, das Bett 6, das Ventil G3 und den
Auffangsammelbehälter 2 getrennt
mit Spülung
gewaschen. Wenn das Kationen-Austauscherbett 13 mit starker
Säure und
das Anionen-Austauscherbett 14 mit
starker Base erschöpft
waren, wurde die Regenerierung auf dieselbe Art und Weise wie oben
durchgeführt,
wobei die den Betten 13 und 14 zugeordneten Ventile
den mit den Betten 7 und 8 verbundenen Ventilen
entsprechen, wie folgt: O2/O1, O4/O3, S4/S3, G6/G5, C2/C1, C4/C3,
C6/C5, A2/A1, A4/A3, A6/A5, A8/A7, A0/A9 und H6/H7.
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN 4 – 8: Andere
Regenerierunqssysteme
-
4 – 8 zeigen
Ausführungsformen
4 – 8
der vorliegenden Erfindung. 4 ist eine
schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Paar Kationen-Austauscherbetten mit starker Säure und ein Paar Anionen-Austauscherbetten
mit starker Base in Reihe angeordnet sind, wobei jeweils eines der
paarweisen Betten in Betrieb ist und das andere im Regenerierungsprozess
ist. 5 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform
der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe angeordnet
sind. 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform
der Gegenstrom-Aufwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett mit starker Säure, ein Anionen-Austauscherbett
mit starker Base und ein Kationen-Austauscherbett mit schwacher
Säure in
Reihe angeordnet sind. Im Obenstehenden kann die Operation von Regenerierungszyklen auf ähnliche
Weise ausgeführt
werden wie in den Ausführungsformen
1 – 3. 7 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Gegenstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe
angeordnet sind. Diese Ausführungsform
ist funktionsgemäß dieselbe
wie in Ausführungsform
2 (2), obwohl die Rohrleitung etwas anders ist. Der
Betriebszyklus wird über
das Ventil C3, das Bett 7, die Ventile C5, C5A und A3,
das Bett 8 sowie die Ventile A5 und A7 ausgeführt. Die
Regenerierung des Betts 7 erfolgt über das Ventil H7, das Bett 7 und
ein Ventil C5B, nachdem das eingeleitete Regenerierungsmittel das
in dem Bett 7 verbliebene Rückwaschwasser über ein
Ventil C5C zurück
zum Auffangsammelbehälter 2 drückt (d.
h. nach ein paar Minuten). Die Ventile A5B und A5C entsprechen den
Ventilen C5B und C5C. 8 ist eine schematische Ansicht,
die eine Ausführungsform
der Gleichstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
der vorliegenden Erfindung zeigt, in der ein Kornkohlenbett, ein
Kationen-Austauscherbett
und ein Anionen-Austauscherbett in Reihe angeordnet sind. Bei der
obigen Gleichstrom-Abwärtsströmungsregenerierung
wird zur Regenerierung des Kationen-Austauscherbetts 7 die Lösung nach
dem Rückwaschen über das
Ventil C5C aus dem Bett 7 heraus zum Auffangsammelbehälter 2 gepresst,
während
das Ventil C5C für
ein paar Minuten offen ist, indem das Regenerierungsmittel über das
Ventil H7 in das Bett 7 eingeleitet wird. Der aus dem Bett 7 herauskommende
Strom wird zwischen dem Ventil C5A und dem Ventil C5B umgeschaltet.
Die Regenerierung des Anionen-Austauscherbetts 8 wird auf
dieselbe Art und Weise ausgeführt
wie beim Kationen-Austauscherbett 7, wobei die Ventile
A5B und A5C den Ventilen C5B und C5C entsprechen.