DD253193B5 - Verfahren zur Steigerung der Anionenaustauschkapazitaet von Ionenaustauscherharzen - Google Patents

Description

Die technische Durchführung des Verfahrens erfolgt in üblicherweise in lonenaustauscherkolonnen oder Filterbetten, wobei es für den erfindungsgemäßen Vorteil unerheblich ist, ob der Beladungsprozeß von oben nach unten oder umgekehrt erfolgt. Voraussetzung ist nur, daß die Strömungsrichtung der Regenerierlösung entgegengesetzt ist. Bei der Beladungsrichtung von unten nach oben, entgegen der Erdschwere, ist es auch möglich, einen Teil der Harzschüttung im Schwebezustand zu halten, während der andere Teil von der Strömung gegen einen oberen Düsenboden gedrückt wird. Die Durchflußgeschwindigkeiten für die Beladung der Austauscher liegen zwischen 2 und 50m/h, wobei die Regenerierung vorzugsweise mit 2 bis 10m/h durchzuführen ist.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden.

In einer lonenaustauscherkolonne mit einem Verhältnis Höhe:Durchmesser von 2:1 werden 9Ol eines nitratselektiven Harzes (Wofatit) mit Trinkwasser, welches eine Nitratkonzentration von 100 mg/l besitzt, bei einer Durchsatzgeschwindigkeit von 20 m/h von unten nach oben beaufschlagt. Dabei wird das Harz an den oberen Düsenboden gedrückt und es bildet sich ein Schwebefestbett aus. Das aus der Kolonne abfließende Reinwasser hat einen Restgehalt an N05-Ionen von durchschnittlich 10 mg/l. Unter normalen Trinkwasserbedingungen wird dabei eine nutzbare Volumenkapazität von ca. 0,44mol/l Harzerreicht. Erschöpft sich die Austauschkapazität der Harzmenge nach einer Laufzeit von ca. 12 Stunden, muß das lonenaustauschermaterial in Richtung der Erdschwere mit 150g NaCI/l Wofatit in 10%iger Lösung regeneriert und mit ca. 360I unbehandeltem Trinkwasser gewaschen werden. Danach ist der Ionenaustauscher wieder in seinen Ausgangszustand versetzt und es kann ein erneuter Eliminationsvorgang angeschlossen werden. Geht man von gleichen Einsatzmengen aus und führt die Technologie der Elimination und Regenerierung in Gleichstromfahrweise durch, ergeben sich neben erhöhten NOi-Ablaufwerten auch eine um 20-30% geringere Nutzvolumenkapazität des speziellen nitratselektiven Ionenaustauschers für Nitrat.

Claims (1)

1. Verfahren zur Steigerung der Anionenaustauschkapazität von lonenaustauscherharzen beim Einsatz zur Nitrateliminierung aus wäßrigen Lösungen, welche neben Nitrationen gleichzeitig Sulfat-, Chlorid-, Hydrogenkarbonat- und andere Ionen enthalten, vorzugsweise Trinkwasser, indem Anionenaustauscherharze mit einer ausgeprägten Selektivität für Nitrationen, einer mittleren Selektivität für Sulfationen und einer geringen Selektivität für andere Ionen, wie z. B. Chlorid- und Hydrogenkarbonationen, Verwendet werden und die im Gegenstromverfahren mit einer chloridischen Lösung, z. B. Natrium- oder Magnesiumchlorid, regeneriert werden, gekennzeichnet dadurch, daß mit weniger als 150g Chlorid pro Liter lonenaustauscherharz regeneriert wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung der Anionenaustauschkapazität von lonenaustauscherharzen beim Einsatz zur Nitrateliminierung aus wäßrigen Lösungen, insbesondere aus Trinkwasser.

   Es ist bekannt, lonenaustauschmaterialien, in Säulen oder Kolonnen gefüllt, für praktische Zwecke zur Entfernung oder zum Umtausch von Ionen einzusetzen. Dem Vorgang der Beladung oder vom Nutzer gewünschten Umladung schließt sich in fast allen Fällen der Vorgang der Regenerierung des lonenaustauschmaterials mit dem Ziel an, den Ionenaustauscher völlig oder zumindest teilweise in den Ausgangszustand zu überführen.

   Da dieser Vorgang sowohl Zeit als auch Regeneriermaterialien beansprucht, hat es nicht an Vorschlägen für verbesserte Verfahren und Technologien gefehlt (DE 1442689; DE 1 642449; DE 2726665; DD 295612).

   Zwei Verfahrensvarianten haben sich dabei als besonders praktikabel erwiesen, nämlich die Gleichstromfahrweise und die Gegenstromfahrweise von Beladungslösung und Regenerierlösung.

   Die Gegenstromfahrweise, auch in Form des Schwebefestbett-Verfahrens, besitzt dabei den Vorteil des geringen lonenschlupfes.

   Im Hinblick auf die Höhe der nutzbaren Volumenkapazität wird die Meinung vertreten, daß beide Verfahrensvarianten zu den gleichen Ergebnissen führen bzw. daß die nutzbare Volumenkapazität beim Gegenstromverfahren geringer ist. Auch für die Entfernung von Nitrationen im Neutralaustausch gegen Chlorid-, Sulfat- oder Hydrogenkarbonationen mittels bekannter starkbasischer Anionenaustauschertrifft zu, daß die nutzbare Volumenkapazität, bei Anwendung praktisch üblicher Regeneriermittelkonzentrationen, unabhängig von der Strömungsrichtung des Beladungs- und des Regeneriermediums und unabhängig davon ist, ob hierbei nicht nitratselektive oder solche nitratselektiven Anionenaustauscher zur Anwendung kommen, wie sie in DD 295 612 beschrieben werden.

   Zur Erreichung des gleichen Schlupfverhaltens ist die aufzuwendende Regeneriermittelmenge beim Gegenstromverfahren zwar erheblich geringer gegenüber dem Gleichstromverfahren, aber die dabei erzielte Nutzvolumenkapazität liegt bis zu 50% unter der des Gleichstromverfahrens. Infolgedessen erhöht sich die Zahl der durchzuführenden Beladungs- und Regenerierzyklen, was zu einem erhöhten technischen Aufwand und zu einem Anstieg der anfallenden Waschwassermenge führt. Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Rentabilität von lonenaustauscherharzen bei der Nitratelimination. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Austauschkapazität von lonenaustauscherharzen für Nitrationen erhöht wird.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Anionenaustauscherharze mit einer ausgeprägten Selektivität für Nitrationen, einer mittleren Selektivität für Sulfationen und einer geringen Selektivität für andere Ionen, wie z. B. Chlorid- und Hydrogenkarbonationen, verwendet werden und die im Gegenstromverfahren mit einer chloridhaltigen Lösung, z. B. Natriumoder Magnesiumchlorid, mit weniger als 150g Chlorid pro Liter lonenaustauscherharz regeneriert werden. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß unter den erfindungsgemäßen Bedingungen das Gegenstromverfahren gegenüber dem Gleichstromverfahren zu einer Erhöhung der Nutzvolumenkapazität führt. Dieses Verhalten ist um so überraschender, als in allen bislang bekannten Anwendungen des Gegenstromverfahrens eine Erhöhung der Nutzvolumenkapazität bezogen auf eine bestimmte Regeneriermittelmenge nicht gegeben war. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung des Gegenstromverfahrens zur Nitratentfernung tritt neben der Kapazitätssteigerung von 10-50% im Vergleich zum Gleichstrom verfahren die bekannte Senkung des Nitratschlupfes um 20-60% ebenfalls auf. Somit wird der bekannte Vorteil des Gegenstromverfahrens in keiner Weise eingeschränkt.

   Der erfindungsgemäße Vorteil wird von den Selektivitätseigenschaften der eingesetzten Ionenaustauscherharze gegenüber den in der zu behandelnden Lösung vorhandenen Ionen und gegenüber dem als Regeneriermittel fungierenden Ionen bestimmt. Das Verfahren ist auf alle Prozesse anwendbar, bei denen aus Lösungen vorrangig Nitrationen entfernt werden sollen, wo aber gleichzeitig andere Ionen, wie Sulfat-, Chlorid-, Hydrogenkarbonationen u. a. vorhanden sind. Vorzugsweise gilt dies für Trinkwasser.

   Die Harzselektivität ist so zu wählen, daß sie für die einzelnen Ionen im Falle der Beladung des Harzes mit Nitrationen in der Reihenfolge NOi > SOJ" > СГ > HCOi abnimmt. Der Regeneriervorgang wird mit Anionen geringerer Selektivität mittels einer chloridischen Lösung bei hoher Konzentration durchgeführt. Die Salzkonzentration beträgt dabei 3% bis 30%. Unter diesen Bedingungen sollen die Ionenaustauscher eine gegenüber der Beladung veränderte Selektivitätsfolge besitzen: NOi" > СГ > HCOi > SOI.

   Der erfindungsgemäße Vorteil des Einsatzes von derart selektiven Anionenaustauschern im Gegenstromverfahren ist vorzugsweise bei einer geringen Regeneriermittelmenge relevant. So liegt z.B. die Nutzvolumenkapazität beim Gegenstromverfahren um ca. 30% bis 50% höher als beim Gleichstromverfahren, wenn mit weniger als 150g Chlorid pro Liter lonenaustauscherharz regeneriert wird. Wird die Regeneriermittelmenge auf über 150g Chlorid/l Harz erhöht, sinkt der Kapazitätsanstieg des Gegenstromverfahrens gegenüber dem Gleichstromverfahren auf 10% bis 30% ab. Daher empfiehlt sich der Einsatz des Gegenstromverfahrens zur Steigerung der Kapazität bei der Nitratelimination vorrangig bei niedrigen Regeneriermittelmengen, was eine bessere Umweltverträglichkeit und geringere Kosten gegenüber dem Stand der Technik zur Folge hat.