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Ionenaustauscher-Anlagen
Entcarbonisierungsanlagen
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Auslegungsdetails
und Betriebsbedingungen Wie
auch bei den Enthärtungsanlagen wird bei den Entcarbonisierungsanlagen
(EC-Anlagen) grundsätzlich zwischen Ein- und Zwei- bzw. Mehrstraßenanlagen
unterschieden. Nur die Zwei- bzw. Mehrstraßen-Entcarbonisierungsanlage
bietet zu jeder Zeit entcarbonisiertes Wasser, während die Einstraßen-Anlage
infolge der Regeneration für etwa zwei Stunden kein entcarbonisiertes
Wasser liefert. Die
Straßenkapazität Kerf [mol] wird durch den geforderten
Volumenstrom Kerf = Bei der Auslegung der Anlage ist zu berücksichtigen,
dass die maximale lineare Strömungsgeschwindigkeit im Druckbehälter in
dem sich das Ionenaustauscherharz befindet - 40 m/h beträgt. Der
dazugehörige Volumenstrom im Druckbehälter muss immer größer als der
geforderte Volumenstrom sein (bzw. genauso groß) Die Rohrleitungsnennweite ist
- wie bei den Enthärtungsanlagen - durch den höchstzugelassenen Volumenstrom im Rohrleitungssystem
Bei
den Rohr- und Armaturwerkstoffen muss abgewogen werden zwischen der höheren
Umweltverträglichkeit und der Beständigkeit gegen höhere Temperaturen
und organische Lösungsmittel bei PP gegen die niedrigeren Kosten für
PVC. Edelstahl als kostenintensivste Verrohrungsvariante bietet neben
den Vorteilen von PP die Möglichkeit einer Sterilisation mit chemischen
Mitteln. Eine
Entcarbonisierung als Ionenaustauschverfahren bewirkt eine
Teilentsalzung des Wassers durch Entfernung der sog. temporären Härte.
Das ist der Anteil an den Erdalkaliionen Calcium und Magnesium, die im
Äquivalent zu Hydrogencarbonationen vorliegen. Calcium- und
Magnesiumionen werden über einen schwach sauren Kationentauscher in der
H-Form gegen H+-Ionen ausgetauscht. Die freigesetzten H+-
Ionen verbinden sich mit Hydrogencarbonationen zu Kohlensäure. Es können
dabei nur Äquivalente zur vorhandenen Hydrogencarbonat - Konzentration
ausgetauscht werden. Daher wird eine Weichwasserqualität mit einer
Gesamthärte erreicht, die der ursprünglichen Differenz von Gesamt- und
Carbonathärte entspricht. Die gleichzeitig freigesetzte Kohlensäure
kann als Kohlendioxidgas ausgetrieben werden. Nach
Erschöpfung der Ionenaustauschkapazität wird der Filter mit verdünnter
Salzsäure regeneriert. Dabei wird kein Überschuss benötigt, sondern
lediglich ein Äquivalent zu der abgeschiedenen Zahl von Kationen. Das
dabei anfallende Abwasser ist daher auch nur schwach mit Säure
belastet. Im Interesse eines möglichst wirtschaftlichen Betriebes ist
es zu empfehlen, die optional verfügbare Säurezumesseinrichtung
vorzusehen. Für wechselnde Wasserqualität wird eine qualitätsabhängige
Steuerung mittels Prozesstitrator empfohlen. Dabei
wird die Regeneration bei einem genau definierten Beladungszustand
ausgelöst. Die Regeneration erfolgt im Gegenstrom. Harzqualität - wie
bei den Enthärtungsanlagen in hochwertiger, monosphärischer Ausführung
- und Anlagendesign ermöglichen eine Regeneration mit geringster Spülwassermenge.
Bei üblichen Brunnen- oder Stadtwasserqualitäten beträgt diese
weniger als 1 % der erzeugten Reinwassermenge. Die
Entcarbonisierung ist unempfindlich gegenüber erhöhten Eisen- und
Mangangehalten im Rohwasser. Eisen- und Manganionen werden ebenfalls
abgeschieden. Betriebe mit eigener Brunnenwasserversorgung können daher
oftmals auf eine vorgeschaltete Enteisenungsanlage zur
Betriebswassererzeugung verzichten. Die Steuerung des Betriebs- und
Regenerationsablaufes ist, wie bei den Enthärtungsanlagen, über eine
programmierbare Mikroprozessorsteuerung möglich, aber auch eine
Integration der Anlage in eine SPS ist optional realisierbar. Anlagen - Fliesschema In Abb. 4 ist das Fliesschema einer Zweistraßen - Entcarbonisierungsanlage dargestellt. Die
betriebsbereite Anlage besteht aus folgenden Baugruppen: 1.
Druckbehälter
mit Austauscherharzfüllung und innerem Verteilersystemen 2.
Gestell
mit Verrohrung 3.
Einzelstraßenventilen 4.
Zumesseinrichtung
für Salzsäure mit Zumessgefäß, Säureventil, Durchflussbegrenzer,
Injektor 5.
Kontaktwassermengenzähler 6.
Feinfilter
zum Schutz der Anlage bei besonders trübstoffreichem Wasser 7.
Durchflussmesser
für Einspeisewasser und Säure 8.
Absperrarmaturen,
Manometern, Probenahmehähne 9.
Mikroprozessorsteuerung
(optional SPS) Bei
der Entcarbonisierung sind insgesamt vier Volumenströme vorhanden: das
Einspeisewasser, das entcarbonisierte Wasser, die Säure zur
Regeneration und der Abwasserstrom.
Abbildung 4: Fließschema einer Zweistraßen - Entcarbonisierung Die EC-Anlage ist als 2-Filter-Ionenaustauscheranlage
ausgelegt. Damit die Förderbereitschaft für entcarbonisiertes Wasser
ununterbrochen gewährleistet ist, arbeitet die Anlage im Pendelbetrieb.
Ein Filter ist ständig im Betrieb, während der andere in Reserve
steht. Die Entcarbonisierungsanlage arbeitet nicht - wie bei den Enthärtungsanlagen - mit Zentral sondern mit Einzelsteuerventilen. Das Einspeisewasser gelangt über Feinfilter, Wassermengenzähler Anlagen- und Straßen-Eingangsventil in das obere Verteilersystem des Druckbehälters. Das Wasser durchströmt das Harzbett von oben nach unten, wobei dem Wasser die Carbonathärte entzogen wird. Im unteren Teil des Harzbettes tritt das entcarbonisierte Wasser aus und wird über das untere Verteilersystem aus der Druckflasche befördert. Über das Betriebsventil der Straße fließt das Wasser zum Verbraucher. Bei Erschöpfung einer Filtersäule schaltet die
Anlage automatisch auf das betriebsbereite Filter um und die erschöpfte
Filtersäule wird regeneriert. Die Regenerationsauslösung erfolgt in
diesem Fall mengenabhängig. Im ersten Regenerationsschritt wird das Harzbett von
unten nach oben mit Wasser gespült (die Regenerationsventile V1.3 und
V1.4 bzw. V2.3 und V2.4 sind offen). Im zweiten Regenerationsschritt
wird der erschöpfte Ionenaustauscher mit verdünnter Salzsäure
regeneriert. Hierbei ist, neben den oben genannten
Regenerationsventilen, zusätzlich das Säureventil offen. Die Säure
wird in einem definierten Verhältnis mit dem Spülwasser verschnitten,
bevor es das Filterbett von unten nach oben durchströmt. Im letzten
Regenerationsschritt werden die restlichen Spuren an Säure ausgespült,
wobei das Filterbett von oben nach unten mit Wasser durchströmt wird
(das Straßeneingangsventil und V1.6 bzw. V2.6 sind offen). Das während
der Regeneration anfallende Abwasser sollte, wenn es in keine hauseigene
Neutralisationsanlage fließt, über einen Neutralfilter abgeleitet
werden. »
Anwendungsbereiche Speisewasseraufbereitung
für Rückkühlwerke und Luftwäscher Der entscheidende Kostenfaktor bei dem Betrieb von Rückkühlwerken
und Luftwäschern ist der Verbrauch (die Verschwendung) von Wasser und
Abwasser. Entcarbonisiertes Wasser erlaubt den Betrieb mit wesentlich höherem
Eindickungsfaktor. Mittels einer Verschneidevorrichtung kann das
Speisewasser auf ein Optimum zwischen Ablagerungstendenz und Korrosivität
eingestellt werden. Neben dem Abwasserminimierungsgebot nach § 7a, WHG
amortisiert sich eine Entcarbonisierungsanlage oftmals in weniger als
einem Jahr. Eindickungsbegrenzend ist der Gesamtsalzgehalt im
Umlaufwasser. Speisewasseraufbereitung
für Dampferzeuger Auch beim Kesselbetrieb ist die zu erzielende
Eindickungszahl der entscheidende Kostenfaktor. Die Absalzwassermenge
sollte nicht über 5 - 10 % der Dampfmenge liegen. Entcarbonisiertes
Wasser erlaubt nicht nur den Betrieb bei wesentlich höherer
Eindickungszahl, sondern vermeidet auch die Gefahr der Kohlensäurekorrosion
im Kondensatsystem. Eindickungsbegrenzend sind Kieselsäure- und
Salzgehalt. Autoklavenkreisläufe Entcarbonisiertes Wasser lässt sich so einstellen,
dass bei sämtlichen Autoklaventypen eine ablagerungsfreie Betriebsweise
erreicht werden kann. Entcarbonisierung
im Rahmen der Vollentsalzung Die Entcarbonisierung ist bei weitem das kostengünstigste
Entsalzungverfahren. Mit einem Äquivalent an Salzsäure kann zugleich
ein Äquivalent an Kationen und Anionen aus dem Rohwasser entfernt
werden. Daher ist für eine wirtschaftlich betriebene Entsalzungsanlage
oftmals eine Entcarbonisierung als erste Verfahrensstufe zu empfehlen. Prozess-
und Spülwasser Für das Ansetzen von Prozessbädern und für Spülwasser,
z.B. in der Oberflächenbehandlung von Metallen (Entfettungs- und
Phosphatieranlagen, Chromatierung, Eloxalanlagen, Galvanikbädern,
Vorbehandlung bei Beschichtungen) entspricht entcarbonisiertes Wasser
oftmals den geforderten Qualitätsansprüchen. Getränkeindustrie Entcarbonisiertes Wasser entspricht den Qualitätsansprüchen
zur Herstellung von Bier und Fruchtsaftgetränken. |
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