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DE3543661A1 - Process for water treatment upstream of a reverse osmosis plant - Google Patents

Process for water treatment upstream of a reverse osmosis plant

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DE3543661A1
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Abstract

The useful lives of the membranes in a reverse osmosis plant, and thus the availability of the plant, are greatly reduced by fouling and scaling in plants without raw water treatment. In the process according to the invention, the useful lives of the membranes in a reverse osmosis plant are considerably increased by continuously feeding the water which is to be processed to an exchanger column in which various types of ion exchangers are provided. One ion exchanger has an adsorptive action and the other has a selective action. After the water has passed through the exchanger column and been prepurified it is fed to the reverse osmosis plant where separation into the low-salt permeate and high-salt concentrate takes place.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Wasser vor einer Umkehr-Osmoseanlage. Bei solchen Anlagen ohne eine Aufbereitung des Wassers wird die Lebensdauer der Membranen der Umkehr-Osmoseanlage und damit deren Verfügbarkeit durch Fouling und Scaling stark herabgesetzt. Dabei ist unter Fouling eine Verblockung der Membran durch Kolloide und unter Scaling die Ablagerung von verschiedenen im Wasser unlöslichen Verbindungen, wie z. B. CaSO3, CaSO4, BaSO4, SrSO4, Fe2O3 und MnO2 zu verstehen.The invention relates to a method for treating water in front of a reverse osmosis system. In systems of this type without water treatment, the lifespan of the membranes of the reverse osmosis system and thus their availability is greatly reduced by fouling and scaling. Under fouling, the membrane is blocked by colloids and under scaling, the deposition of various water-insoluble compounds, such as. B. CaSO 3 , CaSO 4 , BaSO 4 , SrSO 4 , Fe 2 O 3 and MnO 2 to understand.

Zur Aufbereitung des der Umkehr-Osmoseanlage zuzuführenden Wassers sind verschiedene Verfahren bekannt, wie z. B. die Ultrafiltration, die Flockungsfiltration oder die Adsorption an Aktivkohle. (siehe die Druckschrift "Seawater, Desalination, veröffentlicht von der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik 1981). Die dort beschriebenen Verfahren erfordern sehr hohe Investitions- und Betriebskosten, sowie einen stark erhöhten Bedienungsaufwand.For the preparation of the one to be fed to the reverse osmosis system Various methods are known in water, e.g. B. the Ultrafiltration, the flocculation filtration or the Adsorption on activated carbon. (see the publication "Seawater, Desalination, published by the VDI society Process engineering 1981). The ones described there Processes require very high investment and operating costs, as well as a greatly increased operating effort.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, durch eine Vorreinigung des Wassers vor dem Eintritt in die Umkehrosmoseanlage eine Verunreinigung derselben durch die oben angegebenen Stoffe weitgehendst zu verhindern und damit die Lebensdauer der Membranen der Umkehrosmoseanlage wesentlich zu verlängern, wobei der Aufwand und die Kosten für die Anlage gegenüber bekannten Anlagen merklich verringert werden sollen.It is therefore the object of the invention by pre-cleaning of water before entering the reverse osmosis system contamination of the same by the above Prevent substances as much as possible and thus the lifespan of the membranes of the reverse osmosis system to extend significantly, the effort and cost  noticeable for the system compared to known systems should be reduced.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erindungsgemäß durch ein Verfahren, bei welchem das aufzubereitende Wasser mindestens einer Austauscherkolonne kontinuierlich zugeführt wird, in welcher verschiedene Typen von Ionenaustauschern vorgesehen sind, von denen der eine adsorptiv wirkend ist und der andere selektiv austauschend wirkt und daß das vorgereinigte Wasser nach Durchlaufen der Austauscherkolonne einer Umkehr-Osmoseanlage zugeführt wird in welcher eine Trennung in salzarmes Permeat und stark salzhaltiges Konzentrat erfolgt. Das salzarme Permeat ist als Brauchwasser, Kesselspeisewasser oder gegenbenenfalls nach Zugabe verschiedener Mineralien als Trinkwasser verwendbar, während das salzhaltige Konzentrat in der Regel nicht verwendbar ist. Durch die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung läßt sich die gesamte Anlage wesentlich verbilligen.The task is solved according to the invention by a process in which the to be processed Water continuously at least one exchange column is supplied in which different types of ion exchangers are provided, one of which is adsorptive is acting and the other is selectively exchanging and that the pre-cleaned water after passing through the exchange column a reverse osmosis system is supplied in which a separation into low salt permeate and strong saline concentrate. The low salt permeate is as process water, boiler feed water or, if necessary usable as drinking water after adding various minerals, while the saline concentrate usually is not usable. By applying the procedure According to the invention, the entire system can be essential cheaper.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark dissoziierter Anionenaustauscher, z. B. Acrylharz, stark basisch Typ 1 und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark wirkender Ionenaustauscher, z. B. Polystyrolharz, schwach sauer mit Karboxylsäuregruppen sein.According to a further feature of the invention, the adsorptive ion exchanger a weak or strong dissociated anion exchanger, e.g. B. acrylic resin, strong basic type 1 and the selective exchanging Ion exchanger a weak or strong ion exchanger, e.g. B. polystyrene resin, weakly acidic with Be carboxylic acid groups.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Merkmale der Erfindung sind aus den Ansprüchen 3 und 5 und der Beschreibung des Ausführungsbeispieles zu entnehmen.Further advantageous developments and features of Invention are from claims 3 and 5 and the description the embodiment can be seen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. An embodiment of a device for implementation of the method according to the invention is in the drawing shown schematically.  

In der Zeichnung ist mit 1 die Rohwasserleitung für die Zuführung des zu reinigenden Wassers zur Austauscherkolonne 10 und mit 2 die Verbindungsleitung zwischen Austauscherkolonne und der Umkehrosmoseanlage 18 bezeichnet. Im Verlauf der Leitung 2 ist eine Hochdruckpumpe 17 angeordnet.In the drawing, 1 denotes the raw water line for supplying the water to be purified to the exchange column 10 and 2 the connection line between the exchange column and the reverse osmosis system 18 . A high-pressure pump 17 is arranged in the course of line 2 .

Die Austauscherkolonne weist einen oberen Boden mit einem Anschluss für die Rohwasserleitung 1 und einen weiteren Rohranschluß für eine Leitung auf, die sich in drei Leitungen 4, 5 und 6 verzweigt und zu drei Behältern 14, 15 und 16 führt, welche die Regenerationsmittel für die Ionenaustauscher aufnehmen. Im Zuge der Leitungen 4, 5 und 6 sind Pumpen vorgesehen.The exchange column has an upper plate with a connection for the raw water pipe 1 and a further pipe connection for a pipe which branches into three pipes 4, 5 and 6 and leads to three tanks 14, 15 and 16 which are the regeneration means for the ion exchanger record, tape. Pumps are provided in the course of lines 4, 5 and 6 .

Am unteren Boden der Austauscherkolonne ist eine weiterführende Leitung angeordnet. Sie dient zur Abführung der Regenerationsabwässer. Die weiter in den Rohrleitungen erforderlichen Ventile zur Schaltung der gewünschten Betriebsart sind nicht eingezeichnet.At the bottom of the exchange column is a further one Line arranged. It is used for removal the regeneration waste water. The further in the piping required valves for switching the desired Operating mode are not shown.

Die Austauscherkolonne 10 enthält in der unteren Partie einen Zwischenboden 11 mit Öffnungen. Auf dem Zwischenboden werden in zwei Schichten der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher 12 und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher 13 eingeschüttet. Die Masse der beiden Ionenaustauscherstoffe wird so gewählt, dass sich je nach der Zusammensetzung des Rohwassers eine optimale Vorreinigung ergibt.The exchanger column 10 contains an intermediate plate 11 with openings in the lower part. The adsorptive ion exchanger 12 and the selectively exchanging ion exchanger 13 are poured into the intermediate floor in two layers. The mass of the two ion exchange materials is selected so that an optimal pre-cleaning results depending on the composition of the raw water.

An der Umkehrosmoseanlage 18 ist eine Leitung 3 für die Ableitung des salzarmen Permeats vorgesehen. Schließlich ist am Umkehrosmosemodul eine weitere Leitung 8 angeschlossen, durch welche die Abführung des salzhaltigen Konzentrates möglich ist. An diese Leitung 8 ist eine weitere Leitung 9 angeschlossen, die mit dem Behälter 14 in Verbindung steht, und bei einem Betrieb der Vorrichtung zur Meerwasserentsalzung eine Einleitung des salzhaltigen Konzentrates über den Behälter 14 in die Austauscherkolonne 10 zur Regeneration der Ionenaustauscherharze ermöglicht.A line 3 is provided on the reverse osmosis system 18 for discharging the low-salt permeate. Finally, a further line 8 is connected to the reverse osmosis module, through which the saline concentrate can be removed. To this line 8 , a further line 9 is connected, which is connected to the container 14 and, when the device for seawater desalination is in operation, enables the salt-containing concentrate to be introduced via the container 14 into the exchange column 10 for the regeneration of the ion exchange resins.

Die Vorrichtung arbeitet wie im folgenden Beispiel näher beschrieben:The device works as in the following example described in more detail:

Der lichte Durchmesser der Austauscherkolonne 10 beträgt z. B. ca. 150 mm, die zyl. Mantelhöhe ca. 2500 mm. Die Füllung besteht aus 14 l Amberlite IRA 485 (Acryl- Anionenaustauscher, stark basisch Typ 1) 12 und aus 7 l Amberlite IRC 84 (Acryl-Kationenaustauscher, schwach sauer) 13. Die Schütthöhen betragen entsprechend insgesamt ca. 1200 mm. Die Durchsatzleistung beträgt ca. 350 l/h, was einer linearen Filtergeschwindigkeit von 20 m/h und einer spezifischen Belastung von 16,7 l/hl entspricht.The inside diameter of the exchange column 10 is, for. B. about 150 mm, the cyl. Jacket height approx. 2500 mm. The filling consists of 14 l Amberlite IRA 485 (acrylic anion exchanger, strongly basic type 1) 12 and 7 l Amberlite IRC 84 (acrylic cation exchanger, weakly acidic) 13 . The dumping heights are a total of approx. 1200 mm. The throughput is approx. 350 l / h, which corresponds to a linear filter speed of 20 m / h and a specific load of 16.7 l / hl.

Als Beladungswasser wurde ein Modellwasser mit einem Kolloidinedx von 5,3 und einem Ba2+-Gehalt von 17 mg/l bei einem Gesamtsalzgehalt von 30 000 mg/l eingesetzt.A model water with a colloidal dx of 5.3 and a Ba 2+ content of 17 mg / l with a total salt content of 30,000 mg / l was used as the loading water.

Bei einer Fahrweise von oben nach unten wurde im aufbereiteten Wasser ein Kolloidindex von 0,8-1,0 und ein Ba2+-Schlupf von 0,1 mg/l festgestellt. Die Durchsatzleistung bis zu einem Kl von 2,0 und einem Ba2+-Schlupf von 0,5 betrug 2000 Bettvolumina.When driving from top to bottom, a colloid index of 0.8-1.0 and a Ba 2+ slip of 0.1 mg / l was found in the treated water. Throughput up to a Kl of 2.0 and a Ba 2+ slip of 0.5 was 2000 bed volumes.

Über die Hochdruckpumpe 17 wird das aufbereitete Wasser zu einer Umkehrosmose-Einheit 18 geleitet, in der eine Entsalzung erfolgt und ein Permeat mit einem Gesamtsalzgehalt von ca. 400 mg/l sowie ein Konzentrat mit einem Gesamtsalzgehalt von ca. 58 000 mg/l produziert wird. Dieses Konzentrat wird teilweise in einem Vorratsbehälter 14 als Regenerationsmittel gesammelt.Via the high-pressure pump 17 , the treated water is passed to a reverse osmosis unit 18 , in which desalination takes place and a permeate with a total salt content of approx. 400 mg / l and a concentrate with a total salt content of approx. 58,000 mg / l is produced . This concentrate is partially collected in a storage container 14 as a regeneration agent.

Die Regeneration des Adsorbers 12 erfolgt mit 10 Bettvolumina des Konzentrates 4 aus dem Vorratsbehälter 14, die Regeneration des Kationenaustauschers 13 mit 2 Bettvolumina einer 2%igen Salzsäurelösung 6 aus dem Vorratsbehälter 15, beide im Abstrom. Für den Kationenaustauscher wurde anschließend eine Konditionierung mit 10%iger CaCl2-Lösung 6 aus dem Vorratsbehälter 16 durchgeführt. Die Regenerationsabwässer werden über die Leitung 7 abgeführt.The regeneration of the adsorber 12 takes place with 10 bed volumes of the concentrate 4 from the storage container 14 , the regeneration of the cation exchanger 13 with 2 bed volumes of a 2% hydrochloric acid solution 6 from the storage container 15 , both in the outflow. A conditioning with 10% CaCl 2 solution 6 from the storage container 16 was then carried out for the cation exchanger. The regeneration waste water is discharged via line 7 .

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Wasser vor einer Umkehr- Osmoseanlage, dadurch gekennzeichnet, daß das aufzubereitende Wasser mindestens einer Austauscherkolonne kontinuierlich zugeführt wird, in welcher verschiedene Typen von Ionenaustauschern vorhanden sind, von denen der eine adsorptiv wirkend ist und der andere selektiv austauschend wirkt und daß das vorgereinigte Wasser nach Durchlaufen der Austauscherkolonne einer Umkehr-Osmoseanlage zugeführt wird, in welcher eine Trennung in salzarmes Permeat und stark salzhaltiges Konzentrat erfolgt.1. A process for the treatment of water in front of a reverse osmosis system, characterized in that the water to be treated is continuously fed to at least one exchange column in which different types of ion exchangers are present, one of which has an adsorptive effect and the other has a selective exchange action and that the pre-cleaned water after passing through the exchange column is fed to a reverse osmosis system in which there is a separation into low-salt permeate and high-salt concentrate. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der adsorptiv wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark dissoziierter Anionenaustauscher, z. B. Acrylharz, stark basisch Typ 1 ist und der selektiv austauschend wirkende Ionenaustauscher ein schwach oder stark wirkender Ionenaustauscher, z. B. Polystyrolharz, schwach sauer mit Karboxylsäuregruppen ist.2. The method according to claim 1, characterized in that that the adsorptive ion exchanger is weak or strongly dissociated anion exchanger, e.g. B. Acrylic resin, which is strongly basic type 1 and which is selective exchanging ion exchangers a weak or strong-acting ion exchanger, e.g. B. polystyrene resin, is weakly acidic with carboxylic acid groups. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenaustauscher nach Erschöpfung der Adsorptionsfähigkeit bzw. der Austauschfähigkeit durch Regeneration in mindestens einem Verfahrensschritt in ihren ursprünglichen Zustand zurück gebracht werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the ion exchanger after exhaustion of the Adsorption capacity or the exchange capacity through Regeneration in at least one process step to be returned to their original condition.   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regenerationsmittel für den adsorptiven Ionenaustauscher eine Salzsole, z. B. Natriumchlorid- Lösung und für den selektiven Ionenaustauscher eine Säure, z. B. Salzsäure sowie ein Konditionierungsmittel, z. B. Calziumchlorid dienen.4. The method according to claim 3, characterized in that as a regeneration agent for the adsorptive Ion exchanger a brine, e.g. B. sodium chloride Solution and one for the selective ion exchanger Acid, e.g. B. hydrochloric acid and a conditioning agent, e.g. B. calcium chloride. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Verfahrens in einer Meerwasserentsalzungsanlage als Regenerationsmittel für die Ionenaustauscher das aus der Umkehrosmoseanlage anfallende stark salzhaltige Konzentrat dient.5. The method according to claim 3, characterized in that when using the method in a desalination plant as a regeneration agent for the Ion exchanger that from the reverse osmosis system strong saline concentrate.
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