Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration von lonenaustauschermaterial, bei dem das lonenaustauschermaterial in einer Flüssigkeit einem Gleichspannungsfeld ausgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der US-PS 2,812,300 bekannt. Der Behälter weist eine Anodenseite und eine Kathodenseite auf, die durch eine Membran unterteilt sind. Die Leitfähigkeit der Flüssigkeit wird durch Zusetzen eines Elektrolyten erhöht:. Die Ionenbeweglichkeir in einem solchen Falle ist gering.

Bei anderen Verfahren erfolgt die Regeneration von lonenaus¬ tauschermaterial auf chemischem Wege.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs be¬ schriebenen Art zu schaffen, mit dem auf einfache Weise eine schnelle Regeneration von lonenaustauschermaterial erfolgen kann. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver¬ fahrens geschaffen werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebe¬ nen Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das

Gleichspannungsf ld von einer WechselSpannung oder einer pul¬ sierenden Gleichspannung überlagert wird. Die Vorrichtung zur Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 9 gekennzeichnet. Die Vorrichtung hat einen einfachen Aufbau. Mit ihr läßt sich lonen¬ austauschermaterial schnell und kostengünstig und mit geringem Stromverbrauch regenerieren.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ge¬ kennzeichnet.

Ein Elektrolyt ist nicht erforderlich, da ein elektromagneti¬ sches Wechselfeld eingetragen wird, wodurch eine Ionenbeschleuni gung und Erhöhung der Leitfähgikeit bewirkt wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Fi¬ guren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer schematischen Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine diagrammartige Darstellung einer abgewandelten Aus U rungsform;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren abge¬ wandelten Ausführungsform;

Fig. &. eine schematische Darstellung einer weiteren abgewan¬ delten Ausführungsform;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren abgewan¬ delten Ausführungsform; und

Fig. 6 eine gegenüber Fig. 3 abgewandel-te Ausführungsform.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform weist einen 3e älter 1 auf. In diesem befindet sich das zu regenerierende lonenaus¬ tauschermaterial 2. In das lonenaustauschermaterial sind auf

den beiden gegenüberliegenden Seiten des Behälters Elektroden in Form einer Kathode 3 und einer Anode 4 so eingeführt, daß die beiden Elektroden einen Abstand voneinander aufweisen und sich zwischen diesen das lonenaustauschermaterial befindet.

Die beiden Elektroden sind mit einer Gleichspannungsquelle 5 ver¬ bunden. Ferner ist zwischen den beiden Elektroden und in einem Abstand zu diesen und ebenfalls in das lonenaustauschermaterial eintauchend eine weitere Elektrode 6 vorgesehen, die mit einer Wechselspannungsquelle bzw. -generator 7 verbunden ist. Ferner ist eine Steuerung 8 vorgesehen. In den Behälter ist eine Flüssigkeit 9, vorzugsweise normales Leitungswasser, eingegeben, dessen Pegel sich über die Höhe des eingefüllten lonenaustau¬ schermaterial nach oben erstreckt.

Im Betrieb wird an die Elektroden 3, 4 eine Gleichspannung, vorzugs¬ weise in der Größenordnung von 30 V bis 380 V und besonders bevorzug von 50 V bis 260 V angelegt. Gleichzeitig wird über die Wechsel¬ spannungsquelle 7 eine WechselSpannung oder eine pulsierende Gleich¬ spannung angelegt. Diese liegt vorzugsweise im Bereich von 1 KHz bis 10 MHz und besonders bevorzugt von 10 KHz bis 10 MHz. Die Steuerung steuert die Einrichtung derart, daß nach einem Zeitablauf von etwa 3 Minuten die Frequenz der WechselSpannung und/oder die pul¬ sierende Gleichspannung geändert wird. Weitere Änderungen finden jeweils in entsprechenden Zeitabständen statt. Der Zeit¬ abstand kann in Abhängigkeit von den Abmessungen der Einrichtung unterschiedlich sein, sollte aber nicht kürzer als 2 Sekunden und bevorzugt ca. 8 Sekunden bzw. nicht kürzer als ca. 1 Minute gewählt werden.

Handelt es sich bei dem aufzubereitenden lonenaustauscherma¬ terial beispielsweise- um ein bei der Wasserenthärtung einge¬ setztes und mit Kalzium- oder Magnesiumkationen belader.es Aiumo- Silikat oder Harz, dann werden diese Kationen durch Wasserstoff¬ ionen ersetzt. Die Kalzium- und Magnesiumkationen gehen in die Flüssigkeit und v/erden zusammen mit dieser entfernt.

Soweit die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen gezeigten Teile mit denen in Fig. 1 übereinstimmen, sind sie jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich um einen aufrecht stehenden Behälter 1, bei dem die Anode 4 un¬ mittelbar oberhalb des Bodens vorgesehen ist. Die Anode Ist als ein mit einer Vielzahl von Löchern durchbohrtes Blech ausgebil¬ det, vorzugsweise als platinbeschichtete Anode. In einem kleinen Abstand unter dieser ist ein Siebboden 10 vorgesehen, dessen Maschenweite so gewählt ist, daß das Sieb das darüber befind¬ liche, zu regenerierende lonenaustauschermaterial 2 trägt. Das lonenaustauschermaterial 2 wird in den Behälter maximal bis zu einer vorbestimmten Höhe 11 eingefüllt. In einem Abstand über der vorbestimmten Höhe ist eine sich über den Querschnitt des Behälters erstreckende Kathode 3 vorgesehen. In einem kleinen Abstand über dieser ist ein weiterer Siebboden 10' vorgesehen. Diese Siebböden dienen dazu, daß kein Harz in die Zu- und Ab¬ leitungen gelangt. An der Bodenseite ist eine Flüssigkeitszulei- tung 12 vorgesehen, die über ein von der Steuerung 8 zu betäti¬ gendes Ventil 13 einstellbar ist. Auf der Behälteroberseite ist eine Flüssigkeitsableitung 14 vorgesehen, die über ein Ventil 15 einstellbar ist, welches über die Steuerung 8 betätigbar ist. Oberhalb des zu regenerierenden Materials 2 ist ein Spülwasser- zulauf 31 mit einem Ventil 33 vorgesehen.

Die Anode 4 ist gleichzeitig mit der Wechselspannungsquelle 7 verbunden.

Im 3etrieb wird über die Flüssigkeitszuleitung 12 Wasser bis zu einem Pegel eingeleitet, bei dem die Flüssigkeit auch die Kathode 3 überdeckt. Anschließend werden, wie in dem oben be¬ schriebenen Ausführungsbeispiel, die Gleichspannung und die WechselSpannung oder pulsierende Gleichspannung eingeschaltet. Die Freαuenz der Wechselscannu s ^* oder ulsierenden Gleich-

spannung wird, wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel periodisch geändert. Die Ventile 13, 15 und 33 sind so gesteuert daß die Flüssigkeit langsam durch den Behälter strömt. Die Flüssigkeit nimmt dabei die ausgetauschten Ionen mit. In dem obe beschriebenen Ausführungsbeispiel werden also die Kalzium- und Magnesiumionen abtransportiert.

Bei dem Behälter 1 kann es sich um den direkt zur beispielsweise Wasseraufbereitung und insbesondere Wasserenthärtung verwende¬ ten Behälter handeln, bei dem also nicht nur die Wiederaufbe¬ reitung des Ionenaustauschermaterials erfolgt, sondern die Wasseraufbereitung auch selbst. Zu diesem Zweck ist der Behäl¬ ter auf seiner Oberseite mit einem Rohwassereinlaß 16 und einem Reinwasserauslaß 17 verbunden.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich ge¬ genüber der in Fig. 2 gezeigten dadurch, daß eine dritte Elek¬ trode 18 vorgesehen ist. Diese ist in einem flüssigkeitsmäßig mit dem Behälterinneren verbundenen rohrförmigen Ansatz 19 vor¬ gesehen. Der Ansatz 19 liegt in einem Abstand oberhalb der Anode 4 und unterhalb der vorbestimmten Höhe 11. Die Wand zwi¬ schen dem eigentlichen Behälterinneren und dem Ansatz wird durch ein Sieb 20 gebildet, welches Wasser durchläßt, das lonenaustau¬ schermaterial aber abhält. Die dritte Elektrode 18 ist mit der Wechselspannungsquelle verbunden. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind lediglich mit der Gleichspannungsquelle verbunden. Das Überlagern der Gleichspannung mit der Wechselspannung oder der pulsierenden Gleichspannung erfolgt über die dritte Elektrode 18. Die Betriebsweise ist die gleiche wie bei dem in Fig. 2 ge¬ zeigten Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungs orm weist zusätzlich zu dem Ansatz 19 mit der dritten Elektrode einen gleich ausgebildeten zweiten Ansatz 21 mit einer vierten Elektrode 22 und einem ent¬ sprechenden Trennsieb 23 auf. Die beiden Elektroden werden mit

unterschiedlichen Frequenzen beau schlagt. Im Betrieb wird die der jeweiligen Impedanz besser entsprechende erste Frequenz der dritten Elektrode und beim Umschalten der Frequenz die Wechsel¬ spannung mit der zweiten Frequenz der vierten Elektrode 22 zuge¬ führt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist jeweils bo- denseitig die Anode vorgesehen. Diese Ausbildung dient zur Re¬ generation von lonenaustauschermaterial, bei dem angelagerte Kationen auszutauschen sind, also beispielsweise die oben er¬ wähnten Kalzium- und Magnesiumkationen.

Soll hingegen ein lonenaustauschermaterial regeneriert werden, bei dem angelagerte Anionen auszutauschen sind, beispielsweise Sulfat-, Karbonat-, Chlorid- oder Nitratanionen, dann erfolgt eine Umpolung derart, daß die bodenseitige Elektrode als Kathode und die andere Elektrode als Anode ausgebildet sind.

In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist ein aufrecht stehender Behälter 24 vorgesehen, in dem zum Zwecke eines kas¬ kadenartigen Regenerationsbetriebes zunächst unmittelbar ober¬ halb des Bodens eine bodenseitige Elektrode in Form einer sich über den Querschnitt des Behälters erstreckenden ersten Kathode 25 vorgesehen ist. Unmittelbar unterhalb der Kathode und in einem kleinen Abstand zu dieser ist wiederum ein dem Sieb 10 ent sprechendes Sieb vorgesehen. Wie bei den vorhergehenden Aus¬ führungsbeispielen ist in einem Abstand über der vorbestimmten Höhe 11 die entgegengesetzte Elektrode, nämlich die Anode 26, angeordnet. Diese erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Behälters und ist als Netz oder Sieb ausgebildet. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist wieder zu behan¬ delndes Material bis zu einer vorbestimmten Höhe 11 einzufüllen. Oberhalb der vorbestimmten Höhe 11 ist die zur Anode 26 entgegen gesetzte Elektrode, also eine zweite Kathode 27, angeordnet, sie sich wiederum über den gesamten Querschnitt des Behälters er-

streckt. Unmittelbar darüber und in einem kleinen Abstand von der Kathode 27 ist ein dem Siebboden 10 entsprechender Sieb¬ boden 10' vorgesehen. Die Elektroden 25, 26 und 27 sind mit der Gleichspannungsquelle 5 verbunden. Zusätzlich ist die Anode 26 mit der Wechselspannungsquelle 7 verbunden.

Im Betrieb befindet sich oberhalb des Siebes 10 ein lonenaus¬ tauschermaterial 28, bei dem im Wege der Regeneration vorher an¬ gelagerte Anionen ausgetauscht werden sollen. Entsprechend befin det sich oberhalb der Anode 26 einlonenaustauschermaterial 29, bei dem im Wege der Regeneration vorher angelagerte Kationen ausge¬ tauscht werden sollen. Zur Regeneration wird über die Flüssig- keitszuleitung Leitungswasser zugeführt, welches wenigstens bis über die zweite Kathode 27 reicht.

Wie bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsformen ist auch hier unmittelbar oberhalb des zu regenerierenden Materials 28, 29 an einer Seite des Behälters ein Ξpülwasserzulauf 30, 31 vorgesehen. Der jeweilige Zulauf ist über entsprechende Ventile 33, 34, 35 einstellbar, die über die Steuerung 8 betätigt wer¬ den. Gleichzeitig ist in der im wesentlichen dem Wasserzulauf 30 gegenüberliegenden Seite des Behälters ein Spülwasserablauf 32 vorgesehen, der über ein Ventil betätigbar ist, welches über die Steuerung 8 gesteuert wird. Über den Spülwasserablauf 32 kan das Spülwasser mit den aus dem Material 28 ausgetauschten Anionen abgeleitet werden.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Wech- selspannung über die Anode 26 angelegt. Stattdessen kann die Wechselspannung über eine gesonderte Elektrode entsprechend denen der Elektroden 18 oder 18 und 22 in den vorhergehenden Aus führungsbeispielen angelegt werden.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform handelt es sich wiederum um eine Wasseraufbereitungseinrichtung, bei der das auf zubereitende Wasser über die Leitung 16 zugeführt wird. In dem

lonenaustauschermaterial 29 werden Kationen, also beispielsweise Kalzium- und Magnesiumkationen ausgetauscht. Das Wasser tritt dann weiter durch das zweite lonenaustauschermaterial 28 hin¬ durch, wo Anionen, wie beispielsweise Sulfatanionen., ausge¬ tauscht werden. Ohne Umfüllen der Ionenaustauschermaterialien kann dann die oben beschriebene Regeneration im gleichen Behäl¬ ter erfolgen.

Die Regeneration kann außer in einer Wasseraufbereitungsanlage auch in anderen Anlagen eingesetzt werden, wie beispielsweise in galvanischen Betrieben.

Bei einem Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen Anode und Kathode 45 cm und die Harzbetthöhe 35 cm. Die angelegte Gleichspannung beträgt ca. 150 V. Die Durchflußmenge des wäh¬ rend des Regenerierens über die Leitung 12 zugeführten Wassers ist so gewählt, daß der Gleichstrom ca. 1100 mA beträgt. Während der ersten Periodendauer wird eine WechselSpannung mit einer Frequenz von 100 KHz angelegt, die periodisch durch eine Fre¬ quenz von 400 KHz ersetzt wird.

Die Periode für das Umschalten zwischen den zwei verschiedenen Frequenzen liegt in der Größenordnung von mehreren Minuten und hängt von der Änderung der Leitfähigkeit im Harzbett ab. Das Umschalten erfolgt bevorzugt dann, wenn die Leitfähigkeit im Kathodenraum etwa 200 % oder mehr der Leitfähigkeit des Roh¬ wassers beträgt, also eine Leitfähigkeit von 1000 μ.S/cm oder mehr. Die Periode sollte jedoch nicht kürzer als 2 Sekunden, bevorzugt ca. 8 Sekunden bzw. nicht kürzer als etwa 1 Minute sei

Die Einstellung der anzulegenden Spannung und SpülStromstärke wird so gewählt, daß bei gegebener lonenaustauschermaterialmenge die Stromstärke im wesentlichen unter 2 A liegt, damit nicht zu viel Sauerstoff an der Anode roduziert wird.

Grundsätzlich wird die Gleichspannung vorzugsweise im Bereich von 30 V bis 380 V und besonders bevorzugt von 50 V bis 260 V gewählt. Die Wechsel¬ spannungen oder pulsierenden Gleichspannungen können im Bereich von 1 KHz bis 10 MHz und bevorzugt von 10 KHz bis 10 MHz gewählt werden.

Während der Regeneration wird in regelmäßigen Abständen das Gleich¬ spannungsfeld wenigstens 10 Sekunden und bevorzugt für etwa 2 bis 3 Minuten umgepolt, damit sich an den Elektroden abgelagerte Materialien, beispielsweise Kalzium an der Kathode, wieder lösen.

Die Elektroden sind insbesondere auch deshalb von einer Vielzahl von kleinen Löchern durchsetzt, damit der Flüssigkeitsstrom den sich an den Elektroden ansammelnden Sauerstoff bzw. Wasserstoff wegspülen kann.

In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt das Ändern der Wechselspannung jeweils durch direktes Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Frequenz. In einer abge¬ wandelten Ausführungsform erfolgt die Änderung dadurch, daß eine kontinuierliche Frequenzänderung zwischen einer ersten und einer zweiten Frequenz durchgeführt wird.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist die in Fig. 3 gezei te Elektrode 18 ersetzt durch eine netzförmig ausgebildete Elek¬ trode 40, die sich zwischen Kathode 3 und Anode 4 und im wesentlic quer zur Verbindungslinie zwischen diesen beiden innerhalb des Gefäßes in Umfangsrichtung erstreckt. Der netzförmige Abschnitt ist quasi ringsegmentförmig ausgebildet, weist also einen Spalt 41 auf.