申请日2000.11.15
公开(公告)日2001.07.25
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明公开了一种用于处理水的装置和方法,其中将脱碱处理周期与pH调节周期或与再生周期或两者结合使用。处理周期包括,将未处理水与弱酸阳离子交换树脂接触,随后视需要pH调节。再生周期包括,将部分消耗弱酸阳离子交换树脂与弱酸再生剂,尤其是碳酸接触;使用弱酸再生剂可避免将过多的无机盐沉积物引入环境中。该水处理体系还可通过排列来同时理行处理和再生周期,因此可用于按需提供用于家庭和饮料服务用途的处理水。
摘要附图
权利要求书
1.一种处理水的方法，包括：
(a)将待处理的水经过一个包含5-140升弱酸阳离子交换树脂的第 一容器的入口，直到已消耗掉该弱酸阳离子交换树脂的30-80%基于 当量的有效离子交换量，以便在终端出口以4-40升/分钟的即时流速 并在入口压力的0-200千帕内的终端出口压力下得到处理水，这样该 处理水的硬度和碱度值小于150ppm，以碳酸钙重量当量表示;然后
(b)使用选自pKa为3-7的弱酸的再生剂，将弱酸阳离子交换树脂 再生足够时间以再生出50-100%基于当量的在步骤(a)中产生的用过 的离子交换量，以重新用于步骤(a);然后
(c)重复步骤(a)和(b)以根据需要提供处理水。
2.根据权利要求1的方法，它还包括：在终端出口之前且在包含 弱酸阳离子交换树脂的容器之后的某个位置上，利用一种或多种工艺， 将来自步骤(a)的处理水的pH调节至pH值4.5-9.5，所述工艺选自： 用弱碱阴离子交换树脂进行处理、脱气膜处理、声波处理、和与未处 理水进行共混。
3.一种处理水的方法，包括：
(a)将待处理的水经过一个包含5-140升弱酸阳离子交换树脂的第 一容器的入口，直到已消耗掉该弱酸阳离子交换树脂的30-80%基于 当量的有效离子交换量，在终端出口以4-40升/分钟的即时流速并在 入口压力的0-200千帕内的终端出口压力下得到处理水，这样该处理 水的硬度和碱度值小于150ppm，以碳酸钙重量当量表示;然后
(b)在终端出口之前且在包含弱酸阳离子交换树脂的容器之后的某 个位置上，利用一种或多种工艺，将该处理水的pH调节至pH值4.5- 9.5，所述工艺选自：用弱碱阴离子交换树脂进行处理、脱气膜处理、 声波处理、和与未处理水进行共混。
4.一种可再生的水处理体系，包括：
(a)处理周期，它在具有入口和出口的第一容器中包含5-140升的 弱酸阳离子交换树脂，将待处理的水经过该容器，直到已消耗掉该弱 酸阳离子交换树脂的30-80%基于当量的有效离子交换量，在终端出 口以4-40升/分钟的即时流速并在入口压力的0-200千帕内的终端出 口压力下得到处理水，这样该处理水的硬度和碱度值小于150ppm，以 碳酸钙重量当量表示;和
(b)再生周期，它包含一种选自pKa为3-7的弱酸的再生剂，在处 理周期之后将该再生剂与弱酸阳离子交换树脂接触足够时间以再生出 50-100%基于当量的在处理周期中产生的用过的离子交换量;
其中重复所述处理周期和再生周期以根据需要提供处理水。
5.根据权利要求4的水处理体系，它还包括作为处理周期一部分 的pH调节装置，选自以下的一种或多种：弱碱阴离子交换树脂处理、 脱气膜处理、声波处理、和与未处理水进行共混;其中通过与pH调节 装置接触将被弱酸阳离子交换树脂处理的水的pH调节至pH值4.5- 9.5。
6.根据权利要求4的水处理体系，它还包括作为处理周期一部分 的以相对第一容器并联方式连接的第二容器，这样第一容器中的弱酸 阳离子交换树脂在水经过第二容器时于再生周期中逆流再生;其中所 述第一和第二容器中的弱酸阳离子交换树脂的总体积为5-140升。
7.一种水处理体系，包括：
(a)脱碱周期，它在具有入口和出口的第一容器中包含5-140升的 弱酸阳离子交换树脂，将待处理的水经过该容器，直到已消耗掉该弱 酸阳离子交换树脂的30-80%基于当量的有效离子交换量，在终端出 口以4-40升/分钟的即时流速并在入口压力的0-200千帕内的终端出 口压力下得到处理水，这样该处理水的硬度和碱度值小于150ppm，以 碳酸钙重量当量表示;和
(b)pH调节周期，它包括pH调节装置，选自以下的一种或多种：弱 碱阴离子交换树脂处理、脱气膜处理、声波处理、和与未处理水进行 共混;其中通过与pH调节装置接触将被弱酸阳离子交换树脂处理的水 的pH调节至pH值4.5-9.5。
8.根据权利要求7的水处理体系，它还包括作为脱碱周期一部分 的以相对第一容器并联方式连接的第二容器，这样第一容器中的部分 消耗弱酸阳离子交换树脂可在水经过第二容器时被替代成再生弱酸阳 离子交换树脂，且脱碱周期在第一容器和第二容器中交替进行以根据 需要提供处理水;其中所述第一和第二容器中的弱酸阳离子交换树脂 的总体积为5-140升。
9.一种水处理装置，包括：
(a)配有入口和出口的第一容器，所述第一容器包含弱酸阳离子交 换树脂;
(b)配有入口和出口的第二容器，所述第二容器包含一种用于调节 处理水pH值的装置;和
(c)配有入口和出口的第三容器，所述第三容器包含适用于再生第 一容器(a)内的弱酸阳离子交换树脂的再生剂;
其中所述第二容器与第一容器的出口串联连接，所述第三容器与第 一容器串联流动连接，且所述第二和第三容器没有另外连接;且其中 每个容器按照所示由多个阀装置进行流动连接。
10.根据权利要求9的水处理体系，它还包括一个含有弱酸阳离子 交换树脂的第四容器，该容器在第一容器刚好之前或刚好之后的位置 上以相对第一容器并联的方式通过阀装置流动连接，这样水流可在第 一容器和第四容器之间交替切换。
说明书
水处理方法和装置
本发明涉及一种处理水的方法和装置。本发明包括一种利用离子交 换树脂进行水处理的方法和装置，其中(a)废树脂可就地再生而不会产 生大量的对环境有害的再生剂废液，或(b)可以调节该处理水的pH值 以尽量减少设备腐蚀问题。尤其是，本发明包括，通过使用具有就地 再生作用的弱酸阳离子交换树脂并调节处理水的pH值来进行水处理。
源水中的过高硬度和碱度可导致家庭饮用水以及在食品服务工业中 用于生产饮料的水都味道不好。例如，在用于饮料生产的水中，高硬 度和碱度是不理想的，因为这样会降低饮料的酸性并影响热饮和冷饮 的味道。此外，过高的硬度和碱度会由于不溶性碳酸盐的堆积而对管 道设备和器具造成破坏。
目前在家庭规模或轻工业规模(如饮料用途)上用于处理水的大多数 体系包括使用反渗透膜、碳过滤、离子交换树脂、或其组合方式。碳 过滤可去除水中的沉淀物和氯，但不会去除硬度或碱度。具有足够规 模以产生用于全家或食品服务的完全即时水流的反渗透体系昂贵且尺 寸大，这要求扩大空间利用。设计成连续处理水以满足即时水流要求 的较小反渗透体系必须储存产物水，这要求对储存水进行再处理以避 免细菌生长和微生物污染。此外，反渗透体系产生大量的废水，造成 处理水的低效生产。
例如描述于美国专利5273070的体系常用于水软化，它包括一个含 有离子交换树脂的小水处理罐，其中水通过入口加入该罐中，经过该 罐，然后由出口离开。用于这种离子交换水软化体系的再生剂通常包 括氯化钠(盐)。但正如美国专利5273070所述，使用盐作为家庭水软 化体系的再生剂会导致氯根和钠在废水中的高浓度并将钠加入处理水 中。废水中的高氯根浓度会破坏局部下水道体系并增加氯根和钠在局 部环境中的含量。将钠加入饮用水对许多人，尤其是要求限制钠摄入 的那些人来说是一种非必要且非所需的复杂情形，而且在食品卫生应 用中可能改变饮料的所需味道。与钠有关的问题可通过使用无机酸， 如硫酸或氢氯酸作为离子交换树脂的再生剂来避免，但使用它们就需 要处理有害的酸性物质并将腐蚀性物质排放到环境中。
美国专利5776333公开了一种用于后混合饮料分配器的水处理体 系，其中所提供的无菌水包含较低的硬度和碱度且没有有机挥发物。 该体系包括，将水加热以去除挥发性有机杂质，破碎并沉淀某些固体 物质，得到无菌水。该体系的潜在缺陷包括，需要冷却该加热水并在 使用前储存该处理水。
基于反渗透作用的体系以及描述于美国专利5776333的那些体系不 能以本发明所要求的即时流速提供处理水。
因此，需要一种紧凑且成本有效的水处理方法和装置，它(1)能够 利用市政水分配体系压力产生所需的即时水流，(2)视需要可再生，(3) 没有将非所需的离子加入该处理水，(4)没有向环境中引入大量的非所 需的再生步骤废液，且(5)不会破坏局部下水道体系。
本发明提供了一种处理水的方法，包括：(a)将待处理的水经过一 个包含5-140升弱酸阳离子交换树脂的第一容器的入口，直到已消耗 掉该弱酸阳离子交换树脂的30-80%基于当量的有效离子交换量，以 便在终端出口以4-40升/分钟的即时流速并在入口压力的0-200千帕 内的终端出口压力下得到处理水，这样该处理水的硬度和碱度值小于 150ppm，以碳酸钙重量当量表示;然后(b)使用选自pKa为3-7的弱酸 的再生剂，将弱酸阳离子交换树脂再生足够时间以再生出50-100%基 于当量的在步骤(a)中产生的用过的离子交换量，以重新用于步骤(a); 然后(c)重复步骤(a)和(b)以根据需要提供处理水。
在另一实施方案中，本发明提供了还包括以下步骤的前述方法：在 终端出口之前且在包含弱酸阳离子交换树脂的容器之后的某个位置 上，利用一种或多种工艺，包括用弱碱阴离子交换树脂进行处理、脱 气膜处理、声波处理、和与未处理水进行共混，将来自步骤(a)的处理 水的pH调节至pH值4.5-9.5。
本发明还提供了一种可再生的水处理体系，包括：(a)处理周期 (cycle)，它在具有入口和出口的第一容器中包含5-140升的弱酸阳 离子交换树脂，将待处理的水经过该容器，直到已消耗掉该弱酸阳离 子交换树脂的30-80%基于当量的有效离子交换量，在终端出口以4-40 升/分钟的即时流速并在入口压力的0-200千帕内的终端出口压力下得 到处理水，这样该处理水的硬度和碱度值小于150ppm，以碳酸钙重量 当量表示;和(b)再生周期，它包含一种选自pKa为3-7的弱酸的再生 剂，在处理周期之后将该再生剂与弱酸阳离子交换树脂接触足够时间 以再生出50-100%基于当量的在处理周期中产生的用过的离子交换 量;其中重复所述处理和再生周期以根据需要得到处理水。
另一方面，本发明提供了一种水处理装置，包括：(a)配有入口和 出口的第一容器，所述第一容器包含弱酸阳离子交换树脂;(b)配有入 口和出口的第二容器，所述第二容器包含一种用于调节处理水pH值的 装置;和(c)配有入口和出口的第三容器，所述第三容器包含适用于再 生第一容器(a)内的弱酸阳离子交换树脂的再生剂;其中所述第二容器 与第一容器的出口串联连接，所述第三容器与第一容器串联流动连接， 且所述第二和第三容器没有另外连接;且其中每个容器按照所示由多 个阀装置进行流动连接。
另一方面，本发明提供了一种如上所述的装置，它还包括一个含有 弱酸阳离子交换树脂的第四容器，该容器在第一容器刚好之前或刚好 之后的位置上以相对第一容器并联的方式通过阀装置流动连接，这样 水流可在第一容器和第四容器之间交替切换。