申请日1997.01.24
公开(公告)日1999.04.07
IPC分类号B01J49/00
摘要
一种用来减少离子交换再生系统中产生的废水的排放的方法,该离子交换再生系统具有阳离子交换床(7)和阴离子交换床(8),该方法的特征在于再生物和置换冲洗液的各段在公共环路中再循环,并向前改变一个位置,为此第一段在下一循环中被排出,下一循环的最后一段用新冲洗液,同时根据需要加入化学物质,且在最终冲洗循环中,冲洗液通过串接的阳离子交换床(7)和阴离子交换床(8),并在环路中再循环,因此减少了超过90%的废水。
翻译権利要求書
1.一种用来减少离子交换再生系统中产生的废水排放的方法，该 离子交换再生系统包括包有阳离子交换树脂的阳离子交换床和包有阴 离子交换树脂的阴离子交换床，该方法包括如下步骤：
(a)通过以上流方向且以足够于再分类(reclassify)在该交 换床中的该树脂并再生该溶液的速率引入包括从1到n编号的多 个部分的阳离子再生溶液的第一部分，回洗并再生该阳离子交换 床，其中n是>1的整数;
(b)通过以上流方向，依次引入阳离子再生溶液的剩余部分进 一步再生该阳离子交换床，流出的阳离子再生溶液的第一部分被 从该阳离子交换床排出，并从再生循环中分离出来;
(c)保留除了第一部分之外流出的每一部分阳离子再生溶液 作为阳离子再生溶液的一部分用于接下来的循环中，其中编号m 的部分被保留用于下一循环中编号m-1(m减去1)的部分，其中 2≤m≤n;
(d)通过以上流方向依次引入包括从1到q编号的多个部分的 置换冲洗液置换位于该阳离子交换床中的阳离子再生溶液，其中q 是>1的整数，编号为q的部分用新冲洗液;保留流出的置换冲洗 液的第一部分用作下一循环的置换冲洗液的最后一部分，该最后 一部分阳离子再生溶液的浓度被调节;保留流出的置换冲洗液的 各个剩余部分用作下一循环置换冲洗液的一个部分，其中编号为p 的部分被保留作为下一循环的编号为p-1(p减去1)的部分，其中 2≤p≤q;
(e)通过以上流方向且以足够于再分类在该交换床中的该树 脂并再生该溶液的速率引入包括从1到n′编号的多个部分的阴离 子再生溶液的第一部分，回洗并再生该阴离子交换床，其中n′是 >1的整数;
(f)通过以上流方向，依次引入阴离子再生溶液的剩余部分进 一步再生该阴离子交换床，流出的阴离子再生溶液的第一部分被 从该阴离子交换床排出，并从再生循环中分离出来;
(g)保留除了第一部分之外流出的每一部分阴离子再生溶液 作为阴离子再生溶液的一部分用于接下来的循环中，其中编号m′ 的部分被保留用于下一循环中编号m'-1(m′减去1)的部分，其中 2≤m′≤n′;
(h)通过以上流方向依次引入包括从1到q′编号的多个部分的 置换冲洗液置换位于该阴离子交换床中的阴离子再生溶液，其中 q′是>1的整数，编号为q′的部分用新冲洗液;保留流出的置换冲 洗液的第一部分用作下一循环的置换冲洗液的最后一部分，该最 后一部分阴离子再生溶液的浓度被调节;保留流出的置换冲洗液 的各个剩余部分用作下一循环置换冲洗液的一个部分，其中编号 为p′的部分被保留作为下一循环的编号为p'-1(p′减去1)的部 分，其中2≤p′≤q′;
(i)在串接的该阳离子交换床和阴离子交换床中以下流方向 循环最终冲洗液，其中该阳离子交换床位于上游而该阴离子交换 床位于下游;和
(j)再循环该最终冲洗液直到从阳离子或阴离子交换床排出 的冲洗液的质量达到预定水平。
2.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中步骤(a)到(d)与 步骤(e)到(h)同时进行。
3.根据权利要求1的减少废水排放的方法，进一步包括，在步骤 (a)到(e)的每一步之前，用气体以下流方向净化在工作循环中剩余在 系统中的水。
4.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中该离子交换再生 系统进一步包括在再生循环之前从工作流中过滤出杂质的过滤装置。
5.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中该离子交换再生 系统进一步包括从如下一组中选出的一台交换床：
在该阳离子交换床之前的金属选择性树脂交换床;
在该阴离子交换床之后的混和交换床型磨床;
在该阴离子交换床之前的弱碱阴离子交换床;
在该阴离子交换床之后的弱酸阳离子交换床，
其中对应于步骤(a)到(d)或步骤(e)到(h)的步骤在该交换床上进 行，且，在步骤(m)中，最终冲洗液通过该交换床进一步循环。
6.根据权利要求5的减少废水排放的方法，其中该离子交换再生 系统进一步包括多个该交换床，在步骤(m)中，最终冲洗液通过这些串 接的交换床循环。
7.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中，在步骤(a)和 (b)，步骤(e)和(f)，及步骤(d)和(h)中，该阳离子再生溶液，该阴 离子再生溶液，和该置换冲洗液的引入，分别用脉冲流进行。
8.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中，在步骤(b)中， 排出的第一部分的体积近似等于该阳离子交换床的体积，且在步骤(f) 中，排出的第一部分的体积近似等于该阴离子交换床的体积。
9.根据权利要求1的减少废水排放的方法，其中，在步骤(c)中， 排出的第一部分的体积近似等于该阳离子交换床的体积，且在在步骤 (g)中，排出的第一部分的体积近似等于该阴离子交换床的体积。
10.一种用来减少离子交换再生系统中产生的废水的排放的方 法，该离子交换再生系统包括装有阳离子交换树脂的阳离子交换床和 装有阴离子交换树脂的阴离子交换床，该方法包括如下步骤：
(a)通过在该串接的阳离子和阴离子交换床中以上流方向循 环回洗冲洗液，回洗该阳离子和阴离子交换床，并再循环该回洗 冲洗液;
(b)通过以下流方向从树脂的上部引入包括从1到n编号的多 个部分的阳离子再生溶液的第一部分再生该阳离子交换床，其中n 是>1的整数，保留在该阳离子交换床中的回洗冲洗液被从那里排 出;
(c)通过以下流方向依次引入阳离子再生溶液的剩余部分，进 一步再生该阳离子再生交换床，流出的阳离子再生溶液的第一部 分被从该交换床排出，并从再生循环中分离出来;
(d)保留除了第一部分之外的每一部分阳离子再生溶液作为 阳离子再生溶液的一部分用于接下来的循环中，其中编号m的部 分被保留用于下一循环中编号m-1(m减去1)的部分，其中2≤m≤n;
(e)通过以下流方向依次引入包括从1到q编号的多个部分的 置换冲洗液置换位于该阳离子交换床中的阳离子再生溶液，其中q 是>1的整数，编号为q的部分用新冲洗液;保留流出的置换冲洗 液的第一部分用作下一循环的置换冲洗液的最后一部分，该最后 一部分阳离子再生溶液的浓度被调节;保留流出的置换冲洗液的 各个剩余部分用作下一循环置换冲洗液的一个部分，其中编号为p 的部分被保留作为下一循环的编号为p-1(p减去1)的部分，其中 2≤p≤q;
(f)通过从下流方向从树脂的上部引入包括从1到n′编号的多 个部分的阴离子再生溶液的第一部分，再生该阴离子交换床，其 中n′是>1的整数，剩余在该阴离子交换床中的回洗冲洗液被从那 里排出;
(g)通过以下流方向，依次引入阴离子再生溶液的剩余部分进 一步再生该阴离子交换床，流出的阴离子再生溶液的第一部分被 从该交换床排出，并从再生循环中分离出来;
(h)保留每一部分阴离子再生溶液作为阴离子再生溶液的一 部分用于接下来的循环中，其中编号m′的部分被保留用于下一循 环中编号m′-1(m′减去1)的部分，其中2≤m′≤n′;
(i)通过以下流方向依次引入包括从1到q′编号的多个部分的 置换冲洗液置换位于该阴离子交换床中的阴离子再生溶液，其中 q′是>1的整数，编号为q′的部分用新冲洗液;保留流出的置换冲 洗液的第一部分用作下一循环的置换冲洗液的最后一部分，该最 后一部分阴离子再生溶液的浓度被调节;保留流出的置换冲洗液 的各个剩余部分用作下一循环置换冲洗液的一个部分，其中编号 为p′的部分被保留作为下一循环的编号为p′-1(p′减去1)的部 分，其中2≤p′≤q′;
(j)在串接的该阳离子交换床和阴离子交换床中以下流方向 循环最终冲洗液，其中该阳离子交换床位于上游而该阴离子交换 床位于下游;和
(k)再循环该最终冲洗液直到从阳离子或阴离子交换床排出 的冲洗液的质量达到预定水平。
11.根据权利要求10的减少废水排放的方法，其中步骤(b)到(e) 与步骤(f)到(i)同时进行。
12.根据权利要求10的减少废水排放的方法，其中该离子交换再 生系统进一步包括在再生循环之前从工作流中过滤出杂质的过滤装 置。
13.根据权利要求10的减少废水排放的方法，其中，在步骤(b) 和(f)中，从回洗液中分离出来的流出物被保留用作部分最终冲洗液。
14.根据权利要求10的减少废水排放的方法，其中该离子交换再 生系统进一步包括从如下一组中选出的一台或多台交换床：
在该阳离子交换床之前的金属选择性树脂交换床;
在该阴离子交换床之后的混和交换床型磨床;
在该阴离子交换床之前的弱碱阴离子交换床;
在该阴离子交换床之后的弱酸阳离子交换床，
其中对应于步骤(b)到(f)或步骤(f)到(i)的步骤在该一台或多台 交换床上进行，且，在步骤(j)中，最终冲洗液通过该串接的一台或多 台交换床进一步循环。
15.一种用于去离子和再生系统的装置，包括：
(a)包有阳离子交换树脂的阳离子交换床;
(b)包有阴离子交换树脂的阴离子交换床，该阴离子交换床串接于 该阳离子交换树脂;
(c)用于存储在装置中循环的水或冲洗液的收集池，该收集池与该 阳离子交换床和该阴离子交换床相连并可选地具有旁路管线以旁路该 收集池，因此水或冲洗液可通过该收集池或该旁路管线环路循环;
(d)多个用来存储阳离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被 从1到n编号，其中n是>1的整数，至少编号n的容器具有化学注射 器，每个容器与该阳离子交换床通过公共管线相连所以阳离子再生溶 液可在环路中循环;
(e)多个用来存储阴离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被 从1到n编号，其中n是>1的整数，至少一个容器具有化学注射器， 每个容器与该阴离子交换床通过公共管线相连所以阴离子再生溶液可 在环路中循环;
(f)至少一个用来存储阳离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液 源;这些容器被与存储阳离子再生溶液的容器并联并与用来存储阳离 子再生溶液的容器和阳离子交换床一起形成环路，这些容器和上述新 冲洗液源被连到该阳离子交换床的底部并被从1到q编号，其中新冲 洗液源被编号为>1的整数q;
(g)至少一个用来存储阴离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液 源;这些容器被与存储阴离子再生溶液的容器并联并与用来存储阴离 子再生溶液的容器和阴离子交换床一起形成环路，这些容器和上述新 冲洗液源被连到该阴离子交换床的底部并被从1到q编号，其中新冲 洗液源被编号为>1的整数q;
(h)用于连接外部系统的一个存储室，该存储室被安置在，阳离子 交换床的下游，由存储阳离子再生溶液的容器和阳离子交换床形成的 环路中;
(i)用于连接外部系统的一个存储室，该存储室被安置在，阴离子 交换床的下游，由存储阴离子再生溶液的容器和阴离子交换床形成的 环路中;
(j)一个气体净化吹风机，被连接到该阳离子和阴离子交换床的顶 端;
(k)一个用来回洗和再生的流控制系统，该系统能够如下控制再生 循环：
(ⅰ)用来自该气体净化吹风机的气体净化该阳离子交换床 中的溶液;
(ⅱ)以上流方向依次将从编号为1到n的容器中的阳离子 再生溶液的各个部分引入到该阳离子交换床;
(ⅲ)排出从编号1的容器的流出部分到存储室，并向后移 动来自编号2到n的容器的各个流出部分到编号1到n-1(n减 1)的容器中，向前改变一个容器;
(ⅳ)以上流方向依次引入编号1到q的新冲洗液容器中的 阳离子置换冲洗液的各个部分到阳离子交换床中;
(ⅴ)向后移动编号为1的容器中的置换冲洗液的流出部分到 编号n的阳离子再生溶液的容器，向后移动编号2到q的新冲 洗液的各个流出部分到编号为1到q-1(q减1)的容器中，循环 中向前变化1号;和
(ⅵ)在阴离子交换床上执行相应于(ⅰ)到(ⅴ)的步骤;和 (l)用于冲洗的流控制系统，该系统能够以如下方式控制冲洗循环
(ⅶ)以下流方向在串接的阳离子交换床和阴离子交换床 循环收集池中的最终冲洗液。
16.根据权利要求15的用于去离子和再生统的装置，其中阳离 子交换床位于上游且阴离子交换床位于下游。
17.根据权利要求15的用于去离子和再生系统的装置，进一步包 括收集池下游的从工作流中过滤出杂质的过滤装置。
18.根据权利要求15的用于去离子和再生系统的装置，其中流控 制系统(1)包括阴离子交换床下游的一个电导率监视仪，用来测量最终 冲洗的中断时序。
19.根据权利要求15的用于去离子和再生系统的装置，进一步包 括该阴离子交换床上游的颗粒状活性炭交换床。
20.根据权利要求15的用于去离子和再生系统的装置，包括下述 交换床中的一台或多台：
在该阳离子交换床之前的金属选择性树脂交换床;
在该阴离子交换床之后的混和交换床型磨床;
在该阴离子交换床之前的弱碱阴离子交换床;
在该阴离子交换床之后的弱酸阳离子交换床，
其中该一台或多台交换床安置在装置中，可进行对应于步骤(ⅰ) 到(ⅵ)的步骤，且，在步骤(ⅶ)中，最终冲洗液通过该串接的一台或 多台交换床进一步循环。
21.一种用于去离子和再生系统的装置，包括：
(a)包有阳离子交换树脂的阳离子交换床;
(b)包有阴离子交换树脂的阴离子交换床，该阴离子交换床串接于 该阳离子交换树脂;
(c)用于存储在装置中循环的水或冲洗液的收集池，该收集池与该 阳离子交换床和该阴离子交换床相连并可选地具有旁路管线以旁路该 收集池，因此水或冲洗液可通过该收集池或该旁路管线环路循环;
(d)多个用来存储阳离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被 从1到n编号，其中n是>1的整数，至少一个容器具有化学注射器， 每个容器与该阳离子交换床通过公共管线相连所以阳离子再生溶液可 在环路中循环;
(e)多个用来存储阴离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被 从1到n编号，其中n是>1的整数，至少一个容器具有化学注射器， 每个容器与该阴离子交换床通过公共管线相连所以阴离子再生溶液可 在环路中循环;
(f)至少一个用来存储阳离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液 源;这些容器被并接于存储阳离子再生溶液的容器，并与用来存储阳 离子再生溶液的容器和阳离子交换床一起形成环路，这些容器和上述 新冲洗液源被连到该阳离子交换床的底部并被从1到q编号，其中新 冲洗液源被编号为>1的整数q;
(g)至少一个用来存储阴离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液 源;这些容器被并接于存储阴离子再生溶液的容器，并与用来存储阴 离子再生溶液的容器和阴离子交换床一起形成环路，这些容器和上述 新冲洗液源被连到该阴离子交换床的底部并被从1到q编号，其中新 冲洗液源被编号为>1的整数q;
(h)用于连接外部系统的一个存储室，该存储室被安置在，阳离子 交换床的下游，由存储阳离子再生溶液的容器和阳离子交换床形成的 环路中;
(i)用于连接外部系统的一个存储室，该存储室被安置在，阴离子 交换床的下游，由存储阴离子再生溶液的容器和阴离子交换床形成的 环路中;
(j)一个用来回洗和再生的流控制系统，该系统能够如下控制再生 循环：
(ⅰ)通过该阳离子和阴离子交换床以上流方向循环位于该
收集池中的回洗冲洗液;
(ⅱ)以下流方向依次从编号为1到n的容器中引入阳离子
再生溶液的各个部分到该阳离子交换床;
(ⅲ)在剩余在该阳离子交换床中的回洗冲洗液被推回该
收集池之后，移动从编号1的容器流出的部分到该收集池中，
并向后移动来自编号2到n的容器的各个流出部分到编号1到
n-1(n减1)的容器中，向前改变一个容器;
(ⅳ)以下流方向依次引入编号1到q的新冲洗液容器中的
阳离子置换冲洗液的各个部分到阳离子交换床中;
(ⅴ)向后移动编号为1的容器中的置换冲洗液的流出部分到
编号n的阳离子再生溶液的容器，向后移动编号2到q的容器
中的新冲洗液的各个流出部分到编号为1到q-1(q减1)的容器
中，向前变化1号;
(ⅵ)在阴离子交换床上执行相应于(ⅰ)到(ⅴ)的步骤;和 (k)用于冲洗的流控制系统，该系统能够以如下方式控制冲洗循环
(ⅶ)以下流方向在串接的阳离子交换床和阴离子交换床
循环收集池中的最终冲洗液。
22.根据权利要求21的用于去离子和再生系统的装置，其中阳离 子交换床(a)位于上游且阴离子交换床位于下游。
23.根据权利要求21的用于去离子和再生系统的装置，进一步包 括收集池下游的从工作流中过滤出杂质的过滤装置;
24.根据权利要求21的用于去离子和再生系统的装置，其中流控 制系统(k)包括阴离子交换床下游的一个电导率监视仪，用来测量最终 冲洗的中断时序。
25.根据权利要求21的用于去离子和再生系统的装置，进一步包 括该阴离子交换床上游的颗粒状活性炭交换床。
26.根据权利要求21的用于去离子和再生系统的装置，包括下述 交换床中的一台或多台：
在该阳离子交换床之前的金属选择性树脂交换床;
在该阴离子交换床之后的混和交换床型磨床;
在该阴离子交换床之前的弱碱阴离子交换床;
在该阴离子交换床之后的弱酸阳离子交换床，
其中该一台或多台交换床安置在装置中，可进行对应于步骤(ⅱ) 到(ⅵ)的步骤，且，在步骤(ⅶ)中，最终冲洗液通过该串接的一台或 多台交换床进一步循环。
说明书
减少废水排放的方法和装置
本发明涉及用于对冲洗液，例如电路板冲洗液，液体除垢机冲洗 液，电镀/阳极处理冲洗液，进行去离子或去矿质的离子交换床再生系 统和自来水去离子系统的方法和装置，具体地涉及那些允许高度减少 从再生系统中排放的废水的方法和装置。
离子交换技术早已被用于从溶液中有效地去除有害离子。用途包 括改变硬度如重碳酸钠(软化)氯化物(脱碱)，交换阳离子和阴离子如 氢和氢氧基离子(去矿质)。
离子交换技术便于通过浓缩从水中去除的杂质使得适度减少体 积。用5-10%的盐水，酸和/或苛性碱再生，可以制得包含百分比量 级杂质的用后的再生物。当利用离子交换从金属电镀冲洗液中提取出 重金属杂质时，这是非常令人感兴趣的。依赖于再生，杂质离子，例 如铜和镍，是以百分比浓度而不是ppm浓度包含的，并相应地减少了 体积。
然而，化学再生增加了最终排出化学物质的总固形物。事实上， 总固形物可被三倍或更多倍地增加，除非采取控制措施以减少含有有 害离子的化学物质的体积。此外，经过通常的回洗、化学提取和冲洗 步骤之后再生废物的液体体积可超过15柱床体积(Bed Volumes(BV))。
已有若干可以用来减少再生物液体体积的新发展。如果废物是不 可抛弃的或危险的材料如重金属盐的话，这是非常重要的。接近于 “零”的液体排放包括随后的固液分离。体积越小，处理费用越低。
在传统的离子交换再生中，交换床首先被回洗以松动脏物和残余 物并重新分布树脂以获得更好的流而没有沟流。阳离子交换的回洗流 在交换床范围内典型地为6gpm/ft2。对于制造者所推荐的典型三腿交 换床的深度，其量为2gpm/ft3。对每立方英尺执行20分钟回洗会产 生40加仑的废水。对阴离子交换，因为密度低所以流较小。虽然这样， 但每立方英尺的冲洗液还是要使用15加仑的废水。
化学提取，再生的下一步骤，典型地在4-6%或接近0.50 1bs/gallon(有效)的浓度进行。再生水平为6-81bs/ft3时，平均产 生15加仑的废水。
下一步骤是置换冲洗以沿交换床推动再生物。该冲洗液体积典型 地为2-3BV或15-20gallons/ft3。置换冲洗之后，在全流中进行快 速冲洗以便清除系统中的残余再生物并为下一循环准备交换床。这一 步叫做精度冲洗且每次冲洗可平均地以2gpm/ft2进行30分钟。因此 典型的循环生成成分如下的再生废水：
阳离子 阴离子 回洗 40gals 15gals 化学提取 15gals 15gals 置换 20gals 20gals 精度冲洗 60gals 60gals 总量 135gals 110gals (1Bed Volume=7.5gals=1ft3)
因此传统系统典型的再生废物总量达到18BV的阳离子，和14.7BV 的阴离子。
现有的减少废水体积的尝试是利用循环使用的再生物。Byszewski 等的美国专利No.5,352,345公开了一种方法，其中从阳离子或阴离 子交换柱中耗尽的再生溶液被利用电渗析水分离机，酸或碱净化单 元，或它们的任意组合，转换为新的再生溶液，因此增大了资源的恢 复(在新的再生物和造水两个方面)，并减少了必须排放的水的量。
然而，在上述方法中，仅仅设计了用来再生贵重再生物的系统， 并不是为了减少由离子交换柱产生的废水本身。为了上述目的，特殊 的装置，即，电渗析水分离机，酸或碱净化单元，或它们的任意组合， 被使用，则输出管道系统变得复杂。用来电渗析的膜对污物非常敏感， 如果系统不持续运行，它们会被污染。此外，即使由再生物产生的废 水的量可以因再生贵重再生物而减少，系统中的全部废水也不会显著 的减少，因为由其它循环，如回洗循环，置换循环，和精密冲洗循环， 产生的废水没有减少(事实上，再生物产生的废水大约占总废水的 10%)。
Carl J.Saieva的美国专利No.4,652,352公开了一种利用离子 交换与铵盐再生溶液相结合从稀释的溶液中再生金属的工艺。在这一 工艺中，重复进行冲洗，继而从离子交换系统中得到金属并形成该工 艺的第一环路，逆流流动的再生溶液被再利用，继而在电镀室中电解 再生金属，再生的金属在电镀浴中被再利用，因此形成了该工艺的第 二和第三环路。结果，基本不产生需要抛弃的液体或固体废水。
然而，在上述工艺中，仅仅设计了用来提取金属的系统，没有减 少由离子交换单元产生的废水本身。为了上述目的，特殊的装置，即， 电解再生系统被使用。此外，该系统具有严重的缺陷，即，仅仅提取 金属不能使水变得可以再使用因为溶液包含金属盐如氯化铜，硫化 铜，氯化镍，和硫化镍，且提取金属之后金属盐的另一半继续积累， 提高了冲洗槽中不溶固体的水平，会造成严重质量问题。此外，在再 生过程中，没有提及冲洗循环，意味着再生物始终在树脂交换床中。 为了再利用树脂，再生物必须被冲出树脂交换床。也没有提及如何减 少冲洗液。即使由再生物产生的废水的量可以因再生贵重再生物而减 少，工艺中的全部废水，如上述美国专利No.5,352,345中的方法， 也不会显著的减少，因为由其它循环，如回洗循环，置换循环，和精 密冲洗循环，产生的废水没有减少。此外，铵盐再生物的使用因其气 味，对工人而言也是不可取的。
另外，Rohm和Haas Amber Hi-Lites的No.120描述了再生物的 再利用。如其所述，第一个三分之一的再生物可被树脂槽中和树脂珠 之间的空槽内的水所过度稀释。这导致浪费。第二个1/3的再生物， 最贵重的，也会被浪费掉。最后1/3的再生物在接下来的化学提取循 环中作为第一个三分之一被再利用。因此，再生物的再利用仅限于整 个化学提取循环的1/3循环。
本发明开发了一种用来在任何去离子或去矿质系统中，不论污染 程度，包括电路板、液体除垢机、电镀/阳极电镀和自来水去离子系统 的冲洗系统，显著减少生成的废水总体积的技术，不要求用来再生贵 重再生物的电渗析机等装置。本发明的一个目的是提出一种将离子交 换再生物的液体废物体积减少到每树脂1BV的工艺，比之传统系统减 少90%以上。
也就是说，本发明的一个重要方面是一种减少离子交换再生系统 中的废水排放的方法，包括包有阳离子交换树脂的阳离子交换床和包 有阴离子交换树脂的阴离子交换床，该方法包括如下步骤：(a)依次准 备阳离子再生溶液的多个部分，这些部分被从1到n编号，其中n是 >1的整数;(b)以上流方向以足够对位于该交换床中的树脂复原以再 生该树脂的速率引入阳离子再生溶液的第一部分到阳离子交换床，回 洗并再生包括该部分的该阳离子交换床;(c)通过以上流方向，依次引 入阳离子再生溶液进一步再生该阳离子交换床，因此，流出的阳离子 再生溶液的第一部分被从该阳离子交换床排出，并从再生循环中分离 出来;(d)保留除了第一部分之外流出的每一部分阳离子再生溶液，以 如下方式即，编号m的部分被保留用于下一循环中编号m-1(m减去1) 的部分，作为阳离子再生溶液的一部分用于接下来的循环中，其中 2≤m≤n;(e)准备置换冲洗液;(f)通过以上流方向引入置换冲洗液到 该阳离子交换床中，置换该阳离子交换床中的阳离子再生溶液，并保 留流出的该置换冲洗液的一部分，以用作下一循环置换冲洗液的一部 分;(g)依次准备阴离子再生溶液的多个部分，这些部分被从1到n′ 编号，其中n′是>1的整数;(h)通过以上流方向以足够对位于该交换 床中的树脂复原以再生该树脂的速率引入阴离子再生溶液的第一部分 到阴离子交换床，回洗并再生包括该部分的该阴离子交换床;(i)通过 以上流方向，依次引入阴离子再生溶液进一步再生该阴离子再生交换 床，因此，流出的阴离子再生溶液的第一部分被从该阴离子交换床排 出，并从再生循环中分离出来;(j)保留流出的每一部分阴离子再生溶 液，以如下方式即，编号m′的部分被保留用于下一循环中编号m′-1(m′ 减去1)的部分，作为阴离子再生溶液的一部分用于接下来的循环中， 其中2≤m′≤n′;(k)准备置换冲洗液;(l)通过以上流方向引入置换冲洗 液到该阴离子交换床中，置换该阴离子交换床中的阴离子再生溶液， 并保留流出的该置换冲洗液的一部分，以用作下一循环置换冲洗液的 一部分，其中步骤(a)到(f)先于，同时或迟于步骤(g)到(l)执行;(m) 在该阳离子交换床和阴离子交换床中以下流方向连续地循环最终冲洗 液;和(n)循环该最终冲洗液直到从阳离子或阴离子交换床排出的冲洗 液的质量达到预定的水平。在上述方法的一个优选实施方案中，对阴 离子交换床，步骤(k)包括准备置换冲洗液的多个部分，这些部分被从 1到q′编号，其中q′是>1的整数，其中编号q的部分为新冲洗液;且 其中步骤(1)包括：(ⅰ)通过以上流方向依次引入该置换冲洗液的各个 部分到该阴离子交换床中，置换该阴离子交换床中的阴离子再生溶 液，(ⅱ)保留流出的置换冲洗液的第一部分以用作下一循环阴离子再 生溶液的最后一部分，该阴离子再生溶液的最后一部分的浓度被调 节，和(ⅲ)保留流出的置换冲洗液的各个剩余部分以如下方式，即保 留编号p′的部分在下一循环中用作编号p'-1(p′减1)的部分，其中 2≤p'≤q'，用作下一循环置换冲洗液的一部分。对阳离子交换床，步骤 (e)和(f)优选地分别以和步骤(k)和(l)相同的方式进行。上述方法基 于上流再生，即，如果工作流是下流的话是逆流的。根据上述方法， 可以减少超过90%的传统上由再生系统排放的废水。
本发明的另一个重要的方面是基于下流再生，即，如果工作流是 上流的话是逆流的。这是一种减少由离子交换再生系统，包括装有阳 离子交换树脂的阳离子交换床和装有阴离子交换树脂的阴离子交换 床，产生的废水的排放方法，该方法包括如下步骤：(a)通过在该阳离 子和阴离子交换床中以上流方向循环回洗冲洗液，回洗该阳离子和阴 离子交换床，并再循环该回洗冲洗液;(b)依次准备阳离子再生溶液的 多个部分，这些部分被从1到n编号，其中n是>1的整数;(c)通过 以下流方向从树脂的上部引入阳离子再生溶液的第一部分到阳离子交 换床，用该部分再生该阳离子交换床，因此保留在该阳离子交换床中 的回洗冲洗液被从那里排出并从再生循环中分离出去(例如，送回收集 池或储水容器);(d)通过以下流方向，依次引入阳离子再生溶液的各 个部分进一步再生该阳离子再生交换床，因此，流出的阳离子再生溶 液的第一部分被从该阳离子交换床排出，并从再生循环中分离出来; (e)保留流出的每一部分阳离子再生溶液，以如下方式即，编号m的部 分被保留用于下一循环中编号m-1(m减去1)的部分，作为阳离子再生 溶液的一部分用于接下来的循环中，其中2≤m≤n;(f)准备置换冲洗 液;(g)通过以下流方向引入置换冲洗液到该阳离子交换床中，置换该 阳离子交换床中的阳离子再生溶液，并保留流出的该置换冲洗液的一 部分，以用作下一循环置换冲洗液的一部分;(h)依次准备阴离子再生 溶液的多个部分，这些部分被从1到n′编号，其中n′是>1的整数;(ⅰ) 通过以下流方向从树脂的上部引入阴离子再生溶液的第一部分到阴离 子交换床，用该部分再生该阴离子交换床，因此保留在该阴离子交换 床中的回洗冲洗液被从那里排出并从再生循环中分离出去;(j)通过以 下流方向，依次引入阴离子再生溶液的各个部分进一步再生该阴离子 再生交换床，因此，流出的阴离子再生溶液的第一部分被从该阴离子 交换床排出，并从再生循环中分离出来(例如，送回收集池或储水容 器);(k)保留流出的每一部分阴离子再生溶液，以如下方式即，编号 m′的部分被保留用于下一循环中编号m'-1(m′减去1)的部分，作为阴离 子再生溶液的一部分用于接下来的循环中，其中2≤m′≤n′;(l)准备置 换冲洗液;(m)通过以下流方向引入置换冲洗液到该阴离子交换床中， 置换该阴离子交换床中的阴离子再生溶液，并保留流出的该置换冲洗 液的一部分，以用作下一循环置换冲洗液的一部分，其中步骤(b)到(g) 先于，同时或迟于步骤(h)到(m)执行;(n)在该阳离子交换床和阴离子 交换床中以下流方向连续地循环最终冲洗液;和(o)循环该最终冲洗液 直到从阳离子或阴离子交换床排出的冲洗液的质量达到预定的水平。 在上述方法的一个优选实施方案中，对阳离子交换床，步骤(f)包括准 备置换冲洗液的多个部分，这些部分被从1到q编号，其中q是>1的 整数，其中编号q的部分为新冲洗液;且其中步骤(g)包括：(Ⅰ)通过 以下流方向从树脂的上部依次引入该置换冲洗液的各个部分到该阳离 子交换床中，置换该阳离子交换床中的阳离子再生溶液，(Ⅱ)保留流 出的置换冲洗液的第一部分以用作下一循环阳离子再生溶液的最后一 部分，该阳离子再生溶液的最后一部分的浓度被调节，和(Ⅲ)保留流 出的置换冲洗液的各个剩余部分以如下方式，即保留编号p的部分在 下一循环中用作编号p-1(p减1)的部分，其中2≤p≤q，用作下一循环 置换冲洗液的一部分。对阴离子交换床，步骤(l)和(m)优选地分别以 和步骤(f)和(g)相同的方式进行。根据上述方法(下流再生)，可以减 少接近90%的传统上由再生系统排放的废水。
在上述方法中，即，上流再生和下流再生，当离子交换再生系统 进一步包括过滤装置以从工作流中过滤掉杂质时，在再生循环之前， 不必回洗，因此进一步减少了废水的量。
此外，本方法可轻易地适用于进一步包括一个或多个如下交换床 的系统：阳离子交换床前面的金属选择性树脂交换床;阴离子交换床 后面的混合型磨床;阴离子交换床前面的弱碱阴离子交换床;和阴离 子交换床后面的弱酸阳离子交换床，其中再生和置换两步在上述一个 或多个交换床上进行，且，在最终冲洗一步，该最终冲洗液在上述串 接的一个或多个单元中进一步循环。
本发明的另一个目的是提供一种用来有效地执行上述方法的装 置。即，本发明的另一个重要方面是用于去离子和再生系统的装置， 包括：(a)包有阳离子交换树脂的阳离子交换床;(b)包有阴离子交换 树脂的阴离子交换床，该阴离子交换床串接于该阳离子交换床;(c) 用于存储在装置中循环的水或冲洗液的收集池，该收集池与该阳离子 交换床和该阴离子交换床相连并可选地具有旁路管线以旁路该收集 池，因此水或冲洗液可通过该收集池或该旁路管线环路循环;(d)多个 用来存储阳离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被从1到n编 号，其中n是>1的整数，至少编号n的容器具有化学注射器，每个容 器与该阳离子交换床通过公共管线相连所以阳离子再生溶液可在环路 中循环;(e)多个用来存储阴离子再生溶液的容器，该容器被放置成行 并被从1到n编号，其中n是>1的整数，至少编号n的容器具有化学 注射器，每个容器与该阴离子交换床通过公共管线相连所以阴离子再 生溶液可在环路中循环;(f)至少一个用来存储阳离子置换冲洗液的容 器，和一个新冲洗液源;这些容器与存储阳离子再生溶液的容器并联 并与由用来存储阳离子再生溶液的容器和阳离子交换床一起形成环 路，这些容器和上述新冲洗液源被连到该阳离子交换床的底部并被从1 到q编号，其中新冲洗液源被编号为>1的整数q;(g)至少一个用来存 储阴离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液源;这些容器与存储阴 离子再生溶液的容器并联并与由用来存储阴离子再生溶液的容器和阴 离子交换床一起形成环路，这些容器和上述新冲洗液源被连到该阴离 子交换床的底部并被从1到q编号，其中新冲洗液源被编号为>1的整 数q;(h)一个存储室导向一个蒸发器容器或一个外部系统(如，批量 处理)，该存储室被安置在，阳离子交换床的下游，由存储阳离子再生 溶液的容器和阳离子交换床形成的环路中;(i)一个存储室导向一个蒸 发器容器或一个外部系统(如，批量处理)，该存储室被安置在，阴离 子交换床的下游，由存储阴离子再生溶液的容器和阴离子交换床形成 的环路中;(j)一个气体净化吹风机被连接到该阳离子和阴离子交换床 的顶端;(k)一个用来回洗和再生的流控制系统，该系统能够如下控制 再生循环：
(ⅰ)用来自该气体净化吹风机的气体净化该阳离子交换床中 的溶液;(ⅱ)以上流方向依次从编号为1到n的容器中引入阳离 子再生溶液的各个部分到该阳离子交换床;(ⅲ)排出从编号1的 容器的流出部分到存储室，并向后移动来自编号2到n的容器的 各个流出部分到编号1到n-1(n减1)的容器中，向前改变一个容 器;(ⅳ)以上流方向依次引入编号1到q的新冲洗液容器中的阳 离子置换冲洗液的各个部分到阳离子交换床中;(ⅴ)向后移动编号 为1的容器中的置换冲洗液的流出部分到编号n的阳离子再生溶 液的容器，向后移动编号2到q的新冲洗液的各个流出部分到编 号为1到q-1(q减1)的容器中，循环中向前变化1号;和(ⅵ)在 阴离子交换床上执行相应于(ⅰ)到(ⅴ)的步骤;和 (l)用于冲洗的流控制系统，该系统能够以如下方式控制冲洗循环
(ⅶ)以下流方向在串接的阳离子交换床和阴离子交换床循 环收集池中的最终冲洗液(或通过旁路管线循环最终冲洗液)。
本发明的另一个重要方面是用于去离子和再生系统的装置，包 括：(a)包有阳离子交换树脂的阳离子交换床;(b)包有阴离子交换树 脂的阴离子交换床，该阴离子交换床串接于该阳离子交换树脂;(c) 用于存储在装置中循环的水或冲洗液的收集池，该收集池与该阳离子 交换床和该阴离子交换床相连并可选地具有旁路管线以旁路该收集 池，因此水或冲洗液可通过该收集池或该旁路管线环路循环;(d)多个 用来存储阳离子再生溶液的容器，该容器被放置成行并被从1到n编 号，其中n是>1的整数，至少编号n的容器具有化学注射器，每个容 器与该阳离子交换床通过公共管线相连所以阳离子再生溶液可在环路 中循环;(e)多个用来存储阴离子再生溶液的容器，该容器被放置成行 并被从1到n编号，其中n是>1的整数，至少编号n的容器具有化学 注射器，每个容器与该阴离子交换床通过公共管线相连所以阴离子再 生溶液可在环路中循环;(f)至少一个用来存储阳离子置换冲洗液的容 器，和一个新冲洗液源;这些容器与存储阳离子再生溶液的容器并联 并与由用来存储阳离子再生溶液的容器和阳离子交换床一起形成环 路，这些容器和上述新冲洗液源被连到该阳离子交换床的底部并被从1 到q编号，其中新冲洗液源被编号为>1的整数q;(g)至少一个用来存 储阴离子置换冲洗液的容器，和一个新冲洗液源;这些容器与存储阴 离子再生溶液的容器并联并与由用来存储阴离子再生溶液的容器和阴 离子交换床一起形成环路，这些容器和上述新冲洗液源被连到该阴离 子交换床的底部并被从1到q编号，其中新冲洗液源被编号为>1的整 数q;(h)一个存储室导向一个蒸发器容器或一个外部系统(如，批量 处理)，该存储室被安置在，阳离子交换床的下游，由存储阳离子再生 溶液的容器和阳离子交换床形成的环路中;(i)一个存储室导向一个蒸 发器容器或一个外部系统(如，批量处理)，该存储室被安置在，阴离 子交换床的下游，由存储阴离子再生溶液的容器和阴离子交换床形成 的环路中;(j)一个用来回洗和再生的流控制系统，该系统能够如下控 制再生循环：
(ⅰ)以上流方向在阳离子和阴离子交换床中循环该收集池中 的回洗冲洗液;(ⅱ)以下流方向依次从编号为1到n的容器中引 入阳离子再生溶液的各个部分到该阳离子交换床;(ⅲ)保存在阳 离子交换床中的回洗冲洗液被排出到收集池后，移动编号为1的 容器中的流出部分到存储室，并向后移动编号为2到n的容器中 的流出部分到编号为1到n-1(n减1)的容器中，向前改变一个容 器;(ⅳ)以下流方向依次引入编号1到q的新冲洗液容器中的阳 离子置换冲洗液的各个部分到阳离子交换床中;(ⅴ)向后移动编号 为1的容器中的置换冲洗液的流出部分到编号n的阳离子再生溶 液的容器，向后移动编号2到q的新冲洗液的各个流出部分到编 号为1到q-1(q减1)的容器中，向前改变一个容器;(ⅵ)在阴离 子交换床上执行相应于(ⅰ)到(ⅴ)的步骤;和 (k)用于冲洗的流控制系统，该系统能够以如下方式控制冲洗循环
(ⅶ)以下流方向在串接的阳离子交换床和阴离子交换床循 环收集池中的最终冲洗液(或通过旁路管线循环最终冲洗液)。
当上述装置进一步包括过滤装置以过滤掉工作流、收集池的下游 中的杂质时，不必回洗。本装置优选地包括位于阴离子交换床下游的 传导监视器，所以可以恰当地确定不连续的再生的计时。本装置优选 地包括用来除掉有机物的颗粒状活性炭交换床。此外，本发明可包括 一个或多个如下交换床：阳离子交换床前面的金属选择性树脂交换 床;阴离子交换床后面的混合型磨床;阴离子交换床前面的弱碱阴离 子交换床;和阴离子交换床后面的弱酸阳离子交换床，其中该一个或 多个交换床安置在本装置中使得再生步骤可以进行，最终冲洗液在该 串接的一个或多个交换床中进一步循环。
在本发明的上述方法和装置中，在再生循环中，不论再生是逆流 的还是顺流的，再生的各段和置换冲洗都以普通环路再次循环，并在 下一循环中向前改变一个位置，为此在下一循环中第一段被排出，下 一循环的最后一段使用新冲洗液，同时加入必要的化学物质(向前到置 换循环)。这样，大量减少了废水。另外，在最终冲洗循环中，冲洗液 在串接的阳离子交换床和阴离子交换床中流动，且在环路中再次循 环，通过使用相反的离子在各个交换床中生成去离子水，因此在不排 放任何冲洗液的情况下进行最终冲洗(内冲洗循环)。迄今，典型的离 子交换系统再生时生成大量废水。通过使用本发明的再生系统，可减 少通常生成的90%的废水。本发明中最终排放的废水包括工作循环中 去掉的杂质，也可通过蒸发或传统的氢氧化物沉淀进一步浓缩。蒸发 或氢氧化物沉淀的剩余物由于其高的金属含量可被送到金属再生厂 去。沉淀过程的流出物满足环境保护局(EPA和地方政府)制定的排放 规定，即废流中各种金属浓度的排放规定。