CN101146438A - 水净化处理所产生的废水的利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水净化处理所产生的废水的利用方法。本发明涉及处理不需要的中度盐水以制造可用水。处理过的水也适用于人和牲畜饮用。所述方法包括使其中Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量为0.05％以上且小于1.00％的中度盐水流经离子交换介质(图2)。对该离子交换介质进行预处理，使其被诸如钙离子(Ca2+)或镁离子(Mg2+)等多价阳离子饱和(图2)。流经离子交换介质后，与处理前的中度盐水相比，流出物的钠离子减少并且钙离子和/或镁离子增加(图2)。当中度盐水流经离子交换介质时，介质的钠含量升高，同时多价阳离子含量降低，直到介质不再适用于水处理并必须再生为止。
Description
技术领域
本发明涉及水净化处理方法和水净化处理所产生的废水的经济利用。
背景技术
盐水的处置已成为花费巨大的社会问题。例如，单从加利福尼亚州的水处理操作和油田就产生约16.1亿加仑的水，其中含有约800,000吨的钠、钙、镁的氯化物和硫酸盐的混合物。必须对这些盐水进行处置，这每年花费加利福尼亚州数百万美元。同时，美国地质勘测最近探明新墨西哥州有令人震惊的150亿英亩-英寸的含盐地下水，发现西得克萨斯的单独一个盆地就有7.6亿英亩-英寸的含盐地下水。
许多煤层位于不能进行传统采矿的地方。相反，需要从煤层中将水抽出以除去煤层伴生的甲烷。将甲烷转移到天然气井，然后从中抽出并输送，以作公用。除去的水的总溶盐量(TDS)一般是900～1500ppm。不幸的是，所述的水中一般有高含量的钠和碳酸盐和/或碳酸氢盐。
同时，盐水处置在世界上的其他地方已变得更加棘手。所以，每年都花费数十亿美元用于处置盐水。因此，提供处置盐水的改进方法将是非常有利的。提供利用盐水的方法将会更加有利，因为这对社会有益而不是简单地处置不需要的水。
水净化一般产生相对纯净的“净水(clean water)”作为第一流出物，和含有不需要的污染物的“废水”作为第二流出物。在此，将净水定义为所含Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量小于0.05％的水。此处将废水定义为所含Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量大于0.15％的水。除了废水外，世界上还有实质量的“中度盐水”，其盐度比废水低，但通常不能用于灌溉或动物饮用。因此，所述的中度盐水在其应用和使用上严重受限。按此处定义，“中度盐水”指所含Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量为0.05％以上但小于1.00％的水。
已知的水净化方法通过多种方法进行，包括离子交换、膜软化、电解、蒸发和沉淀。硬水软化是通过除去工业和家庭使用都需要的钙和镁来实现的。已知的水软化方法通过离子交换、膜软化或者沉淀的方式来进行。在离子交换方法中，钙离子(Ca2+)和镁离子(Mg2+)被交换成钠(Na+)，并用过量的NaCl来实现离子交换介质的再生。该方法所产生的再生流出物是必须被排弃的氯化钠、氯化钙和氯化镁的相对浓缩的水溶液。因此，采用这种方式，必须处置溶液中大量的钠盐、钙盐和镁盐。
作为选择，可以通过利用弱酸树脂以氢(H+)来交换钙(Ca2+)和镁(Mg2+)，从而将水软化，并用无机酸来再生失效的树脂。虽然该方法制造出含盐较少的水，但更加昂贵，而且制造出的相对酸性的软水具有腐蚀性。同时，膜软化可浓缩钙盐、镁盐和其他二价离子的盐，但产生的盐水需要进行代价高昂的处置。
通常，沉淀方法通过“石灰-苏打”法进行，其中在硬水中加入石灰以将水溶性的碳酸氢钙转化为不溶于水的碳酸钙。该方法所产生的废水难以过滤并且需要繁琐的处理。
申请人在先公开的美国专利第5,300,123号涉及不纯的固体盐的纯化。在该过程中也产生了必须加以处置的含盐废水。申请人后来公开的美国专利第6,071,411号、第6,374,539号和第6,651,383号涉及加工后的废水的处理和利用。这些方法优选使用离子交换，优选使用水溶性钠盐或钙盐，来改变处理过的水的盐含量。此外，所得的盐、净水流出物和废水流出物可用于不同的用途，包括用于改善粉尘控制的土壤处理、土壤稳定化、调节土壤的钠吸附率(SAR)和医治根腐病(root rot)。
不幸的是，即使有了所有在先技术的各种各样的水处理方法，仍有数十亿加仑的中度盐水被排弃或未被利用，因为用已知的水处理方法纯化这些水非常昂贵。过多的盐水令人烦恼，因为对水有压倒一切的、全球性的需求，尤其对人和牲畜饮用来说。联合国最近的报告称，到2025年，世界上超过50％的国家将面临缺水(water stress)或水短缺(watershortage)。到2050年，世界人口的75％会面临水荒(water scarcity)。
更麻烦的是，在贫困国家，即便附近可能有数百万加仑的盐水，人和动物仍经常患有钙和镁缺乏症。这些盐水一般含有一些钙和镁，但所含的钠过多使其无法饮用。不幸的是，由于设备的费用和难以获得，无法对这些水进行处理以供人或动物饮用。
尽管建议以牛奶来提供钙和镁的适当摄入，但发展中国家的儿童甚至发达国家贫困地区的儿童通常买不起或无法获得足量的牛奶以满足他们的需要。因此，如果能处理盐水以降低钠含量但提高或维持钙和镁的水平直至适于人畜饮用，将是一个惊人的发展。
土壤处理尤其是灌溉对水也有大量的需求。不幸的是，中度盐水经常具有不适于附近的灌溉的含盐量。因此，如果开发出花费低廉的方法来处理中度盐水以产生适于灌溉的流出物，将格外有利。
土壤的风蚀也是全世界的重大难题。细碎的土壤因为粒径小且缺乏粘结力，容易受风的影响。这样的细碎土壤可见于农业用地、沙丘、湖床、建筑工地和正在建造的道路。风蚀使得大量土壤以灰尘的形式漂移。风蚀造成灰尘的形成等不便和诸如种子、肥料和幼苗等有用物质的损失。沙尘暴危害交通，并威胁居住在附近的居民的健康。
此外，风蚀对土壤的作用可受阳光和雨水的影响而加强。阳光使得土壤中的湿气蒸发从而降低细碎土壤的粘结力。土壤的雨蚀是由于雨水冲走土壤造成的。由此造成的一个具体问题是，当耕种土壤被冲走时，会危害植物生命并且使得土壤无法用于农业。并且，由于雨蚀的影响，沟渠、水道、沙丘和道路的未保护的斜坡可能塌陷或被冲走。
因此，防止阳光、风和水在侵蚀土壤方面的作用是极为重要的。此处所述的土壤稳定化是指用化学品处理土壤，在其实现土壤的可塑化的同时，抵消土壤易受土壤水分中离子的类型的微小变化影响的趋势。例如，膨胀粘土具有“结合”水分子层，较易于在负荷下移动。膨胀粘土的土壤稳定化可以通过改变土壤混合物中离子的类型和/或数量来实现。
已提出，可以通过用天然的或合成的水分散性高聚物来处理土壤表层以防止土壤的移动、漂移和侵蚀。这些高聚物的实例包括淀粉醚、水解聚丙烯腈、聚乙烯醇和羧甲基纤维素。美国专利第3,077,054号公开了聚乙酸乙烯酯作为抗侵蚀剂的应用。美国专利第3,224,867号教导用磷酸单淀粉酯来对土壤进行调湿。美国专利第5,125,770号指出用预胶化淀粉和表面活性剂化合物来处理土壤。此外，已知可用相对纯的固体氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)和两者的混合物处理泥土路。
前述的土壤处理用化合物有几个缺陷。所述的聚合物价格相对高，具有潜在有害的环境特性。此外，已证实淀粉醚易于被雨水冲走。因此，它们作为抗侵蚀剂的效力严重受限。
全世界面临的另一个问题是真菌。在加利福尼亚州、亚利桑那州、新墨西哥州、德克萨斯州和墨西哥的索诺拉州(Sonora)和锡那罗亚州(Sinalos)有几百万英亩国土几乎不能发展种植业，这是由于在这些地区真菌攻击几乎所有的超过2,000种的双子叶植物。这些植物包括棉花、紫花苜蓿和柑桔树。生产力的缺乏是由于在土壤中有过量的碳酸钙，其使膨胀最小化，此时腐殖质产生的二氧化碳富集到大于约3.2％CO3，真菌茁壮成长。这些真菌(主要是Phytomatotrichum omnivorim(Shear)Duggar)有称作菌丝体、分生孢子和子实体(scelerotia)的三个发展阶段。称作菌丝体的第一阶段包括细丝的发展，其遍及土壤长出分支并围绕植物根部形成紧密的网。当细丝到达土壤表面后，在表面形成了白色小团，称作分生孢子。成熟时，菌丝体发展为多细胞体，称之为子实体，其能伸入土壤深至十二英尺。
1970年左右，发现给土壤添加钠能抵消土壤中过量的钙。这提高了土壤的渗透性，阻止了二氧化碳的累积，使得根部茂盛成长。已将氯化钠用于此，在这种情况下，土壤容易排水，过量的氯和钠因为降雨或灌溉而溶出。此时，硫酸钠更可取，因为1)硫酸盐补充养分硫，2)硫酸盐与钙结合形成石膏和石膏土，这通常使根腐病不易发生，3)石膏缓冲过量的钠，协助其从土壤中溶出，和4)没有其他的可溶进地下水的氯化物残留。不幸的是，硫酸钠始终太昂贵，不适宜用于处理农业用地。最近，提出可利用水软化方法中除去的盐的固体混合物来防治根腐病。然而，从水软化中除去的盐仍相对昂贵，而利用从废水中回收的盐的方法尚未在农业界采纳。
农业中遇到的另一个问题是土壤经常钠含量过高和/或盐度过高。农田和灌溉水经常有不能接受的高含量的钠。所含钠盐的量相对于钙盐和/或镁盐较高的灌溉水会导致土壤中钠的累积。土壤的钠过量使得土壤的胶质颗粒分散，并使土壤的pH增加。胶质颗粒分散使得土壤在干燥时变硬变紧密，并且对水的渗透和渗滤的耐受性增加。潮湿时，由于土壤的膨胀，富含钠的土壤也对渗水产生耐受性。
土壤和灌溉水的总盐度也值得关注。盐度指水中的总盐，盐度中的重要的正离子(阳离子)是钙离子、镁离子和钠离子，重要的负离子(阴离子)是氯离子、硫酸根离子和碳酸氢根离子。所有的灌溉水都含有若干溶解盐。当土壤具有高含量的溶解盐时，或灌溉水具有足以增加土壤盐度的盐时，土壤倾向于保留水而不是释放水以使植物根部可通过渗透压吸水。由于植物不能吸收必需的水，即便是土壤含有大量的水分，植物仍将枯萎。
可惜的是，尽管有过多的被Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4和CO3的盐污染的盐水，但如上所述，这些盐水处置起来非常昂贵，每年在如用于公路除冰的氯化钠等盐上要花费数百万美元。因此，如果盐水中的盐可以用于公路除冰，将是有利的。
还非常希望提供一种利用易得的材料或化合物来处理土壤的低成本方法。如果可以将盐水加工成可用于处理土壤以防尘和实现土壤稳定化的水，那将更加有利。
还希望提供一种抑制土壤中根腐病的方法。
此外，希望提供一种维持土壤中合适的盐度水平和盐度平衡以增强土壤的耕种性能的方法。
当然，更希望提供一种处理水的方法，尤其是处理具有高含量钠的水的方法，以此制造具有低含量钠以及高含量镁和钙的流出物而供人和动物饮用。
最后，如果前述的所有目标都能实现，同时克服昂贵和本国以及世界其他国家所面临的难题，具体地说，解决盐水处置问题，将是合乎需要的。如果在满足上述需要的同时能达到该目标，将会更加有意义。
发明内容
简要地说，本发明提供了经济高效地处理中度盐水以得到含钠量低但多价阳离子(尤其是钙和镁)盐的量增加的流出物的方法，所述中度盐水尤其是含盐地下水、处理过的污水以及作为灌溉和油田和天然气井的排出物而产生的盐水。本发明也提供了水净化产生的流出物的利用方法。
本发明所提供的方法可用以处理Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量为0.05％～1.00％的中度盐水。本发明尤其适于处理具有高含量钠的水。使中度盐水流经由多价阳离子饱和的离子交换树脂以得到“可用水”。此处定义的术语“饱和”大体上可解释为指离子交换树脂具有足够的多价阳离子以实现对钠的离子交换，从而降低中度盐水中钠的含量。
虽然本方法不是水软化方法，但发现商购的用于水软化的离子交换介质可以用于本发明的实行。而且，虽然未发现优选的离子交换树脂，但认为Sybron Chemicals(Bayer Chemicals的分公司)的称作LewatitC-249的树脂可满足需要。也发现菱沸石(沸石家族的一类矿石，由水合钙铝硅酸盐组成)是有效的离子交换介质。优选的菱沸石可从GSAResources得到。也可以使用其他离子交换介质，如合成沸石。
为了实施本发明的水处理方法，将离子交换介质用多价阳离子饱和。可以使用各种多价阳离子。但是，优选的多价阳离子是钙离子(Ca2+)或镁离子(Mg2+)或其组合。水软化介质通常出售时是用钠饱和的，不适于实施本发明。为了用多价阳离子饱和所述的介质，可以用氯化钙或氯化镁溶液冲洗介质，直到介质被钙阳离子和/或镁阳离子充分饱和，以实现对钠的交换。
使中度盐水流经离子交换介质以得到与中度盐水相比钠阳离子含量降低的可用流出物。该可用流出物也将具有更高含量的钙和镁。但是，已确定所述的可用流出物可被用于人和动物饮用。而且，也确定该可用流出物对处理土壤以便于灌溉也是有益的。
当中度盐水流经离子交换介质时，介质的钠含量升高，多价阳离子含量降低，直至介质不再适用于本发明的水处理为止。为了再生离子交换介质，用Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3的盐的重量大于1.00％的盐水溶液冲洗介质。优选的是，该盐水的钙和/或镁含量特别高而钠含量低。用盐水溶液冲洗离子交换介质，直到离子交换介质所带的多价阳离子的数量增加且介质所带的钠减少，最终离子交换介质被多价阳离子充分饱和，可再次处理具高含量钠的中度盐水。
再生工序增加了离子交换介质中的多价阳离子。但是，再生工序产生的流出物具有显著高的钠含量。有利的是，发现具高含量钠的再生流出物特别适用于土壤稳定化、池塘密封和医治根腐病。这些高含量钠的废水也适于冷却塔和洗衣业使用。
发明者认识到，从水净化中产生的水，尤其是具有高含量钙和镁的水，可被用于防尘和灌溉农田，或者在土壤具有高含量钠的情况下用作灌溉水的添加剂。此外，发明者发现，可以对可用流出物和再生流出物进行处理以形成固体和水的混合物，其能应用于道路和公路除冰。
因此，本发明的目的是提供具成本效益的处理中度盐水的方法。
本发明的又一个重要目的是提供水净化中产生的可用水的新的利用方法。
根据下列详细描述并参考附图，本发明的这些和其他的、进一步和更详细的目的和优势对本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是表示在先技术中水软化方法的流程图；
图2是表示本发明的产生硬化水的方法的流程图；
图3是表示灌溉水的钠吸附率(SAR)的图表。
具体实施方式
虽然本发明允许各种形式的实施方式，但如同附图所示，下文中将仅描述本发明的目前优选的实施方式，应理解，此处的公开内容是作为本发明的一个范例，其并不希望将本发明限定为所描述的特定实施方式。
水中钙和/镁的存在使得水被认为是“硬”的。水中的这些矿物离子与热、管道和其他化学试剂反应，降低了洗衣、洗碗和沐浴应用的清洁效力。这些钙和镁离子也与碳酸盐、硫酸盐、油脂结合以产生浴缸浮垢、沾污的盘碟、灰暗板材等。此外，已发现硬水可导致工业热水器和市售水壶的结垢，通过阻碍热传导造成早期的实质能量损失，还造成因为需要除去水垢而提前停机。因此，已作出了大量的努力来除去水的“硬度”。
参考图1，水软化是从水中除去“硬度”，意味着主要从水中除去或改变钙和镁离子。已知有几种方法来实现水软化。最为人所知的软化水的方法是“离子交换法”。硬水流经装有离子交换介质的罐体，该离子交换介质通常含有多微孔的珠子。将珠子用钠饱和，覆盖其内表面和外表面。当水流经介质时，发生了离子交换。离子交换需要将钠交换为钙、镁、铁和其他二价无机离子，将钠从介质引入水中，并将二价无机离子从水中转移到介质中。在介质上的钠被释放到水中的同时，钙和镁离子连接到介质上。当介质达到被这些硬离子饱和的程度时，对介质进行再生，再生时最为常用的是氯化钠溶液，其可得到必须除去的含3～25％的钠、钙和镁盐的流出物。流出物的确切浓度取决于车间实践(shoppractice)，具体地说，取决于包含在流出物中的冲洗水(如果有的话)的量。像硫酸或盐酸那样的无机酸不常用于水软化。
同时，本发明人发现，实施反向的水软化方法可处理中度盐水尤其是钠含量高的水，从而产生钙和镁含量较高但钠含量较低的“可用水”。因为所述的方法使得水中的钙和镁的量增加，该方法可被认为是“水硬化”方法。
参考图2，本发明的方法使中度盐水流经离子交换介质。预处理该介质使其被多价阳离子饱和。优选的多价阳离子包括钙离子(Ca2+)或镁离子(Mg2+)或其组合。预处理可以通过各种方法实现，本领域技术人员可以对这些方法进行选择。但是，在一个优选实施方式中，可以用氯化钙或氯化镁溶液冲洗该介质直到其完全被钙离子和/或镁离子饱和，从而对该介质进行预处理。本发明人发现Sybron Chemicals的Lewatit C-249树脂可以按8磅氯化钙/立方英尺树脂的比率用13％的氯化钙溶液冲洗进行再生。作为选择，本发明人发现，公认为钠形式的菱沸石介质可以按8磅氯化钙/立方英尺沸石的比率用15％的氯化钙溶液冲洗进行再生。本领域的技术人员可以在考虑此处的公开内容之后确定其他可用的离子交换介质、再生用溶液和冲洗比率。
使中度盐水流经离子交换介质以产生与经过预处理的中度盐水相比具有低含量钠离子的可用流出物。该可用流出物也将具有高含量的钙和镁。当中度盐水流经离子交换介质时，介质的钠含量升高直到介质不再适用于本发明的水处理为止。为了再生离子交换介质，用Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3的盐的重量大于1.00％的盐水溶液冲洗该介质。优选的是，该盐水中诸如钙和/或镁等多价阳离子的含量特别高，但钠含量低。用该盐水溶液冲洗离子交换介质，直到离子交换介质所带的多价阳离子的量增加而钠减少，最终离子交换介质被多价阳离子充分饱和，可再次处理本发明的中度盐水。
在另一个(尽管并非优选)实施方式中，在进行本发明的水“硬化”方法之前，用已知的水处理技术对该中度盐水进行预处理。例如，如果水具有显著量的钙和镁以及钠，优选用已知的水软化方法对该水进行处理以尽可能多地除去钙和镁。有利的是，在硬化处理前除去钙、镁和其他多价阳离子，这有助于防止沉淀的产生，因为如果还使用了膜过滤则沉淀会结合在膜上。
在下述实施例中并通过下述实施例，将对本发明的处理水的方法作进一步的解释。
实施例1
将中度盐井水从加利福尼亚州29棕榈镇东部的大峡谷区(WonderValley area)抽出。对该井水进行测定，得到TDS为1950 ppm，水分析显示如下结果：
处理前-中度盐水
| 阳离子 | 结果(ppm) |
| 钙 | 51 |
| 镁 | 未检测到 |
| 钠 | 700 |
利用图3的图表，显示水的SAR值为29。
利用13％的氯化钙溶液以15磅氯化钙/立方英尺树脂的比率来冲洗购自Sybron Chemicals的Lewatit C-249离子交换树脂，使其被钙离子饱和，通过使所述井水流经该离子交换树脂进行硬化。处理后，水分析显示下述结果：
处理后-“可用”水
| 阳离子 | 结果(ppm) |
| 钙 | 410 |
| 镁 | 1.4 |
| 钠 | 380 |
利用图3的图表，显示水现在的SAR值为5.0。
实施例2
由水再生利用部(Department of Water Reclamation；“DWR”)提供来自加利福尼亚的Red Rock Ranch的中等盐度的灌溉用水。对该水进行初始测定，得到TDS为5600 ppm，水分析显示如下结果：
处理前-中度盐水
| 阳离子 | 结果(ppm) |
| 钙 | 530 |
| 镁 | 110 |
| 钠 | 1400 |
由于图3的图表无法显示该水的SAR值，所以进行数学计算，求出SAR值约为15.2。
由于水中钙和镁的起始含量高，所以决定对DWR水采取水软化和水硬化两种方法。如下述结果所示，用水软化方法处理该水，从而将钙和镁的含量降至低于5ppm。
水软化后的中度盐水
| 阳离子 | 结果(ppm) |
| 钙 | 未检测到 |
| 镁 | 未检测到 |
| 钠 | 2200 |
极高的钠含量和低的钙和镁含量结果导致超出了图表的SAR水平。
利用13％的氯化钙溶液以15磅氯化钙/立方英尺树脂的比率来冲洗购自Sybron Chemicals的Lewatit C-249离子交换树脂，使其被钙离子饱和，然后通过使DWR水流经该离子交换树脂来进行硬化。处理后，水分析显示下述结果：
处理后-“可用硬化水”
| 阳离子 | 结果(ppm) |
| 钙 | 940 |
| 镁 | 2.3 |
| 钠 | 1100 |
利用图3的图表，显示水现在的SAR值为4.9。
用“硬化”水进行灌溉
所有的灌溉区都受到钠累积的影响。植物蒸腾作用和植物生长使用了约70～90％的灌溉水，钠浓缩在残留的10～30％的水中。必须从根部洗去这种水，否则植物生长就会受影响。
当钙和镁吸附在粘土上时，对水的亲合力很小，而吸附在粘土上的钠离子对水有很强的亲合力。吸附在粘土上的钠离子对水的亲合力很强，以至于该亲合力足以扩展粘土颗粒，此时称粘土“膨胀”了。与钙离子和镁离子的浓度相比，土壤水中的钠离子越多，将要被钠占据的离子交换点的百分比就越高。这使得对水的吸引力更大，土壤膨胀更显著。然而，实验发现，土壤膨胀有一个终止点。当交换点的约14-16％被钠离子占据时，粘土颗粒分散成细小单元，膨胀消失，土壤紧密压紧。粘土颗粒堵住了土壤中保留的大部分的孔，这进一步限制了空气、水和营养成分的移动，土壤丧失了生产力。美国盐度实验室根据所存在的钙和镁的量计算出被钠占据的离子交换点的量。该计算结果被命名为钠吸附率(SAR)。
如图3所示，可通过钠吸附率(SAR)与灌溉水的总盐度的比较来预测钠累积量。为了利用图3的图表，在列线图的左侧标出了钠浓度。然后在列线图的右侧标出了钙加镁的浓度。在两个标记间画一条直线，在该直线与钠吸附刻度尺的交点可确定SAR值。由于加入的钠与钙镁之间是此消彼长的关系，所以钙和/或镁的增加实际上将降低灌溉水的SAR值。虽然一些植物对土壤中的高含量钠更有耐受性，但14以上的SAR值通常将导致土壤内粘土成分的分散以及生产力的相应损失。
参考实施例1和2，经测试，可求出中度盐水的SAR值分别为29和15.2。显然，使用这些水来灌溉会对土壤生产力产生有害影响。但是，在实施了本发明的硬化方法后，发现水的SAR值分别是5.0和4.9，这对于灌溉要有利得多。通过利用具有高钙和镁含量的水作为灌溉水，降低了土壤中可交换钠的累积量，从而使土壤维持合适的钠平衡。此外，该方法产生的水能优化植物根部区域的土壤水分的SAR，同时降低土壤的盐度。由于在先技术中进行钙盐和镁盐或硫酸的添加会导致土壤盐度的不合要求的升高，所以此时盐度的降低特别有利。
实施例3
在标称内径为1.625英寸的6英尺管中形成菱沸石柱，从而制备离子交换介质。用菱沸石填充该管以形成洗涤和再生后38英寸高的柱。用15％的DawFlake牌氯化钙溶液以8磅氯化钙/立方英尺介质的比率将公认为钠形式的菱沸石用钙离子饱和。然后利用该柱从含盐的地下水中除去钠，从而对该柱进行“试用(break in)”。在“试用”阶段后，用15％的DawFlake牌氯化钙溶液以8磅氯化钙/立方英尺介质的比率，将离子交换介质再次再生。
利用由EPA(美国环保署)测试分析得出钙和镁总和为6ppm的盐制得氯化钠溶液。用含1000±10mg/l钠的Hach标准溶液校正HachSension 5 Meter，以该Hach Sension 5 Meter验证计算量。仪器读数偏高，但在3％以内，可以在不作进一步调节的情况下直接使用该仪器。用HackKit 5B验证离子交换后的溶液的硬度，以碳酸钙格令来报道硬度结果。
测得具有可忽略不计的硬度的处理前的水的氯化钠水平分别是760mg/l，1206mg/l和1640mg/l。用所述离子交换介质处理后，测得处理过的水具有如下硬度特性。
| 离子交换处理前的水 | 离子交换处理后的水 |
| 760 mg/l氯化钠，零硬度 | 平均7格令硬度 |
| 1206 mg/l氯化钠，零硬度 | 平均15格令硬度 |
| 1640 mg/l氯化钠，零硬度 | 平均25格令硬度 |
因为硬度的每一个格令的增加都是通过除去一格令钠来实现的，因此这些测量值反应了水质的明显提高，由此制备了适用于灌溉的水和牲畜饮用水。矿化水也可用于人饮用，如可用于儿童需要钙来促进骨骼生长却无法得到充足量的牛奶的地区。
“硬化”水的动物饮用
虽然美国环保署(“EPA”)建议将人饮用水的盐含量限制为500 ppmTDS，但对如牲畜等多数动物而言，可以接受1000-1500 ppm的盐含量。此外，如果减少水中的钠而导致总盐含量相应提高，这对人和牲畜来说都是可以接受的。
同时，全脂牛奶比被认可的饮用水具有高得多的盐含量。牛奶中盐成分的平均浓度列于下表。
全脂牛奶
| 成分 | 结果(ppm) |
| 钙 | 1230 |
| 镁 | 120 |
| 钠 | 580 |
世界上许多地区的饮食导致儿童非常缺乏钙和/或镁。很多儿童无法得到牛奶。除了儿童外，如牲畜等动物也需要水、钙和/或镁。因此，如果可以在买不到或买不起牛奶的贫困地区的饮用给水中提供所述的钙和/或镁，将是合乎需要的。
参考实施例1和2，本发明的水处理方法产生了具有与全脂牛奶相当的盐含量的水。此外，实施例1和2的盐水含有的TDS明显高于全世界数十亿加仑的中度盐水。本发明的中度盐水的处理将制造具有更低含盐量的水。
在世界的很多地区，唯一可以获得的给水就是盐水。但是，可以按照本发明的方法处理可得的盐水，以此降低钠含量，同时提高钙和/或镁的含量，从而提高水质。
“硬化”水的其他用途
除了用于人和牲畜饮用外，通过实施本发明的硬化方法而产生的可用流出物可被用于各种用途。例如，本发明人已得知，由本发明的水净化方法产生的水，尤其是那些钙和镁含量高的水，可被用于防尘。此外，发现可以对可用的流出物水进行处理以形成固体和水的混合物，该混合物能应用于道路和公路除冰。
所述再生方法增加了离子交换介质中的多价阳离子。但是，由该再生方法产生的流出物具有非常高含量的钠。有利的是，本发明人发现具有高含量钠的再生流出物水特别适于土壤稳定化、池塘密封和医治根腐病。高含量钠的废水也适于冷却塔和洗衣业使用。
以上已用术语描述了本发明以使本领域技术人员能够制造和使用，并已确认了目前的最佳实施方式。
Claims (14)
1.处理水的方法，所述方法包括以下步骤：
提供中度盐水，该中度盐水中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量实质上为0.05％以上，且实质上小于1.00％；
提供以多价阳离子饱和的离子交换介质；
使所述中度盐水流经所述离子交换介质，从而产生与所述中度盐水相比含更多的多价阳离子和更少的钠的可用流出物；
提供盐水溶液，该盐水溶液中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3的盐的重量大于1.00％；
使所述盐水溶液流经所述离子交换介质，从而冲洗该离子交换介质并提高该离子交换介质上带有的多价阳离子的量；和
利用所述的可用流出物。
2.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述离子交换介质包括沸石。
3.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述的离子交换介质包括菱沸石。
4.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述的利用可用流出物的步骤包括将所述的可用流出物提供给动物饮用。
5.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述的利用可用流出物的步骤包括将所述的可用流出物施用于土壤。
6.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述的多价阳离子包括钙。
7.如权利要求1所述的处理水的方法，其中，所述的多价阳离子包括镁。
8.处理水的方法，所述方法包括下述步骤：
提供中度盐水，该中度盐水中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3或其组合的盐的重量实质上为0.05％以上，且实质上小于1.00％；
提供以钠饱和的离子交换介质；
使所述中度盐水流经所述的以钠饱和的离子交换介质，从而产生与所述中度盐水相比含更少的多价阳离子和更多的钠的软化水；
提供以多价阳离子饱和的离子交换介质；
使所述软化水流经所述以多价阳离子饱和的离子交换介质，从而产生与所述中度盐水相比含更多的多价阳离子和更少的钠的可用流出物；
提供盐水溶液，该盐水溶液中的Na、K、Ca、Mg、Fe、Cl、SO4或CO3的盐的重量大于1.00％；
使所述盐水溶液流经所述离子交换介质，从而冲洗该离子交换介质并提高该离子交换介质上带有的多价阳离子的量；和
利用所述的可用流出物。
9.如权利要求8所述的处理水的方法，其中，所述离子交换介质包括沸石。
10.如权利要求8所述的处理水的方法，其中，所述的离子交换介质包括菱沸石。
11.如权利要求8所述的处理水的方法，其中，所述的利用可用流出物的步骤包括将所述可用流出物提供给动物饮用。
12.如权利要求9所述的处理水的方法，其中，所述的利用可用流出物的步骤包括将所述可用流出物施用于土壤以进行灌溉。
13.如权利要求8所述的处理水的方法，其中，所述的多价阳离子包括钙。
14.如权利要求8所述的处理水的方法，其中，所述的多价阳离子包括镁。
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