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CN1304889A - 水处理方法和装置 - Google Patents

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CN1304889A
CN1304889A CN00132965A CN00132965A CN1304889A CN 1304889 A CN1304889 A CN 1304889A CN 00132965 A CN00132965 A CN 00132965A CN 00132965 A CN00132965 A CN 00132965A CN 1304889 A CN1304889 A CN 1304889A
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CN
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water
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acidic cationic
cationic exchanger
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J·A·小米尔斯
E·G·伊萨克夫
E·G·仑德齐斯特
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Rohm and Haas Co
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Abstract

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。

Description

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。
图1是本发明水处理装置的一个实施方案的示意图。
图2是包括一个可有可无分配器体系的本发明水处理容器的一个实施方案的侧视图。
图3是本发明水处理装置的另一实施方案的示意图，该装置具有能够同时处理和再生的市政水处理容器。
我们已经发现一种紧凑的、成本有效的体系，它能够以家庭和饮料服务所需的流速(4-40升/分钟)由市政水产生硬度和碱度较低的水。该体系可在标准水输送管压力(200-700千帕(kPa)，通常为400-600千帕)存在且可使用对环境没有任何危害的弱酸再生剂而视需要再生。
除非另外清楚地指出，本文所用的以下术语都具有指定含义。离子交换树脂的“用过”是指已利用了所有的有效离子交换量(以当量计)；离子交换树脂的“部分用过”是指已利用了低于100％的有效离子交换量，例如70％用过对应于30％的仍有效且可用于离子交换的离子交换量。“即时水流”是指在处理工艺入口处供给源水的同时，处理水在处理工艺终端出口的按需可得性；这不同于来自处理水储存罐的水的可得性。本文使用以下简称：WAC=弱酸阳离子交换树脂；SBA=强碱阴离子交换树脂；mg=毫克；L=升；m/L(毫克/升)=ppm(每百万重量/体积的份数)，例如CaCO3的mg/L；L/min=升/分钟。如果提及处理水特性，如碱度或硬度，那么这些值以CaCO3重量当量的ppm来表示。除非另有所指，所列的范围认为是包含的和可结合的，温度为摄氏度(℃)，压力为千帕(kPa)，且所指百分数(％)都是重量计的。
在本发明的一个实施方案中，该装置包括一个具有入口2a和出口2b的水处理容器2且包含离子交换树脂11床、pH调节容器3、和再生溶液容器6(图1)。
在另一实施方案(图3)中，该装置还包括具有入口和出口且以相对水处理容器2并联的方式连接的第二水处理容器2A。水处理容器2和2A可视需要包括一个位于入口2a附近的用于将未处理水分配到离子交换树脂床11之上的合适分配器12、以及一个位于出口2b附近的用于帮助从水处理容器2和2A中取出处理水的合适收集器/分配器13(参见图2)。
所有容器都通过用于控制水流的多个阀装置(8、9和10)，如多向阀、阀组件、阀歧管体系或其组合形式而流动连接。这些阀装置用于控制经由相应入口和出口出入容器的水流，且包括能够允许单向流动的压力阀，这样当从一面施压时该阀开启，否则保持关闭。
水处理容器2流动连接到源水1、pH调节容器3、再生溶液容器6和再生剂废物处理出口7；但pH调节容器3和再生剂溶液容器6没有另外连接(图1)。水源1提供待处理的水并补充水用于制备再生剂溶液容器6中的再生剂溶液；再生剂源5加料到再生剂溶液容器6中。完全处理的水在终端出口4处得到。
本发明水处理体系的一个实施方案包括两个基本周期：处理周期和再生周期。在处理周期中，来自水源1的未处理水利用阀装置8，经由入口2a，加入包含5-140升弱酸阳离子交换树脂的水处理容器2中。水通过与离子交换树脂床11接触(视需要经由分配器12)而处理，直到已消耗掉基于当量30-80％的有效离子交换量。该处理水由出口2b离开水处理罐2，通过阀装置9直接流入终端出口4，以4-40升/分钟的即时流速并在入口压力的0-200kPa内的出口压力下提供水，这样该处理水就具有低于150ppm的硬度和碱度值，以碳酸钙重量当量来表示。视需要，将处理水导入pH调节容器3(由处理容器2)，在此将处理水的pH调节如下，然后导入终端出口4。这种可在终端出口4处得到的完全处理水可用于饮用、饮料制备或其它用途。在再生周期中，将来自源1的未处理水在再生剂溶液容器6中与来自再生剂源的弱酸再生剂混合，形成再生剂溶液，然后利用阀装置9，经由出口2b加入水处理容器2。随着再生剂溶液由出口2b经过水处理容器2到达入口2a，一部分用过的离子交换量被再生。该再生剂选自pKa为3-7的弱酸，经过足够时间以再生出基于当量50-100％的在处理周期中产生的用过的离子交换量。由入口2a，将废再生剂溶液通过阀装置8导向再生剂废物处理出口7。根据所用的特定再生剂，该再生剂溶液容器6可以是简单的阀、在线混合阀或静态混合器、混合罐或任何其它的能够制备出合适浓度再生剂溶液的装置；容器6优选为混合罐。
本发明水处理体系和方法的另一实施方案包括脱碱周期和pH调节周期。在脱碱周期中，如上所述，利用阀装置8将来自水源1的未处理水经由入口2a加入水处理容器2。处理水由出口2a离开水处理罐2，经过阀装置9流向pH调节容器3，在此使用一种或多种方法将处理水的pH调节至4.5-9.5，这些方法选自：用弱碱阴离子交换树脂进行处理、脱气膜处理、声波处理、以及与未处理水进行共混，然后流向终端出口4。视需要，部分废树脂在容器2中的再生可如上所述或利用相对第一容器(2)并联方式连接的第二容器(2A)来进行，这样第一容器(2)中的部分消耗弱酸阳离子交换树脂可在水经过第二容器(2A)时被再生弱酸阳离子交换树脂替代，而且在第一容器(2)和来自其的第二容器(2A)中交替进行脱碱周期以根据需要提供水。如果在本发明水处理体系中使用两个水处理容器，那么两个弱酸阳离子交换树脂床的总容积为5-140升，优选14-28升。
本发明的水处理装置、体系和方法可视需要构造使得处理周期和再生处理可同时进行。这可通过使用多个水处理容器2和2A(参见图3)来实现，这相当于一个容器处于使用模式(2)而其它容器处于再生模式(2A)。这需要对应于处理容器2和2A，来自水源1，经由阀装置8和9的多连通管线路和入口(2a,2Aa)和出口(2b,2Ab)。这相当于在相对第一容器并联方式连接的第二容器中进行处理步骤，这样第一容器中的弱酸阳离子交换树脂就在水经过第二容器的过程中逆流再生。
按照本发明，可以使用任意选加的装置，这样当弱酸阳离子交换树脂已部分消耗时用于自动再生该树脂。使用由控制设备如流动传感器和计时器操纵的流动阀将再生剂溶液与需要再生的容器连接，并将源水流转移到该容器用于脱碱处理。这样，该自动化流动阀在各容器、源水和再生剂溶液间提供了交替的、间歇的连接，使得(a)连接到再生剂溶液的容器不会流向终端出口，且(b)未连接到再生剂溶液的容器可向终端出口提供处理水。结果，当使用包含弱酸阳离子交换树脂的多个处理容器时，可以提供伴随交替、间歇和自动再生的连续水处理。
另外，如果没有使用多个处理容器，即，仅使用单个处理容器，那么可以使用如上所述的相同自动再生途径，只是处理水的可得性不是连续的，而是在发生再生时被打断。如果自动化流动阀操作使得再生周期发生在不需要处理水的过程中，例如在市售食品和饮料设备不向大众提供服务的整夜时间内，或当家庭水处理体系不使用时，这种单个处理容器体系可最有利地使用。
本发明特别适用于家庭、食品服务和轻工业水软化场合，其中需要保持水流和压力。本发明的一个优点是，比起迄今已有的水处理体系，它能够在低压降条件下，以紧凑和空间有效的方式提供令人满意的即时处理水流速。
本发明提供的处理水的即时流速为4-40升/分钟，优选10-35升/分钟，更优选15-30升/分钟，最优选至少20升/分钟。
待处理水的入口线路压力通常为200-700kPa，更常见为400-600kPa。通过使用本发明的方法和装置，入口水压与处理水终端出口压力之间的压降为0-200kPa，优选为0kPa至小于170kPa，更优选0kPa至小于140kPa。
本发明水处理体系的紧凑性表现为，它能够在最低压降条件下，通过使用较少量的用于水处理的弱酸阳离子交换树脂，提供前述即时处理水流速。用于本发明处理周期的弱酸阳离子交换树脂的体积为5-140升，优选7升至低于100升，更优选10升至低于50升，最优选14-28升。
脱碱处理周期的主要目的是去除源水中的硬度和碱度。但最好通过一种空间和时间利用最少的优选方式来实现此目的，这是室内饮用水和食品压力服务工业体系的常规要求。因此，本发明的水处理体系通过以受控方式操作处理周期和再生周期而在短时间内最有效地去除硬度-碱度并经济地利用空间。该处理周期进行使得，将待处理水经过弱酸阳离子交换树脂，直到已消耗掉基于当量30-80％，优选40-70％，更优选50-60％的有效离子交换量。通常，再生周期这样进行：将部分消耗弱酸阳离子交换树脂与再生剂接触足够时间，以再生出基于当量50-100％，优选75-100％，更优选90-100％的在处理步骤中产生的用过的离子交换量。这些条件是使用本发明离子交换树脂体系的典型操作的例子，用于平衡硬度-碱度去除和再生的效率。
可用于本发明的离子交换树脂可去除硬度和碱度。一般来说，这些离子交换树脂包括弱酸阳离子(WAC)交换树脂，更优选基于交联甲基丙烯酸聚合物的那些WAC树脂。视需要，可以在某些体系中使用包含弱酸阳离子交换树脂和强碱阴离子交换树脂的混合床。可用于本发明的弱酸阳离子交换树脂一般描述为甲基丙烯酸与二乙烯基苯的共聚物(21CFR§173.25)；另外，交联丙烯酸聚合物也是合适的。合适的WAC的例子包括，例如IMACTM HP333离子交换树脂和AmberliteTM IRC50离子交换树脂。可用于本发明的强碱阴离子交换树脂的例子包括，例如交联丙烯酸系凝胶聚合物的季铵形式，如AmberliteTM IRA458离子交换树脂；以及交联苯乙烯系聚合物的季铵形式，如AmberliteTM IRA900和AmberliteTM IRA400离子交换树脂。IMACTM和AmberliteTM是Rohmand Haas Company(Philadelphia,PA,USA)的商标。
如果使用弱酸阳离子交换树脂来降低硬度和碱度，流出液的pH值通常低于6。pH值低于6的水可腐蚀家庭中常用的铜管、家庭和商业器件、以及常用于制备食品饮料的设备。因此，对于WAC处理的水，需要进行pH调节。这种pH调节可使用本领域熟练技术人员已知的许多方法来进行。pH调节时最好没有显著的体系水压的下降，这不同于使用工业脱气技术(例如，降低至在强制气流和真空脱气技术时常见的大气压条件，然后重新抽吸以重建压力)时的情形。此外，由于安全和处理问题，中和化学品并不理想。因此，优选使用如下的pH调节方法：弱碱阳离子交换树脂处理、脱气膜、声波处理、以及与未处理水共混。特别优选使用脱气膜和声波设备。
在某些场合中，例如在提供用于饮用的处理水，如碳酸饮料时，该处理水的pH值无需在用于饮料之前进行调节。在许多情况下，饮料组合物本身的pH值是酸性的且无需将处理水的pH调节至6以上。这特别适用于这样一些体系，其中用于提供处理水的设备是耐腐蚀性的，例如用于塑料或涂覆金属容器和转移线路。但为了适用于大多数家庭和商业设备，其中腐蚀性问题明显，例如在制备食品饮料时常遇到，优选将处理水的pH值通常调节至pH值4.5-9.5，优选6-9，更优选6.5-8.5。
除了具有前述pH值性能，为了适用于家庭和商业，通过本发明方法处理的水具有以下性能：碱度低于150ppm(以CaCO3重量当量计)，优选低于120ppm，更优选低于100ppm；硬度低于150ppm(以CaCO3计)，优选低于100ppm，更优选低于80ppm。除了以上要求，该水还优选包含低含量的对环境有害的其它离子，例如硝酸根、氯根和硫酸根。对于包含这些污染物的水，优选含量如下：硝酸根含量低于50ppm，优选低于25ppm，更优选低于10ppm；氯根含量低于400ppm(以CaCO3计)，优选低于300ppm，更优选低于250ppm；且硫酸根含量低于400ppm(以CaCO3计)，优选低于300ppm，更优选低于250ppm。
可用于再生周期的弱酸再生剂可以是pKa为3-7，优选4-7，最优选4-6.5的任何弱酸。合适的弱酸包括，例如碳酸和羧酸，如乙酸、柠檬酸、马来酸、乳酸及其混合物。使用环境相容的前述再生剂不会增加对环境的非所需流出液，正如使用盐再生剂的常规水软化工艺。特别优选的再生剂为柠檬酸和碳酸。
如果使用碳酸作为再生剂，通常利用混合罐，使用在约500-900kPa的压力下吹入水(工艺水或原水)中的二氧化碳来产生碳酸。也可使用标准碳酸化器，例如常用于饮料生产的那些；但碳酸再生的有效性可通过使用单独的水碳酸化罐(增加CO2的溶解度)来提高。如表1所示，碳酸的浓度是CO2压力以及水(其中溶解了CO2)温的函数。因此，最好在整个体系中保持压力恒定，这样可优化再生效率。
表1
压力和温度对水中CO2溶解度的影响*
压力(kPa) 压力(巴) CO2浓度，于15℃(ppm) CO2浓度，于20℃(ppm) CO2浓度，于25℃(ppm)
    101507931     159.2     2,52312,61323,207     2,17410,86819,996     1,8769,38117,261
*来源：国际判定表
适用于pH调节来自弱酸阳离子交换树脂的废水的方法包括，例如用弱碱阴离子交换树脂进行处理，脱气膜处理、声波处理、以及与未处理水共混；后者可本身进行说明且为本领域熟练技术人员理解。弱碱阴离子交换树脂处理在实施例3中进一步详细讨论。气体转移膜处理(参见实施例4)和声波处理讨论如下。
气体转移膜(脱气膜)表示一种调节本发明水处理体系的pH值的方法(参见Gas Transfer Membranes-The New Norm in The WaterTreatment Market；R.A.Pittman,IWC-99-30,International WaterConference,1999年10月)。这些膜通常是具有多孔结构的横流中空纤维。
工艺水的声波处理是另一种控制pH值的方法。声波设备的一个例子包括超声生成器和用于水转移和处理的罐。将水恒定抽吸到转移罐，然后将声波能施加到该罐上以有效去除水中的二氧化碳。超声涉及可闻范围之上的声波频率，通常认为该范围为约20千赫(kHz)。空化作用(微小气泡的迅速形成和崩解)由压缩和稀薄的交替模式而产生。脱气是这种空化步骤的结果。
本发明的某些实施方案在以下实施例中详细描述。除非另有所指，所有比率、份数和百分数都以重量表示，且除非另有所指，所用的所有试剂都具有良好的商品质量。用于这些实施例和表格中的简称列举如下并有相应说明。
BVWACWBASBAkPa ===== 床体积(离子交换树脂床的体积，包括间隙水)弱酸阳离子交换树脂弱碱阴离子交换树脂强碱阴离子交换树脂千帕
实施例1
该实施例说明通过弱酸阳离子交换树脂(WAC)来去除硬度和碱度。将约150立方厘米(cm3)的AmberliteTM IRC50离子交换树脂放在2.54厘米(cm)或1英寸(in)直径的61厘米(24英寸)高的玻璃色谱柱中。该树脂占据该柱高度的约30厘米(12英寸)。待处理水的特性列举如下(所有ppm以CaCO3重量当量来表示，其中0.01N的浓度=500ppm    CaCO3)：硬度：249ppm碱度：253ppm氯根：430ppm硫酸根：385ppmpH值：7.2
将该WAC树脂经受0.27升水/分钟-升树脂(2加仑水/分钟-立方英尺树脂)的水流速。该处理的结果在表2中给出。
表2
处理水的流出液特性
    床体积* 碱度(毫克/升) 硬度(毫克/升)     pH值
    12941591751912573544034695506156647137958769259741023     020242424244156627684106120140166202208236     000610203052607484102120140162188206228     4.765.085.235.295.385.505.865.946.126.276.356.456.586.696.756.896.997.04
*一个BV=150厘米3
实施例2
该实施例说明，用碳酸来再生弱酸阳离子交换树脂(WAC)。在931kPa(135磅/平方英寸或9.3巴)的压力下，用CO2将去离子水碳酸化。将在931kPa下输送的碳酸以4BV/小时的流速经过弱酸阳离子交换树脂。在整个碳酸再生过程中，使用回压调节器保持该体系的压力。
该再生作用的结果在表3中给出。使用约60床体积(BV)的碳酸实现约90％的再生率。在一个典型操作中，再生进行使得，约60-70％的再生作用是在第一周期(相当于在表3中25-30BV点之后终止该再生过程)实现的。在随后的周期中，通过使用相同床体积数的碳酸，再生水平达到在以前周期上所承载的100％。这表示利用离子交换树脂体系来平衡硬度/碱度去除和再生的效率的典型操作。
表3
弱酸树脂4BV/小时(931kPa)的碳酸再生
    BV     总再生量(克)*     ％再生率
    01.363.287.3411.417.124.936.247.351.054.760.466.071.8     00.0150.3272.404.697.3310.112.814.715.215.716.216.717.2     00.121326405570.581848689.59295
*原始承载18克硬度(CaCO3)
实施例3
该实施例说明，在弱酸阳离子交换树脂(WAC)水处理进行一般脱碱之后，使用弱碱阴离子交换树脂(WBA)来调节pH值。所评估的该弱酸阳离子交换树脂为丙烯酸系树脂(IMACTM HP333离子交换树脂)且弱碱阴离子交换树脂为丙烯酸系叔胺树脂(AmberliteTM IRA67树脂)；IMACTM和AmberliteTM离子交换树脂购自Rohm and HaasCompany(Philadelphia,PA,USA)。也可使用具有叔胺官能度的基于交联苯乙烯系聚合物的阴离子交换树脂用于pH调节。
将氢形式的弱酸阳离子树脂(1当量)的柱与游离碱形式的弱碱树脂(0.5当量)的柱串联放置(分别对应于图1中的容器2和3)。流入的水包含约当量含量的硬度和碱度(约150ppm，以CaCO3计)。弱酸阳离子树脂与弱碱阴离子树脂的相对比率(当量)通常为1/0.2-1/2，优选1/0.5-1/1。
来自弱酸阳离子树脂的流出液包含低于20ppm的硬度和碱度，其中相应pH值为3.1-4.3。该水流随后直接经过弱碱阴离子交换树脂。硬度水平和碱度水平在用弱碱树脂进行pH调节之后基本上未变；pH值在6.1-8.6之间变化。这些数据汇总于表4，它说明，弱碱阴离子交换树脂在pH调节方面是有效的，即，保持处理水的pH值为6或更高。
表4
用弱碱阴离子交换树脂进行pH调节
    床体积 流出液pH值 WAC之后的pH值 WBA之后的pH值
    54107161214268321375428482535589     7.187.297.187.237.337.377.377.437.587.337.36     3.133.223.273.333.453.583.984.264.324.274.31     8.598.498.227.256.516.226.156.426.436.176.09
实施例4
该实施例说明，在弱酸阳离子交换树脂(WAC)水处理进行一般脱碱之后，使用气体转移膜进行pH调节。使用Liqui-CelTM Extra-FlowMembrane Contactor(得自Celgard LLC,Charlotte,NC,USA)的结果如下：在100-110kPa的压力下，在不锈钢罐中，用CO2将去离子水碳酸化。该碳酸化水的pH值测定为4.35。将该碳酸化水以1.5升/分钟的流速经过膜滤筒单元(在膜的外侧稍微真空)。测定流出水的pH值作为时间的函数：6.3(2分钟)、6.7(5分钟)和6.8(8分钟)。该气膜能够有效地调节处理水的pH值。

Claims (10)

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。
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