吸附树脂颗粒的使用方法与流程

通常的做法是使用吸附树脂颗粒从给水中除去杂质(即用于纯化给水)。吸附树脂颗粒通常具有下列一个或两个功能：(1)离子交换，以便从给水中除去不需要的离子，以及(2)从给水中吸收不需要的非离子化合物。最终，吸附树脂颗粒将从给水中获得足够量的杂质，使得吸附树脂颗粒将不能再有效地获得更多量的杂质，因此需要进行再生工艺，其中受污染的吸附树脂颗粒与再生液接触。再生液通常是水、酸溶液或碱溶液，或盐溶液。选择再生液以从吸附树脂颗粒中除去一些或全部杂质。

期望提供一种除去杂质并使吸附树脂颗粒再生的方法和装置，优选不需要长时间停止给水净化工艺。us2005/0173348描述了一种用于从经处理的流体中分离净化介质的方法和装置。us2005/0173348教导了一种既净化进料溶液又可再生树脂的装置；由us2005/0173348教导的装置具有三个独立的罐。期望提供一种用于净化和再生的简化方法和装置，其仅需要两个罐。

技术实现要素：

本发明的第一方面是从给水中除去杂质的方法，包含：

(a)提供包含吸附树脂颗粒集合的装载罐，所述集合具有顶部和底部，

(b)将给水引入到吸附树脂颗粒集合的底部中，

(c)将给水向上推动通过吸附树脂颗粒集合，

(d)使给水通过位于吸附树脂颗粒集合的顶部上方的格栅，其中格栅防止吸附树脂颗粒的通过，

(e)允许一部分吸附树脂颗粒集合从装载罐的底部落入再生罐中，

(f)将再生液引入再生罐中，

(g)在步骤(e)和(f)之后，在再生罐中形成受污染的再生液和提纯的吸附树脂颗粒的混合物，

(h)在步骤(g)之后，从再生罐中除去受污染的再生液，

(i)在步骤(h)之后，将纯水引入再生罐中以形成纯水和提纯的吸附树脂颗粒的混合物，

(j)在步骤(i)之后，将纯水和提纯的吸附树脂颗粒的混合物输送到装载罐中，并将纯水和提纯的吸附树脂颗粒的混合物引入到装载罐中的吸附树脂颗粒集合的顶部上。

本发明的第二方面是一种用于从给水中除去杂质的装置，包含：

(a)装载罐，包含顶部、底部和内部，并且还包含

(i)将给水输送到装载罐底部附近的水分配器的入口，

(ii)位于水分配器的上方的格栅，其中格栅允许水通过格栅，并且其中格栅不允许直径大于10μm的颗粒通过格栅，

(iii)位于高于格栅的水平面上的出口，

(iv)在装载罐底部的出口，其中在装载罐底部的出口由开关控制，其可控地允许材料通过在装载罐底部的出口，

(b)再生罐，包含顶部、底部和内部，并且还包含

(i)再生罐顶部附近的第一入口，

(ii)在再生罐顶部的第二入口，

(iii)在再生罐底部的出口，其中再生罐底部的出口由开关控制，其可控地允许材料通过再生罐底部出口，

(c)将材料从再生罐的底部输送到装载罐的顶部的管道，

其中所述再生罐位于装载罐下方，使得通过在装载罐底部的出口离开装载罐的材料通过再生罐顶部的第二入口进入再生罐。

附图说明

图1示出了本发明的装置的实施例。图2示出了格栅的一个实施例的俯视图。

具体实施方式

如本文所用，除非上下文另有明确指示，否则以下术语具有指定的定义。

如本文所用，杂质是溶解于水或由水携带的化合物。离子杂质是溶解在水中的化合物，并且当以其它方式溶解在25℃的纯水中时，基于杂质总重量的按重量计一半或更多的杂质作为溶解的一或多种阴离子和溶解的一或多种阳离子存在于水中。所有其它杂质都是非离子杂质。

如本文所用，给水是含有一或多种杂质的水的任何部分。

如本文所用，吸附树脂是体积平均粒度为1μm至1mm的呈颗粒形式的聚合物。吸附树脂的bet表面积为0.02至2,000m²/g。一些吸附树脂是孔径小于2nm的凝胶树脂。一些吸附树脂是孔径大于3nm的大孔树脂。

一些吸附树脂也是离子交换树脂。离子交换树脂具有连接到聚合物上的一或多种官能团，其中所述官能团能够进行离子交换。离子交换是将溶解在与聚合物接触的溶液中的离子交换为从所述聚合物释放的相同电荷的等量离子的过程；原来溶液中的离子被吸附在聚合物上。一些离子交换树脂是阳离子交换树脂，其将聚合物上的阳离子与溶液中的阳离子进行交换。一些离子交换树脂是阴离子交换树脂，其将聚合物上的阴离子与溶液中的阴离子进行交换。

本发明涉及从给水中除去杂质。本发明最有效地除去溶解在水中的杂质。优选的杂质是溶解的离子化合物，分子量为500或更低的溶解的非离子化合物，及其混合物；更优选的是溶解的离子化合物；更优选的是溶解的无机盐。优选地，给水中溶解的非离子有机化合物的量为500mg/l或更低；更优选为200mg/l或更低；更优选为100mg/l或更低。

在本发明的方法中，吸附树脂颗粒集合存在于装载罐中。水分配器位于装载罐的底部附近或底部。如果任何吸附树脂颗粒集合在水分配器之下，则以装载罐中存在的吸附树脂颗粒的重量为基准，分配器下方的吸附树脂颗粒的数量为10％或更低；更优选为5％或更低。优选地，装载罐的底部为圆锥形形状，使得在重力作用下吸附树脂颗粒向下落向装载罐底部的中心。

格栅在装载罐的顶部附近。格栅为允许液态水通过格栅但防止直径大于0.5μm的颗粒通过格栅的任何结构。格栅可以是平面编织线结构或具有多个孔的平板。格栅可以是例如水平或倾斜放置的平坦格栅，或者格栅可以是圆锥形状。输送结构如管道可能需要通过格栅；在这种情况下，可以预见的是，格栅将紧密地配合到这种结构的外部，以防止吸附树脂颗粒在格栅和输送结构之间通过。优选地，装载罐中的所有吸附树脂颗粒位于格栅下方。格栅上方是允许水离开装载罐的出口。

装载罐具有进水口。进水口是穿过装载罐壁并与水分配器连接的管道。如果进水口在格栅上方的某一点穿过装载罐的墙壁，则进水口也穿过所述格栅。进水口优选地连接到在罐的中心处或中心附近的水分配器。进水口内的水处于压力下，使水从水分配器中排出并升起，以填充装载罐，直到其由装载罐到达出口。

水分配器将水释放到装载罐中。优选地，水分配器以某一速率释放水，所述速率不会使罐的一部分与另一部分有显着变化。水分配器的一个优选结构是在装载罐的底部或底部附近放射状设置多个杆，其中每个杆具有多个孔以将水释放到装载罐中。优选地，棒及其孔的设计使得水在水分配器中任意一点的释放速率(单位时间的水量)为水在水分配器中其它任意一点的释放速率的20％以内。

优选地，装载罐的底部是圆锥形状或其它向下倾斜为单个最低点的形状。

开口在装载罐的最低点，由开关控制。将水分配器设置成使得当开口打开时，吸附树脂颗粒可以自由向下传送到装载罐中，并通过在装载罐的底部的开口离开。

优选地，吸附树脂是离子交换树脂。

可以预见的是，当给水离开水分配器并与吸附树脂颗粒接触时，杂质将从给水传递到吸附树脂颗粒。优选地，吸附树脂将被选择为能有效吸附已知存在于给水中的杂质。由于给水接触树脂颗粒并在装载罐中向上移动，给水将逐渐失去越来越多的杂质。因此，与装载罐中较高处的吸附树脂颗粒相比，装载罐底部附近的吸附树脂颗粒将快速地被杂质更加严重地污染。

每当树脂从给水中吸收杂质时，树脂最终达到饱和点，在此点树脂不能再从给水中吸收所述杂质。可以预见的是，在装载罐底部附近的一部分树脂对于供给水中的一或多种杂质达到或接近这样的饱和点，并且所述部分树脂在本文中称为受污染的树脂。需要除去所述部分受污染的树脂。这种受污染的树脂的除去使得当给水在离开水分配器时遇到的吸附树脂颗粒既不是接近饱和的，也不是饱和的。

当需要从装载罐的底部除去受污染的吸附树脂颗粒时，操作开关以打开罐底部的开口一段足够长的时间，以使受污染的树脂通过重力作用从装载罐中退出。

当开关被操作以打开装载罐底部的开口时，水可以继续流过入口并且流过水分配器，水也可以不继续流。

当受污染的吸附树脂颗粒离开装载罐的底部时，它们进入再生罐的顶部。树脂颗粒可以立即下降到再生罐的底部。任选地，在再生罐的顶部附近存在挡板。挡板提供了受污染的吸附树脂颗粒落于其上的平坦表面，并且受污染的吸附树脂颗粒保持在其上，直到挡板整体或部分倾斜，以允许树脂颗粒落到再生罐的底部。在一些实施例中，允许受污染的树脂颗粒的一些部分在挡板倾斜之前落到挡板上，并且允许树脂颗粒落到再生罐的底部。挡板的倾斜可以由开关操作。可以手动或自动触发开关。自动触发可以在固定时间间隔或在某些预设标准下开始，例如，当挡板上存在预定重量的树脂颗粒时。

再生罐具有允许再生液进入再生罐的入口。再生液为允许杂质从受污染的吸附树脂颗粒迁移到再生液的液体。优选的再生液是氯化钠水溶液，氢氧化钠水溶液，盐酸水溶液，及其混合物。例如，如果杂质是小的有机分子，则再生液可以是纯水或有机溶剂或其混合物。另一个实例，如果杂质是阴离子，则再生液可以是含有氢氧根离子的溶液。另一个实例，如果杂质是阳离子，再生液可以是无机酸的溶液。再生罐优选具有搅拌器，以加强受污染的吸附树脂颗粒和再生液之间的接触。搅拌器优选是旋转元件，优选具有螺旋形状。

再生罐具有用于除去再生液的出口。出口优选位于受污染的吸附树脂颗粒达到的水平之上。再生工艺可以任选地包含引入再生液，与受污染的吸附树脂颗粒混合并除去再生液的几个步骤。当使用多个步骤时，再生液可以彼此相同或可以彼此不同。

在再生工艺之后，吸附树脂中杂质的含量优选远低于受污染的树脂中存在的杂质含量，并且这种树脂在本文中被称为被提纯的树脂。优选地，被提纯的树脂中的杂质与受污染的树脂中的杂质的重量比为0.1:1至0:1；更优选为0.01:1至0:1。

优选地，再生罐的底部为圆锥形形状或其它向下倾斜到单个最低点的形状。再生罐在罐的底部具有能够从再生罐中除去树脂的出口。优选地，所述出口处于再生罐的最低点。出口优选地由开关控制。可以手动或自动触发开关。当开关被触发时，出口被打开，并且被提纯的树脂通过重力作用下落而离开再生罐。然后，被提纯的树脂遇到将树脂通过管道传送到装载罐的泵，其中被提纯的树脂沉积在装载罐中的吸附树脂颗粒集合的顶部。

再生液可以在将给水供给到装载罐的同时供给到再生罐。独立地，被提纯的树脂可以在将给水供给到装载罐中的同时输送到装载罐中。

以下是对图1所示本发明的实施例的操作说明。

含有杂质的给水经由入口2供给到装载罐1中。给水被引导到装载罐1的底部。然后给水进入水分配器3，水分配器3将水分配穿过装载罐。在图1所示的实施例中，水分配器3是从装载罐1底部的中心径向延伸的一系列管，每个管具有多个孔4，其允许给水离开水分配器3并进入装载罐1的内部。

在给水离开水分配器3之后，其与树脂5接触。为了看得清晰，树脂微球5的尺寸在图1中被放大。此外，装载罐1内部的树脂微球集合可能占据图1所示装载罐1的内部的更多体积。给水上升通过树脂5并穿过格栅6。树脂5不穿过格栅6。给水通过出口7离开。可以预见的是，当给水向上通过树脂5时，来自给水的杂质将被转移到树脂5中。进一步可以预见的是，与位于装载罐1顶部附近的树脂5相比，位于装载罐1底部附近的树脂5中每单位重量的树脂5具有更多的污染物。

当期望再生一部分树脂5时，开关8打开，一部分树脂5通过重力下降到再生罐9中并落到挡板10上。开关8可以在操作者的控制下打开或者以预定间隔自动打开或响应于树脂5的污染水平的测量而自动打开。挡板10位于再生罐9的顶部附近并在旋转搅拌器12的上方。旋转搅拌器12位于再生罐9的下部。当搁置在挡板10上的树脂5的重量达到预定值时，挡板(被自动地或在操作者的控制下)打开，树脂5通过重力下降到再生罐9的下部。

再生液经由入口11注入到再生罐9中。再生液和树脂5在再生罐9的下部彼此接触。优选通过旋转搅拌器12的旋转搅拌混合物，增强再生液和树脂5之间的接触。杂质从受污染的树脂5转移到再生液中，并且再生液受污染。任选地，更多再生液经由入口11被注入到再生罐9中，同时通过出口(未示出)除去液体。当树脂5变得彻底没有污染物时，水通过入口11被注入到再生罐9中，而液体通过出口(未示出)从再生罐9移出。水将替代受污染的再生液。然后，再生罐9含有被提纯的树脂5和水的混合物。

然后开关14打开，树脂5和水的混合物从再生罐9的底部流出。混合物从管道16通过泵15驱动到装载罐1的顶部，然后通过入口18注入到装载罐1的内部。通过入口18引入的树脂将落在已经存在于装载罐1中的树脂的顶部上。

图2是格栅6的一部分的俯视图。孔23足够小以阻挡99％(重量)或更多的吸附树脂颗粒的通过，并且足够大以使液体水容易地通过。格栅的固体部分22防止吸附树脂颗粒的通过。