利用压缩空气以减少再生液及废水的设备与方法
【技术领域】
[0001] 本发明关于一种离子交换树脂塔的处理设备与处理方法，尤指一种利用压缩空气 减少离子交换树脂塔的再生液与废水的设备与省水方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术的离子交换树脂系统是利用具有离子交换功能的树脂进行离子交换，通 过从待处理废水中去除杂质或回收欲再利用的物质。一般离子交换树脂系统的循环操作步 骤包括：通液交换（service)、逆洗（backwash)、再生（regeneration)及洗净（rinse)步 骤，其使用过程中产生的再生废水中，通常利用阳离子交换树脂进行吸附所产生的废水水 量会达到18树脂床体积（bed v〇lUme，BV)，而利用阴离子交换树脂进行吸附所产生的废水 水量则会达到14. 7BV。
[0003] 现有技术常用的再生剂包含卤水，浓度5 %至20 %的酸和碱；再生剂与通液交换 后的离子交换树脂反应时，所产生的再生液中会含有所吸附的离子，尤其，使用离子交换树 脂去除金属电镀清洗水的重金属杂质时，于再生离子交换树脂前、后，水洗水中铜或镍的浓 度通常会由lOOppm提高至介于lOOOppm至5000ppm的区间。
[0004] 就理论上来说，离子交换树脂的再生步骤中，所需的再生剂的当量是同等于离子 交换树脂中已吸附物物质的当量。然而，于实际操作时，由于离子交换树脂对离子选择性的 差别、离子交换树脂中的微小孔隙及管线、离子交换树脂塔中残留的水等，现有技术必须使 用超过离子交换树脂塔的体积数倍的再生剂，才能如期完成再生的目的。
[0005] 如美国公告专利第5776340号的专利文献，现有技术已公开了一种有效回收水洗 水的装置与方法，但是上述专利文献所公开的技术方案尚无法提高再生剂回收物的浓度。
[0006] 因此，目前仍需改善离子交换树脂系统的处理程序及设备，以降低整体工艺成本， 并且减少排出的废水对于环境的污染。
【发明内容】
[0007] 有鉴于现有技术存在的技术缺陷，本发明的目的在于减少离子交换树脂塔的处理 程序中所需的总水量及所产生的总废水量以及再生步骤中所需的再生剂用量，并设法提高 离子交换树脂塔排出的再生液中吸附物质的浓度，提高所收集的吸附物质的浓度，以达到 减少环境污染的目的。
[0008] 为达成前述目的，本发明提供一种利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其 包含以下步骤：
[0009] 第一次通液交换：将含有欲吸附物质的废水或含有欲吸附物质的自来水进入离子 交换树脂塔，使废水或自来水中欲吸附物质被离子交换树脂塔的离子交换树脂吸附；
[0010] 第一次进气排空：利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离 子交换树脂塔中的废水或自来水排空；
[0011] 第一次辅助排空：先利用纯水由所述离子交换树脂塔的上开口进水，再利用压缩 空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离子交换树脂塔中的废水或自来水排 空；
[0012] 第一次洗净及逆洗：先利用纯水由所述离子交换树脂塔的上开口进水，再利用纯 水由所述离子交换树脂塔的下开口进水，以洗净及逆洗所述离子交换树脂塔；
[0013] 第二次进气排空：利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离 子交换树脂塔中的废水或自来水排空；
[0014] 第一次再生：由所述离子交换树脂塔的下开口向上打入再生剂，产生再生液；
[0015] 第三次进气排空：利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离 子交换树脂塔中的再生液排空；
[0016] 第二次辅助排空：先利用纯水由所述离子交换树脂塔的上开口进水，再利用压缩 空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离子交换树脂塔中的再生液排空；
[0017] 第一次洗净：由所述离子交换树脂塔的上开口进水，以洗净所述离子交换树脂塔 中残留的再生液，产生水洗水；
[0018] 第四次进气排空：利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离 子交换树脂塔中的水洗水排空，完成离子交换树脂塔的处理程序。
[0019] 利用前述第一次进气排空及第一次辅助排空二步骤，本发明能大幅降低洗净及逆 洗步骤中所需的总水量，同时降低离子交换树脂塔的处理程序所产生的总废水量。更具体 而言，本发明可将离子交换树脂塔的处理程序中的水量大幅降低至约4BV至6BV，即能完成 再生离子交换树脂的目的。
[0020] 依据本发明，当仅仅为了提高所收集的吸附物质的浓度时，前述第一次进气排空、 第一次辅助排空、第一次洗净及逆洗及第二次进气排空等步骤可依不同需求而选择性地实 施。
[0021] 较佳的，所述第一次再生步骤中再生剂的总体积低于所述离子交换树脂塔中离子 交换树脂的总体积。
[0022] 较佳的，所述第一次辅助排空的步骤包括：重复多次（i)利用纯水由所述离子交 换树脂塔的上开口进水并排水至指定的排水阀；（ii)利用压缩空气由所述离子交换树脂 塔的上开口进气并排水至指定的排水阀；（iii)将上进水阀、下进水阀、指定的排水阀打 开，将离子交换树脂塔内压缩空气、废水或自来水排空的循环。同理，所述第二次辅助排空 的步骤包括：重复多次（i)利用纯水由所述离子交换树脂塔的上开口进水并排水至指定的 排水阀；（ii)利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气并排水至指定的排水阀； (iii)将上进水阀、下进水阀、指定的排水阀打开，将离子交换树脂塔内压缩空气及再生液 排空的循环。据此，残留于离子交换树脂塔中的废水、自来水或再生液能尽可能地完全排 空，以利后续进行洗净及逆洗步骤以及再生步骤。
[0023] 较佳的，于第一次通液交换步骤结束后，所述第一次进气排空的步骤包括：利用压 缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离子交换树脂塔中的废水或自来水、 再生液或水洗水全部液体几乎完全排空后，再进行第一次辅助排空步骤中进水与进气步骤 的多次循环。于第一次洗净及逆洗步骤后，所述第二次进气排空的步骤包括：利用压缩空气 由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离子交换树脂塔中的水洗水几乎完全排空， 再进行第一次再生步骤。于第一次再生步骤后，所述第三次进气排空的步骤包括：利用压缩 空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述离子交换树脂塔中的再生液几乎完全排 空，再进行第二次辅助排空步骤中进水与进气步骤的多次循环。于第一次洗净步骤后，所述 第四次进气排空的步骤包括：利用压缩空气由所述离子交换树脂塔的上开口进气，将所述 离子交换树脂塔中的水洗水几乎完全排空。
[0024] 较佳的，所述第一次辅助排空步骤中纯水的总体积为所述离子交换树脂塔中离子 交换树脂的总体积的〇. 01体积百分比至50体积百分比，所述第二次辅助排空步骤中纯水 的总体积为所述离子交换树脂塔中离子交换树脂的总体积的〇. 01体积百分比至50体积百 分比；更佳的，所述第一次辅助排空步骤中纯水的总体积为所述离子交换树脂塔中离子交 换树脂的总体积的〇. 1体积百分比至40体积百分比，所述第二次辅助排空步骤中纯水的总 体积为所述离子交换树脂塔中离子交换树脂的总体积的〇. 1体积百分比至40体积百分比。
[0025] 较佳的，于第一次辅助排空或第二次辅助排空的步骤中，压缩空气是由离子交换 树脂塔的上开口持续进气，由此令所述离子交换树脂塔中的废水或自来水持续排空0. 1至 1200秒后；再进行前述（i)进水步骤、（ii)进气步骤及（iii)排气步骤等三步骤的循环重 复至少1次至50次。
[0026] 较佳的，通液交换及再生步骤结束后，所述进气排空及辅助排空等步骤可择一实 施；更佳的，为同时实施所述的进气排空及辅助排空二步骤。
[0027] 较佳的，再生步骤初期中所产生的再生液，可选择性地排放至水洗水回收槽中，以 减少水洗水流入再生剂槽中，进一步减少再生剂的用量，同时提高欲回收的物质浓度。更佳 的，在离子交换树脂塔的通液交换、洗净及逆洗、再生、洗净、进气排空、辅助排空等处理程 序中，将其废水、自来水、再生液或水洗水的排水，依据欲吸附物质的浓度或水质要求，排至 再生剂回收储槽、再生剂槽、水洗水回收槽或废水处理厂。具体而言，所述第一次再生步骤 包括：将所产生的再生液依据欲吸附物质浓度变化分别排放至一水洗水回收槽、一再生剂 槽及一再生剂回收槽，所述水洗水回收槽是与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通， 所述再生剂槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通，所述再生剂回收槽与离子交换 树脂塔的上开口相连通，排放至水洗水回收槽的再生液浓度是低于排放至再生剂槽的再生 液浓度，且排放至再生剂槽的再生液浓度是低于排放至再生剂回收槽的再生液浓度。此外， 所述第一次洗净步骤中产生的水洗水是排放至一再生剂槽及一水洗水回收槽，所述水洗水 回收槽是与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通，所述再生剂槽与离子交换树脂塔的 上开口及下开口相连通。
[0028] 较佳的，该方法可重复前述的多个步骤进行多次循环，以重复进行离子交换树脂 塔的处理程序。具体而言，该方法包括：于所述的第四次进气排空后，再依序进行以下步 骤：
[0029] 第二次通液交换步骤，其是重复进行所述的第一次通液交换步骤；
[0030] 第五次进气排空步骤，其是重复进行所述的第一次进气排空步骤；
[0031] 第三次辅助排空步骤，其是重复进行所述的第一次辅助排空步骤；
[0032] 第二次洗净及逆洗步骤，其是重复进行所述的第一次洗净及逆洗步骤；