用于水处理的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种水处理工艺，特别地用于获得超纯水，其中，去阳离子水流经过至少第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别的设置在其直接下游。此外，描述了用于进行所述工艺的水处理系统和逆流离子交换单元。
【专利说明】用于水处理的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水处理工艺，特别是用于获得超纯水的工艺。本发明进一步地涉及一种用于进行所述工艺的水处理系统以及逆流离子交换单元。
【背景技术】
[0002]当前，水处理的重要性不断地增加，特别是在获得饮用水的领域，以及在高纯度工艺用水的生产中。特别地，对关于水的纯度做出了较高的需求，尤其是在生产高纯度工艺用水的情况下例如，用于半导体生产的工艺用水的情况下。例如，在半导体生产过程中，需更极高纯度的水用于冲洗硅片，特别在蚀刻工艺之后。
[0003]用于生产所需高纯度水的起点是地表水，例如河水，或者地下水(例如，井水)。其典型地在多段处理过程进行净化，所述多段处理过程包括预处理部分、被称为“补给”部分、以及被称为“抛光”部分。
[0004]预处理一般包括特别的一个或多个用于去除粗糙以及细小颗粒的过滤步骤、以及最后用于去除交体物质和非常细小灰尘颗粒的絮凝步骤、吸附步骤(通常使用活性碳)、软化步骤和/或利用离子交换树脂和/或逆渗透膜以去除原水中矿物质的步骤。随后，在补给部分，于是对经过处理的水进行除气、除去离子并且用UV进行处理。在抛光期间，提供了进一步UV处理。除此之外，所述抛光一般包括进一步去离子过程，以及至少一个超滤步骤。
[0005]待处理的原水一般包含无机和有机成分或者杂质，其必须在处理期间尽可能地被去除。分别地，关于所述成分以及杂质，其特别地是指有机结合碳(“总有机碳，T0C”)、硅石和硼。
[0006]通过利用强碱性阴离子交换剂，硼通常情况下作为硼酸被去除。然而，所述用于硼的交换剂的吸附力一般是较低的，这导`致了较低的去除能力(每升强碱性阴离子交换剂去除毫克(mgram)硼)以及硼的非常早的穿透(洗脱)。一般地，当强碱性阴离子交换剂耗尽时，硼会作为第一杂质穿透。
[0007]换句话说，例如，当硅石的穿透和洗脱分别在强碱性阴离子交换剂的出口检测到时，通常情况下硼已经洗脱到至少一定的程度。
[0008]于是，根据传统工艺，在交换剂出口的上游大约20至30cm处，对强碱性阴离子交换剂中的硅石浓度进行测量以用于控制硼的去除，借以依靠硅石测量下游的短层以获取由硅石前沿置换的硼前沿。
[0009]然而，所述方法受到冷遇，因为真正的硼控制是不可能的(除了通过获取用于实验室测量的样品)。进一步地，只有当供水中硼浓度是稳定的并且未超过大约50至大约IOOppb (十亿分之一)的范围时，所述传统工艺才是可能的。
【发明内容】
[0010]于是，本发明的基本目的是提供一种用于水处理的技术，特别是用于生产超纯水的工艺，本发明尤其分别进行硼穿透并且减少硼泄漏的最佳控制，尤其是在较高的供给浓度下。
[0011]由此，本发明提供一种用于水处理，特别是水的预处理的工艺，优选地用于获得超纯水，其中:使去阳离子水流至少流经第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
[0012]优选地，在经过所述第一强碱性阴离子交换床和所述第二强碱性阴离子交换床之前，所述水流首先经过设置在所述第一强碱性阴离子交换床上游的弱碱性阴离子交换床。
[0013]优选地，所述阴离子交换床以逆流离子交换单元的形式进行设置。
[0014]优选地，在所述工艺的操作状态下，在所述第二强碱性阴离子交换床的上游，对所述水流的硅石浓度进行监测。
[0015]优选地，当硅石浓度超过限定的临界值，优选地，临界值为20ppb时，所述阴离子交换床进行再生。
[0016]优选地，在所述工艺的操作状态下，在所述第二强碱性阴离子交换床的下游，对所述水流的硼浓度进行监测。
[0017]优选地，水流样品经过在所述第二强碱性阴离子交换床下游的强酸性阳离子交换床，其中，所述强酸性阳离子交换床优选地设置在所述第二强碱性阴离子交换床和硼分析仪之间。
[0018]优选地，当硼浓度超过限定的临界值，优选地，临界值为IOOppt时，所述阴离子交
换床进行再生。
[0019]优选地，所述阴离子交`换床在逆流方式下以串联的形式进行再生。
[0020]本发明还提供一种去阳离子水处理系统，特别用于进行前述的任一项工艺，所述去阳离子水处理系统包括:第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
[0021]优选地，所述系统进一步地包括弱碱性阴离子交换床，所述弱碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。
[0022]优选地，所述阴离子交换床以逆流离子交换单元的形式进行设置。
[0023]优选地，所述系统进一步地包括硅石分析仪，所述硅石分析仪连接在所述第一强碱性阴离子交换床上，特别是连接在所述第一强碱性阴离子交换床的出口上，或者经过硅石取样线而连接至设置在所述第一强碱性阴离子交换床下游的喷嘴上。
[0024]优选地，所述系统进一步地包括硼分析仪，所述硼分析仪经过硼取样线连接在所述第二强碱性阴离子交换床上，特别是连接在所述第二强碱性阴离子交换床的出口上。
[0025]优选地，所述系统进一步地包括强酸性阳离子交换床，所述强酸性阳离子交换床设置在所述硼分析仪上游的硼取样线上。
[0026]本发明还提供一种逆流离子交换单元，特别用于进行前述的任一项工艺，优选地用于在对水进行预处理期间去除硼，其中，所述单元包括第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游，并且所述单元可选地包括弱碱性阴离子交换床，所述弱碱性阴离子交换床设置在在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。
[0027]根据本发明的工艺用于水处理，特别是水的预处理。特别地，所述工艺用于获得超纯水。
[0028]所述工艺尤其对从原水中去除硼是有用的，优选地在用于获得超纯水的预处理部分期间。伴随硼进一步的杂质，特别是从由弱酸，如有机酸、二氧化碳、硅石以及它们的混合物构成的组合中选择的杂质，借助于根据本发明的工艺而被去除。
[0029]在所述工艺中，水流(典型地为去阳离子水流)至少经过第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床。所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游。
[0030]为了提供去阳离子水流，阳离子交换床可能设置在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别地设置在如在下文中详细描述的弱碱性阴离子交换床的上游，优选地设置在如在下文中详细描述的逆流离子交换单元的上游。
[0031]本发明基于以下发现:在第一强碱性阴离子交换床的下游增加另一个强碱性阴离子交换床能够更好地从水流中去除硼。该另一个(即，第二)强碱性阴离子交换床有利地获得硼前沿，所述硼前沿在第一强碱性阴离子交换床的出口被置换。在这个方面，另一个强碱性阴离子交换床可以有利地设计成用于特别的去除硼前沿。
[0032]伴随硼，所述第二强碱性交换床(如第一强碱性阴离子交换床)可能有利地用于去除如有机酸、二氧化碳、硅石或者类似物的弱酸的泄漏。
[0033]根据本发明所使用的术语“强碱性阴离子交换床”涉及一种交换床，所述交换床包括树脂，所述树脂在其无荷载状态下含有能够用于交换阴离子的阳离子基团。合适的树脂典型地是聚苯乙烯树脂或者聚苯乙烯基树脂，优选地含有季铵基团，所述季铵基团在它们的空载状态下作为相反离子与氢氧根离子进行配对。所述季铵基团可能具有一个、两个、三个或者四个诸如烃基残基的有机残基，例如甲基、乙基、丙基、或者类似的残基。用于去除硼的所述季铵基团优选地具有三个甲基残基(基团)_因此被称为三甲基铵基基团。含有树脂的三甲基铵基作为类型I的强碱性阴离子交换剂而被熟知。
[0034]根据本发明所使用的术语“去阳离子水流”涉及一种水流，该水流的阳离子(H+离子除外)如Mg2+、Ca2+、或者类似离子(至少大量地)被H+离子替换。
[0035]根据本发明所使用的术语“硼”不仅包括硼元素也包括硼酸(H2BO3)、硼酸氢盐(HBO3-)、以及硼酸盐(BO/—)。
[0036]进一步地，根据本发明所使用的术语“下游”和“上游”限定为与所处理水的流向相关。
[0037]此外，根据本发明所使用的术语“入口”和“出口 ”也用于与所处理水的流向相关方面。
[0038]对于经济地去除游离矿物酸和有机酸，首先使得水流流经弱碱性阴离子交换床是优选的，所述弱碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。换句话说，它反应了本发明的一个优选实施例以使水流(至少)流经弱碱性阴离子交换床、设置在弱碱性阴离子交换床下游的第一强碱性阴离子交换床、以及流经设置在第一碱性阴离子交换床下游的第二强碱性阴离子交换床。根据本发明所使用的术语“弱碱性阴离子交换床”涉及一 种交换床，所述交换床包括树脂，典型地是聚苯乙烯树脂或者聚苯乙烯基树脂，在其空载状态下含有游离官能团，如不具有真正的氢氧根形式的叔氨基团。它们仅在酸性条件下电离，并且因此与完整的矿物酸及其阴离子进行结合。[0039]在下文中，第一强碱性阴离子交换床、第二强碱性阴离子交换床以及可选地设置的弱碱性阴离子交换床，特别地如在前文中详细描述的一样，将被定义为“阴离子交换床”。
[0040]在优选的实施例中，所述阴离子交换床是串联连接的。
[0041]优选的，第二强碱性阴离子交换床设置在第一强碱性阴离子交换床的直接下游。进一步地，所述第一强碱性阴离子交换床可能设置在可选地设置的弱碱性阴离子交换床的直接下游，特别地如在前文中详细描述的一样。
[0042]短语“直接下游”以及“直接上游”根据本发明是指:除了一个或者若干可选地设置的惰性树脂层之外，没有进一步的处理单元(如，过滤单元、絮凝单元、除气单元、去离子单元、逆渗透单元或者类似单元)设置在交换床之间。
[0043]一般地，所述阴离子交换床可能配置成单一阴离子交换单元，典型地配置成具有分离室的单个柱体，也就是第一强碱性阴离子交换室、第二强碱性阴离子交换室和可选地设置的弱碱性阴离子交换室。
[0044]然而，根据特别优选的实施例，所述阴离子交换床，即第一强碱性阴离子交换床、第二强碱性阴离子交换床以及可选地设置的弱碱性阴离子交换床，特别地如上所述，进行设置或者进行组合以形成逆流离子交换单元。这是尤其具有优势的，因为逆流离子交换单元在逆流模式下促进串联的阴离子交换床的再生(通道再生)，且方便地按照第二强碱性阴离子交换床、第一强碱性阴离子交换床以及可选地设置的弱碱性阴离子交换床的顺序(序列)。于是，可以实现第二强碱性阴离子交换床的非常高的再生等级，以及第一强碱性阴离子交换床的至少中等的再生等级。此外，对于阴离子交换床的再生，特别是第二强碱性阴离子交换床的再生，仅需要非常少量的额外再生溶液。
[0045]在另一个实施例中，惰性树脂层设置在可选地设置的弱碱性阴离子交换床和第一强碱性阴离子交换床之间，特别地如本文中详细描述的一样。优选地，树脂层直接设置在弱碱性阴离子交换床的出口。于是，第一强`碱性阴离子交换床的入口被用于弱碱性阴离子交换床的树脂所堵塞是可以避免的。
[0046]在另一个实施例中，惰性树脂层设置在第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床之间。优选地，所述树脂层直接设置在第一强碱性阴离子交换床的出口。于是，第二强碱性阴离子交换床的入口被用于第一强碱性阴离子交换床的树脂所封堵这一情况是可以避免的。所述惰性树脂层可能进一步地包括喷嘴，所述喷嘴用作对与杂质浓度(尤其是除了硼浓度之外)相关的所测试水进行取样的出口。优选地，如将在下文中详细描述的一样，所述喷嘴用作对与硅石浓度相关的所测试水进行取样的出口。
[0047]在另一个实施例中，特别的如在本文中详细描述的一样，惰性树脂层设置在第二强碱性阴离子交换床和逆流离子交换单元的出口之间。优选地，所述树脂层直接设置在第二强碱性阴离子交换床的出口。于是，逆流离子交换单元的出口被第二强碱性阴离子交换床的树脂所堵塞是可以避免的。进一步地，在如图1b中描述的下行流再生过程中，所述树脂层有助于再生溶液分布的更加均匀。
[0048]根据本发明的术语“惰性树脂层”涉及一种树脂层(没有用于阴离子交换工艺的官能团)，所述树脂层典型的特征在于，具有比用于阴离子交换床的树脂尺寸更大的树脂球。例如，所述惰性树脂可能由聚苯乙烯基树脂制成。
[0049]在有利的实施例中，特别的，在所述工艺的操作状态下(未干扰所述工艺的情况下)，在第二强碱性阴离子交换床的上游，对水流中不是硼的杂质的浓度进行监测。
[0050]优选地，特别的在所述过程的操作状态下，在第二强碱性阴离子交换床的上游，对水流中的硅石浓度进行监测。
[0051]更加优选地，对硅石的监测通过分别测量来自于第一强碱性阴离子交换床的硅石穿透和洗脱而进行。
[0052]硅石浓度典型地利用硅石分析仪进行监测。
[0053]优选地，硅石浓度通过利用在线硅石分析仪进行监测。合适的在线硅石分析仪对本领域的技术人员来说是非常熟悉的。所述分析仪典型地基于用于测量钥酸反应溶解硅石的杂多蓝方法。本领域的技术人员非常熟悉所述方法。于是，在其上没有进行任何进一步的评论。
[0054]方便地，所述硅石分析仪连接在第一强碱性阴离子交换床上，特别地连接在第一强碱性阴离子交换床的出口上，或者经过硅石采样线连接在第一强碱性阴离子交换床下游的喷嘴上。所述喷嘴优选地设置在第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床之间。更加优选地，所述喷嘴可能位于惰性树脂层中，所述惰性树脂层设置在第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床之间(在如图1描述原理的情况下)。
[0055]优选地，当硅石浓度，特别是硅石穿透，超过限定的临界值时，所述处理工艺中断并且所述阴离子交换床再生。这有利地保持了第二强碱性阴离子交换床的一个较高的再生等级，借以避免由于硅石、T0C、或者类似物而耗尽第二强碱性阴离子交换床。于是，第二强碱性阴离子交换床主要地完全用于去除硼。虽然，通过监测硅石浓度获得的高再生等级的第二强碱性阴离子交换床额外地允许获取硅石来自于第一强碱性阴离子交换床的硅石残留物和/或TOC泄露。总之，在本段落描述的实施例有助于极大程度的降低来自于第二强碱性阴离子交换床的硼穿透的风险，并且有助于极大程度的降低由于硼而耗尽后续处理部分的风险，特别是后续补给部分和/或抛光部分。
`[0056]更加优选地，当硅石浓度超过限定的临界值时，通常是一个非常低的临界值，如大约20ppb (十亿分之一)的临界值时，所述阴离子交换床在所述第一强碱性阴离子交换床的出口进行再生。
[0057]根据另一个合适的实施例，优选的在所述工艺的操作状态下，在第二强碱性阴离子交换床下游的水流中监测硼浓度。
[0058]更加具体地，通过分别测量来自于第二强碱性阴离子交换床的硼穿透和洗脱，可以监测硼浓度。
[0059]所述硼浓度一般通过利用硼分析仪进行监测。
[0060]优选地，硼浓度通过利用在线硼分析仪进行监测。本领域的技术人员非常熟悉合适的硼分析仪。所述分析仪基于以下工作原理:在所述分析仪内，硼形成了降低所处理水的电阻率的复合体(complex)。在两个被测量的(具有或不具有复合体形式的)电阻率之间的差别显示了所取样的水中硼的浓度。
[0061]为了监测硼浓度，水流样品优选地经过第二强碱性交换床下游的硼采样线而转移至硼分析仪，所述硼采样线优选地如前述描述所述地在逆流离子交换单元的下游。
[0062]在所述工艺的操作状态下(在线)，为了方便监测硼浓度，将水样品的电阻率增加到15M0hmcm以上(分别将电导率减小至小于0.067 μ s/cm)可能是有利的。[0063]为了这个目的，使得水流样品流经第二强碱性阴离子交换床下游的强酸性阳离子交换床，特别是如前面描述的逆流离子交换单元的下游的强酸性阳离子交换床，是尤其有利的。方便地，强酸性阳离子交换床设置在硼分析仪的上游。根据本发明的术语“强酸性阳离子交换床”涉及一种包括树脂的交换床，所述树脂典型的是聚苯乙烯树脂或者聚苯乙烯基树脂，其在空载状态下具有强酸性基团，如磺酸基团。
[0064]所述强酸性阳离子交换床有利地允许降低硼取样线中钠离子的浓度，借以增加水流的电阻率(降低电导率)。优选地，所述强酸性阳离子交换床便于降低钠离子的浓度至小于1ppb (十亿分之一)。所述强酸性阳离子交换床典型地配置成柱体，优选地配置成小柱体或者盒子，所述小柱体或者盒子中充满了单向树脂。
[0065]有利地，当硼浓度超过限定的临界值，优选的临界值为IOOppt (万亿分之一)时，处理工艺中断，并且阴离子交换床进行再生。于是，即使供给水流中硼浓度发生较大波动，例如浓度超过大约50至IOOppb(十亿分之一)的范围，可以成功地对所述波动进行缓冲，借以避免由于硼而耗尽随后的处理部分，优选的避免耗尽随后的供给部分和/或抛光部分。
[0066]如已经概述的，所述阴离子交换床优选地在逆流方式中进行再生。典型地，这在被称为“上行流耗尽/下行流再生”的操作方式内(如图1a和图1b中描述的)，或者在被称为“下行流耗尽/上行流再生”的操作方式内(如图2a和图2b中描述的)而实现。
[0067]更加具体地，阴离子交换床优选地按照第二强碱性阴离子交换床、第一强碱性阴离子交换床和可选地设置的弱碱性阴离子交换床的顺序(序列)，具体如前文所描述的一样，进行再生。通过这样做，获得了非常高再生等级的第二强碱性阴离子交换床，并且至少是中等再生等级的第一强碱性阴离子交换床。
[0068]对于阴离子交换床碱性溶液的再生，可使用碱性溶液，特别是温热的碱性溶液，优选地，所使用的溶液的温度在35°C至40°C范围之内。优选地，所述碱性溶液是氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，优选地是一种氢氧化钠溶液。
[0069]一般地，第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床可能由相同的树脂制成。
[0070]然而，根据优选的实施例，所述第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床由不同的树脂制成。例如，所述第一强碱性阴离子交换床通常由凝胶类型的树脂制成(表面孔径一般在Inm范围内)，而所述第二强碱性阴离子交换床由大孔树脂制成(表面孔径一般在IOOnm的范围内)。一般地，由于在再生阶段通过大孔的大有机分子具有更好的洗脱，所述大孔树脂与传统的凝胶型树脂相比允许更好的去除有机物(通过相互之间的吸附作用)。换句话说，所述第二强碱性阴离子交换床可以进行特殊地设计以从水流中去除除了硼之外的有机物。
[0071]优选地，在水处理的全部工艺中，如前面描述所示的水流处理展示了处理部分，这如在刚开始已经描述的那样，换句话说，多阶段过程包括预处理部分、补给部分以及抛光部分。在这一系列中，如前文所述的水流处理优选地展示了预处理部分或者至少形成它们的一部分。
[0072]优选地，通过根据本发明的工艺进行处理的水由浓度小于IOOppt (万亿分之一)的硼进行限定。[0073]对于根据本发明的工艺的进一步特征和优势，引用的全部内容用于下述描述中。
[0074]本发明进一步地涉及一种水处理系统，典型地是一种去阳离子水处理系统，特别的是用于进行根据本发明的工艺。所述系统包括第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
[0075]在方便的实施例中，所述系统额外地包括弱碱性阴离子交换床，其设置在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。
[0076]优选地，在下文中被称为“阴离子交换床”的第一强碱性阴离子交换床、第二强碱性阴离子交换床、以及可选地设置的弱碱性阴离子交换床，具体如上所述，设置成串联的形式。
[0077]更加优选地，所述阴离子交换床进行合并以形成逆流离子交换单元。
[0078]所述系统可能进一步地包括硅石分析仪。所述硅石分析仪优选地设置在所述第二强碱性阴离子交换床的上游。方便地，所述硅石分析仪经过硅石取样线连接在第一强碱性阴离子交换床的出口上或者连接在第一强碱性阴离子交换床下游的喷嘴上。
[0079]所述系统可能进一步地包括硼分析仪。所述硼分析仪优选地设置在第二强碱性阴离子交换床的下游。优选地，所述硼分析仪经过硼取样线连接在第二强碱性阴离子交换床的出口上，特别是连接在如上所述的逆流离子交换单元的出口上。
[0080]进一步地，所述系统可能包括强酸性阳离子交换床，其优选地设置在硼分析仪上游的硼取样线上。
[0081]此外，所述系统可能包括至少一个过滤单元，特别是超滤单元、絮凝单元、消毒单元、软化单元、脱盐单元、除气单元、去离子单元、UV处理单元、逆渗透单元、进一步阴离子和/或阳离子交换床、或者类似的。
[0082]关于进一步的特征和优势，它明确地涉及前面描述的根据本发明的相关工艺。
[0083]此外，本发明与逆流离子交换单元相关。特别的，所述逆流离子交换单元用于进行根据本发明的工艺。所述单元尤其用于从水中去除硼，特别是在预处理部分用于获得超纯水。
[0084]所述逆流离子交换单元包括第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
[0085]在方便的实施例中，所述逆流离子交换单元额外地包括弱碱性阴离子交换床，其设置在第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。
[0086]对于进一步特征和优势，它方便地是指根据本发明的前面描述的相关工艺。
[0087]本发明的其他特征产生于下文中与独立权项合并的优选实施例的描述。在这种情况下，个别特征可在每种情况下分别完成，或者是作为与本发明的另一实施例进行组合的多数而完成。特别的实施例仅用于说明以及用于更好的理解本发明，并且绝不认为是对本发明的限制。
[0088]在附图中:
[0089]图1a:示意性地示出了在上行流消耗中根据本发明的工艺的实施例的流程图。
[0090]图1b示意性地示出了在下行流再生中根据本发明的工艺的实施例的流程图。[0091]图2a:示意性地示出了在下行流消耗中根据本发明的工艺的可选择实施例的流程图。
[0092]图2b:示意性地示出了在上行流再生中根据本发明的工艺的可选择实施例的流程图。
[0093]图1a和图1b示出了根据本发明下述上行流消耗(与所处理水的流向相关)和下行流再生(与采用的再生溶液的流向相关)的工艺。
[0094]图2a和图2b示出了根据本发明下述下行流消耗(与所处理水的流向相关)和上行流再生(与采用的再生溶液的流向相关)的工艺。
[0095]除非另有明确说明，否则下述描述是指在图1以及图2中描述的工艺。
[0096]对于处理，特别是预处理，水(典型的是去阳离子水)流经逆流离子交换单元100的入口 102，所述逆流离子交换单元100包括弱碱性阴离子交换床110、第一强碱性阴离子交换床120以及第二强碱性阴离子交换床130。
[0097]在逆流离子交换单元100中，离子交换床110、120、130进行串联连接，其中弱碱性阴离子交换床110直接设置在第一强碱性阴离子交换床120的上游，并且第一强碱性阴离子交换床120直接设置在第二强碱性阴离子交换床130的上游。
[0098]于是，所处理的水按照弱碱性阴离子交换床110、第一强碱性阴离子交换床120和第二强碱性阴离子交换床130的顺序经过阴离子交换床(如箭头所示)。
[0099]在弱碱性阴离子交换床110的通道中，所述水主要是来自于矿物酸和有机物的游离物。
[0100]在第一强碱性阴离子交换床120的通道中，所述水主要是来自于硅石和二氧化碳的游离物。依靠用于第一强碱性阴离子交换床120的树脂，TOC还可以通过交换床进行去除。
[0101]由于硼典型地是穿透强碱性阴离子交换床的第一杂质(或者至少是第一杂质之一)，当经过第二强碱性阴离子交换床130时，所述水主要是来自于硼的游离物。依靠用于第二强碱性阴离子交换床130的树脂，TOC可以另外通过交换床进行去除。
[0102]在如图1描述的工艺原理中，惰性树脂层114可以设置在弱碱性阴离子交换床110和第一强碱性阴离子交换床120之间，特别是在交换床110的出口。进一步地，惰性树脂层124可以设置在第一强碱性阴离子交换床120和第二强碱性阴离子交换床130之间，特别是在交换床120的出口。此外，惰性树脂层134可以设置在第二强碱性阴离子交换床130和逆流离子交换单元100的出口 106之间，特别是在交换床130的出口。所述树脂层134有利地防止出口 106被第二强碱性阴离子交换床130的树脂材料阻塞。此外，在图1b描述的下行流再生过程中，所述树脂层134在阴离子交换床130、120、110内促使再生溶液(如氢氧化钠溶液)的分布更加均匀。
[0103]在如图2描述的工艺原理中，惰性树脂层114可以设置在逆流离子交换单元100的入口 102和弱碱性阴离 子交换床110之间，特别是在床110的入口处，以在逆流离子交换单元100内促使所处理水的分布更加均匀。所述惰性树脂层114也防止床110的顶部喷嘴在上行流再生期间被树脂球或者树脂颗粒所阻塞。此外，惰性树脂层124可以设置在弱碱性阴离子交换床110和第一强碱性阴离子交换床120之间，特别是在床120的入口处，以在逆流离子交换单元100内促使所处理水的分布更加均匀。所述惰性树脂层124也防止床120的顶部喷嘴在上行流再生期间被树脂球或者树脂颗粒所阻塞。此外，惰性树脂层134可以设置在第一强碱性阴离子交换床120和第二强碱性阴离子交换床130之间，特别是在所述床130的入口处，以在逆流离子交换单元100内促使所处理水的分布更加均匀。如图2b所示，所述树脂层134也防止所述床130的顶部喷嘴在上行流再生期间被树脂球或者树脂颗粒所阻塞。
[0104]优选地，从逆流离子交换单元100的出口 106出来的水的硼浓度小于IOOppt (万亿分之一)，并且可能流经随后的处理部分，如补给部分和/或抛光部分。
[0105]特别的，可能在本发明的范围内，从逆流离子交换单元100出来的水流经进一步处理单元，如除气单元、去离子单元、UV处理单元、超滤单元、逆渗透单元、或者类似的。
[0106]第一强碱性阴离子交换床120，特别是所述交换床120的出口，经过硅石取样线145，优选地连接在硅分析仪140上(优选的是溶解硅石分析仪)。
[0107]当第一强碱性阴离子交换床120耗尽，并且所测量硅石的浓度超过限定的浓度，优选的浓度为20ppb (十亿分之一)时，所述处理工艺中断，并且阴离子交换床130、120、110在逆渗透方式下以串联的形式再生(通道再生)，即如图1b和图2b所示(并且如箭头所示)的，按照第二强碱性阴离子交换床130、第一强碱性阴离子交换床120和弱碱性阴离子交换床110的顺序进行再生。
[0108]对于阴离子交换床130、120、110的再生，典型地，再生溶液，优选的是将温热的氢氧化钠溶液，经过出口 106，供给至所述逆流离子交换床100。
`[0109]进一步地，第二强碱性阴离子交换床130的出口经过硼取样线155优选地连接在硼分析仪150上。
[0110]为了在处理工艺的操作状态下能够进行硼浓度的监测，所述硼分析仪150可能要求样品水的电阻率大于15Mohm.cm。为了这个目的，强酸性阳离子交换床160(典型地配置成小柱体)可以设置在硼分析仪150和第二强碱性阴离子交换床130的出口之间。
[0111]所述强酸性阳离子交换床160通过将从第二强碱性阴离子交换床130出来的钠阳离子交换为质子(H+离子)以增加电阻率。
[0112]当第二强碱性阴离子交换床130耗尽，并且分别从第二强碱性阴离子交换床130穿透并且洗脱的硼超过限定的浓度，优选的浓度为IOOppt (万亿分之一)时，所述处理工艺也中断，并且如图1b和图2b(如箭头所示)所示，阴离子交换床130、120、110也在逆流方式下以串联的形式进行再生。
[0113]总之，极大程度的减少硼的泄漏可以通过设置第一强碱性阴离子交换床的另一强碱性阴离子交换床(直接下游)而实现，另一强碱性阴离子交换床主要用于去除由杂质前沿(特别是硅石前沿)所置换的硼。
[0114]为了进一步将硼泄漏降至最小的程度，当硅石和/或硼浓度超过限定的临界值，优选的如本发明公开的临界值时，对所述另一强碱性阴离子交换床上游的硅石浓度和/或所述另一强碱性银离子交换床下游的硼浓度进行监测，并且阴离子交换床在逆流方式下以串联的形式进行再生。通过这样做，所述另一强碱性阴离子交换床主要载有硼，并且同时地保持在高度再生状态。
【权利要求】
1.一种用于水处理，特别是水的预处理的工艺，优选地用于获得超纯水，其中:使去阳离子水流至少流经第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
2.如权利要求1所述的工艺，其中， 在经过所述第一强碱性阴离子交换床和所述第二强碱性阴离子交换床之前，所述水流首先经过设置在所述第一强碱性阴离子交换床上游的弱碱性阴离子交换床。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其中， 所述阴离子交换床以逆流离子交换单元的形式进行设置。
4.如上述任一项权利要求所述的工艺，其中， 优选地，在所述工艺的操作状态下，在所述第二强碱性阴离子交换床的上游，对所述水流的硅石浓度进行监测。
5.如权利要求4所述的工艺，其中， 当硅石浓度超过限定的临界值，优选地，临界值为20ppb时，所述阴离子交换床进行再生。
6.如上述任一项权利要求所述的工艺，其中， 优选地，在所述工艺的操作状态下，在所述第二强碱性阴离子交换床的下游，对所述水流的硼浓度进行监测。
7.如权利要求6所述的工艺，其中， 水流样品经过在所述第二强碱性阴离子交换床下游的强酸性阳离子交换床，其中，所述强酸性阳离子交换床优选地设置在所述第二强碱性阴离子交换床和硼分析仪之间。
8.如权利要求6或7所述的工艺，其中， 当硼浓度超过限定的临界值，优选地，临界值为IOOppt时，所述阴离子交换床进行再生。
9.如上述任一项权利要求所述的工艺，其中， 所述阴离子交换床在逆流方式下以串联的形式进行再生。
10.一种去阳离子水处理系统，特别用于进行根据上述任一项权利要求所述的工艺，所述去阳离子水处理系统包括: 第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游。
11.如权利要求10所述的系统，其中， 所述系统进一步地包括弱碱性阴离子交换床，所述弱碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的上游，特别是直接上游。
12.如权利要求10或11所述的系统，其中， 所述阴离子交换床以逆流离子交换单元的形式进行设置。
13.如权利要求10至12中任一项所述的系统，其中， 所述系统进一步地包括硅石分析仪，所述硅石分析仪连接在所述第一强碱性阴离子交换床上，特别的连接在所述第一强碱性阴离子交换床的出口上，或者经过硅石取样线连接至设置在所述第一强碱性阴离子交换床下游的喷嘴上。
14.如权利要求10至13中任一项所述的系统，其中，所述系统进一步地包括硼分析仪，所述硼分析仪经过硼取样线连接在所述第二强碱性阴离子交换床上，特别是连接在所述第二强碱性阴离子交换床的出口上。
15.如权利要求14所述的系统，其中， 所述系统进一步地包括强酸性阳离子交换床，所述强酸性阳离子交换床设置在所述硼分析仪上游的硼取样线上。
16.一种逆流离子交换单元，特别用于进行如权利要求1至9中任一项所述的工艺，优选地用于在对水进行预处理期间去除硼，其中， 所述单元包括第一强碱性阴离子交换床和第二强碱性阴离子交换床，所述第二强碱性阴离子交换床设置在所述第一强碱性阴离子交换床的下游，特别是直接下游，并且所述单元可选地包括弱碱性阴离子交换床，所述弱碱性阴离子交换床设置在在所述第一强碱性阴离子交换床的上 游，特别是直接上游。
【文档编号】C02F103/04GK103833107SQ201310757361
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2012年11月21日
【发明者】D·根斯比泰尔 申请人:奥维沃卢森堡公司