CN101646628B - 减少反渗透膜的污染 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新的利用反渗透技术进行水净化的方法和系统。特别是在本发明提供的方法和水净化系统中，水在进入反渗透处理体系前使用了离子交换树脂和吸附媒介进行预处理，可以减少膜表面和通道的污染、沉淀和化学侵蚀。工艺中使用了平均孔径在1000到500000埃和压碎强度或查狄伦值至少为24克/粒(粒直径为710微米)的大孔树脂。

Description

减少反渗透膜的污染
交叉引用的相关申请
本发明的优先权文件U.S.Provisional Application No.60/885,885，2007年1月19日登记备案；以及U.S.Provisional Application No.60/908,172，2007年3月26日登记备案。它们均被完整的包含在本发明中。
技术领域
本发明与使用反渗透膜和纳米滤膜进行净化水工艺相关。特别是在反渗透或者纳米滤膜水处理系统使用离子交换树脂对水进行预处理，以减少对于膜表面和通道的污染。
背景技术
反渗透(RO)和纳米滤膜(NF)系统被用于能源、化工、半导体以及药物工业中用水的脱盐和软化过程中。咸水或者海水的脱盐以生产饮用水也会使用这一类工艺，这在应对世界人口增长和净水缺乏中起了非常大的作用。
尽管有着快速的增长，使用膜技术进行水处理的成本依然受着一系列由于供给水污染带来的运转问题的影响。问题的核心在于，半渗透膜本质上是一种通过过滤进行的分离，RO膜可以阻止平均直径大于0.0001微米(1埃)的原子和分子透过，而NF膜则可以组织平均粒径大于0.0005微米(5埃)的可溶物质透过。
许多供给水中存在的大于这个粒径的污染物，像悬浮物或者胶体(例如：淤泥，粘土，硅胶、有机物、铝盐、和铁盐形成的胶状物)和有机大分子(例如：腐殖酸和灰黄霉酸)都会被阻止透过。这些污染物在膜设备的排出水中积聚，并有可能浓缩，沉淀并污染膜敏感的表面和滤孔。
并且，溶解度小的盐如钙、钡、锶的硫酸盐和碳酸盐或者磷酸钙和氟化钙在浓缩的排出水中可能会超过溶解能力从而在膜的表面沉淀。在给水中的存在金属如铁、锰、铝等可以被空气中的氧气氧化从而生成金属氧化物从而沉积在膜的表面。如果细菌进入了给水或者膜，比如在保养过后不充分的洗涤，在充足的营养物(有机物质)存在下细菌群落层就可以大规模的繁殖。这样的生物薄膜可以覆盖在膜的表面并且明显的增加通过膜的压力降。
通过RO膜系统生产水时有相当可观的部分被排到废水中去。除了少部分泄露到最终处理过的水中，这些排出水中实际上包括了所有大于膜孔径的杂质。因而，排出水中包含了最初给水中所含有的绝大多数溶解盐以及在膜表面生成的松散的沉淀物或者杂质。这些沉淀和杂质块粘附在膜的表面从而使得透过膜的流量受到限制，从而需要用化学方法进行清洁。而经常性的使用化学方法进行清洁会缩短膜的寿命和增加操作费用。
为了保持运转效率，系统设计人员根据实际尽可能保持膜表面和孔道的洁净，避免产生污染物、沉淀和微生物阻塞。当膜的表面和孔道被污染之后，水流的阻力增加就需要更高的压力降以及由此产生的更高的泵的耗费。因为透过膜的压力降增加，渗透过的水量减少，其盐度就上升了。同时，排出水的量增加。系统需要增加规模和成本以抵消这种预期效率损失。膜工业使用一种术语，给水中的“淤泥密度指数”(SDI)，来决定达到一定流量率时膜的总表面积。数值在1到7之间，数值1代表着最小的杂质，当数值增加代表着杂质条件的迅速恶化。SDI值在3到5之间，包含更多胶体杂质典型的地表水供应中，工业标准为每平方英尺的膜表面的流量每天不可超过8到14加仑。当使用质量更好，SDI值在1到3之间的水，例如典型的SDI值小于3的井水时，流量可以增加到14到20加仑每平方英尺每天。使用杂质更多的水意味着需要更大量的膜，也就是需要花费更多的膜的成本以及承载膜的压力容器，除此之外还有容纳设备的场地。再者，由于需要购买更多的水，以及必须排出更多的废水所产生污水排放费，操作费用同样的增加了。为了保持渗透水产品在最低水平之上，工厂必须定期停产，使用化学方法来清除杂质、沉淀以及微生物群胶泥。一般而言，当膜两侧的压力降(被称为“跨膜压力”或者TMP)增加15％，或者渗透水的产量减少15％，或者当渗透水的盐度(或者总溶解物)增加15％时，就需要进行化学清理(参见Daniel Comstock，UltrapureWater Magazine，September 200，pp.30-36))。
一般的膜系统会让水的大部分排入废水，当使用盐水时有20-30％被排出，而使用海水是则高达65％。这代表着主要却必要的操作费用，部分是因为不能超过硅胶以及其它的杂质例如细菌以及微溶性的盐比如钡、锶、钙以及类似金属的硫酸和碳酸盐的溶解度或安全限度，尤其是硅胶。RO膜系统加入一系列的预处理步骤来尽量将少杂质，剥落，以及生物问题。几微米或者更大的悬浮物可以方便的用传统的过滤方法，使用沙或者沙与一些其它过滤介质例如无烟煤或石榴石混合物来去除。另一方面，在去除粒径小于0.008微米(80埃)到1微米(10000埃)的胶体上有更大的挑战。这种胶体微粒可以无限期的悬浮于水相中并且大量的通过过滤介质。而离子交换树脂是很有用的软化水前置过滤器(如强酸性阳离子树脂)并可以去除有机物(如强碱性树脂)，但不能用于去除胶体颗粒。同时，由于用于软化水或者去除有机杂质的树脂压碎强度很高，平均在175到500克每颗粒，过去可以被用来去除胶体的高孔隙率的大孔树脂(例如，Rohm & Hass IRA-938)很容易被压碎。跨树脂的压力降迅速增加，树脂本身的碎片可能增加膜的杂质风险，因而它们不能用于前置过滤器。先前被用于去除胶体的大孔树脂IRA-938的压碎强度为8克每颗粒，与标准的离子交换树脂(175到500克每颗粒)相比相当的低。由于其压碎和物理损坏的问题，IRA-938不再被用于商业生产和使用。
一个典型传统地表水预处理系统的包括这些运转单元：
(a)投放氯化物至水源以控制微生物；
(b)投放凝结剂和聚电解质絮凝剂到上游的澄清池或静态混合器来降低悬浮物和部分胶体以及有机物；
(c)在下游使用由沙、无烟煤、以及石榴石组成的多媒介过滤器从而过滤掉残余的悬浮物；
(d)一个或者多个活性炭过滤器来去除残留氯以防止对膜的损害，同时来去除剩余的有机物(例如腐殖酸或者黄腐酸)；
(e)一个钠盐形式的强酸性离子交换树脂水软化器来降低水的硬度；
(f)除了使用上述的(e)之外，投放酸或者阻垢剂来阻止钙或者钡的碳酸盐和硫酸盐的生成以防止结垢；
(g)最终使用一个规格为5微米的过滤筒在水进入膜之前去除所有残留的悬浮物。
近年来，工业上越来越多的采用更加昂贵的技术来控制胶体微粒，孔径大于0.001微米(10埃)的超滤(UF)和孔径大于0.1微米(1000埃)的微滤(MF)作为反渗透装置的预过滤器。UF膜预过滤器与上文中提到的传统的澄清池和多介质过滤方法相比在控制胶体微粒上效果更好。另外，如果在膜前投入适当的凝结剂，UF膜还可以降低水中的有机物。在反渗透装置前的超滤和微滤预处理装置也在Steve Siverns的“Using Ultrafiltration as a pretreatment beforeRO”(Ultrapure Water Magazine，May 2006)以及在Mark Mierzejewski的“Industrial ApplicationsUsing Microfiltration as RO Pretreatment”(Ultrapure Water Magazine，October，2004，pg 29-35)中进行了讨论。但是，这些预处理装置也有增加操作者失误，大量资金投入，高维护保养费用以及在UF设备中增加的废水等缺点。
硅胶在室温下溶解度大约为150毫克每升，用许多标准的预处理方法难以将其去除，因而从水中除去溶解的硅胶也是一个令人感兴趣的方面。单体硅胶是硅胶在水中主要存在的形式，可以聚合为大分子。在一定的pH值和温度下，它们可以在膜的表面沉淀。如果钙盐或者铁盐存在，可以与硅胶共同作用或者催化聚合反应，明显地增加硅胶在膜上的沉淀的可能性。
美国公布专利2002/0153319(作为参考文献包含在本文中)描述了一种“HERO”或者说高效反渗透技术，在半导体产品生产中，其所产出的超纯水中所含微量硅和硼对于下游提供超纯水的离子交换混合床不利。这项技术着重在于去除水中钙、钡、锶等二价污染物的共沉淀物，而非去除硅胶。这项技术还着力于通过提高水的pH值至10，以增加硅胶的溶解度。这项技术主要的纲要是：(a)去除在高pH值下与其它物种结合的阳离子，这些阳离子容易形成溶解度小的盐从而沉淀在膜的表面；(b)在最大程度上消除非氢氧根碱度。为了达到这个目的，2002/0153319申请的首选实例实施了一系列昂贵的预处理步骤，包括使用两种弱酸性阳离子柱串联，一个以氢型运转另一个以钠型运转，继而通过一个脱碳酸气塔脱去氢型弱酸性阳离子柱中产生的二氧化碳。这些装置需要有技术的操作者持续(每天)注意酸和腐蚀性化学品的控制处理，水样的抽取和测试。经过脱碳酸气，需额外泵入水和碱使得其pH值升至比较适合的10以上，然后进入RO系统。由于增加了pH值以及从水中去除了二价阳离子，硅胶的溶解度上升，浓度超出一般RO系统排水中150ppm的溶解度限度，可达450ppm或更高。因此，2002/0153319申请中提出RO系统的操作可以明显地提高渗透复苏，根据水中污染物水平的不同，在85-95％之间。另外在2002/0153319申请中的一个主要的成本问题在于当使用硬度与碱度比远小于1的水源是，效果很差。在这种条件下，弱酸性阳离子树脂在去除两价硬度阳离子时能力低下，因为它只能去除与碱结合的两价阳离子。
因此，需要一种额外或者改进的预处理方法和膜系统，可以降低先前工艺方法中的规模和成本(例如：降低建设成本、运营成本以及再生和预处理中使用材料的成本)。提供一种可以去除硅胶和(或)其它胶体颗粒的预处理方法或者膜系统是非常有益的，同样的，大幅度降低淤泥密度指数也是非常有益的。
发明内容
本发明提供了一种保护RO或NF膜以免遭受可导致缩短膜寿命的污染、沉淀或者化学侵蚀的新方法和预处理系统。
在一个实例中，本发明包含一个纯化水的方法，包括以下步骤：a)首先使水通过一个填有大量孔径在1000到500000埃，压碎强度或查狄伦值在至少24克每颗粒(710微米的粒径)高效大孔树脂的柱子；b)将柱中产出的水供给反渗透膜或者纳米滤膜从而生产纯水。
另一方面，本发明提供了一种处理水的方法，包括：a)将水通过一个含有高孔隙率和高压碎强度的高效大孔树脂树脂的柱子(如，孔径在1000到500000埃，压碎强度或查狄伦值在至少24克每颗粒)；b)将柱中产出的水供给反渗透膜或者纳米滤膜从而生产纯水；c)当树脂需要化学清除时，使用一种化学品或者几种化学品的混合物来同时再生树脂组分和恢复树脂组分的活性。
另一方面，本发明提供了一种处理包含溶解了硅胶的水的方法，包括：a)将水通过一个填充了包含的铁浸渍剂或含铁介质(氧化铁连接在铁离子交换树脂上)的树脂的柱子；b)将柱中产出的水供给反渗透膜，纳米滤膜，脱盐设备，冷却塔或者锅炉；c)当应当对树脂进行化学清理时，使用氢氧化钠溶液或者碱性溶液或者盐水。使用一种或几种化学品的混合物的溶液同时对树脂进行回复和再生。在一个实例中，铁浸渍介质包含ArsenXnp。
在一个实例中，大孔树脂的孔体积至少为0.36毫升每克(干态)。在另一个实例中，孔体积为0.36到0.6毫升每克。在另一个实例中，孔体积为0.36-1.5毫升每克。
在另一个实例中，使用一种或几种化学品的混合物的溶液同时对树脂进行恢复活性和再生。在更多的一个合适的实例中，化学再生剂使用了不止一次(如，至少两次，至少四次或更多)。
在另一个合适的实例中，大孔树脂是经过磺化并且含有强酸性阳离子交换树脂。在另外一个合适的实例中，大孔树脂是经过氯甲基化然后胺化，其中含有碱性阴离子交换树脂。
在更多一个实例中，大孔树脂是通过溶液聚合产生的：(a)一种单烯单体；(b)一种多烯单体；(c)一种自由基引发剂和(d)20-40％聚亚烷基氧化物致孔剂或者20-40％聚亚烷基氧化物与甲苯作为致孔剂。在一个实例中，聚亚烷基氧化物是一种环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物。在一个合适的实例中，聚亚烷基氧化物的含量在20-33pph。
在另外一个实例中，大孔树脂的孔径范围为10000到200000埃。在另外一个实例中大孔树脂的孔径范围是10000至200000埃同时期平均孔径(D50)在31000到70000埃之间。在另外一个实例中，大孔树脂的孔径在5000到100000埃之间。
在另外一个实例中，大孔树脂的压碎强度或者查狄伦值在平均175克每颗粒到475克每颗粒或更高。另一个实例中，大孔树脂的平均直径在10.000到500000埃之间，孔体积至少为0.60毫升每克(干态)，同时其压碎强度或查狄伦值至少为24克每颗粒(如，正交多孔树脂)。在另外一个实例中，大孔树脂的孔径在10000到200000埃之间，孔体积至少为0.60毫升每克(干态)，压碎强度或查狄伦值至少为24克每颗粒。在更多一个实例中，大孔树脂的孔径在5000到100000埃之间，孔体积至少为0.60毫升每克(干态)，压碎强度或查狄伦值在24克每颗粒到175克每颗粒之间。
在一个合适的实例中，树脂组分降低水的了“淤泥密度指数(SDI)”和(或)胶体微粒含量的25％以上。更好的结果，SDI值下降了至少50％。更好的结果SDI值下降了至少75％。在一个更好的实例中，经过步骤b)，SDI值少于2.5。进一步的可以少于2.0，再进一步可以降低至少与1.5。
在另外一个合适的实例中，树脂组分进一步的包含了铁浸渍剂或者含铁介质。树脂组分可以将水中的硅胶成分处理至少20％。在一个更好的实例中，铁浸渍剂或者含铁介质是一种铁盐。在另外一个更好的实例中，铁浸渍剂或者含铁介质是一种连接在离子交换树脂上的氧化铁。
在另外一个实例中，树脂组分更进一步的包含一种或更多的强碱树脂。树脂组分可以降低水中的总有机碳含量20％或更多，可达40％或更高达60％。在一个合适的实例中，树脂组分由两种不同的强碱性树脂或者树脂上含有两种不同的强碱性官能团组成，例如一种BiQuat树脂(树脂中含有从三乙铵，三丙铵以及三己铵中选出的两种季铵盐基团)。
在另一个实例中，树脂组分包含一个强酸性树脂。树脂可以降低至少20％水中的二价阳离子含量。
在一个合适的实例中，步骤b)可以从水中去除污染物或以下污染物中的至少两种：至少8纳米直径的胶体微粒，溶解的有机化合物，溶解度二价或三价金属阳离子，溶解的硫酸盐或者砷酸盐，以及溶解度硅胶和磷酸盐。更好的实例中有至少三种成分被去除。
在本发明的另一个合适的实例中，水处理或纯化的方法包括用泵给水加压使之进入包含有树脂组分的柱子，压力值在5到200磅每平方英寸之间。在更好的实例中，在步骤b)里水的压力在至少5磅每平方英寸，每天流经柱进入反渗透膜或者纳米滤膜的水流量在至少8到20加仑每平方英尺。
在一个合适的实例中，再生步骤包括了将从填有树脂组分的柱子排放出的化学再生剂再次注入柱子使之经过树脂组分以循环利用。
在一个合适的实例中，化学再生剂含有一种氯离子、一种碱、或者氯盐和苛性碱混合物。在另一个合适的实例中，化学再生剂由氯化钠和苛性苏打的混合物组成。在另外一个的实例中，化学再生剂使用了不止一次(至少两次，四次或更多)。
在更多的一个实例中，树脂组分包含至少一种：聚苯乙烯或者丙烯酸类阴离子交换树脂；一种铁浸渍剂或者包含铁的介质如铁盐或者与离子交换树脂结合的氧化铁；或者一种强酸性离子交换树脂。
在另外一个合适的实例中，排出水中溶解硅胶与进入柱子的水源相比的平均降低了20％。在另外一个实例中，进入柱子的水中硅胶含量至少为1ppm。在更多的一个实例中，在步骤b)中水被提供给一个脱盐设备，在步骤c)中从脱盐器柱子中排出的化学再生剂是碱性溶液。
在另外一个实例中，净化或处理水的方法进一步包括：用泵以5到200磅每平方英寸的压力将水压至填有树脂组分的柱子中。在更多的一个实例中，步骤b)中的水压至少为5磅每平方英寸，同时每天通过反渗透膜或纳米滤膜表面的水通过柱子的流量为至少8到20加仑每平方英尺。在进一步的一个实例中，步骤b)中，水被提供给一个操作压力超过800psi的锅炉。
在另外一个实例中，步骤b)中的水被提供给一个脱盐设备，设备中的成分包含一种强碱性树脂。
在更多的一个实例中，可以将柱子排出的再生剂再次引入柱子重复循环使用。
本发明中另外一个方面包括：使用树脂的水处理系统和聚苯乙烯或者丙烯酸类聚合物骨架的阴离子交换树脂中的一种或几种；或者与反渗透膜或者纳米滤膜相连接的一种强酸性阳离子交换树脂，这种树脂的再生可以通过一种单一的再生溶液。
附图说明
图1中展示了一套使用地表水作水源的反渗透膜系统的典型的常规预处理体系流程图。
图2中展示了第二种使用地表水作水源的反渗透膜系统的典型的常规预处理体系流程图。
图3中展示了本发明中的一套使用地表水的预处理系统流程图。
图4中展示了一个实例中树脂组分降低硅胶胶体(平均50％的消除率)的能力。
图5中展示了一个实例中树脂组分降低淤泥密度指数(平均49％的降低)的能力。
图6中展示了一个实例中树脂组分降低有机物(平均74％的降低)的能力。
图7中展示了一个实例中树脂组分降低浊度(平均31％的降低)的能力。
图8中展示了一个实例中树脂组分降低硅胶胶体(平均50％的降低)的能力。数据是使用一套检测测试系统得到，这个系统由两个轮流使用的装有两体积离子交换树脂的两个1升柱体组成，处理含有从0.5到4.5ppm不同硅胶胶体含量的天然地表水，水经处理柱体处理之后硅胶胶体含量可以降低至0.1到2.8ppm，平均降低了50％。流经每个柱体的流量为每小时12倍床体积，而每一个柱体在进行再生处理之前共处理864升水。当一个柱体进行再生时，另外一个柱体则被安装以轮流使用。柱体1流出值被描述为“Virgin#1”，“C1Reg.1”和“C1Reg#2”；而“C1Reg.1”和“C1Reg#2”则代表了再生一次和两次之后的值。柱体2的排出值则用“Virgin#2”和“C2Reg#1”描述，两者分别代表了第一次使用的值和再生一次之后的值。
图9展示了一个实例中树脂组分对淤泥密度指数降低的能力(平均49％的降低)。数据是使用一套检测测试系统得到，这个系统由两个轮流使用的装有两体积离子交换树脂的两个1升柱体组成，处理含有从0.5到4.5ppm不同硅胶胶体含量的天然地表水，水经处理柱体处理之后硅胶胶体含量可以降低至0.1到2.8ppm，平均降低了50％。流经每个主题的流量为每小时12倍柱体积，而每一个柱体在进行再生处理之前共处理864升水。当一个柱体进行再生时，另外一个柱体则被安装以轮流使用。柱体1流出值被描述为“Virgin#1”，“C1Reg.1”和“C1Reg#2”；而“C1Reg.1”和“C1Reg#2”则代表了再生一次和两次之后的值。柱体2的排出值则用“Virgin#2”和“C2Reg#1”描述，两者分别代表了第一次使用的值和再生一次之后的值。
图10展示了一个实例中树脂组分降低有机物含量的能力(平均74％的消除)。数据是使用一套检测测试系统得到，这个系统由两个轮流使用的装有两体积离子交换树脂的两个1升柱体组成，处理含有从0.5到4.5ppm不同硅胶胶体含量的天然地表水，水经处理柱体处理之后硅胶胶体含量可以降低至0.1到2.8ppm，平均降低了50％。流经每个主题的流量为每小时12倍柱体积，而每一个柱体在进行再生处理之前共处理864升水。当一个柱体进行再生时，另外一个柱体则被安装以轮流使用。柱体1流出值被描述为“Virgin#1”，“C1Reg.1”和“C1Reg#2”；而“C1Reg.1”和“C1Reg#2”则代表了再生一次和两次之后的值。柱体2的排出值则用“Virgin#2”和“C2Reg#1”描述，两者分别代表了第一次使用的值和再生一次之后的值。
图11展示了一个实例中树脂组分对于浊度的降低能力(平均为31％)。数据是使用一套检测测试系统得到，这个系统由两个轮流使用的装有两体积离子交换树脂的两个1升柱体组成，处理含有从0.5到4.5ppm不同硅胶胶体含量的天然地表水，水经处理柱体处理之后硅胶胶体含量可以降低至0.1到2.8ppm，平均降低了50％。流经每个主题的流量为每小时12倍柱体积，而每一个柱体在进行再生处理之前共处理864升水。当一个柱体进行再生时，另外一个柱体则被安装以轮流使用。柱体1流出值被描述为“Virgin#1”，“C1Reg.1”和“C1Reg#2”；而“C1Reg.1”和“C1Reg#2”则代表了再生一次和两次之后的值。柱体2的排出值则用“Virgin#2”和“C2Reg#1”描述，两者分别代表了第一次使用的值和再生一次之后的值。
图12展示了一个实例中高容量铁浸渍树脂对溶解硅胶的去除能力。这个图展示了处理一个典型的在8.2的pH值下，含有16.8ppm硅胶，以12倍柱体积每小时的流量通过的水样时，树脂在到达50％穿漏点时可以达到平均8000mg每升的水平。
图13展示了一个实例中高容量铁浸渍树脂对溶解硅胶的去除能力。这些硅胶是从一个2400psig的蒸气发生器中排放出的废水中去除的。可以在77ppm和9.5的pH值的高不利等级下以57倍柱体积的时速去除硅胶。达到50％穿漏点时可以达到每升树脂6000mg硅胶的能力。
图14展示了从pH值为7.7的NSF53 Challenge水中去除硅胶。这个测试表明在处理了96小时水之后，每升树脂可以负载17g的硅胶，同时硅胶大约60％穿漏。
图15展示了在pH值8.0下使用再生的再生剂去除和再生硅胶。这个测试中，96小时后每升树脂负载了34克的硅胶，在测试结束时有大约52％硅胶穿漏。在用同样的溶液和样品进行第二次负载循环时，每升树脂可负载26克硅胶，为第一次测试时的76％。
图16展示了使用不同再生剂进行多次再生后的实地试验。初次使用的树脂可以分别以60％、42％和73％的水平降低硅胶、SDI以及有机物。而再生后对硅胶、SDI和有机物的降低水平展示在图中。
具体实施方式
树脂组分
本发明中包含了一种在供给膜系统之前对水进行预处理的高效大孔树脂组分。膜系统可以是反渗透膜或者纳米滤膜系统。这种树脂组分由了一种或者几种离子交换树脂和(或)吸附介质组成，它们分层或混合填充在一种离子交换柱中。在一些实例中，树脂组分可以被描述为一种多种污染物控制混合物，由于其可以从水中去除掉多种的污染，包括但不限于：胶体，溶解的有机物，溶解的硅胶以及二价和三价金属阳离子。在此处使用时，树脂组分中可能也含有吸附剂。
树脂组分可以有效的同时从供应水或者工业生产液流中去除或者减少以下一种或者几种污染物：
i.直径在0.008微米(80埃)的胶体微粒和更大的胶体物种如硅胶、有机物、铁、锰、铝、铜、铅、镍、和其它金属；
ii。溶解度有机物(天然存在的有机物如腐殖酸、富里酸和单宁酸)；
iii。溶解的二价或者三价金属阳离子如钙、镁、钡、锶、铁、锰、铝、铜、铅和镍；
iv.溶解的阴离子物种包括硫酸盐和碳酸氢盐；
v.溶解的硅胶，磷酸盐、砷酸盐和类似的含氧阴离子。
更好的情况下，以上污染物中的两种或者更多中可以被减少或者消除。进一步情况下，以上污染物中的三种或者更多中可以被减少或者消除。进一步的，以上污染物中的四种或者更多中可以被减少或者消除。最好的情况下，以上污染物中的五种或者更多中可以被减少或者消除。树脂组分可以消除的污染物种类是有污染物在生水中的特性和浓度所决定的，同时也使用了其它水净化元件如预处理过滤器。
在一个实例中，一种单一的多孔树脂用于降低或消除胶体污染物。
在一个实例中，树脂组分含有一种多孔树脂，用于减少或去除胶体污染物；一种强碱性树脂用于去除溶解的有机化合物。
在另一个实例中，树脂组分含有一种用于去除胶体污染物的多孔树脂，一种用于去除溶解有机污染物的强碱性树脂以及一种用于去除硅胶的吸附介质。两种或者多种树脂可以预先结合，如将去除有机污染物和去除胶体污染物的树脂结合。
在另外一个实例中，树脂组分可能由两种或多种强碱性树脂组成。在另一个实例中，树脂组分包括一种强酸性组分如一种软化剂。
在本文中所使用的表述“减少污染物”意味着在水流中至少25％的污染物被清除。更好的情况下，40％的污染物被清除，更好的情况下，60％的污染物被清除。进一步的情况下，70％的污染物被清除，进一步的情况下80％的污染物被清除。在最好的情况下，与进入柱子或者设备的污染物浓度相比，流出柱子或设备的水流中90％的污染物可以被清除。
在本文中所使用的描述“去除污染物”意味着至少95％的可测定污染物被从水流中清除。更好的情况下，至少98％的污染物被清除。更好的情况下，99％的污染物可以被清除，进一步的情况下，至少99.5％的污染物被清除。在最好的情况下，与进入柱子或者设备的污染物浓度相比，流出柱子或设备的水流中99.9％的污染物可以被清除。
在本文中所使用的描述的胶体的“直径”和“大小”，都是定义为胶体颗粒的平均直径。
树脂组分同样可以降低用于供给反渗透膜、纳米滤膜或其它类似膜系统的水或工业液流的淤泥密度指数(SDI)。SDI值是水源中的流动水样通过恒压30psig通过0.45微米的过滤器单元经标准的工业方法测得的数值。通过初始立即读数和15分钟后另外一次读数，记录下填充一个标准的500mL容器的时间。使用一个数学公式来比较和计算淤泥密度指数(SDI)的数值。数值在1到7的范围内，数字1代表了最少的污染，数值增加代表着污染情况的迅速增加。通过树脂组分，水流的SDI值典型的降低在25％到100％之间。更好的情况下，SDI值的降低在40％以上。更好的情况下，SDI值的降低在50％以上，更好的情况下，SDI值的降低在60％以上。进一步的情况下，SDI值的降低在70％以上，进一步的情况下，SDI值的降低在80％以上。进一步的情况下，SDI值的降低在90％以上，最好的情况下，SDI值降低在95％以上。
在一个合适的实例中，树脂组分使用了两种或更多的组分：
i.高孔隙率和高压碎强度的一种大孔树脂，主要用于去除胶体微粒和一些溶解有机物。
ii.一种聚苯乙烯或者丙烯酸类聚合物骨架的强碱性或者弱碱性阴离子树脂，主要用于去除溶解的有机物或者如硫酸盐和碳酸氢盐之类的阴离子。
iii.一种使用如阳离子或阴离子树脂、铝、天然沸石或者类似的过滤媒介为基质的铁浸渍的或者包含铁的介质，主要通过吸附的机理去除溶解的硅胶、砷酸盐、磷酸盐和类似含氧阴离子。
iv.一种强酸性阳离子交换树脂，主要用于去除溶解度二价或三价金属阳离子如：钙、镁、钡、锶、铁、锰、铝、铜、铅和镍。
在一个合适的实例中，树脂组分由一种高孔隙率和高压碎强度的大孔树脂和ii，iii以及iv中的一种或几种组成。
具有高孔隙率和高压碎强度的大孔树脂
在一个实例中，作为树脂组分一部分的用于清除胶体的高孔隙率和高压碎强度大孔树脂在Dale等人的专利U.S.Pat.No.6,323,249得到描述，在本发明中作为文献被引用。树脂上的大孔直径在5,000到100000埃之间，或者更好的在10000到200000埃之间，可以理想的通过吸附和离子交换现象去除掉胶体微粒。较好的情况下，树脂的粒度在16到50目。无论阳离子或阴离型的树脂都可以作为基底树脂使用。当使用一种阴离子树脂作为基底时，去除有机物的能力就明显增强了。本发明中合成这一类大孔树脂的方法列于下文。
大孔树脂在干态下至少有0.36毫升每克的孔隙容量。空隙容量可以多余0.6毫升每克(干态)，或者在0.36毫升每克到1.5毫升每克之间。
大孔树脂具有很高的压碎强度，它的查狄伦值可以达到至少24克每颗粒(710微米粒径)。更好的情况下，查狄伦值至少在50克每颗粒，进一步的情况下可以达到至少100克/颗粒。由于填充到柱子里的树脂在操作条件下需要加压，并且需要反复的使用和再生，在这个过程中树脂颗粒容易碎裂，因而本发明的高压碎强度是非常重要的一个方面。如果树脂的压碎强度较低，那么破碎的树脂颗粒可能从柱子里流出并且污染滤膜，剩余的树脂效能同样会降低。
在另外一个实例中，树脂组分包括一种高孔隙率和高压碎强度的原多孔树脂，如作为文献引用在本文中的U.S.Provisional Patent Appl.No.60/908,172。本文中使用的这种原多孔树脂与典型的大孔树脂相比具有特别大的孔。孔径的大学影响着通过树脂材料的流体扩散和动力学。原多孔树脂可以由互相贯通的聚合物网(IPN)制备而成。制备方式为：(a)制备初始的大孔共聚物，(b)再次溶胀，(c)聚合。原多孔树脂的平均孔径在10000到500000埃之间。
本发明中的原多孔树脂通过若干步骤制备而来。第一步包括合成一种共聚物：在一个水溶液中使混有自由基引发剂和致孔剂(如甲基异丁基甲醇或异丁醇等脂肪醇)的单体成为悬浮液滴，然后进行热聚合。第二步包括：将0级IPN结合(再次溶胀)，如第一阶段所述，加入单体混合物然后聚合，形成1级IPN。第三步将1级IPN与另外的单体结合，形成2级IPN。在一个实例中，使用了2级IPN作为种子形成了3级IPN。
用于形成共聚物和IPN的可聚合单体包括：一种乙烯的不饱和单体，和一种聚偏乙烯类单体。引发剂，悬浮剂，稳定剂等可以适当的添加到单体混合物或者水相中。
一个合适的实例中，大孔树脂是由苯乙烯，二乙烯苯和一种致孔剂以及一种引发剂混合形成的单体溶液聚合形成的。自由基引发剂是相当需要的。可以引发自由基引起聚合的分子包括：过氧化物，如过氧化苯甲酰、过氧化十二酰、二叔丁基过氧化物，过氧化合物如过硫酸钾、过硼酸钠和过硫酸铝，偶氮类化合物如偶氮二异丁腈、，2，2’-偶氮-二-(2-甲基丁腈)，2-叔丁基偶氮-2-氰基丙烷。合适的浓度范围为0.01到5.0％，更适合的范围是0.02到3.0％。单体相加入到水相中进行悬浮聚合。水相中可以加入盐使得单体在水中的溶解度降低。
不同的悬浮剂和稳定剂如聚乙烯醇、甲基纤维素、羰甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、二甲基二烃基铵盐聚合物、亚硝酸盐和双色盐，磷酸钙盐、碳酸盐、硫酸盐、膨润土、阿拉伯树胶、木质磺酸盐、明胶和黄原胶等的用量在单体质量的0.01到1％之间。目的是为了将其加入水相时可以保证单体在聚合时分散为滴状。
原多孔树脂共聚物可以用硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或者氯磺酸磺化从而生成阳离子交换树脂，或者经氯烷基化、胺化生成阴离子交换树脂。
一系列的胺，包括一级、二级或者三级烷基胺或者芳基胺可以用来进行这个胺化反应。也可以使用多亚烃基多胺如乙二胺，二乙撑三胺，三亚乙基四胺，四亚乙基五胺，丙二胺和亚氨基二丙胺。胺基醇和二甲基胺基醇以及六亚甲基四胺同样是可以使用的。一个合适的实例中，三烷基胺作为胺化试剂生成了一种四级胺交换树脂。一般的，烷基基不会多于四个碳原子。
在一些实例中，强碱性阴离子交换树脂可以优先使用三甲胺树脂。弱碱性阴离子交换树脂可以用与强碱性离子交换树脂同样的方法制备，但不同的是是用三级胺来代替非三级胺例如二甲胺、二乙胺、单甲胺、乙醇胺等。
在本发明中所描述的大孔树脂具有很高的压碎强度。因而，在一个实例中，查狄伦值可以达到平均至少200克每颗粒(710微米粒径)。更好的实例中，查狄伦值可以达到至少300克每颗粒。进一步的实例中，查狄伦值为至少400克每颗粒。在一个实例中，压碎强度为475克每颗粒。由于填充到柱子里的树脂在操作条件下需要加压，并且需要反复的使用和再生，在这个过程中树脂颗粒容易碎裂，因而本发明的高压碎强度是非常重要的一个方面。如果树脂的压碎强度较低，那么破碎的树脂颗粒可能从柱子里流出并且污染滤膜，剩余的树脂效能同样会降低。
铁浸渍或者含铁的介质
可以选择性的将铁浸渍或者含铁的介质加入到树脂成分中去。在市场销售多年的以颗粒状的氧化铁或者氢氧化铁为基质的吸附剂可以去除砷酸盐并且可以很好的吸附硅胶，因而可以应用在本发明的树脂组分中。尽管如此，很多流行的以纯的氧化铁或者氢氧化铁为基质的众多流行的产品存在着变成碎片的趋势并有可能污染下游设备。因而，本发明中优先使用的铁浸渍或者含铁介质包括铁浸渍的阳离子和阴离子树脂，如本发明文献中引用的U.S.Pat.7,291,578中描述的ArsenXnp(Purolite公司，费城生产)和U.S.Paent Publication 2006/0037913中描述的Resintech ASM-10HP(Resintech，新泽西生产)。在生产ArsenXnp树脂的过程中，铁的纳米颗粒深入沉积在树脂粒子的骨架中。树脂粒子可以提供一个强健的骨架使得纳米颗粒可以牢固的粘结在其上，并且可以让水和污染物有效的在其中扩散。因此，含有硅胶的水只需简单通过浸渍过铁的介质就可以使硅胶被其中的氧化铁吸附形成复合体，而不需向热盐水中投入铁盐来去除硅胶。
当ArsenXnp最初被用于吸附去除砷酸盐和其它氧负离子时，像其它基于铁的吸附剂一样，它展现出来对于硅胶良好的去除能力，但是没有颗粒产品物理损坏的问题。最初水处理工作人员们是在出去水中的砷酸盐时认识到这样的含铁产品可以吸附硅胶。但是对于工作人员来说，它去除硅胶的能力与从水中吸附砷酸盐的能力相比只不过是一种不良的竞争，ArsenXnp树脂吸附硅胶的能力仅为1000到2000倍柱体积而吸附砷酸盐的能力为40000到100000倍柱体积。由于砷酸盐作为人们感兴趣的污染物而硅胶作为一种令人讨厌的污染物，并且，硅胶和砷酸盐在介质上被吸附的位点相同，因而人们ArsenXnp树脂对硅胶的吸附能力进行了研究。有一种有效的专利方法可以通过从介质上洗提和脱去硅胶，磷酸盐和砷酸盐对ArsenXnp进行再生。这种方法使用简单的盐水或者含2％的苛性碱以及1％的盐的溶液。加热溶液到50℃，用量为2到20倍柱体积，最好在6倍左右，以两倍柱体积每小时的流量慢慢通过树脂床从而增加对硅胶和其它污染物的去除能力。尽管ArsenXnp可以在一次是使用后销毁掉，但是在一个合适的实例中，它可以在容量耗尽后重复再生以多次使用。总的成本消耗较低。因而，ArsenXnp树脂在处理特别是含有高浓度溶解硅胶的水源中被优先使用。压碎强度为24克没颗粒的浸渍过铁或者氧化铁连接在离子交换树脂上的含铁的介质被用于多种处理系统，但由于压力需要，它不能用于容易被压碎的介质。这些系统包括反渗透膜系统，纳米滤膜系统，脱盐设备，冷却塔，锅炉等。
树脂组分包括，例如高孔隙率和高压碎强度的大孔树脂，一种强碱性离子交换树脂，和ArsenXnp树脂。树脂组分可以包括一类中的两种或多种。例如，可以含有两种强酸性离子交换树脂用于去除不同的金属阳离子.这些组分可以均匀混合或者在柱子中形成不同的树脂层。也设想了其它组分的布局。
树脂组分必须承受加载在柱子上的压力而不会破碎。树脂组分中的大孔树脂的压碎强度必须高于平均24克每颗粒。更好的情况下，压碎强度至少为50克每颗粒。进一步的情况下，大孔树脂的查狄伦值至少在100克每颗粒。更进一步的情况下，大孔树脂的查狄伦值至少在平均200克每颗粒。
在树脂中的其它组分必须同样的对于压力稳定。比较好的情况下，包含大孔树脂和其它可选择的的树脂或吸附剂成分的树脂组分，其压碎强度，以查狄伦值衡量至少高于24克每颗粒。更好的情况下，查狄伦值至少为50克每颗粒。进一步的情况下，查狄伦值至少在100克每颗粒。更进一步的情况下，大孔树脂的查狄伦值至少在平均200克每颗粒。通常使用的离子交换树脂，例如强酸性阳离子交换树脂和碱性阴离子交换树脂的压碎强度比这里定义的“高”压碎强度大的多。这里用了形容词“高”意味着同其它可以吸附胶体物质的大孔树脂相比，而不是所有常用或普通的多孔树脂。
本发明的优点
使用树脂组分与传统的系统相比，处理同样流量的水可以使用更小尺寸的RO膜系统；本发明中的方法和系统可以使得SDI值降低到2单位以下，可以使得每平方英尺膜表面每天通过的水流量(GFD)可以在14到18加仑之间。而当SDI值在2单位以上时水流量只能在8到14加仑(参考Hydranautics Design Limits，www.hydranautics.com/docs/trc/Dsgn_Lmt.pd f)。因此，所需膜的数量和尺寸都降低了。
使用本发明的系统，排放的废水量得到了明显的降低。与UF系统5到15％的持续反洗及冲洗用水相比，本发明的废水一般少于1％，如树脂周期再生用水。
本发明的方法和系统中所使用的树脂组分与常规的处理系统相比，降低了操作设备的数量和处理的步骤，同时也降低了劳动力和运行成本。
更多的益处包括：与传统的和UF预处理系统相比更少的资金投入，更小的占地面积，可以去除或者降低传统的或UF与处理系统不能处理的污染物如溶解度硫酸盐、砷酸盐、磷酸盐以及类似的含氧阴离子。
本发明中的方法和系统的一个优点是可尺寸简洁的含有树脂组分的柱子。树脂组分可以使用可再生的离子交换/吸附树脂，分层或者混合放置于一个坚实的离子交换柱中。使用小尺寸的柱子可以使得成本和占用降低同时不降低系统处理水的流量。
本发明中所使用的方法和系统的另一个优点是净化工序的操作费用较低。在先前的预处理方法中，需要一个操作人员监控工序。例如，一个用于去除硅胶污染物的传统的热石灰软化剂/澄清池需要热水，很大的空间以及熟练的操作人员监控和调整化学试剂供给量。类似的，在US Patent Application 2002/0153319中所描述的精华技术需要一系列昂贵的预处理步骤，包括一个氢型和一个钠型两种弱酸性阳离子交换柱串联，然后紧接着一个脱碳酸器塔去除氢型弱酸性离子交换柱中所产生的二氧化碳。这些设备需要熟练的操作人员每天持续不断的监视，调整和控制酸碱性化学物质，水样的采集和测试。相比之下，树脂组分不需要大量的操作人员监管。
污染物
地表水一般含有较高水平的悬浮固体，其浊度大于1个浊度单位(NTU)，同时还溶解有几个ppm的包括大量腐殖酸和富里酸在内的有机物。在大多数地表水中含有的胶体微粒包括淤泥、粘土、硅胶、铁、铝和有机物。因此，地表水一般的淤泥密度指数在5以上。硅胶胶体的浓度一般在0.2到3个ppm。本发明中的树脂组分对于去除这些可以污染、沉淀或服饰RO膜系统的污染物可以特别有效。
去除硅胶
本发明中的树脂组分对于去除硅胶特别有效。在供给水中去除或者减少溶解的硅胶总是RO净化系统的主要方向所在。硅胶在室温下有着150毫克每升的溶解度，并且如果当其在RO系统的浓缩水/排出废水中过量时，可以在膜的表面形成难以去除的沉淀。因而，流入水中硅胶含量越高，排出的废水越多。事实上，在某种程度上，一般的RO系统中会排出大量水(一般在20-30％)主要是为了预防硅胶沉淀和生物污染。当水中含有很多硅胶时(例如30到70ppm或更高)，这就成为一个很严重的问题，需要在进入RO之前添加大剂量的硅胶分散剂，设计排出水的量可高达约50％或更多。硅胶分散剂的出售者声称可以控制200％饱和度的硅胶，但是膜工厂为了尽量减少硅胶的沉淀一般设置硅胶100％饱和度为警告点(参见Hydranautics-Chemical Pretreatment for RO and NF-March 2002，http://www.membranes.com/ docs/tab/TAB111.pdf)。清理膜上的硬壳一样的硅胶沉淀从停工期、昂贵的化学试剂以及对膜永久性破坏和缩短寿命的危险这些方面来说都相当昂贵。
可以使用热石灰软化剂/澄清池通过与氢氧化镁共沉淀从地表水中部分地除去硅胶。这样的系统因为需要热水，很大的场地以及持续不断的监控和调整化学品的用量，因而在大的工厂里难以得到应用。同时，经处理之后的水其pH值一般高于10，必须加酸使其降低，以避免后沉淀固体出现以及伤害RO膜。为了解决溶解硅胶的问题而使用热石灰软化剂带来了潜在的胶体微粒污染，因为体系会从热石灰中携带来胶体和悬浮固体。典型的下游多介质设备可以很好的去除悬浮固体但是对于去除胶体微粒方面作用很小，遗留的污染物对膜而言仍然是不能承受的。
在热盐水净化中使用氧化铁去除硅胶已经是一项确立很久的技术，三氯化铁可以与盐水中的硅胶一起沉淀形成铁的氧化物/氢氧化物泥从而通过过滤而去除。形成铁/硅胶泥于使用热石灰软化剂有着同样的问题，如，水进入反渗透膜之前很难有效地滤除悬浮物和胶体。
本发明中的使用树脂组分减少膜系统水源中的硅胶，可以通过渗透回收很高比例的水(大约85-95％)，排出水很少。排出水中的硅胶必须控制在150ppm以下以防止在膜表面沉淀。所以如果流入水中硅胶的含量为50ppm的话，排出水中只能浓缩三倍(150/50)以防止超过150ppm的限度；这相当于排出水的体积占水量的1/3或33％(如果在渗透水中少量的硅胶渗漏被忽略的话)。所以渗透水的回收是大约66％。如果当水中的硅胶含量降低至25ppm时，排出水可以被浓缩6倍(150/25)，这相当于排出水的量大大降低，大约为总水量的1/6或16.7％。因此，回收水的量增加到了大约83％。通过这个例子，可以发现与初始的水平相比渗透水的体积可以增加25％，排出水的体积可以减少50％。因而排污费用可以降低50％，同时出售水的收入可以增加25％。
分析树脂孔结构和压碎强度(脆性)
大孔树脂的孔结构是由聚合物点阵间的空隙和管道构成。孔结构具有典型的孔分布和排列。测试大孔树脂的孔特征有很多方法，但是没有一个真正不受条件限制。在一系列方法中，压汞法是一种直接的、可再现并前后一致的表征技术。压汞法很久之前就已经被用于探究多孔固体中毛细孔的孔分布，通过将汞压入多孔固体中，测量在不同压力下汞被吸收的体积，可以得到孔的半径。这个方法基于向毛细管内压入纯汞的压力与毛细管直径d之间的关系为(-4σcosθ)/d，这里σ是汞的表面张力，θ是多孔固体物质的接触角(Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A.(1921)7：115)。因而，对于一个给定的固体、表面张力和接触角，在已知压力下渗入的汞的量，就可以计算出其相应的孔直径；同时汞进入孔道的量给出了在给定直径下的孔体积。
这里所使用的概念“压碎强度”是指破碎一个单独的树脂颗粒所需要的力学负载，可以与概念“脆性”相互换。压碎强度是通过至少10颗，一般为25颗直径在710±35微米的颗粒通过施加力使其断裂或压碎得到其强度的平均值。
本发明中，已经胺化的强碱性阴离子交换树脂的压碎强度在至少24克每颗粒，更好的在30克每颗粒，更好的在40克每颗粒，进一步的在至少50克每颗粒。做成强酸型阳离子交换树脂(也就是，磺酸基，如聚苯乙烯磺酸钠或者聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)，其它强碱性树脂(也就是三甲胺基团，如聚丙烯酰胺基丙基烷基胺)，弱酸性树脂(也就是羧酸基团)，和弱碱性树脂(也就是胺基，如多乙烯多胺)的压碎强度也是类似的。
压碎强度可以用查狄伦测试来测量。查狄伦测试是一种使用由John Chatillon(约翰·查狄伦)和它的儿子在纽约设计和制造的仪器来测量树脂脆性的一种测试。这种测试是将树脂颗粒置于两个平行的板之间并施加力(克)使之破碎或者断裂。平板以一种均一的速度逐渐的靠拢在一起直到达到树脂的“破碎点”。这个测试的目的是为了模拟之际使用状态下加在单独的树脂颗粒上的摩擦力和压力。
测试规范包括，将树脂用众所周知的标准步骤转换为适当的形式(氢型或者钠型阳离子树脂或氯型阴离子树脂)。转化好的树脂用一个-20+30的美制筛筛选而后在测试之前在去离子水中完全水化15分钟。实际上测试时用一个单独的树脂颗粒(覆盖有一滴水)放置于查狄伦仪中，使用恰当的速度使压碎盘下降。样品独有的破碎应力被仪器以克每颗粒记录下来，最终的结果是一个平均值(至少20个颗粒，一般为30个)，一个标准方差，一个95％的置信区间以及达到最低脆性标准的颗粒百分比。
处理能力的分析
膜被水源中的颗粒所污染的倾向可以用一个称为淤泥密度指数(SDI)标准测试来确定。在这种测试中，一个水样通过一个0.45微米的滤膜，然后测量滤膜被污染的快慢。通过这种方式SDI值被计算出来。一般这个值在1到6之间。值越高说明污染的风险越大。SDI值必须不能高于四，膜系统才能正常工作而一般SDI值最好不好大于3.严格设计的常规预处理系统在SDI值为5以下时可以使用，有时候是3或3以下。一般表征水中悬浮固体颗粒的指标是浊度，衡量单位是比浊度法浊度单位(NTU)。NTU定义为某个特定波长的光，其强度在悬浮颗粒中消散或衰减或者与标准光相比，在入射光路径上以一个指定方式的角度(也就是说90°)吸收光的强度。大多数的RO系统明确指定最大的浊度为1NTU。在很长时期内，2.5SDI和0.5NTU分别是保证可靠运行的标准。
在本发明中，从含有树脂组分的柱子中排出的水的SDI值会小于4.更好的情况下，会小于3.5；进一步的情况下，会小于3；更进一步的情况下，会小于2.5.在一个合适的实例中，SDI值小于2，在一个更好的实例中，SDI值小于1.5，在一个更好的实例中，SDI值小于1.并使用另外一个中方法分析了流入和流出柱子的水样SDI值得比率。
清洗
本发明中树脂组分的另外一个有点在于再生的简易性。这可以节省时间，降低操作费用，在很多情况下，可以减少再生剂的成本。使用一倍体积的再生剂，例如氯化钠和苛性钠的混合液，所有树脂组分中的离子交换树脂和(或)吸收剂介质都可以同时得到再生和更生。单一再生剂可以既在室温下也可以升温至100摄氏度下使用。
在一个实例中，化学再生剂由一种氯盐的混合物组成，如氯化钾、氯化钙或氯化铵，和一种碱，如苛性钾、氨水、碳酸钠、碳酸钾、碳酸铵和倍半碳酸钠或钾。
在另外一个实例中，再生剂由氯化物盐水溶液构成。
在另外一个实例中，再生剂由一种碱构成。
树脂组分可以按照单循环原则清洗。在这个实例中，再生剂混合液流经包含树脂成分的柱子一次后即可丢弃。适合的流量在每小时2到8倍柱体积，一倍柱体积被定义为柱子中的树脂体积和吸附剂体积；更好的流量在每小时2到4倍柱体积。
使用单一再生剂混合物再生所有的树脂和吸附介质可以节省再生剂以及人力成本，稀释和漂洗用水，包括用来按规定中和碱性废水在内的污水排放费用等。
另外，再生剂混合物在后来的再生过程中可以重复使用和再生树脂组分。在另外一个实例中，在需要的时候清洗树脂成分，一种单一再生剂混合物使用了2，3，4，5，6，7，8，9，10甚至更多次。在随后的再生中，要向原有再生剂中加入新的化学品以补偿再生剂因再生过程不可避免减少的浓度。并不是每一次再生时都需要重复利用再生剂很多次，这里只是指出再生剂混合物可以再次重复利用的能力，可以节约大量的成本。
再生剂可以重复利用的能力明显降低了树脂系统的操作成本，包括节省再生剂化学品的费用，相关的劳动力，废水排放费以及按规定中和碱性污水所需化学品的费用。
在另外一个良好的实例中，化学再生剂被循环使用。从柱子中流出洗提液被收集起来用泵重新注入含有树脂组分的柱子并如此循环多次。适合的循环速率为每小时2到40倍柱体积，更合适的速率为每小时8到40倍柱体积。循环使用时流量允许比一次性使用大，这样可以节省相关的劳动力费用并且灵活的减少树脂柱不能向膜系统提供水源的时间。
传统的再生方法不使用循环的方式进行再生，因为这违反常规，当重新引入再生剂时，会将流出液包含洗脱下来的污染物再次引入树脂。传统的一次性再生的方法设计为，当再生剂在树脂上通过时逐渐的洗脱污染物。由于更新鲜的再生剂取代了消耗的再生剂，从树脂上洗脱到再生剂中的污染物持续的增加，使得洗脱污染物的能力越来越强。留在树脂上污染物与洗脱到再生剂中的污染物达到平衡。由于树脂对污染物和再生剂的选择性，相似的化学平衡也存在于化学再生剂和树脂上置换了污染物的再生剂之间。
水的去离子化是离子交换过程的参考基础，在这个过程中溶解在水中的95-99％的固体必须被去除。类似的，使用离子交换树脂软化水，为锅炉或者RO系统提供水源需要去除掉水中99％的污染物，以使得其硬度降低到1ppm这样非常低的水平。在这些过程中，为了保证品质始终如一，重新使用或者循环使用再生剂是不允许的。因此，在本发明的实例中为RO系统提供水源，使用钠型强酸型阳离子交换树脂去除二价或者三价阳离子如钙和镁离子，重新使用和/或循环使用再生剂则是不合适的。然而，再生剂的重新使用和循环使用适用于那些用于去除溶解硅胶、硅胶胶体以及有机物的的树脂组分。在这些情况下，再生所需碱和盐水的浓度和量是大大超过所需的化学计量(百分之几百)，同时在本发明中的这些情况下污染物的去除百分量(一般为25-75％)不需要最高程度的再生剂纯度以达到目标的质量等级。另外，对硅胶高溶解性的苛性钠溶液(大于25％)可以使得树脂成分上洗脱硅胶相当容易。在本发明一个合适的实例中，重复使用再生剂的操作费用与只使用一次相比减少了一部分操作成本，与传统的预处理系统相比，节约了更多的成本。
对实例的一般性描述
图1展示了传统的预处理方法，使用了一种澄清池，多介质的过滤器，以及活性炭过滤器。图2展示了使用UF膜系统作为预处理设备。如图1中展示的传统系统，是一种劳动密集型系统，容易受操作者的失误影响，并且使用巨大的设备。图2中展示的UF预处理设备是一种资本密集型系统，RO系统的排出的污水外，它本身需要耗费可观数量的水。
在图1中展示的传统处理系统中，常需要向水源中投放可产生1到2个ppm的活性氯的氯气或者次氯酸钠溶液(参考1a)来控制微生物的生长。凝结剂如硫酸铝(2a)和聚电解质聚合物(3a)以ppm的浓度在澄清池(4a)之前形成氢氧化铝的粘性泥状物。这种泥状物有着巨大的表面积可以吸附地表水源中的悬浮和胶体微粒。这种泥状物被运送到澄清池的静止区域并大量的沉积在池的底部并被定期去除、干燥和清理掉。在地表水中通常存在的腐殖酸和富里酸也可以在这个过程中部分的被凝结剂产生的泥状物所去除。
澄清池上层水流带走的残留的泥状物可以被下游的多介质过滤器(5a)所去除。构成多介质过滤器的介质是沙、无烟煤和石榴石，这比单一的沙过滤器要更加有效。水被送至活性炭过滤器(6a)中以去除残余的氯气。大多数膜系统都不能承受氧化剂如氯气，即便是持续的暴露在很低浓度下都可会明显的缩短其寿命。活性炭同样可以去除水中经上一步仍然残存的有机物。水在进入反渗透膜系统(9a)之前，最后被送入一个5微米级的过滤器(8a)去除最后剩余的痕量悬浮物。通常，这一步的目的是使水的浊度和SDI值的最大限度分别在1和4或者更好的水平。
在图1中展示的预处理工序的操作数量比较密集，需要操作人员媒体的检测和高效的操作。操作人员常规的工作包括重新注满氯溶液、凝结剂、聚合物和酸或阻垢剂；调整系统中化学品的剂量以改变水质，校准和修复化学品投料系统，从澄清池里取出沉淀泥，反洗多介质过滤器，定期更换微米过滤器以及活性炭，观察，调整和记录水流以及当膜被污染之后进行定期的清洗。
图2展示了在大地RO系统中使用的新的UF预处理系统。这个系统减少了图1中所使用的澄清池、多介质过滤器和活性炭过滤器等设备。在UF系统(3b)之前仍然要投入凝结剂(2b)以有效的去除水源中的有机物。本质上，使用UF系统将悬浮固体、胶体颗粒、有机物和生物污染物对RO设备的污染转移到了UF系统上。这意味着，UF设备必须定期的反冲洗并且当污染物使得净化效率大大降低时使用化学品进行清洗。有一个明显的问题，用来清洗膜表面污染物的水占到供给到UF系统的水量的5-15％。在下游的RO设备中，有20-30％的水作为废水被排掉，总共水电损失量在25-45％之间。虽然在海水脱盐或者市政污水处理方面这并不是问题，但是在世界的一些干旱地区，水供应量有限的地方，反渗透膜水处理厂的操作人员更关注这些问题。一些膜处理系统使用第三个膜系统来进一步的处理UF系统的排出水以减少水的损失。但这也进一步增加了UF系统已经很大量的资金投入，这使得这一类系统的应用被大大限制了。
在图3的实例中描述的本发明使用一个小而紧密封装的柱子来同时减少上文中所提到的一系列不同的污染物，包括胶体微粒、水的淤泥密度指数、溶解的有机物、金属、溶解的阴离子如硫酸盐、砷酸盐、磷酸盐以及溶解的硅胶。系统只需要最少量的人员关注，相比之下产生更少量的废水以及与UF系统和传统的预处理系统相比明显更低的资金成本。
图3中描述的实例和图2中的UF预处理系统相似，与图1中描述的传统系统相比，不包括澄清池和活性炭过滤设备。可选择氯气或者次氯酸钠溶液(参见1c)以1到2个ppm的游离氯含量投入到水源中来控制微生物的生长。在下游的多介质过滤器(2c)可以去除任何沉淀泥或者悬浮固体。多介质过滤器的组分一般但不限于沙、无烟煤和石榴石，可以提供比一般的单一介质过滤器如沙过滤器更有效的过滤。如果水中投入了氯气或者其它氧化剂，在(3c)中投入亚硫酸氢钠来去除残留的氯气。因为大多数RO膜系统对氧化剂非常敏感，即使是暴露在非常小浓度下，都会明显缩短其寿命。包含一种或者多种特定的离子交换树脂和吸收介质的树脂组分在亚硫酸氢钠投放点的下游安装。树脂组分包括在本文中描述的一种大孔树脂。无论阳离子或者阴离子性的树脂都可以用来作为基底树脂。如果一种阴离子树脂作为基底，它去除有机物的能力就会明显的增强。树脂组分(4c)封装在一根柱子中。柱子是可以在体系要求的压力下封装有树脂组分的任何已知的工艺制作的容器。水最终被引入一个5微米的过滤器(5c)或者类似的设备，在进入反渗透膜系统(6c)前去除任何微量的悬浮固体。在水进入RO系统时，可以有最大限度的浊度和1-4之间的SDI值或者更好的水质。
为了去除溶解度硅胶和胶体微粒，本发明中的一个合适的实例的树脂成分(4c)中包含了一种含有铁浸渍的或者含铁的介质如阳离子或阴离子交换树脂、天然沸石或矾土。也可以包含一种强酸性阳离子树脂用以出去二价和三价阳离子。树脂在容量耗尽后可以在室温或者加热下用同样的盐水及苛性碱的混合物来再生。
大孔树脂的制备
传统的使用单偏乙烯或者多偏乙烯单体共聚生成的凝胶树脂包含微孔，孔结构被解释为交联的交联聚合物链之间的距离。大孔树脂的聚合物点阵中除了普通的多孔凝胶树脂的凝胶孔外，还包含明显的非凝胶孔隙。这些微观通道与在所有交联共聚物中含有的微孔有着明显的区别和不同。虽然那些微孔相对较小，但与凝胶型树脂的微孔相比要大得多。
在上文中提到的大孔树脂可以使用U.S.Pat.6,323,249中的方法进行制备，在这里作为引用文献被包含在内。按照U.S.Pat.6,323,249中所描述的方法生产大孔树脂具有非常大尺寸的孔径，同时狭窄的孔径分布使它们具有足够大的压碎强度。适合去除胶体微粒的狭窄的孔径分布意味着含有很少的无用的小直径孔和不需要的大直径的孔。
大孔树脂是使用单乙烯基不饱和单体与多偏乙烯基单体在适当的水溶性的，小分子量和高溶胀性的高分子致孔剂存在下共聚而成的。
有用的单烯烃不饱和单体有：苯乙烯、乙烯基甲苯、甲基苯乙烯、异丁基苯乙烯、乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、偏氯乙烯、四氟乙烯、醋酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、溴乙烯、乙烯基苯甲醚、乙烯基萘、丙烯酸和甲基丙烯酸酯等。苯乙烯是最合适的。
用来作交联剂的有用的多偏二乙烯单体包括二乙烯苯、二异丙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二乙烯基丙酮、二乙烯基砜、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三乙烯基苯。二乙烯苯是最合适的，含量在2-100％之间，2-16％之间是比较合适的。
一个合适的大孔树脂是使用苯乙烯、二乙烯基苯以及致孔剂和聚合引发剂混合物构成的单体相聚合生成的。自由基引发剂是最理想的。可以使得单体聚合的自由基生成化合物包括过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、叔丁基过氧化氢、过氧化氢，高价化合物如过硫酸钾、过硼酸钠和过硫酸铵以及偶氮类化合物包括偶氮二异丁腈、2，2’-偶氮-二-(2-甲基丁腈)，2-叔丁基偶氮-2-氰基丙烷。合适的浓度范围为0.01-5.0％，更适合的范围是0.02-3.0％。单体相加入到水相中进行悬浮聚合。水相中可以加入盐使得单体在水中的溶解度降低。
不同的悬浮剂和稳定剂如聚乙烯醇、甲基纤维素、羰甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸盐、聚甲基丙烯酸盐、二甲基二烃基铵盐聚合物、亚硝酸盐和双色盐，磷酸钙盐、碳酸盐、硫酸盐、膨润土、阿拉伯树胶、木质磺酸盐、明胶和黄原胶等的用量在单体质量的0.01-1％之间。目的是为了将其加入水相时可以保证单体在聚合时分散为滴状。
混合物加热到70到90摄氏度反应6-15小时，然后过滤，洗涤，干燥。在经过过滤洗涤和干燥后，交联共聚物树脂可以使用硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或者氯磺酸作为磺化剂以生成阳离子交换树脂或者氯烷基化继而胺化生成阴离子交换树脂。
一系列的胺包括一级、二级和三级的烷基胺和芳基胺可以用来进行胺化。也可以使用多亚烃基多胺如乙二胺，二乙撑三胺，三亚乙基四胺，四亚乙基五胺，丙二胺和亚氨基二丙胺。胺基醇和二甲基胺基醇以及六亚甲基四胺同样是可以使用的。一个合适的实例中，三烷基胺作为胺化试剂生成了一种四级胺交换树脂。一般的，烷基自由基不会多于四个碳原子。
除去进入反渗透膜系统的水中的硅胶胶体和其它胶体颗粒，适合使用三甲胺制备的强碱性阴离子交换树脂。尽管带有强碱性基团的树脂更有利于去除硅胶胶体和其它胶体微粒，具有同样大孔结构的弱碱性离子交换树脂也可以达到这个目的。这种弱碱性阴离子交换树脂是使用与强碱性树脂同样的方法制备的，将三甲胺替换为二甲胺、二乙胺、单甲基胺以及乙醇胺等。这些弱碱性阴离子交换树脂，除了官能团不同，其形态结构与强碱性阴离子交换树脂都是一致的，特别是它们的大孔的尺寸。
工艺上从相应的交联共聚物制备离子交换树脂的方法是已知的。阴离子交换树脂是通过对聚苯乙烯氯甲基化继而胺化来制备的，相关步骤包含在U.S.Pat.Nos.2,591,573；2,591,574；2,616,099；2,616,877；，2,629,710；2,631,999；2,632,000；，2,642,417；2,725,361；2,794,785；3,422,160；3,311,602；2,953,547；4,225,677和3,425,990。通过对交联共聚物如交联聚苯乙烯进行磺化制备强酸性阳离子交换树脂的讨论包含在U.S.Pat.Nos.2,366,007；2,466,675；2,500,149；2,631,127和2,664,801。本文中所有的美国专利以及引用的出版物都被包含在参考文献中。
新型的大孔树脂可以去除例如的胶体微粒，其孔直径在4,000到500000埃之间，或更好的在4,000到200000埃之间，或者更好的在10000到20000之间，有着特别的高压碎强度和高度孔体积。阴离子交换树脂可以用来去除胶体或者微粒，如硅胶胶体或者水合氧化物，或者可以与阳离子树脂联用来同时脱去离子和胶体。另外，本发明中的阴离子交换树脂可以去除高分子量的酸，如腐殖酸，并且可以去除水相中的病毒。
定义
概念“单一再生剂”意味着一种单一化学品的再生剂或者多个化学品的混合物作为一种单一的再生剂
此处所提到的概念“高孔隙率大孔树脂”是指具有大孔径的树脂。高孔隙率大孔树脂的平均的孔径在至少1,000埃，更典型的平均孔径(D50)在至少20,000埃。
此处所使用的概念“原多孔树脂”，是指具有可观数量的孔径分布在10000到500000埃的高效大孔树脂。
此处所使用的概念“同时”指的是在同样的时刻或者在几分钟内。当它与树脂的再生或者复壮同时使用时，“同时再生或者复壮”意味着再生或者复壮在一个单独的过程中加入一种单独的再生剂。可以理解的是，一个化学再生的过程可以与另外一个化学再生的过程速率不同。
概念“约”或者“大约”意味着对于工艺中通常技术水平的一个特定的值，误差在可以接受的范围之内，这部分的取决于这个值如何被测定或者决定，也就是说，测量系统的限制；也就是说，一个特殊目的所要求的精度，如药品的分子量。例如，按照工艺上的惯例，“约”可以指在1或者1以上的标准偏差。或者，对于给定的值，“约”可以指最高到20％，更好的在最高为10％，或者更好的在最多5％，或者最好的在至多1％。在这，特别是对于生物体系或者过程，这个概念可以指在一个数量级之内，合适的如5倍，更好的在2倍以内。在应用或者声明之中的一个特殊的值，除了其它特别指出的之外，“约”意味着在一定设想的可以接受的误差范围之内。
在此处以及在附加的声明中，单数形式“一种”或者“这种”，包括复数个事物，除非文本另外明确的指出。因而，如提到“一种分子”时，包括一种或者多种这种分子，“一类树脂”包括一类或者多累不同的树脂，而“这种方法”包括了所提到的等价的步骤和方法，在本发明所属领域中的具有一般技术的人都可以修改或者替换其中的方法。
实例
下文中的例子是本发明中所证明的良好的实例。包含在实例中的发明人发明的技术，在实践中表现良好，并且在这些实践中构成了良好的模式。但是，在本发明所属领域中的具有一般技术的人，根据本文中所披露的资料，可以在具体的实例中进行一些特定的修改，在不偏离本发明精神和使用范围的情况下可以做出改变并仍然得到相类似的结果。
实例1
发明使用了从一条河中取得的，持续流动的，自然的包含硅胶胶体、有机物、浊度以及淤泥密度指数(SDI)值得地表水作为水源。对河水的预处理系统包括使用氯气、硫酸铝和氢氧化钙来软化和澄清，继而使用沙和活性炭进行过滤。在使用之前，水通过一个一生的缠绕式棉花滤芯来去除悬浮固体。过滤所得的水以12倍床体积每小时的流量交替的通过两个一升的容器，每个包含一升的树脂组分。组分中包含50∶50的两种Purolite公司生产的树脂混合物。一种是Dale等在U.S.Patent No.6,323,246中所描述的高孔隙率和高压碎强度的大孔阴离子树脂Purolite A501P；另一种是大孔丙烯酸类强碱性阴离子树脂A-860。在测试过程中，水包含多种天然的污染物，硅胶胶体在0.5到4.5ppm，溶解有机物在0.6到2.5ppm，浊度在0.2到0.65NTU之间，淤泥密度指数(SDI)在0.25到4.75SDI单位之间。硅胶胶体浓度，淤泥密度指数，有机物浓度和浊度在流入和流出离子交换柱的水流中都分别得到测量。图4中体现了在测试期间，硅胶胶体平均被降低了50％，即含量从流入的平均1.5ppm降低至流出时的平均值0.75ppm。图5中展示了SDI值得平均降低，从流入时的3.0到流出时平均值1.5。图6展示了溶解有机物的减少，从流入时的平均含量0.92ppm到流出时的平均值0.25ppm。图7中展示了浊度的平均降低，从流入时的平均值0.22NTU降低到了流出时平均值0.15NTU。图8，9，10和11体现了流入水中硅胶、淤泥密度指数、有机物及浊度分别的变化以及流出水的相应变化值。
实例2
本发明示范了在费城的供水系统中处理含有大约2ppm的硅胶，8.2的pH值，总溶解固体约在210ppm，总有机物按照总有机碳含量(TOC)在1.5到2.5ppm之间的水。水被人工地掺入了附加的硅胶以达到16.8ppm的水平，在美国的很多地方，RO系统在这个水平下使用时伴随着硅胶沉淀问题。树脂组分包含有一种装在容器中的16到50美国筛制尺寸的一升ArsenXnp(实验编号D9908)，水以12倍柱体积每小时的流量通过树脂组分。图12中展示了在流出水中的硅胶含量达到流入水的值得50％的穿透流出点之前，流入水和流出水中硅胶含量进行的定期测定。为了确定负载到树枝上的硅胶的量进行了物料平衡。当流出水中的硅胶达到50％的穿透点时，约1200升的水得到了处理，负载到树脂上总硅胶量大约为每升8克。
实例3
从一个2400psig的蒸气发生器锅炉中排出的的污水以57倍柱体积每小时的流量通过一个填满一升包含ArsenXnp(实验编号D-9908)树脂组分的一个容器从而得到了处理再生和重新使用。排污水包含有高浓度，约77ppm的硅胶以及相当高的pH值(9.5)。流入水和流出水中的硅胶浓度定期的得到测定，知道流出水中的硅胶含量大约与流入水中的相同位置。使用物料平衡一确定硅胶在树脂上的负载量，在图13中展示了处理了工161升水之后，没生树枝上所负载的硅胶量为6000毫克，每升介质的SiO2负载量为8.7克，在测试结束时，出水60％硅胶穿透。
实例4
18mL浸渍了铁的D9908阴离子树脂，也就是ArsenXnp，装入一支玻璃柱中。在NSF53标准提到的待测溶液。待测溶液在常温下以20倍床体积的流速穿过树脂。待测溶液包含51ppm的Ca2+，17.8ppm的Mg2+，114ppm的Na+，67ppm的SO4 2-，1.64ppm的PO4 3-，9.6ppm的HCO3 -，140ppm的Cl-，22ppm的SiO2，其pH值为7.7。每4小时取一次流出液样品，共进行了96小时。对样品的硅胶浓度及pH值进行了测定，结果列于图14中。在测试结束时，经过对水的处理，树脂的硅胶负载量在每升17克，出水60％硅胶的穿透流出。
实例5
18mL D9908浸渍了铁的阴离子树脂，也就是ArsenXnp，装入一支玻璃柱中。在NSF53标准提到的待测溶液。待测溶液在常温下以20倍床体积的流速穿过树脂。待测溶液包含46.8ppm的Ca2+，13.8ppm的Mg2+，117ppm的Na+，60ppm的SO4 2-，0.01ppm的PO4 3-，125ppm的HCO3 -，140ppm的Cl-，29ppm的SiO2，其pH值为8.0。每4小时取一次流出液样品，共进行了96小时。对样品的硅胶浓度及pH值进行了测定，结果列于图15中。在测试结束时，经过对水的处理，树脂的硅胶负载量在每升34克，出水52％硅胶的穿透流出。样品树脂稍后用6倍4％的氢氧化钠溶液以2倍床体积的时速常温下顺流再生。再生后的树脂再次用上述的待测溶液负载循环并检测出水样品。第二次循环硅胶负载量在每升26克，为第一次循环的76％。
实例6
在两个实地试验中，测试了树脂的易于再生的能力和多次重复使用的能力。使用了一个一升的容器，其中以50∶50的比率包含两种Purolite公司生产的树脂，一种是Dale等在U.S.Patent No.6,323,249中描述的高孔隙率和高压碎强度的大孔阴离子树脂PuroliteA-501P以及一种大孔丙烯酸类强碱性阴离子交换树脂Purolite A-860。
本发明的这一方面是使用了从一条河中取得的，连续流动的地表水作为水源，其中自然包含了硅胶胶体、有机物、浊度和淤泥密度指数(SDI)值。河水供应的预处理系统包含使用氯气、硫酸铝以及氢氧化钙对其进行软化和澄清，继而通过沙和活性炭过滤器过滤。在使用之前，水通过一个一升的缠绕式棉芯过滤器来除去悬浮固体物。过滤过的水以12倍床速每小时的流量通过两个筒，共72小时。在测试期间，流入的水自然地包含：0.5到4.5ppm的硅胶胶体，0.6到2.5ppm的溶解有机物，浊度在0.2到0.65 NTU之间，淤泥密度指数(SDI)在0.25到4.75 SDI单位之间。硅胶胶体的浓度，淤泥密度指数，有机物浓度以及浊度在离子交换柱的流入和流出水中都被测定。
在图16中，两个试验的平均结果表明，初次使用的树脂可以分别降低60％的硅胶胶体，42％的SDI值以及73％的有机物。此时树脂样品用10％的NaCl溶液和2％的苛性钠溶液，其中包含160克的NaCl和32克的NaOH，以2倍床每小时的流速在室温下进行再生。装有树脂的筒使用如上文所述同样的水源进行了第二次和第三次水处理实验，并且用同样的再生剂进行了两次再生。后两次处理对硅胶胶体的平均降低量为50％，SDI值的平均降低为49％，有机物的平均降低为79％(即苛性钠和盐水溶液(4次循环))。
然后用同样的水源有进行了两次处理和再生循环。使用了10％的NaCl作为再生剂，每升树脂的NaCl用量为160克，在40摄氏度下进行再生。在这两次循环中，对于水中的硅胶胶体、SDI值和有机物的降低分别为37％、64％和74％。(即40C的盐水(2次再生))，
使用同样的水源，接下来又进行了四次处理和再生循环。但是再生处理包含两部，第一步是在40摄氏度下使用10％的NaCl溶液和2％的NaOH溶液，其投料量分别为160克每升和32克每升；第二部是在室温下仅适用10％的NaCl溶液，以64克每升的投料量进行。四次处理对硅胶、SDI值以及有机物的平均降低为62％、44％和75％(即40C的苛性钠和盐水，盐水(4次循环))。
接下来使用同样的水源进行了两次处理和再生的循环。使用与上面四次同样的再生剂在室温而非40摄氏度下进行再生。对硅胶交替、SDI值以及有机物的平均降低分别为64％、39％和71％(即苛性钠和盐水，盐水(2次再生))。
如同在本实例中所显示的，在多次的负载和再生循环中，对有机物的去除能力是类似的。对于SDI值而言，最佳的去除效果是使用40摄氏度的盐水再生后实现的。而苛性钠盐水效果也较好。对于去除硅胶胶体而言，使用苛性钠盐水和盐水是最合适的。温度控制是不必须的，而再一次用盐水进行再生是有益的。
对于浊度而言，室温下使用苛性钠盐水可以达到32％的降低效果。

Claims (24)

1.一种水净化的方法，该方法如下所述：
    a) 将水通过填有树脂组分的柱子，对水进行预处理；柱子中所填充的树脂组分为具有可观数量的孔，其孔径分布在1000到500000 埃和压碎强度至少在每颗粒24克的高效大孔树脂；并且
    b) 将树脂成分处理过的水提供给反渗透膜或纳米滤膜以生产纯水；
所述的高效大孔树脂由如下的制备方法制得：
第一步包括合成一种共聚物:在一个水溶液中使混有自由基引发剂和致孔剂的单体成为悬浮液滴，然后进行热聚合；
第二步包括：将0级IPN结合再次溶胀，如第一步所述，加入单体混合物然后聚合，形成1级IPN；
第三步将1级IPN与另外的单体结合，形成2级IPN；
用于形成共聚物和IPN的可聚合单体包括：一种乙烯的不饱和单体，和一种聚偏乙烯类单体。
2.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂的孔体积至少有0.36毫升每克，以干品计。
3.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂的压碎强度或查狄伦值在175克每颗粒到475克每颗粒之间。
4.根据权利要求2所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂的平均孔径在10000到500000 埃之间，孔体积平均在0.6毫升每克，以干品计，压碎强度或查狄伦值至少为24克每颗粒。
5.根据权利要求2所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂的孔径在10000到200000 埃之间，孔体积至少为0.60毫升每克，压碎强度或查狄伦值至少在24克每颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂的孔径在5000到100000 埃之间，孔体积至少为0.60毫升每克，以干品计，压碎强度或查狄伦值至少为24克每颗粒到175克每颗粒之间。
7.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂经磺化生成一种强酸性阳离子交换树脂。
8.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：大孔树脂经氯甲基化然后胺化，生成一种碱性阴离子交换树脂。
9.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分对水中的淤泥密度指数SDI和/或胶体颗粒成分可至少减少20%。
10.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分进一步包含铁浸渍剂或者含铁介质。
11.根据权利要求10所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分对水中的溶解硅胶可至少减少20%。
12.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分包含一种或多种强碱性树脂。
13.根据权利要求12所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分对水中总有机碳TOC的减少为至少20%。
14.根据权利要求1所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分包含一种或多种强酸性树脂。
15.根据权利要求14所述的一种水净化的方法，其特征在于：树脂组分对水中二价金属阳离子的减少至少为20%。
16.一种水处理的方法，该方法包括：
    a) 将水通过一个装有树脂组分的柱子，树脂组分由一种平均孔径在10000  到500000 埃且压碎强度或查狄伦值在至少24克每颗粒的高效大孔树脂所构成；
    b) 将通过树脂组分后的水提供给一个反渗透膜或纳米滤膜来生产纯水；并且
    c) 当应对树脂组分进行化学清洗时，使用一种单一的或者多种化学品的混合物再生剂同时对树脂组分再生或恢复活性；
所述的高效大孔树脂由如下的制备方法制得：
第一步包括合成一种共聚物:在一个水溶液中使混有自由基引发剂和致孔剂的单体成为悬浮液滴，然后进行热聚合；
第二步包括：将0级IPN结合再次溶胀，如第一步所述，加入单体混合物然后聚合，形成1级IPN；
第三步将1级IPN与另外的单体结合，形成2级IPN；
用于形成共聚物和IPN的可聚合单体包括：一种乙烯的不饱和单体，和一种聚偏乙烯类单体。
17.根据权利要求16所述的一种水处理的方法，其特征在于：再生包含使用从填有树脂组分的柱子中排出的再生液再次引入柱子重复循环使用的过程。
18.根据权利要求16所述的一种水处理的方法，其特征在于：化学再生剂包含一种氯离子和苛性钠的溶液。
19.根据权利要求16所述的一种水处理的方法，其特征在于：化学再生剂包含一种氯盐和苛性碱的混合物。
20.根据权利要求16所述的一种水处理的方法，其特征在于：树脂组分进一步包含至少一种聚苯乙烯或丙烯酸类聚合物基质的阴离子交换树脂，一种铁浸渍过或含铁的介质，或一种强酸性阳离子交换树脂。
21.一种处理含有溶解硅胶的水的方法，该方法包括：
    a) 将水引入一个含有树脂组分的柱子，树脂组分包含一种平均孔径在1000到500000 埃及压碎强度或查狄伦值至少在24克每颗粒的大孔树脂和一种铁浸渍剂或将氧化铁连接到离子交换树脂上的含铁介质；
    b) 将树脂组分中流出的水引入一种反渗透膜，一种纳米滤膜系统，一种去离子水设备，一个冷却塔或一个锅炉；并且
    c) 当树脂成分需要清洗时，使用苛性钠溶液或苛性钠与食盐水来进行再生；
所述的高效大孔树脂由如下的制备方法制得：
第一步包括合成一种共聚物:在一个水溶液中使混有自由基引发剂和致孔剂的单体成为悬浮液滴，然后进行热聚合；
第二步包括：将0级IPN结合再次溶胀，如第一步所述，加入单体混合物然后聚合，形成1级IPN；
第三步将1级IPN与另外的单体结合，形成2级IPN；
用于形成共聚物和IPN的可聚合单体包括：一种乙烯的不饱和单体，和一种聚偏乙烯类单体。
22.一种水处理系统，该系统包括：
    一种树脂成分，该树脂成分包含：
    一种平均孔径在1000到500000 埃及压碎强度或查狄伦值至少在24克每颗粒的大孔树脂；和   
    一种或多种聚苯乙烯或丙烯酸骨架的阴离子交换树脂,一种铁浸渍的或含铁的介质,或一种强酸性阳离子交换树脂；
与反渗透膜或纳米滤膜间有流体连接；
    可使用一种单独的化学再生剂再生；
所述的高效大孔树脂由如下的制备方法制得：
第一步包括合成一种共聚物:在一个水溶液中使混有自由基引发剂和致孔剂的单体成为悬浮液滴，然后进行热聚合；
第二步包括：将0级IPN结合再次溶胀，如第一步所述，加入单体混合物然后聚合，形成1级IPN；
第三步将1级IPN与另外的单体结合，形成2级IPN；
用于形成共聚物和IPN的可聚合单体包括：一种乙烯的不饱和单体，和一种聚偏乙烯类单体。
23.根据权利要求22所述的一种水处理系统，其特征在于：大孔树脂磺化后形成一种强酸性阳离子交换树脂或大孔树脂经氯甲基化和胺化后形成一种碱性阳离子交换树脂。
24.根据权利要求22所述的一种水处理系统，其特征在于：水的淤泥密度指数SDI可至少减少20%，溶解硅胶成分至少20%可以被处理，水中的总有机碳含量TOC有至少20%可以被处理。
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