CN103958421B - 用于水处理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备产品水流的方法，该方法可以包括以下步骤：a)在所述给水流中形成所述悬浮颗粒的凝聚体；b)使含有凝聚颗粒的给水流通过颗粒吸附剂材料床，从而i)将离子物质从给水流中吸附到吸附剂上以提供负载的吸附剂并且ii)将颗粒吸附剂材料床用作过滤介质来从该给水流中过滤凝聚颗粒以使凝聚颗粒负载在该床上，由此制备产品水流；c)从该过滤介质中去除所过滤的颗粒和离子物质；并且d)将再生的吸附剂再用于步骤b)中。

Description

用于水处理的方法和设备

发明领域

本发明涉及用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备水产品的方法和设备。本发明可以用于(但决不只用于)制备适于通过例如包括反渗透在内的膜技术工艺进一步处理的水产品。

发明背景

地表淡水的日益短缺意味着在可能的情况下对使用地下水、海水和循环水等代替地表淡水的需求不断增加。使用多种不同技术可以实现非淡水的纯化。在某些情况下，可以使用凝结-絮凝技术初始预处理给水流，随后用诸如沉淀、澄清或砂过滤进行二次处理。第三处理步骤可以包括诸如反渗透的膜过滤以实现所需的水纯化。

亟需提供用于在工业和/或商业规模上纯化水的可替代的、有效且划算的技术。引人关注的实例包括处理循环水或工业废水以使其可以用作不需要饮用水的应用中的水源。

发明概述

本发明涉及用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备产品水流的方法，该方法包括以下步骤：

a)在给水流中形成悬浮颗粒的凝聚体；

b)使含有凝聚颗粒的给水流通过颗粒吸附剂材料床，从而

i)将离子物质从该给水流吸附到吸附剂上以提供负载的吸附剂，并且

ii)将颗粒吸附剂材料床用作过滤介质以从该给水流中过滤凝聚颗粒，以使凝聚颗粒负载于在该床上，并且由此制备产品水流；

c)从该过滤介质中去除所过滤的颗粒和离子物质；并且

d)将该再生的吸附剂再用于步骤b)中。

应当注意到，可以同时进行以上步骤，例如，可以同时在单个柱中或连通的单个柱的不同部分中进行包括步骤b)或步骤c)的任意两个步骤。还可能的是可以连续地或分离地在同一柱中或不同柱中进行以上步骤。

该说明书通篇中，术语柱、器皿或管可以相互替换使用并且包含用于盛放包括液体、气体或颗粒材料在内的材料的任何形式的室。

从过滤介质中去除所过滤的颗粒和离子物质的步骤可以包括从过滤介质中分离所过滤的颗粒以及使用解吸剂从吸附剂中解吸离子物质以提供再生的吸附剂材料。可以例如在不同阶段中同时或分离地进行从过滤介质中分离所过滤的颗粒以及解吸离子物质。适当地，在离子物质从吸附剂解吸之前，从吸附剂中分离所过滤的颗粒。换言之，在所过滤的颗粒已经从吸附剂中分离(例如洗涤)之后，将离子物质解吸。

发明详述

形成凝聚体

形成悬浮颗粒的凝聚体的步骤可以包括任何化学反应或物理反应，其中悬浮颗粒被吸到一起以形成更大的颗粒。形成凝聚体的步骤可以包括使横截面或直径小于0.2mm的任何尺寸的颗粒凝聚。理想地，通过组合尺寸为10nm至0.1mm的颗粒可以形成凝聚体。在该尺寸范围内的颗粒包括但不以任何方式局限于胶体以及诸如病毒、细菌、藻类、原生动物等的生物材料。形成凝聚体的目的是减小给水流中胶体大小的颗粒的部分。

理想地，形成凝聚体的步骤包括用凝结剂处理给水流的进料子流。凝结剂可以为能够改变悬浮颗粒电荷的任何添加剂。例如，增加或减少悬浮颗粒的负电荷或正电荷的量。理想地，凝结剂包括与悬浮颗粒反应的阳离子。凝结剂由此减少在溶液中悬浮的颗粒的表面上的净负电荷。

用于处理给水流的凝结剂的类型可以基于给水流中诸如胶体颗粒的悬浮颗粒类型。凝结剂可以为无机凝结剂或有机凝结剂。

合适的无机凝结剂包括明矾、氯化铁、硫酸铁、氯化铝或者其组合。处理给水流可以包括例如向给水流中以5至20mg/L、理想为8至10mg/L的量加入氯化铁。

有机凝结剂的实例包括阳离子季铵盐单体。

凝结剂可以至少部分地凝聚给水流中的悬浮颗粒。

形成凝聚体的步骤可以包括用絮凝剂处理给水流。形成凝聚体的步骤还可以包括用凝结剂和絮凝剂中的任一种或其组合来处理给水流。在使用凝结剂和絮凝剂处理给水流的情况下，适当地，将凝结剂在第一阶段加入给水流中，从而至少部分地形成凝聚体，之后将絮凝剂在第二阶段加入给水流中，以完成在给水流中凝聚体的形成。在第一和第二阶段中可以以所需的速度在所需的时间内搅拌给水流。此外，给水流的最终成分和凝聚的悬浮颗粒的浓度将依赖于给水流的多种因素。

絮凝剂可以为聚合材料(典型为聚合电解质)，其可以在单个颗粒之间形成“桥”。当聚合物链的片段吸附到不同颗粒上时发生桥连，这有助于颗粒聚集。絮凝剂带有活性基团，该活性基团具有会配衡颗粒电荷的电荷。絮凝剂吸附到颗粒上并且通过桥连或电荷中和而导致不稳定。一些合适的絮凝剂的实例包括下列。

a)矿物絮凝剂，其为胶体物质并包括：

·活性硅胶，

·某些胶体粘土(诸如膨润土)，和

·具有聚合结构的某些金属氢氧化物(明矾、氢氧化铁)

b)天然絮凝剂，其为水可溶的阴离子聚合物、阳离子聚合物或非离子聚合物。非离子聚合物吸附到悬浮颗粒上。天然絮凝剂的实例包括下列。

·淀粉衍生物，其可以为预胶化的，因此为水溶的，并可以为玉米淀粉或马铃薯淀粉。可以为天然淀粉、阴离子氧化的淀粉或胺处理的阳离子淀粉。淀粉衍生物尤其适于造纸应用中的水处理。

·多糖，其可以为瓜尔胶并主要用于酸性介质。

·藻酸盐，其可以为阴离子的。

合成絮凝剂，其包括基于聚丙烯酰胺(非离子物质聚合物)的聚合物。对各悬浮体，一定程度的阴离子、阳离子或非离子特性是有益的。其他合成絮凝剂的实例包括下列。

·聚乙烯亚胺

·聚酰胺-胺

·多胺

·聚乙烯氧化物

·磺化的化合物

吸附剂和离子物质

颗粒吸附剂材料可以为任何材料，包括一般基于其功能性、粒径分布和流体力学强度而选择的离子交换树脂。适当地，吸附剂为粒状并且其尺寸分布小于4.0mm，并且适当为0.1mm至4.0mm，且一般为0.5mm至2.0mm。我们发现该尺寸范围提供了良好的过滤特性。在该范围内树脂可以为多分散的。然而，也可以使用粒径分布在该范围之外的树脂和单分散树脂。

吸附剂的功能性一般基于待吸附(sorbed，包括adsorbed)的靶标物质，并且可以包括下列：强酸阳离子树脂、弱酸阳离子树脂、强碱阴离子树脂、弱碱阴离子树脂、螯合或两性交换树脂。

理想地，当用球磨机磨碎试验来测量时，树脂的流体力学强度将大于95％。该强度会确保树脂可以承受在柱间移动时的各种操作。

合适的吸附剂的实例可以包括以下商品名的市售的离子交换树脂：Purolite C-150、Purolite C-105、Purolite A500-P、Dowex MWC-1、Lewatit CNP-80WS。

吸附剂可以从水中吸附(sorb)或吸附(adsorb)的离子物质可以为任何阴离子物质或阳离子物质。适当地，吸附的离子物质包括含有二价阳离子的物质和含有三价阳离子的物质。含有二价阳离子物质包括含有钙、钡、锶和铁中的一种或多种的物质。

吸附剂还可以吸附(sorb)(诸如吸附(adsorb))含有一价阳离子的物质。

吸附剂还可以吸附(sorb)(诸如吸附(adsorb))包括鞣酸根、腐殖酸根和黄腐酸根的离子有机物质。

树脂的过滤性质将由固体吸附剂的尺寸分布确定，其适当地等于或大于4.0mm。另外，吸附剂的形状还对吸附剂间的空隙的尺寸起作用，凝聚颗粒从给水流被捕获到该空隙中。换言之，吸附剂适当地用作颗粒过滤介质。

尽管吸附剂床可以为固定床时，但该床优选为移动床。该床可以为连续移动床，或适当地为周期(即分段(in stagewise))移动且在分段移动之间固定的床。换言之，吸附剂颗粒材料床可以间歇移动。

在一个实例中，吸附剂和给水流可以以逆流方向流动，其中产品水流向上移动通过柱并且吸附剂床在柱中向下移动。理想地，向柱的上段加入空白吸附剂(barrensorbent)，并且理想地在柱的顶部，并且在柱的上段或顶部处、或柱的上段或顶部附近排出所述产品水流。

整个床或该床的一段(一般为床的下段)可以从柱中取出。

理想地，负载有离子物质并且负载有所过滤的凝聚颗粒的床的下段被定期从所述柱的底段排出。当吸附剂床的下段被从柱中移除时，可以使给水流停止进入柱，或者可以将给水流供给至被排出的床下段以上的床部分。

当不从柱中排出床的该段时，可以将给水流供给至柱的底段。

可以将吸附剂在柱中保留高达10小时，并且适当为2至10小时。

从柱顶部排出的产品水流可以具有以下性质：

·浊度<0.5NTU

·污染密度指数<4。

从给水流中去除的离子物质的量还可以高达99wt％，并且适当为95至99wt％的去除。

产品水流可以随后消耗于其意欲用途中，或者，用更细的颗粒以及包括电过滤和薄膜技术(包括例如反渗透)的去离子技术进一步处理。

分离所过滤的颗粒

从过滤介质中分离所过滤的颗粒可以涉及包括反洗、矿石筛(trammel)洗涤、旋风分离以及连续在线过滤和洗涤的任何形式的分离技术。连续在线过滤和洗涤可以为下述方法，即其中在用于过滤给水流中颗粒材料的器皿的上段提供吸附剂过滤介质，并且该过滤介质在器皿中向下移动且给水流从器皿的下段向器皿的上段向上移动。气升器(airlift)将部分吸附剂过滤介质从下段向上移动至接收一部分经过滤的给水流的室，从而洗涤吸附剂介质中的所过滤的颗粒。

适当地，由洗涤水将所过滤的颗粒与过滤介质的吸附剂颗粒分离。从柱中排出的吸附剂可以例如通过气动提升而移动至从吸附剂洗去所过滤的颗粒的洗涤阶段。使用包括自来水、河水、水库水、雨水径流水等的任何洗涤水可以进行所过滤的颗粒的洗涤。在一个实例中，洗涤水可以为在给水流中形成凝聚体的步骤之前从给水流中分出的给水流子流。

洗涤阶段可以为柱形式，其中吸附剂进入柱的顶部并且间歇地沿柱向下移动。洗涤水可以与吸附剂逆流地进入柱的底部。柱中的吸附剂在柱的至少一个流化段中流化以增强从吸附剂中洗去颗粒。

当在固体非流化床中时，吸附剂可以在流化段被流化以使吸附剂床以100-200％的吸附剂体积而膨胀。在该流化段中，洗涤水的流动速率可以为至少10m/hr，适当为10至30m/hr，且理想为15至20m/hr。速率可以根据吸附剂颗粒的具体的重力、尺寸和流体力学而不同。

洗涤水的速率可以经调节以便洗涤水的速率使所过滤的颗粒流化并从膨胀的树脂中脱离。通过选择洗涤阶段的合适的截面积和/或控制洗涤水流的表面速度可以实现该效果。颗粒随水流动并且在溢出流中被去除。在合适时段的洗涤之后并且在任何树脂从该柱运走之前使树脂沉淀。

可以将洗涤水注入柱中多个点和/或可以将多股洗涤水流以不同流速注入，以使洗涤水在柱的顶部的流速更高而在柱的底部的流速更低。

含有来自该洗涤阶段的颗粒的溢出洗涤水可以完全或部分地流回至以下的任一个或其组合：给水池、沉降池、澄清池、蒸发池等。来自澄清池或沉降池的溢出流可以返回给水流。

间歇地，可以将经洗涤的吸附剂通过例如气动提升运输至解吸阶段。

解吸

使用任何解吸溶液可以进行从吸附剂解吸离子物质。例如，解吸溶液可以为以下任一种：i)诸如无机酸的酸；ii)诸如无机碱的碱；以及iii)诸如无机盐的盐。

解吸离子物质可以包括使吸附剂与解吸溶液在解吸柱中逆流移动。

通过吸附剂与解吸溶液流的逆流移动，最大化反应的驱动力，由此提供比批操作原理更有效的解吸。完全负载的树脂进入柱的顶部，其中排出具有最高浓度的靶标物质的溶液。

新鲜的解吸溶液与负载的树脂流逆流地进入解吸柱的底部。随着解吸溶液沿柱向上流动，靶标物质从树脂剥离。浓缩的盐水从柱的顶部排出。例如，柱的顶部可以具有烛台漏(candle stick drain)(具有400μm筛)并且浓缩的盐水流至盐水箱。

根据解吸柱的设计，解吸溶液体积与树脂床体积的比为1至2。例如，如果系统中树脂流速为1m³/hr，则所需的解吸溶液可以为1-2m³/hr。

在解吸柱中吸附剂和解吸溶液的总的树脂保留时间可以高达10小时，且一般为5至10小时。

间歇地，一批次的再生的吸附剂可以从解吸阶段排出并且通过例如气升器运输至吸附剂冲洗阶段。

吸附剂冲洗

所述方法还可以包括吸附剂冲洗步骤，其中从吸附剂中洗掉或冲掉解吸的离子物质和解吸溶液。冲洗后，吸附剂随后可以回收以再用于步骤b)，其中吸附剂用于吸附(sorb)或吸附(adsorption)离子物质并且作为过滤介质来从经处理的给水流中过滤包括凝聚颗粒在内的颗粒。

用诸如自来水、水箱水、地下水等的冲洗水可以进行冲洗步骤。适当地，冲洗水为产品水流的子流。

适当地，冲洗水流在诸如冲洗柱的冲洗阶段中进行，其中水进入柱的底部并且以与吸附剂移动方向逆流的方向沿柱向上行进。

含有低浓度的解吸溶液的原料水流从冲洗柱的顶部排出。例如，原料流可以通过烛台漏(具有400μm筛)排出并且靠重力流至解吸溶液箱。将该水与诸如酸、碱或盐的浓缩解吸试剂混合以制备用于解吸步骤的解吸溶液。

间歇地，将一批次的经洗涤的解吸剂通过气升器从解吸柱的底部运输至步骤b)。

除了以上所述的信息，在多步之间的吸附剂流动可以为半连续的，即，一定量的吸附剂以定时间隔(适当为有规律的时间间隔)从一步移动至下一步。

另外，连续地或间断地进行吸附剂从一个阶段向下一个阶段的运输。不同时进行吸附剂从一个阶段向下一个阶段的运输。在吸附剂从任一个柱运输出的过程中，停止向柱供给溶液，同时从各柱取出吸附剂。

可以耗时任意的时间(但一般为1至3分钟)将吸附剂从一个阶段运输至下一个阶段。

本发明还提供了用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备产品水流的设备。该设备包括：

接收给水流并且在其中使给水流的悬浮颗粒凝聚的混合器或混合管；

第一分离阶段，其含有颗粒吸附材料床并且含有凝聚颗粒的给水流被传送经过所述床，从而

i)将离子物质从该给水流吸附到吸附剂上以负载吸附剂，并且

ii)将颗粒吸附剂材料床用作过滤介质来从给水流过滤凝聚颗粒，由此制备所述产品水流；

第二分离阶段，其中将所过滤的颗粒和离子物质从过滤介质的吸附剂中去除；以及

传送装置，用于将所述再生的吸附剂从所述第二分离阶段传送至所述第一分离阶段。

第二分离阶段可以包括洗涤柱，向该洗涤柱中供给i)吸附剂床，和ii)用于从负载的床中洗掉所过滤的颗粒的洗涤水。

第二分离阶段还可以包括解吸柱，解吸剂将离子物质从吸附剂上剥离进入解吸柱以形成再生的吸附剂。适当地，在已从吸附剂上去除(例如洗涤)所过滤的颗粒之后从吸附剂上剥离离子物质。

装置还可以包括本文所述方法的任一特征。

附图简要说明

现在参照附图进一步说明本发明，其中：

图1为例示本发明优选实施方案的方法和设备的图；

图2为用于进行试验的试验装备的示意图；

图3a为在如图2所示的柱中离子吸附和颗粒过滤之前用凝结剂和絮凝剂处理后的给水流样品的照片；

图3b为从如图2所示的柱的顶部排出的经处理的水样品的照片；以及

图3c为从如图2所示的柱的底部排出的树脂中洗下的固体样品的照片。

附图说明

参照图1，本发明优选实施方案的方法和设备包括四个柱，即，吸附柱11、洗涤柱12、解吸柱13和冲洗柱14。离子交换树脂形式的吸附剂(当用球磨机磨碎试验测量时，流体力学强度大于95％，并且尺寸分布等于或更少于4.0mm)沿各个柱向下传送(如虚线箭头所示)，并通过线路1至线路3从一个柱的底部传送至下一个柱的顶部。再生的树脂从冲洗柱14回收，通过线路4返回吸附柱11。

将含有未溶的离子物质和尺寸为至少10nm且适当为10nm至0.1mm的悬浮颗粒的给水流5供给入给水箱6。通过形成悬浮颗粒的凝聚体从给水流制备产品水流10。理想地，在两个阶段进行凝聚体的形成，然而，应当理解可以使用任意数量的阶段。两个阶段适当地包括初始凝结阶段，其中将以给水流5的约8至10mg/L的浓度将诸如氯化铁的凝结剂加入混合器7或混合管中的给水流中。凝结步骤将具有使一些颗粒的表面成中性以使颗粒至少部分凝聚的作用。形成凝聚体的阶段还适当地包括向器皿8中的经凝结的进料流添加絮凝剂以制备具有形成的凝聚体的经预处理的给水流9。将给水流9供给入解吸柱11的底部并且向上传送，如实线箭头的方向所示，其与树脂流方向逆流。随着给水流9向上流进柱11，离子物质吸附在树脂上。另外，选择树脂的尺寸分布，即等于或大于4.0mm，以使凝聚体被捕获在柱11的树脂颗粒间的空隙中，以使给水流5和9滤除悬浮颗粒和凝聚体。

从柱11的顶部排出产品水流10(吸附的离子物质相对较少并且几乎没有10nm至0.1mm尺寸范围的悬浮颗粒)，这归因于形成凝聚体步骤以及吸附剂树脂的组合的吸附和过滤特性。应当理解如果在给水流中存在，则大于0.1mm的颗粒也会被吸附剂树脂过滤。优选实施方案的方法和设备的一个益处是在从给水流中吸附离子物质之前可以不需要诸如砂过滤的额外步骤。根据优选实施方案，合适的产品水流10的浊度小于0.5NTU并且污染密度指数小于4。

将柱11的树脂如线路1所示通过常规气升器半连续或分段地传送至柱12的顶部。具体地，基于给水流9的情况，以有规律的时间间隔间歇地将一定量的树脂从柱11移动至柱12。当将树脂从柱11的底部取出时，停止给水流9向柱11底部的供应。柱11中的树脂基本是固体且非流化床，其以增量方式移动并且在不将树脂从柱11去除的时段内为固定的。

将树脂供给至洗涤柱12的顶部并且在其中以虚线箭头的方向向下移动。通常，从箱6分离出给水流5的旁流15并供给至洗涤柱12的底部以用作洗涤水。在形成凝聚体之前从给水流5分离出旁流15。树脂在洗涤柱12中被充分膨胀或流化，例如，通过悬浮于100至200％体积的树脂未在其中流化的洗涤水中来流化树脂，从而有效地将凝聚颗粒从树脂洗掉。含有大部分悬浮颗粒的溢出洗涤水流16随后可以进一步在澄清池17中处理，其中分离固体和液体并使液体通过箱6返回至进料，并且将固体导向沉降或蒸发池18。或者，可以将溢出流导向进料池。

将在洗涤柱12中经洗涤的树脂从柱12的底部排出并且经由线路2通过气升器运输至解吸柱13的顶部。柱13中的树脂沿虚线箭头的方向且以与实线箭头所示的解吸溶液流24的移动方向逆流的方式向下移动。解吸流24包括已加入诸如酸、碱或盐的合适试剂21的洗涤水14。解吸流24在柱13中向上流动，期间树脂上的离子物质优先被解吸至解吸溶液中的酸、碱或盐并且盐水溶液22从柱13的顶部排出。

剥离了所吸附的离子物质的树脂随后从柱13的底部排出并且在线路3中通过气升器传送至冲洗柱14的顶部。柱14中的树脂以与冲洗水流23(适当地为产品水流10的旁流)逆流的方式向下移动。冲洗水流23的溢出流可以与解吸剂21合并以形成解吸流24。

可以将从柱14的底部排出的经冲洗的树脂经由线路4通过气升器传送至吸附柱11的顶端。

当从柱11、柱12、柱13和柱14的底部排出树脂时，将停止流9、流15、流24和流23各自向柱底部的供应。应当理解的是可以同时或在不同时间在柱11、柱12、柱13和柱14之间移动树脂。

先导试验

进行先导试验以验证以下的联用：i)通过凝结和絮凝形成在给水流中悬浮颗粒的凝聚体，和ii)使给水流通过吸附剂颗粒床以同时过滤悬浮颗粒并从给水流吸附离子物质。试验的结果提供了对下述的见解，即是否可以以成本有效方式大幅减少未净化水中胶体颗粒的浓度并且能够使产品水流经受在需要情况下的后续处理步骤，诸如反渗透。

需要能够处理水以去除盐、胶体颗粒以及尺寸范围为10nm至0.1mm的其他颗粒。先导试验的目的是通过首先用凝结和絮凝技术凝聚颗粒以形成更大的颗粒，从而去除在该尺寸范围内的颗粒。下面是所进行的先导试验的详述。

试验装置

图2是用于进行试验的试验装置的示意图。该试验装置包括具有2,700mL总体积的吸附柱。柱中负载2,000mL的弱酸性阳离子(WAC)交换树脂。试验装置还包括过滤筛6和出口阀7，以及出水箱8、进水箱2和给水泵3，以及进口阀4和用于从柱1中排出树脂的树脂运输阀5。

树脂位于进口阀4和过滤筛6之间。将额外体积的树脂放置在过滤筛6以上的树脂顶部以向下紧密堆积柱1中的工作树脂并且防止树脂在高液体表面速度下膨胀。

方法

提供1,000L IBC的受污染的池塘水作为试验装置的进料源。向给水流中加入氯化铁(以Fe³⁺计为10ppm)形式的凝结剂并且用顶置式搅拌器以100-120rpm(高速)的速度混合。3-4分钟后，将混合速度降至45-55rpm(低速)，并加入阴离子聚合物形式的絮凝剂Ultrion7175(计为0.2ppm)且再混合15分钟。进行两次试验并且这两次试验所用的给水流的浊度均为9.5NTU。

将预处理的给水流溶液(不断以低速混合)泵入如图2所示的树脂填充柱的底端。

周期地，将200mL份的树脂从柱底端取出并且沉积于负载树脂容器中；向柱的顶部加入200mL空白树脂(barren resin)的等价样品。

这种方式移动树脂使水与树脂的比例受控并且模拟工厂设备的逆流操作。改变柱的树脂比例(即通过柱的树脂的流速相对于水的流速)会改变到达树脂柱的底部并且从中去除的所所过滤的颗粒的量。

使用了两种树脂比例(计作水流速/树脂流速)以检验树脂比例是否会影响树脂柱将水过滤至满意水平的能力。

下面的表1总结了树脂比例。

表1：流动条件下测试的树脂比例

两个测试时段，每一树脂比例的时段进行了两天，每天进行7小时。

在操作过程中，在整个树脂运输循环时间中周期地取出样品以分析NTU。

用于浊度测量的样品在以下时间取出：

·树脂运输前5分钟

·树脂运输后1分钟

·树脂运输后20分钟

在测试过程中，收集经处理的水，并且采用复合样品且分析污染密度指数(SDI)。

分析表明1:50和1:75比例实施中性能差别非常少。这表明从柱中取出的树脂体积在两种情况下都足以去除在树脂床中积累的所有所过滤的颗粒。树脂床的性能看起来不随时间恶化。

将两种树脂比例下的水的复合样品送至外部实验室以分析SDI。以下表2提供了两种树脂比例的浊度(NTU)和污染密度指数(SDI)。

表2：复合物的浊度和污染密度指数结果

树脂比例	UTD	SDI
			1:50	0.15	3.95
1:75	0.15	3.91

用流化方法洗涤从柱中取出的树脂以分离和收集固体。图3a至图3c为不同样品的照片，即，图3a为用凝结剂和絮凝剂形成凝聚体之后的给水流，图3b为从柱顶部排出的经处理的水，以及图3c为从树脂中洗出的固体的样品。可以看出，图3a的水为半透明(或仅部分透明的)，并且从水的着色上可以看出悬浮材料的存在，而图3b的水为透明的，这代表了水中悬浮颗粒相对较少。相反地，图3c所示的水为含有从树脂上洗出的固体或离子的洗涤液的样品。可以看出，该水由于颗粒而浑浊并且为不透明的。

结果

使用凝结剂和絮凝剂、之后以1:50和1:75的树脂比例用半连续填充移动离子交换方法处理水，制备出具有0.15NTU的浊度和3.9的污染密度指数的水。

该水适于反渗透处理而不需进一步的固体过滤。以上处理消除了对使用多介质过滤器、微滤和超滤来大量过滤此类水的需求，或者在仍需要的情况下则显著减小过滤单元的尺寸。

此外，通过流体洗涤技术将树脂床所捕获的固体很容易地从树脂珠粒(beads)分离。使用层板分离器(lamella plate separator)或类似装置可以增厚该固体，从而进一步增加水的回收效率。

Claims (48)

1.用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备产品水流的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在所述给水流中形成所述悬浮颗粒的凝聚体，其中所述形成凝聚体的步骤包括使直径小于0.2mm的颗粒凝聚；

b)使含有在步骤a)中形成的凝聚颗粒的所述给水流通过颗粒吸附剂材料床，从而

i)将所述离子物质从所述给水流吸附到所述吸附剂上以提供负载的吸附剂，并且

ii)将颗粒吸附剂材料床用作过滤介质以从所述给水流中过滤所述凝聚颗粒，以使所述凝聚颗粒负载在所述床上，由此制备所述产品水流；

c)从所述过滤介质中去除所过滤的颗粒和所述离子物质，步骤如下

·从所述吸附剂中洗掉所述所过滤的颗粒，其中用于从所述过滤介质中洗掉所过滤的颗粒的洗涤水为在所述给水流中形成凝聚体的步骤之前从所述给水流中分离出的所述给水流的子流；并且

·使用解吸溶液从所述吸附剂解吸所述离子物质以提供再生的吸附剂；

d)将所述再生的吸附剂再用于步骤b)中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成凝聚体的步骤包括使直径为10nm至0.1mm的颗粒凝聚。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成凝聚体的步骤包括用凝结剂处理所述给水流或其至少一部分。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述凝结剂包括明矾、氯化铁、硫酸铁、氯化铝的任何一种或其组合。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述氯化铁的量相对于所述给水流为5至20mg/L。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述氯化铁的量相对于所述给水流为8至10mg/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述形成凝聚体的步骤包括用絮凝剂处理所述给水流或其至少一部分。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述絮凝剂为聚合电解质。

9.根据权利要求3所述的方法，其中所述形成凝聚体的步骤还包括用絮凝剂处理所述给水流或其至少一部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述絮凝剂为聚合电解质。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述颗粒吸附剂材料床为固定床。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述颗粒吸附剂材料床为在柱中的连续移动床，或在所述柱中分段地移动并且在分段移动之间固定的床，并且其中所述吸附剂和给水流以逆流方向流动，其中向所述柱的上段加入空白吸附剂，并且在所述柱的上段处或所述柱的上段附近排出所述产品水流。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述颗粒吸附剂材料床用作颗粒过滤介质，其中凝聚颗粒从所述给水流被捕获到所述吸附剂材料之间的空隙中或附近。

14.根据权利要求12所述的方法，其中负载有离子物质并且负载有所过滤的凝聚颗粒的所述床的下段定期地从所述柱排出。

15.根据权利要求14所述的方法，其中当所述吸附剂床的下段从所述柱中排出时，所述给水流停止进入所述柱，或者将所述给水流供给至被排出的所述床的下段以上的所述床的部分。

16.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述产品水流具有以下性质：

·浊度<0.5NTU

·污染密度指数<4。

17.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中从所述给水流中去除的离子物质的量高达99wt％。

18.根据权利要求17所述的方法，其中以95至99wt％的量从所述给水流中去除所述离子物质。

19.根据权利要求1所述的方法，其中所述吸附剂在洗涤阶段的至少一个流化段被流化，其中所述吸附剂当在固体非流化床中时悬浮在体积为所述吸附剂体积的100至200％的洗涤水中。

20.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述解吸溶液包含以下任一种：i)酸；ii)碱；以及iii)盐。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述酸为无机酸。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述碱为无机碱。

23.根据权利要求20所述的方法，其中所述盐为无机盐。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述解吸溶液在解吸柱中与所述吸附剂逆流移动。

25.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述方法包括吸附剂冲洗步骤，其中在根据步骤d)再利用所述吸附剂之前将解吸的离子物质和解吸溶液从所述吸附剂中洗掉或冲掉。

26.如权利要求25所述的方法，其中使用所述产品水流的子流实施所述冲洗步骤。

27.用于从给水流中去除悬浮颗粒和至少一种离子物质以制备产品水流的设备，所述设备包括：

接收给水流并且在其中使所述给水流的悬浮颗粒凝聚以形成凝聚体的混合器，其中所述凝聚包括使直径小于0.2mm的颗粒凝聚以形成凝聚体；

第一分离阶段，其含有颗粒吸附剂材料床，并且含有在所述混合器中形成的所述凝聚颗粒的所述给水流被传送经过所述床，从而

i)将所述离子物质从所述给水流吸附到所述吸附剂上以负载所述吸附剂，并且

ii)将在所述吸附剂材料之间的所述悬浮颗粒过滤以提供负载过滤床，由此制备产品水流；

第二分离阶段，其中将所述所过滤的颗粒和所述离子物质从用作过滤介质的所述吸附剂中去除，并且所述第二分离阶段包括

·洗涤阶段，其中从所述过滤介质中洗涤掉所述所过滤的颗粒，其中洗涤水为在所述给水流中形成凝聚颗粒的步骤之前从所述给水流中分离出的所述给水流的子流；

·解吸阶段，其中所述吸附剂与解吸溶液逆流移动，所述解吸溶液从所述吸附剂中解吸所述离子物质以形成再生的吸附剂；以及

传送装置，用于将再生的吸附剂从所述第二分离阶段传送至所述第一分离阶段。

28.根据权利要求27所述的设备，其中所述凝聚包括使具有10nm至0.1mm的直径的颗粒凝聚以形成凝聚体。

29.根据权利要求27所述的设备，其中用凝结剂预处理所述给水流以形成所述凝聚颗粒。

30.根据权利要求29所述的设备，其中所述凝结剂包括明矾、氯化铁、硫酸铁、氯化铝的任一种或其组合。

31.根据权利要求30所述的设备，其中所述氯化铁的量相对于所述给水流为5至20mg/L。

32.根据权利要求31所述的设备，其中所述氯化铁的量相对于所述给水流为8至10mg/L。

33.根据权利要求27所述的设备，其中用絮凝剂预处理所述给水流以形成所述凝聚颗粒。

34.根据权利要求33所述的设备，其中所述絮凝剂为聚合电解质。

35.根据权利要求29所述的设备，其中还用絮凝剂预处理所述给水流以形成所述凝聚颗粒。

36.根据权利要求35所述的设备，其中所述絮凝剂为聚合电解质。

37.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中所述吸附剂颗粒材料床为固定床。

38.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中所述颗粒吸附剂材料床为在柱中的连续移动床，或在所述柱中分段地移动并且在分段移动之间固定的床，并且其中所述吸附剂和给水流以逆流方向流动，其中向所述柱的上段加入空白吸附剂，并且在所述柱的上段处或所述柱的上段附近排出所述产品水流。

39.根据权利要求38所述的设备，其中负载有离子物质并且负载有所过滤的凝聚颗粒的所述床的下段定期地从所述柱的底段排出。

40.根据权利要求39所述的设备，其中当所述吸附剂床的下段从所述柱中排出时，所述给水流停止进入所述柱，或者将所述给水流供给至被排出的所述床的下段以上的所述床的部分。

41.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中所述产品水流具有以下性质：

·浊度<0.5NTU

·污染密度指数<4。

42.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中从所述给水流中去除的离子物质的量高达99wt％。

43.根据权利要求42所述的设备，其中以95至99wt％的量从所述给水流中去除所述离子物质。

44.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中所述洗涤阶段包括至少一个流化段，其中所述吸附剂当未流化时悬浮在体积为所述吸附剂体积的100至200％的洗涤水中。

45.根据权利要求27至36中任一项所述的设备，其中所述第二分离阶段包括用于从所述吸附剂解吸所述离子物质的所述解吸溶液，其为以下任一种：i)酸；ii)碱；以及iii)盐。

46.根据权利要求45所述的设备，其中所述酸为无机酸。

47.根据权利要求45所述的设备，其中所述碱为无机碱。

48.根据权利要求45所述的设备，其中所述盐为无机盐。