CN105536888B - 利用压缩空气以减少再生液及废水的设备与方法 - Google Patents

利用压缩空气以减少再生液及废水的设备与方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种利用压缩空气以减少再生液及废水的设备与方法，该方法包括第一次通液交换、第一次进气排空、第一次辅助排空、第一次洗净及逆洗、第二次进气排空、第一次再生等步骤，完成离子交换树脂塔的处理程序。于第一次洗净及逆洗步骤之前进行第一次进气排空与第一次辅助排空二步骤，能有利于降低洗净离子交换树脂塔所需的总水量及处理程序中收集的总废水量。此外，通过重复再利用再生剂的方式，可减少再生液的排放，提高再生液中欲吸附物质浓度，同时降低离子交换树脂塔的处理程序中对环境造成的污染。

Description

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
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
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 volume，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。
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100ppm提高至介于1000ppm至5000ppm的区间。
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。
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。
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
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。
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：
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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0.01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0.01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0.1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0.1体积百分比至40体积百分比。
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。
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。
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所产生的再生液中欲吸附物质的浓度是低于排放至再生剂槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度，且排放至再生剂槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度是低于排放至再生剂回收槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度。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。
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：
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；
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；
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；
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；
第六次进气排空步骤，其是重复进行所述的第二次进气排空步骤；
第二次再生步骤，其是重复进行所述的第一次再生步骤；
第七次进气排空步骤，其是重复进行所述的第三次进气排空步骤；
第四次辅助排空步骤，其是重复进行所述的第二次辅助排空步骤；
第二次洗净步骤，其是重复进行所述的第一次洗净步骤；
第八次进气排空步骤，其是重复进行所述的第四次进气排空步骤；
其中，所述第二次再生步骤是由所述离子交换树脂塔的下开口向上打入再生剂，该第二次再生步骤所打入的再生剂包括由第一次再生步骤至第一次洗净步骤中所回收得到的再生液，即该第二次再生步骤所打入的再生剂的一部分为由第一次再生步骤至第一次洗净步骤中所回收得到的再生液。所使用的再生液可由进气排空、辅助排空、洗净初期等步骤排出的再生液或含高浓度再生液的水洗水作为该次再生时再生液的补水或补浓再生液来源，另外，可利用文氏管添加或直接添加的方式，补充浓再生剂。
据此，第一次离子交换树脂塔的处理程序中所收集得到再生液可再与新再生剂(例如：浓度较高的再生剂)混合，配制成所需浓度的再生剂后，供第二次离子交换树脂塔的处理程序中使用。更佳的，所述收集得到的再生液于补充浓度较高的再生剂后，可再重复使用1至5次。此外，第二次再生步骤中所补充的浓再生剂的用量是低于或等于第一次再生时浓再生剂的用量的一半。
较佳的，该方法包括：于通液交换后的洗净及逆洗或再生后的洗净等二步骤结束后，执行进气排空步骤，回收离子交换树脂塔内部及管线的干净水洗水，将水洗水排入水洗水回收槽。更佳的，于离子交换树脂塔的处理程序，由离子交换树脂塔的上开口或下开口所排出的水洗水，当水洗水中含有低欲吸附物质的浓度时，该水洗水是排至水洗水回收槽；该方法包括：回收第一次通液交换步骤至第四次进气排空步骤中所产生的水洗水；且所述第二次通液交换步骤包括：将回收的水洗水进入离子交换树脂塔，使回收的水洗水中欲吸附物质被离子交换树脂塔的离子交换树脂吸附，水洗水得以回收再利用。
较佳的，所述通液交换步骤及再生步骤可采用内循环的方式进行，使离子交换树脂塔中的离子交换树脂吸附或再生完全，同时进一步降低通液交换所需的水量及再生步骤中所需的再生剂的总用量。
此外，本发明另提供一种利用压缩空气以减少再生液及废水的设备，其包括：
一离子交换树脂塔，其具有一上开口及一下开口，所述上开口的位置相对于所述下开口的位置；
一废水/自来水槽，所述废水/自来水槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一压缩空气源，所述压缩空气源与离子交换树脂塔的上开口相连通；
一再生剂槽，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；
一纯水源槽，所述纯水源槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一废水处理槽，所述废水处理槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一再生剂回收槽，所述再生剂回收槽与离子交换树脂塔的上开口相连通；
一委外清运槽，所述委外清运槽与所述再生剂回收槽相连通；以及
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。
较佳的，该设备包括一主泵浦、一上进水阀及一下进水阀，所述主泵浦是设置在离子交换树脂塔连通至所述废水/自来水槽、再生剂槽、纯水源槽及水洗水回收槽的共同管线上，所述上进水阀设置于所述的离子交换树脂塔与所述主泵浦之间，所述下进水阀设置于所述的离子交换树脂塔与所述主泵浦之间。
较佳的，所述离子交换树脂塔中包含可供进行离子交换的离子交换树脂，所述离子交换树脂可为强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阳离子交换树脂、弱碱性阳离子交换树脂、选择性离子交换树脂、螯合树脂(chelating resin)或吸收树脂(absorber resin)。
较佳的，再生剂可配合所选用的离子交换树脂而选用，例如：卤水(例如：氯化钠)、酸性溶液(例如：硫酸水溶液、盐酸水溶液)、碱性溶液(例如：氢氧化钠)或有机溶剂(例如：甲醇)。所述酸性溶液或碱性溶液的浓度可为5重量百分比至20重量百分比。
较佳的，所述再生剂可依需求利用文氏管吸取浓的再生剂由离子交换树脂塔的下开口向上打入再生剂，或者，直接将适当浓度的再生剂加入再生剂槽中。更佳的，应提高所需的再生液浓度，减少再生液中欲吸附物质及水洗水进入再生液的影响。
较佳的，所述第一次进气排空步骤、第一次辅助排空步骤、第一次清洗及逆洗步骤及第一次洗净步骤中在初期排水时，含有欲回收物质的液体应排放至水洗水回收槽中，以供下次通液交换时处理。
附图说明
图1为本发明利用压缩空气减少再生液及废水的设备的连接示意图。
图2为本发明利用压缩空气减少再生液及废水的设备的管线配置示意图。
图3为本发明利用压缩空气减少再生液及废水的方法的流程图。
具体实施方式
以下配合附图及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
请参阅图1所示，本发明利用压缩空气以减少再生液及废水的设备包括：一废水/自来水槽1、一离子交换树脂塔2、一压缩空气源3、一再生剂槽4、一纯水源槽5、一废水处理槽6、一再生剂回收槽7、一委外清运槽8以及一水洗水回收槽9。
如图1的单向箭头或双向箭头所示，所述离子交换树脂塔2具有相对的一上开口及一下开口，所述的废水/自来水槽1与离子交换树脂塔2单向连接，以将废水/自来水槽1中的废水或自来水自离子交换树脂塔2的上开口或下开口通入。所述离子交换树脂塔2与压缩空气源3单向连接，以自离子交换树脂塔2的上开口进气。所述离子交换树脂塔2与再生剂槽4双向连接，以自离子交换树脂塔2的下开口通入再生剂，再生后自离子交换树脂塔2的上开口排出再生剂，流回再生剂槽4，亦可自离子交换树脂塔2的下开口排出残留的再生剂，将再生剂流至再生剂槽4。所述离子交换树脂塔2与纯水源槽5单向连接，以自离子交换树脂塔2的上开口或下开口通入纯水。所述离子交换树脂塔2与废水处理槽6单向连接，以自离子交换树脂塔2的上开口或下开口排出废水，流至废水处理槽6。所述离子交换树脂塔2与再生剂回收槽7单向连接，以自离子交换树脂塔2的上开口排出再生液，令其流至再生剂回收槽7。所述再生剂回收槽7是与委外清运槽8连接，以将再生剂回收槽7中收集的回收再生剂运至委外清运槽8。所述离子交换树脂塔2与水洗水回收槽9双向连接，以自离子交换树脂塔2的上开口或下开口排出水洗水，令水洗水流至水洗水回收槽9，亦可自离子交换树脂塔2的上开口或下开口通入水洗水。
更具体而言，请参阅图2所示的管线配置示意图，本发明利用压缩空气减少再生液及废水的设备中更可选择性地包含一上进水气动阀A、一下进水气动阀B、多个次气动阀C、流量计D、主泵浦E及多个辅助泵浦F。
所述上进水气动阀A位于离子交换树脂塔2与主泵浦E相连接的管线之间，上进水气动阀A用于控制令废水/自来水槽1中的自来水或废水、纯水源槽5中的纯水或水洗水回收槽9中的水洗水由离子交换树脂塔2的上开口通入。
所述下进水气动阀B位于离子交换树脂塔2与主泵浦E相连接的管线之间，下进水气动阀B用于控制令废水/自来水槽1中的自来水或废水、再生剂槽4中的再生剂、纯水源槽5中的纯水或水洗水回收槽9中的水洗水由离子交换树脂塔2的下开口通入。所述上进水气动阀A与下进水气动阀B二者择一开启，以决定将废水或自来水、再生剂、纯水或水洗水自离子交换树脂塔2的上开口或下开口通入。
所述次气动阀C分别设置在离子交换树脂塔2连通至废水/自来水槽1、压缩空气源3、再生剂槽4、纯水源槽5、废水处理槽6、再生剂回收槽7以及水洗水回收槽9的多个管线之间，以控制液体流入或排出离子交换树脂塔2、控制压缩气体流入离子交换树脂塔2中。所述的压缩空气源3的次气动阀C安装的位置在管线31上，通过开启或关闭压缩空气源3连通至离子交换树脂塔2的管线。当压缩空气源3进入管线时，可一并排出管线中残留的再生剂、水洗水、废水或自来水。此外，纯水源槽5的次气动阀C的安装的位置在管线51，通过开启或关闭纯水源槽5连通至离子交换树脂塔2的管线，可一并清洗管线中残留的再生剂、水洗水、废水或自来水，同时送入离子交换树脂塔2中。
所述流量计D设置于废水/自来水槽1、再生剂槽4、纯水源槽5及水洗水回收槽9连通至主泵浦E的共同管线之间，以计量流入离子交换树脂塔2的废水或自来水、再生剂、纯水或水洗水的总量。所述共同管线与管线11、41、51及91相连接。
所述主泵浦E设置于废水/自来水槽1、再生剂槽4、纯水源槽5及水洗水回收槽9四者的共同管线与离子交换树脂塔2之间，用于将液体送入离子交换树脂塔2中。
所述多个辅助泵浦F分别设置于废水/自来水槽1与次气动阀C连通的管线11之间、再生剂槽4与次气动阀C连通的管线41之间、纯水源槽5与次气动阀C连通的管线51之间及水洗水回收槽9与次气动阀C连通的管线91之间，以辅助将废水或自来水、再生剂、纯水或水洗水由前述槽体中送出。
实施例1
以下，配合参阅图2所示的设备及图3所示的操作流程，示范性说明本发明利用压缩空气减少再生液及废水的设备与方法处理化学镀镍废水，经由离子交换树脂塔的处理程序中，回收得到硫酸镍的实施方式。本实施例的具体实施方式包括以下步骤：
(a)第一次通液交换步骤：
首先，开启上进水气动阀A及设于管线11上的次气动阀C，经管线11，利用主泵浦E及辅助泵浦F，将废水/自来水槽1中的化学镀镍废水(即所述的废水)由体积200升的离子交换树脂塔2的上开口通入，以流速为12L/min，进行通液交换步骤，使化学镀镍废水中的镍(即欲被吸附的物质)被离子交换树脂塔2中的选择性离子交换树脂所吸附。于此，所述的化学镀镍废水中含有4.9g/L的镍离子、140g/L的亚磷酸钠及次磷酸钠、72g/L的有机酸螯合剂，所述有机酸螯合剂包含乳酸、羟基乙酸、琥珀酸。
于实际操作过程中，另以滴定分析方法确定化学镀镍废水流经离子交换树脂塔2前、后的镍含量，以确定在通液交换步骤期间，离子交换树脂塔2的吸附量是否已逐渐趋近于饱和，其分析结果如下表1所示。
表1：化学镀镍废水的通入时间、通入量以及其流经离子交换树脂塔前、后的镍含量随通入时间的变化。
于此步骤中，经离子交换树脂塔2的下开口流出的化学镀镍废水会依据其中所含的镍含量决定排出的目标槽体。当所处理的化学镀镍废水量低于1080L时，流经离子交换树脂塔2后排出的化学镀镍废水的镍含量皆控制在小于0.1g/L，此时，开启管线61上的次气动阀C，使化学镀镍废水经管线61排放至废水处理槽6；而后，随着离子交换树脂塔2处理的化学镀镍废水量提高时，离子交换树脂塔2的吸附量逐渐趋近于饱和，致使自离子交换树脂塔2的下开口排出的化学镀镍废水的镍含量提高至0.3g/L，此时，开启管线92上的次气动阀C，将此化学镀镍废水经管线92排放至水洗水回收槽9。
待离子交换树脂塔2吸附至饱和后，开启上进水气动阀A与设于管线91上的次气动阀C，经管线91，将水洗水回收槽9中的水洗水由所述离子交换树脂塔2的上开口通入，使离子交换树脂塔2进行内循环，使所有离子交换树脂皆吸附杂质。于此，排放至水洗水回收槽9的水洗水中镍含量为2.4g/L，化学需氧量(chemical oxygen demand，COD，以分光光度计检测)为65g/L，导电度为63.2S/cm。
(b)第一次进气排空步骤：
接着，开启设于管线31上的次气动阀C，经管线31，将压缩空气源3的压缩空气由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，压力设定为5kg/cm2，持续进气750秒，由此将离子交换树脂塔2中经过通液交换步骤的化学镀镍废水排出，此时开启管线92上的次气动阀C，使化学镀镍废水经管线92流至水洗水回收槽9。
(c)第一次辅助排空步骤：
然后，开启上进水气动阀A与设于管线51上的次气动阀C，经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，流速设定为16L/min，持续进水30秒，使所述离子交换树脂塔2中的化学镀镍废水经管线92排放至至水洗水回收槽9；再开启设于管线31上的次气动阀C，经管线31，将压缩空气源3的压缩空气由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，压力设定为5kg/cm2，持续进气60秒，使所述离子交换树脂塔2中的化学镀镍废水经管线92排放至水洗水回收槽9。在通入压缩空气结束后，打开上进水气动阀A及下进水气动阀B进行泄压排气30秒至水洗水回收槽9，重复执行前述进水、进气及泄压排气三步骤7次。
(d)第一次洗净及逆洗步骤：
而后，开启上进水气动阀A、主泵浦E、纯水源辅助泵浦F与设于管线51上的次气动阀C，经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，由此快洗洗净所述离子交换树脂塔2，再关主泵浦E进行慢洗洗净所述离子交换树脂塔2；之后，开启下进水气动阀B、主泵浦E、纯水源辅助泵浦F与设于管线51上的次气动阀C，经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的下开口进水，由此逆洗所述离子交换树脂塔2。
于此步骤中，经洗净、逆洗离子交换树脂塔2所产生的水洗水会依据其中所含的镍含量决定排出的目标槽体及通入离子交换树脂塔2中的冲洗流速。具体而言，当水洗水的镍含量超过0.18g/L时，同时开启主泵浦E及辅助泵浦F，以16L/min的流速将纯水由离子交换树脂塔2的上开口通入，快洗洗净该离子交换树脂塔2，使快洗洗净步骤所产生的水洗水经由管线92排放至水洗水回收槽9，直至水洗水的镍含量降低至0.18g/L时终止快洗洗净步骤；当水洗水的镍含量低于0.18g/L时，开启辅助泵浦F改以9.3L/min的流速将纯水由离子交换树脂塔2的上开口通入，慢洗洗净该离子交换树脂塔2，并开启设于管线61上的次气动阀C，使慢洗洗净步骤所产生的水洗水经由管线61排放至废水处理槽6，直至水洗水的导电度降低至1000μS/cm时终止慢洗洗净步骤；当水洗水的导电度低于1000μS/cm时，再以16L/min的流速将纯水由离子交换树脂塔2的下开口通入，逆洗洗净该离子交换树脂塔2，并开启设于管线62上的次气动阀C，使逆洗步骤所产生的水洗水经由管线62排放至废水处理槽6，持续冲洗直至排出的水以目测判定变清潵且无微小悬浮固体，终止逆洗步骤。
在此，于快洗洗净步骤、慢洗洗净步骤及逆洗步骤中通入离子交换树脂塔2中的纯水水量如下表2所示。
表2：实施例1、5及比较例1、2于通液交换步骤后洗净及逆洗步骤中所用的水量记录结果。
(e)第二次进气排空步骤：
接着，如前所述的进气排空步骤，开启设于管线31上的次气动阀C，经管线31，将压缩空气源3的压缩空气再次由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，再开启管线92上的次气动阀C，由此将离子交换树脂塔2中残留的水洗水，经管线92排放至水洗水回收槽9。
(f)第二次洗净及逆洗步骤：
于一具体实施例中，为进一步确保离子交换树脂塔2已完全清洗干净，可再重复进行前述步骤(d)。也就是说，于步骤(e)后，再次经由管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，由此洗净所述离子交换树脂塔2，并经由管线61将洗净步骤所产生的水洗水排放至废水处理槽6；再经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的下开口进水，由此逆洗所述离子交换树脂塔2，并经由管线62将逆洗步骤所产生的水洗水排放至废水处理槽6。
(g)第一次再生步骤：
然后，开启下进水气动阀B与设于管线41上的次气动阀C，经管线41，将再生剂槽4中360L、17重量百分比的硫酸(作为再生剂)，由所述离子交换树脂塔2的下开口向上打入。
于此步骤中，再生步骤中由离子交换树脂塔2的上开口排出的再生液会依据其中所含的镍含量决定排出的目标槽体。具体而言，于再生初期，当再生液的镍含量低于2g/L时，开启管线93上的次气动阀C，将所产生的再生液由离子交换树脂塔2的上开口经管线93排放至水洗水回收槽9中，以减少水洗水进入再生剂槽4中；待再生液的镍含量提高至2g/L时，则开启管线42上的气动阀C，将所产生的再生液由离子交换树脂塔2的上开口经管线42排放至再生剂槽4中，以此方式进行内循环，直至再生结束。于此，由离子交换树脂塔2的上开口排出的再生液中含有22.4g/L的镍含量。
(h)第三次进气排空步骤：
于再生步骤后，如前所述的进气排空步骤，再经管线31，将压缩空气源3的压缩空气再次由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，由此将离子交换树脂塔2中残留的再生液，自离子交换树脂塔2的下开口经管线43排放至再生剂槽4。
(i)第二次辅助排空步骤：
接着，如前所述的辅助排空步骤，经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，再经管线31，将压缩空气源3的压缩空气由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，使所述离子交换树脂塔2中的再生液尽可能地排放至再生剂槽4中。在通入压缩空气结束后，打开上进水气动阀A及下进水气动阀B进行泄压排气30秒至再生剂槽4，重复执行前述进水、进气、排气等三步骤多次。
(j)第一次洗净步骤：
而后，开启上进水气动阀A与设于管线51上的次气动阀C，再经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，由此洗净所述离子交换树脂塔2中残留的水洗水排出。
于此步骤中，经洗净离子交换树脂塔2所产生的水洗水会依据其中所含的镍含量决定排出的目标槽体。具体而言，当水洗水的镍含量超过3g/L时，以快洗洗净方式由离子交换树脂塔2的上开口进水，快洗洗净步骤所产生的水洗水会经由管线43排放至再生剂槽4进行再生剂槽补水；当水洗水的镍含量低于3g/L时，进行快洗并经洗净步骤所产生的水洗水会经由管线92排放至水洗水回收槽9；当水洗水的镍含量低于0.18g/L时，以慢洗洗净方式由离子交换树脂塔2的上开口进水，慢洗洗净步骤所产生的水洗水则经由管线61排放至废水处理槽6。
(k)第四次进气排空：
待前述洗净步骤完成后，开启设于管线31上的次气动阀C，再经管线31，将压缩空气源3的压缩空气再次由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，由此将离子交换树脂塔2中残留的水洗水进一步排空，使其经由管线92排放至水洗水回收槽9。
(l)第三次辅助排空步骤：
然后，开启上进水气动阀A与设于管线51上的次气动阀C，经管线51，经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，
再经管线31，将压缩空气源3的压缩空气由所述离子交换树脂塔2的上开口进气，使所述离子交换树脂塔2中的水洗水尽可能地经管线92排放至水洗水回收槽9。最后，在通入压缩空气结束后，打开上进水气动阀A及下进水气动阀B进行泄压排气30秒至再生剂槽4，重复执行前述进水、进气及泄气三步骤多次后，完成离子交换树脂塔的处理程序。
实施例2
本实施例亦采用图2所示的利用压缩空气减少再生液及废水的设备，先根据如实施例1的方法依序进行步骤(a)至步骤(l)完成第一次离子交换树脂塔的处理程序后，再进行第二次离子交换树脂塔的处理程序中的步骤(a′)至步骤(l′)完成第二次离子交换树脂塔的处理程序。
第二次离子交换树脂塔的处理程序中的步骤(a′)至步骤(l′)大致上与第一次离子交换树脂塔的处理程序中的步骤(a)至步骤(l)相同，其不同之处在于，第二次离子交换树脂塔的处理程序中的步骤(g′)是以如下所示的方法进行再生步骤：
于步骤(f′)后，将前述步骤(g)中回收360L的再生剂(内含22.4g/L的镍)与16.4L的硫酸(98重量百分比)混合，配成26.5重量百分比的硫酸(内含21.4g/L的镍)作为可供再次使用的再生剂。
然后，如前述步骤(g)所述，开启下进水气动阀B与设于管线41上的次气动阀C，经管线41，将再生剂槽4中376.4L的硫酸(内含21.4g/L的镍)，由所述离子交换树脂塔2的下开口向上打入。如步骤(g)所述，步骤(g′)亦会依据其中所含的镍含量决定排出的目标槽体。于此，由离子交换树脂塔2的上开口排出的再生液中含有37g/L的镍含量。据此，可确保排放至再生剂回收槽7的再生液的镍含量落在35g/L至50g/L的区间范围内，故此种再生剂可经过滤再送至委外清运槽8，以便回收再利用制成硫酸镍原料。
经由前述的处理程序，本实施例是将第一次离子交换树脂塔的处理程序中所回收得到的再生液重复再利用，据此，根据此处理循环，本发明能将再生剂不断重复再利用，所产生的水洗水亦可再重复使用，从而达到减少再生液及废水产生的目的。
实施例3
本实施例大致上采用如实施例1的方法依序进行步骤(a)至步骤(l)；其主要差异在于，本实施例的步骤(g)改以下列所述的方法进行：
将回收得到的303.6L的再生液(即硫酸镍水溶液，其中镍含量约14.8g/L)与16.4L、98重量百分比的硫酸混合，配成320L、17.5重量百分比的硫酸(其镍含量约14g/L，作为再生剂，液体呈绿色)作为可供再次使用的再生剂。
然后，如前述实施例1的步骤(g)所述，经管线41，将再生剂槽4中320L的硫酸(内含14g/L的镍)，由所述离子交换树脂塔2的下开口向上打入，再由离子交换树脂塔2的上开口，将再生液(使用后的再生剂)排出。
于此步骤中，由离子交换树脂塔2的上开口排出的再生液会依据不同时间下再生液中所含的镍含量决定排放的目标槽体。
具体而言，如下表3所示，于再生第一阶段中，一部分的再生剂(约80L)先通入离子交换树脂塔2中使其充满再生剂，此时尚无再生液由离子交换树脂塔2的上开口排出；持续通入再生剂后，当离子交换树脂塔2中充满再生剂，于再生第二阶段中，开始有再生液自离子交换树脂塔2的上开口排出，由于所排出的再生液的镍含量低于2g/L，呈现无色至淡绿色，故将约80L再生剂经管线93排放至水洗水回收槽9中。
于再生第二阶段中，当排出的再生液的镍含量高于2g/L但低于30g/L时，呈现淡绿色至绿色，则将此浓度的再生液经管线42排放至再生剂槽4中进行内循环。于此阶段中，再生剂槽4中的水量维持在160L。
于再生第三阶段中，当排出的再生剂的镍含量再提高至超过30g/L时，呈现绿色至墨绿色再变回绿色时，此时镍含量为再生阶段中最高，则将此浓度的90公升的再生液经管线71排放至再生剂回收槽7中。于此阶段中，再生剂槽4中的水量由160L降低至70L。此外，经滴定分析方法，再生剂回收槽7所收集的再生液的镍含量约65g/L，相当于含有279.5克的六水硫酸镍；故收集于再生剂回收槽7的再生液，可经过滤再送至委外清运槽8，以便回收再利用制得硫酸镍原料。
于再生第四阶段中，当所排放的再生剂的浓度又下降但仍高于30g/L，为求再生反应完全，故再次将此浓度的再生剂经管线42排放至再生剂槽4中进行内循环，完成再生步骤。于此阶段中，再生剂槽4中的水量维持在70L。
表3：于不同阶段下，再生剂槽中的水量变化以及由离子交换树脂塔排出的再生液的pH值与镍含量变化。
于步骤(g)后，再采用如实施例1所述的步骤(h)进行第三次进气排空步骤，使离子交换树脂塔2中残留的再生液自离子交换树脂塔2的下开口经管线43排放至再生剂槽4，使再生剂槽4中的水量由70L上升至150L。由再生剂槽4的水量变化可知，本实施例于整体再生步骤中仅需消耗170L的再生剂即可完成再生步骤，即本发明所需使用的再生剂的总用量(170L)是低于离子交换树脂塔2的总体积(200L)。
接着，再采用如实施例1所述的步骤(i)进行第二次辅助排空步骤，使所述离子交换树脂塔2中的再生液尽可能地排放至再生剂槽4中，由此令再生剂槽4中的水量再由150L上升至190L。
之后，开启上进水气动阀A与设于管线51上的次气动阀C，再经管线51，将纯水源槽5中的纯水由所述离子交换树脂塔2的上开口进水，由此洗净所述离子交换树脂塔2中残留的再生液排出；再将经洗净离子交换树脂塔2所产生的再生液皆排放至再生剂槽4中，由此令再生剂槽4中的水量再由190L再上升至320L。
据此，通过控制再生液排放的目标槽体，本实施例相较于实施例1能进一步提高再生剂回收槽7中镍浓度，减少再生液排至水洗水回收槽9的镍离子的总量，且本实施例可利用较低浓度的再生剂完成再生离子交换树脂塔的目的，避免因较高浓度的再生剂，于再生剂槽4的底部产生欲被吸附物质结晶以及离子交换树脂被损耗等问题。
此外，收集于再生剂槽4中的液体(304L，pH值约1.4)可再与16L、98重量百分比的浓硫酸混合，从而提高再生剂槽4中再生剂的浓度，配制成320L、pH 0.9、镍含量14g/L的硫酸水溶液，以作为下次再生步骤中所需的再生剂。
实施例4
本实施例大致上与实施例3的实施方式相同，其差异仅在于，本实施例中未进行实施例1中所述及的(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(k)、(l)等步骤，亦可获得如实施例3的镍含量65g/L的高浓度硫酸镍水溶液，废水量仅增加3.5BV。
实施例5
本实施例大致上与实施例1的实施方式相同，其差异仅在于，本实施例的步骤(d)(即第一次洗净及逆洗步骤)中未进行快洗洗净步骤，
而是以9.3L/min的流速将纯水由离子交换树脂塔2的上开口通入，慢洗洗净该离子交换树脂塔2后，并开启设于管线92上的次气动阀C，使慢洗洗净步骤所产生的水洗水经由管线92排放至水洗水回收槽9，直至水洗水的导电度降低至1000μS/cm时终止慢洗洗净步骤；当水洗水的导电度低于1000μS/cm时，再以16L/min的流速将纯水由离子交换树脂塔2的下开口通入，逆洗洗净该离子交换树脂塔2，并开启设于管线62上的次气动阀C，使逆洗步骤所产生的水洗水经由管线62排放至废水处理槽6，持续冲洗直至排出的水洗水以目测观察已变清潵且无微小悬浮固体，终止逆洗步骤。
在此，本实施例于慢洗洗净步骤及逆洗步骤中通入离子交换树脂塔2中的纯水水量是如上表2所示。
比较例1
本比较例采用如实施例1所述的步骤(a)进行通液交换步骤后，未经步骤(b)与步骤(c)的情况下，直接以现有技术的逆洗方法，由离子交换树脂塔2的下开口通入纯水逆洗该离子交换树脂塔2，直至排出的水洗水导电度低于1000μS/cm且以目测观察水洗水已变清潵、无微小悬浮固体时，终止逆洗步骤。
在此，本比较例利用现有技术的逆洗方法通入离子交换树脂塔2中的纯水水量是如上表2所示。
比较例2
本比较例亦采用如实施例1所述的步骤(a)进行通液交换步骤以及如实施例1所述的步骤(b)进行第一次进气排空后，未经步骤(c)的情况下，以如同实施例1中所述的步骤(d)洗净离子交换树脂塔2。
本比较例的步骤(d)亦包括如实施例1所采用的快洗洗净步骤、慢洗洗净步骤及逆洗步骤，各洗净步骤通入离子交换树脂塔2中的纯水水量是如上表2所示。
结果讨论
比较上述实施例1、5及比较例1及2所采用的处理程序及洗净及逆洗总水量，为确保离子交换树脂塔2皆已先洗净完全(即由离子交换树脂塔2排出的水洗水的导电度已低于1000μS/cm)再进行后续再生步骤，实施例1(历经第一次进气排空及第一次辅助排空步骤)仅需使用320L的纯水水量即可完成洗净离子交换树脂塔的目的，实施例5亦仅需使用360L的纯水水量即可完成洗净离子交换树脂塔的目的。反观比较例1，比较例1于通液交换步骤后直接进行逆洗步骤，由于未经第一次进气排空及第一次辅助排空步骤，故比较例1至少需使用700L的纯水水量，才能达到洗净离子交换树脂塔的目的；再观比较例2，比较例2虽于通液交换步骤及洗净步骤之间先进行第一次进气排空步骤，但由于仍未进行如实施例1所述的第一次辅助排空步骤，故比较例2仍需使用450L的纯水水量，才能达到洗净离子交换树脂塔的目的。进一步比较快洗时的纯水用量，实施例1快洗水量为130L，比较例1为550L，比较例2为250L。以残留在离子交换树脂塔2镍含量为600g，快洗时排出离子交换树脂塔2中95％的镍含量即570g为例，实施例1快洗液镍浓度为4.4g/L,比较例2为2.3g/L，比较例1为1.0g/L。
综上所述，本发明利用压缩空气减少再生液及废水的方法确实能有效降低洗净离子交换树脂塔2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并提高再生剂回收物的浓度。此外，由于第一次离子交换树脂塔的处理程序中收集的再生液可再与浓硫酸混合后配制成可供第二次离子交换树脂塔的处理程序中所用的再生剂，故本发明亦可达到减少离子交换树脂塔的处理程序中再生液用量的目的，降低离子交换树脂塔的处理程序中对环境造成的污染。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述公开的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一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：
第一次通液交换：将废水或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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
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。
2.根据权利要求1所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，所述第一次辅助排空的步骤包括：重复多次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循环，将所述离子交换树脂塔中的废水或自来水排空。
3.根据权利要求1所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，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。
4.根据权利要求1所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，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0.01体积百分比至50体积百分比。
5.根据权利要求1所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，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0.01体积百分比至50体积百分比。
6.根据权利要求1所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，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：
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；
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；
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；
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；
第六次进气排空步骤，其是重复进行所述的第二次进气排空步骤；
第二次再生步骤，其重复进行所述的第一次再生步骤；
第七次进气排空步骤，其是重复进行所述的第三次进气排空步骤；
第四次辅助排空步骤，其是重复进行所述的第二次辅助排空步骤；
第二次洗净步骤，其是重复进行所述的第一次洗净步骤；
第八次进气排空步骤，其是重复进行所述的第四次进气排空步骤；
其中，所述第二次再生步骤是由所述离子交换树脂塔的下开口向上打入再生剂，该第二次再生步骤所打入的再生剂包括由第一次再生步骤至第一次洗净步骤中所回收得到的再生液。
7.根据权利要求6所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，其特征在于，该方法包括：回收第一次通液交换步骤至第四次进气排空步骤中所产生的水洗水，且所述第二次通液交换步骤包括：将回收的水洗水进入离子交换树脂塔，使回收的水洗水中欲吸附物质被离子交换树脂塔的离子交换树脂吸附。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，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所产生的再生液中欲吸附物质的浓度是低于排放至再生剂槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度，且排放至再生剂槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度是低于排放至再生剂回收槽的所产生的再生液中欲吸附物质的浓度。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的方法，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。
10.一种利用压缩空气以减少再生液及废水的设备，其包括：
一离子交换树脂塔，其具有一上开口及一下开口，所述上开口的位置相对于所述下开口的位置；
一废水/自来水槽，所述废水/自来水槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一压缩空气源，所述压缩空气源与离子交换树脂塔的上开口相连通；
一再生剂槽，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；
一纯水源槽，所述纯水源槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一废水处理槽，所述废水处理槽与离子交换树脂塔的上开口及下开口相连通；
一再生剂回收槽，所述再生剂回收槽与离子交换树脂塔的上开口相连通；
一委外清运槽，所述委外清运槽与所述再生剂回收槽相连通；以及
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。
11.根据权利要求10所述的利用压缩空气以减少再生液及废水的设备，其特征在于，该设备包括一主泵浦、一上进水阀及一下进水阀，所述主泵浦是设置在离子交换树脂塔连通至所述废水/自来水槽、再生剂槽、纯水源槽及水洗水回收槽的共同管线上，所述上进水阀设置于所述的离子交换树脂塔与所述主泵浦之间，所述下进水阀设置于所述的离子交换树脂塔与所述主泵浦之间。
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