CN1405228A - 一种增效树脂组合物及其在高纯水生产工艺中的应用 - Google Patents

Abstract

一种增效树脂组合物及其在高纯水生产工艺中的应用，增效树脂组合物包括除硅用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、除三价铁离子用大孔苯乙烯系膦酸树脂、除二价金属离子用大孔苯乙烯系螯合性树脂、除钙离子、镁离子用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、除有机物用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。原水经预处理(包括超滤或砂滤、活性炭吸附和软化)、反渗透初级脱盐、增效树脂处理、电去离子深度脱盐、抛光树脂处理、荷电微孔滤膜终端处理，可有效去除水中各种杂质，生产高纯水。高纯水电阻率达到国家电子级水I级标准(＞18MΩ·cm)，尤其适于电子、电力、医药、生物技术等领域高纯水的需要。

Description

一种增效树脂组合物及其在高纯水生产工艺中的应用

技术领域

本发明涉及一种组合物及其应用，尤其是一种增效树脂组合物及其在高纯水生产工艺中的应用，属于高纯水领域。

背景技术

高纯水在电子、电力、医药、生物技术等领域有着广泛的应用。现有技术中，水的去离子技术最有效的是离子交换，通过阴、阳离子交换树脂与原水中的阴、阳离子交换作用去除水中的阴、阳离子来提高水质。然而离子交换树脂达到饱和后需要化学再生，即用酸液处理阳树脂，碱液处理阴树脂，劳动强度大，再生过程会排放大量的废酸液和废碱液，造成环境污染。

80年代中后期，美国推出了一种实用型电去离子(Electrodeionization简称EDI)技术。电去离子技术的特征在于将电渗析和离子交换有机结合，即在电渗析装置中，填充按一定比例混合的阴、阳离子交换树脂，构成电去离子膜堆，该膜堆接入水处理系统中，在一定的直流电压、电流及水流量等条件下，可以制取高纯水。电去离子膜堆中的阴、阳离子交换树脂可以通过极化条件下水的解离作用而自行再生，离子交换和树脂再生同时发生，所以又称连续去离子技术，不需要对离子交换树脂进行酸碱再生，而能连续有效地去除水中的可溶性盐类，避免了环境污染等许多问题。

由于传统的离子交换水处理过程是在常温状态下进行的，在离子交换床及其它部位容易滋生细菌，释放细菌内毒素，对制药用水来讲，必须还要考虑去除细菌内毒素等问题。因此，在整个水处理过程中，需要通过系统设计，采用科学合理的综合工艺来满足制药用水的质量要求。现在各种纯水的生产工艺及装置仍存在如需要酸碱再生树脂、或未充分除去水中的各种杂质，不能达到满意的纯度要求等缺陷。

中国发明专利“一种制药用水的生产工艺及设备”(专利申请号99111578.3)的技术是能够有效去除水中阴、阳离子以及其它杂质，实现深度脱盐、高度净化，连续生产制药用水。

采用超滤作预处理，反渗透和电去离子为核心，荷电微孔滤膜作终端处理，原水经过这四个主要步骤，生产制药用水。

1、超滤预处理：采用切割分子量为5万～7万的超滤，可截留原水中的微粒、胶体、细菌等杂质，使原水的污染指数降至3以下。

如果原水浊度较高，可在超滤前设置砂滤器或其它相应的粗滤器，降低原水浊度，减轻超滤的负担。

如果原水硬度较高，可在超滤后设置离子交换树脂软水器，降低原水硬度，防止在其后连接的反渗透膜膜面结垢。

2、反渗透初级脱盐：采用高性能的超薄复合反渗透膜对超滤预处理的水进行初级脱盐，系统脱盐率可达96％～99％，水利用率达50％～75％。反渗透可以去除水中的细菌、病毒、细菌内毒素、大部分可溶性盐类及分子量在200以上的有机物。一般情况下采用一级反渗透，如果原水含盐量较高，可采用二级反渗透。

由于反渗透膜对水中的氯敏感，在反渗透前，增加活性炭吸附滤器或一种高纯度铜锌合金滤料KDF(kinetic degradation fluxion)等，将水中的氯含量降至0.1mg/L以下。

3、电去离子深度脱盐：采用电去离子技术，使水中残留的阴、阳离子通过离子交换以及直流电场作用下的离子定向迁移等过程排出系统，而使水的纯度得以进一步提高，根据需要可使制得的纯水电导率达到0.5μS/cm至0.06μS/cm(电阻率达到2MΩ·cm至17MΩ·cm)，实现深度脱盐的目的。

阴离子交换树脂表面带有正电荷，容易吸附带负电荷的细菌，树脂—水界面发生的水解离反应，生成OH^-、H⁺，局部pH值变化，能够干扰和抑制微生物代谢过程，不利于细菌的生长，有利于降低细菌内毒素污染。

4、荷电微孔滤膜终端处理：荷电微孔滤膜表面带有较强的正电荷，细菌和细菌内毒素带有负电荷，当含微量细菌和细菌内毒素的水通过荷电微孔滤膜过滤时，这些杂质就会被吸附到荷电膜表面。荷电微孔滤膜孔径可控制在1.6μm以下。由于荷电微孔滤膜对负电性杂质的吸附能力很强，因此，已经吸附到膜面的细菌和细菌内毒素不会脱落。用荷电微孔滤膜作终端处理，能有效除去系统中存在的微量细菌和细菌内毒素，对保证产水的质量起到十分重要的作用。经过以上的处理，水中的细菌内毒素等被更有效地滤除。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种增效树脂组合物，除去水中对电去离子膜堆有害的杂质，使电去离子膜堆可以长时间连续工作，产水水质高，使用寿命更长。

本发明的目的之二在于提供一种电去离子高纯水的生产工艺，使高纯水的各种指标符合国家电子级水I级标准的要求。

本发明的目的是这样实现的：

原水除经过预处理(包括超滤或砂滤、活性炭吸附和软化)、反渗透初级脱盐、电去离子深度脱盐和荷电微孔滤膜终端处理这四个主要步骤外，还需要在电去离子深度脱盐前采用增效树脂，荷电微孔滤膜终端处理前增加抛光树脂(polishing resins)去离子。

一种增效树脂组合物，所述增效树脂组合物包括除硅用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、除三价铁离子用大孔苯乙烯系膦酸树脂、除二价金属离子用大孔苯乙烯系螯合性树脂、除钙离子、镁离子用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、除有机物用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

所述增效树脂组合物的组分可择一或一种以上。

所述增效树脂各组分的比例为：

除硅用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂    30～40％

除三价铁离子用大孔苯乙烯系膦酸树脂        10～20％

除二价金属离子用大孔苯乙烯系螯合性树脂           10～20％

除钙离子、镁离子用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂   30～40％

除有机物用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂       10～20％

一种采用增效树脂组合物的高纯水生产工艺，高纯水是原水依次经过以下主要步骤得到的：

1)采用超滤、活性炭吸附和软化作为预处理；

2)采用反渗透对预处理的水进行初级脱盐；

3)采用增效树脂进一步除去对电去离子膜堆有害的杂质；

4)采用电去离子实现深度脱盐；

5)采用抛光树脂除去残留的微量离子；

6)采用荷电微孔滤膜作为终端处理。

本发明可以产生如下效果：

超滤膜组件、活性炭吸附滤器和软化水滤器作预处理，可以保证后续反渗透膜组件的使用寿命，增效树脂组合物进一步除去对电去离子膜堆有害的杂质，用于保护电去离子膜堆，提高使用效果。电去离子可制取高纯水，可以长时间连续工作，而不需要停下来进行酸碱再生，解决了以往离子交换树脂用化学再生带来的麻烦和污染，电去离子技术适合于初级纯水的深度脱盐，将电去离子膜堆设置于反渗透膜组件之后，可以更有效地发挥它的功能。抛光树脂去离子，进一步除去水中残留的微量离子。荷电微孔滤膜组件作终端处理，使产品水中的细菌内毒素、微粒含量降至一个很低的水平，满足更高的水质要求。

本发明生产的高纯水的电阻率达到国家电子级水I级标准，95％时间在18MΩ·cm以上，不低于17MΩ·cm。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

原水依次经过超滤膜组件、活性炭吸附滤器、软化水滤器、泵、反渗透膜组件、增效树脂、电去离子膜堆、抛光树脂、荷电微孔滤膜组件生产出高纯水。开关、控制阀、电磁阀、电阻率仪等其它部件为附属部件。其中抛光树脂为可选。

增效树脂组合物中的D201 Styrene-DVB大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂可以除去水中微量的硅离子、DLT-1 Styrene-DVB大孔苯乙烯系膦酸树脂可以除去水中微量的三价铁离子、D401 Styrene-DVB大孔苯乙烯系螯合性树脂可以除去水中微量的二价金属离子、001×7 Styrene-DVB强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂可以除去水中微量的钙离子和镁离子、D262 Styrene-DVB大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂可以除去水中微量的有机物。

根据原水中某一种杂质含量的多少，调整增效树脂各组分的含量，如果某种杂质的含量很少，可以不用或少用组分中的某种树脂。

根据实验数据，通常情况下，达到理想效果的各组分最佳的重量百分比含量分别为：

D201大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂      30～40％

DLT-1大孔苯乙烯系膦酸树脂                 10～20％

D401大孔苯乙烯系螯合性树脂                10～20％

001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂        30～40％

D262大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂      10～20％

增效树脂组合物置于一个有进出口的圆筒内，做成一个组件，用于整个高纯水的生产工艺中，即可实现对水中微量杂质的去除。

由附图1可以看到：

原水首先经过超滤膜组件做预处理，然后是活性炭吸附滤器吸附原水中的余氯，软化水滤器除去钙离子和镁离子，再经过反渗透膜组件初级脱盐，经过增效树脂除去残留的微量有害杂质，用以保护电去离子膜堆，提高使用效果。电去离子膜堆深度脱盐，再经过抛光树脂去离子，进一步除去水中残留的微量离子。最后经荷电微孔滤膜组件做终端处理，制取制药用水及高纯水。

采用本发明的工艺流程的设备可以长时间稳定运行，整个工作过程为自动控制，可实现无人值守。产品水中的细菌内毒素含量低于0.1Eu/mL，总硅小于2μg/L，总有机炭(TOC)小于20μg/L，高纯水电阻率大于18MΩ·cm。其它指标超过了国家标准GB/T11446-1997电子级水I级标准。

采用本发明的工艺流程的设备制取的高纯水满足电子、电力、医药、生物技术等领域的高纯水要求，可广泛用于电子、电力、医药、生物技术等领域。

Claims (5)

1、一种增效树脂组合物，其特征在于：所述增效树脂组合物包括除硅用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、除三价铁离子用大孔苯乙烯系膦酸树脂、除二价金属离子用大孔苯乙烯系螯合性树脂、除钙离子、镁离子用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂、除有机物用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

2、如权利要求1所述增效树脂组合物，其特征在于：所述增效树脂组合物的组分可择一或一种以上。

3、如权利要求1所述增效树脂组合物，其特征在于：增效树脂各组分的比例为：

除硅用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂          30～40％

除三价铁离子用大孔苯乙烯系膦酸树脂              10～20％

除二价金属离子用大孔苯乙烯系螯合性树脂          10～20％

除钙离子、镁离子用强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂  30～40％

除有机物用大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂      10～20％

4、一种采用增效树脂组合物的高纯水生产工艺，其特征在于，高纯水是原水依次经过以下主要步骤得到的：

1)采用超滤膜组件、活性炭滤器、软水滤器等作为预处理；

2)采用反渗透膜组件对预处理的水进行初级脱盐；

3)采用增效树脂除去对电去离子膜堆有害的杂质；

4)采用电去离子膜堆实现深度脱盐；

5)采用荷电微孔滤膜组件作为终端处理。

5、如权利要求4所述采用增效树脂组合物的高纯水生产工艺，其特征在于：所述的步骤4和步骤5之间还包括采用抛光树脂除去残留的微量离子的步骤。