用于生产超纯水的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.5‑0.7 mm之间的珠的第一混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过包含直径小于0.5 mm的珠的第二混合床离子交换剂的步骤(b)。本发明专利技术进一步涉及一种包含第一和第二混合床离子交换剂的模块和一种包含第一和第二混合床离子交换剂的用于生产超纯水的水处理系统。

Method for producing ultrapure water

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产超纯水的方法本专利技术涉及一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.5-0.7mm之间的珠的第一混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过包含直径小于0.5mm的珠的第二混合床离子交换剂的步骤(b)。本专利技术进一步涉及一种包含第一和第二混合床离子交换剂的模块和一种包含第一和第二混合床离子交换剂的用于生产超纯水的水处理系统。通过若干技术的组合，由市政水制备实验室超纯水。通常，活性炭、反渗透、离子交换树脂、微过滤/超滤、紫外线照射和无菌级微过滤单独或组合用于净化水。超纯水精制为水净化的最终步骤。Milli-Q®(得自德国Darmstadt的MerckKGaA的商品)采用离子交换树脂、活性炭、杀菌和/或光致氧化UV灯、微过滤和/或超滤。超纯水(或1型水)通常通过大于18MΩ·cm(在25°C下)的电阻率和小于20份每十亿(ppb)的总有机化合物(TOC)值来表征。2型水通常通过大于1.0MΩ·cm的电阻率和小于50ppb的TOC值来表征。3型水为最低级别实验室水，推荐用于例如玻璃器皿漂洗或加热浴，或供给1型实验室水系统。其通过大于0.05MΩ·cm的电阻率和小于200ppb的TOC值来表征。在现有技术中，在超纯水生产中的最终精制步骤通过使用允许除去阴离子和阳离子的离子交换介质而完成。在整个本专利技术中，离子交换剂，也称为离子交换树脂，为已知的，并且证明用于在纯水和超纯水生产中从水中消除离子杂质。通常，这些为球形聚合的苯乙烯珠，具有0-16%的二乙烯基苯交联，通过磺化(对于阳离子交换)和氨基化(对于阴离子交换)官能化，并且分别通过强酸和强碱溶液，或其他技术诸如电化学再生进行再生。在以下中，术语“树脂”或“树脂珠”用于离子交换材料本身(即，离子交换珠)，而术语“树脂床”或“树脂层”用于以特定排列使用的树脂床。“树脂”通常是足够混合比的阴离子和阳离子交换树脂二者的混合介质，导致对于两种类型的离子具有同等容量或对于特定的水应用具有不对称容量。用于纯水和超纯水生产的树脂需要高再生程度，诸如95-99%，或甚至更高。这意味着该百分数的离子交换部位再生为H形式(对于阳离子交换)和再生为OH形式(对于阴离子交换)。对于超纯水精制，需要高树脂纯度，即，具有非常低含量的污染物，以及总有机碳的极低浸出。出于该原因，通常将树脂进一步纯化。在科学和工业中，用于纯水和超纯水生产的水去离子通常通过离子交换树脂珠进行。去离子筒的尺寸取决于预期的流速、待处理的体积和生产的水的品质。例如，用于小实验室水系统的一次性筒可含有1-3L的树脂，而用于大工业规模的树脂瓶通常含有5-20L的树脂。当今，粒状珠类型树脂为在工业和市场中可得的唯一介质。所有粒状介质包含直径约600-700µm的颗粒，这为离子交换水去离子的工业使用的标准尺寸。通常，当经RO预处理的市政水(5-25µS/cm电导率)用于进料超纯水系统时，筒柱高度应为700-1000mm，用于实现呈现18.2MΩ·cm的电阻率的水品质。为了允许足够的接触时间以在一次通过处理中消除离子，确定筒的直径。例如，具有4个盆的较早的Milli-Q®系统(Millipore)的内筒直径为69mm且总树脂床高为900mm，反映用于实现超纯水品质的最小必需的树脂床高。降低筒高度可导致降低水品质(即，不能达到超纯级别)或降低筒寿命。在用于水去离子的离子交换筒的寿命中，可限定三个区，如在图8中说明的。最小树脂床高称为“离子交换区”，其负责实现预期的水品质。该高度是随着给水品质、速度和目标流出物品质而变的变量。仅具有该离子交换区的水处理筒足够完成实现水品质，但是具有零容量。当继续水处理时，因为树脂床饱和，该区向前进展。该区的高度取决于树脂动力学：较快动力学树脂具有较短的区，较慢动力学树脂具有较长的区。该交换区上游的区称为“容量区”。该区越长，可得的容量越高。这意味着在现有技术中筒的尺寸可仅通过降低容量区，降低筒的容量而降低；而在不损失水品质的情况下，离子交换区不能被缩短。降低该区的唯一方式是通过改进树脂的动力学。离子交换区下游的最后一个区称为“微量去除区”，其特别用于在实验室超纯水系统中使用的筒。该区保证超纯水不含不能早期通过水品质指示器诸如电阻率计检测的微量元素。已试图改进这样的标准离子交换介质的动力学，以便提供更好表现的精制方案。若干现有技术文件建议使用小珠离子交换介质来改进它们的动力学。在这方面，由于其更大的接触表面/床体积，显然较小尺寸吸附介质呈现较快动力学。同时，这导致较高的液压压力的缺点。通常，将离子交换树脂珠直径从550µm降低至250µm将提高压降到约5倍。较小尺寸珠允许两倍更快动力学，但是液压应力是4倍。在液压系统的设置中，压降是最重要的参数之一，其决定作为最多能耗部件的泵的尺寸。从理论的观点，双倍压力需要双倍动力，也影响所有电和机械损失。此外，施用于树脂床柱的较高的压力需要所有的液压管道系统更加稳健。实验室中的小的超纯水生产系统通常使用增压器泵以约2-3巴压力运行。系统通常安装在安静的实验室环境中，在这里来自强大泵的噪音将打扰使用者。此外，施用于树脂床柱的高压因此导致在树脂珠上的机械应力，这可最终导致树脂珠破裂。这样的颗粒可污染水，较小的珠碎片可进一步提高压降。US5250187描述了使用高动力学类型树脂用于离子交换应用。提议的树脂为具有小颗粒直径的细目类型树脂。以上流式在流化床中使用树脂，用于克服高液压压力的缺点。该机理需要树脂容器的特定的设计。流化床具有微量泄露未经处理的离子的缺点。在水软化应用中这是可容忍的，但是在超纯水生产中不适用于水精制。US2009/101586A1的目标是从核动力工厂水有效除去放射性核素。在这方面，普通的凝胶类型树脂在放射性元素去除效率方面具有某些限制。因此，该文件建议使用小尺寸大孔类型阴离子交换树脂和/或小尺寸大孔类型螯合树脂的另外的层。WO2013/151654A1描述了在过滤装置中共同使用小尺寸粒状吸附介质和聚合粘合剂。与粘合剂组合允许降低压降并且能够低应力过滤。EP1533033A1提议具有比规则离子交换树脂更高的接触表面的整体离子交换介质，作为没有压降增加的快动力学离子交换介质。US4421652描述了一种使用小珠树脂处理流体的方法。树脂床疏松填充，以避免高压降。由于以上描述的若干缺点，小珠树脂从未用于水去离子或纯水/超纯水生产，尽管它们有利的较快动力学。因此仍需要允许使用快动力学离子交换介质而没有产生高压降的方案。因此，本专利技术的目的是提供一种在水净化方法中使用有利的快动力学离子交换介质的方案，而没有面对以上提及的缺点，诸如高压降。意外地发现标准离子交换介质与小珠离子交换介质的组合导致在水处理中非常好的性能，其同时改进了介质的容量和消耗品的紧密度。因此，本专利技术的第一实施方式是一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.5-0.7mm之间的珠的第一混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过包含直径小于0.5mm的珠的第二混合床离子交换剂的步骤(b)。根据本专利技术，术语净化水指如上定义的1型、2型或3型水，或DI(去离子)水。在优选的实施方式中，净化水为超纯水，即，1型水，其通过大于18MΩ·cm(在25°C下)的电阻率和小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.5‑0.7 mm之间的珠的第一混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过包含直径小于0.5 mm的珠的第二混合床离子交换剂的步骤(b)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.13 EP 17290017.71.一种用于生产净化水的方法，所述方法包括使水通过包含直径在0.5-0.7mm之间的珠的第一混合床离子交换剂的步骤(a)和使水通过包含直径小于0.5mm的珠的第二混合床离子交换剂的步骤(b)。2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述净化水为超纯水。3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于步骤(a)在步骤(b)之前实施。4.根据权利要求1-3中一项或多项的方法，其特征在于所述第一混合床离子交换剂由阴离子交换颗粒和阳离子交换颗粒的混合物组成。5.根据权利要求1-4中一项或多项的方法，其特征在于所述第二混合床离子交换剂由阴离子交换颗粒和阳离子交换颗粒的混合物组成。6.根据权利要求1-5中一项或多项的方法，其特征在于所述第一混合床离子交换剂基于苯乙烯二乙烯基苯共聚物。7.根据权利要求1-6中一项或多项的方法，其特征在于所述第二混合床离子交换剂基于苯乙烯二乙烯基苯共聚物。8.根据权利要求1-7中一项或多项的方法，其特征在于第一混合床离子交换剂的体积与第二混合床离子交换剂的体积的比率在10:1和1:5之间。9.根据权利要求1-8中一项或多项的方法，其特征在于所述方法包括使水通过活性炭床的进一步的步骤(c)。10.根据权利要求1-9中一项或多项的方法，其特征在于所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：加纳一郎，G迪马，Y拉蒂尤维勒，
申请(专利权)人：默克专利股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE