專利名稱：：水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去該目標(biāo)離子的方法。本發(fā)明也涉及提高用于破壞目標(biāo)離子的電化學(xué)電池效率的方法。
背景技術(shù)：
：近幾十年來，原水水源的離子污染一直在增加。比如，原水水源中硝酸鹽的含量有所增加，這部分是由集中使用含氮的肥料、土地使用模式的改變(即更集中地生產(chǎn)作物)以及原水水源被生活污水和工業(yè)排放物污染造成的。這種離子污染至少在一些情況下已經(jīng)與不利于健康的因素聯(lián)系起來。比如，增加硝酸鹽攝入量已經(jīng)與由亞硝胺或亞硝酰胺引起的幾種造成高鐵血紅蛋白血癥的健康危害或癌癥風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)系起來。作為回應(yīng)，一些地區(qū)已經(jīng)實(shí)行了飲用水標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)限制了人用飲用水中最大硝酸鹽的水平。在Velin等人的美國專利申請(qǐng)公開第2004/0173471號(hào)中公開了一種從飲用水中除去目標(biāo)離子的方法。Velin等人公開了一種從含有硝酸鹽的地下水或水性排放物，特別是含有至多500mg/L硝酸鹽的水和排放液中除去和破壞溶解的硝酸鹽的方法，該方法包含一除去步驟，其中硝酸鹽以其濃縮溶液的形式從所述的水或排放液中除去，該方法還包含一破壞步驟，其中通過其電化學(xué)還原反應(yīng)對(duì)所述的濃縮硝酸鹽溶液進(jìn)行電解處理以破壞硝酸鹽，所述的電解處理在具有陽極液室和陰極液室的分隔的電池中運(yùn)行數(shù)個(gè)循環(huán)，其中所述的濃縮硝酸鹽溶液最初用作陰極電解液，然后廢陰極電解液用作陽極電解液。Vdin等人還公開了在硝酸鹽的還原循環(huán)過程中將陽極液室和陰極液室極性反轉(zhuǎn)的操作。盡管如此，人們?nèi)匀恍枰滦偷哪苡行У貜乃谐ツ繕?biāo)離子的水處理方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，該方法包括(a)使富含目標(biāo)物的水通過一個(gè)具有陽極和陰極的電化學(xué)電池，(b)在所述的陽極和陰極之間通電流；其中，目標(biāo)離子在破壞循環(huán)中被破壞，產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水；其中當(dāng)富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)，所述的電流在破壞循環(huán)中周期性地間斷；其中所述的目標(biāo)離子選自硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的組合。本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種提高電化學(xué)電池破壞目標(biāo)離子的效率的方法，該方法包括在目標(biāo)離子破壞循環(huán)中使得通過電化學(xué)電池陽極和陰極之間的電流間斷，其中含有要破壞的目標(biāo)離子的富含目標(biāo)離子的水與陽極或陰極接觸，目標(biāo)離子被破壞。本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，其中所述的目標(biāo)離子是硝酸根；該方法包括(a)使富含硝酸根的水通過一個(gè)包含陽極和陰極的電化學(xué)電池，(b)在陽極和陰極之間通電流；其中硝酸根在破壞循環(huán)過程中被破壞，產(chǎn)生除去硝酸根的水；其中當(dāng)富含硝酸根的水通過電化學(xué)電池時(shí)，所述的電流在破壞循環(huán)過程中周期性地間斷，其中富含硝酸根的水在一個(gè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)通過電化學(xué)電池；其中所述的電流在一個(gè)"開啟時(shí)間"內(nèi)通過陽極和陰極之間；其中所述的"開啟時(shí)間"小于循環(huán)時(shí)間。本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，該方法包括i)離子交換加載循環(huán)，包括使用于處理的水通過含有目標(biāo)離子選擇性交換樹脂的離子交換柱以便從用于處理的水中提取目標(biāo)離子，產(chǎn)生產(chǎn)品已處理水的過程；ii)再生循環(huán)，包括通過以下步驟使所述離子交換柱再生的過程，a)使含有第一再生劑離子的第一水性再生劑溶液通過離子交換柱以便除去相比目標(biāo)離子，較弱地固定在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上的離子；b)然后使含有第二再生劑離子的第二水性再生劑溶液通過離子交換柱以便從目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上除去目標(biāo)離子，產(chǎn)生富含目標(biāo)離子的水；c)然后用第三水性再生劑溶液清洗離子交換柱；iii)破壞循環(huán)，包括使富含目標(biāo)離子的水通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池并在陽極和陰極之間接通電流的過程，其中，所述的電流在富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)至少中斷一次，其中目標(biāo)離子被破壞以便產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水。圖1是本發(fā)明水處理系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示意圖。圖2是本發(fā)明水處理系統(tǒng)離子交換部分的一種實(shí)施方式的示意圖。圖3是本發(fā)明水處理系統(tǒng)離子交換部分的一種實(shí)施方式的示意圖。圖4是本發(fā)明電化學(xué)電池破壞系統(tǒng)的一種實(shí)施方式的示意圖。圖5是使用單種再生劑溶液的水處理系統(tǒng)離子交換部分的再生循環(huán)曲線圖。圖6是使用多種再生劑溶液的水處理系統(tǒng)離子交換部分的再生循環(huán)曲線圖。圖7是使用多種再生劑溶液的水處理系統(tǒng)離子交換部分的再生循環(huán)曲線圖，其中一些再生劑溶液是再循環(huán)的。圖8是已處理的水中硝酸根濃度與使用再循環(huán)的再生劑溶液進(jìn)行多次加載循環(huán)的用于處理的水的體積的曲線關(guān)系圖。圖9是陰極電解液溶液中硝酸根濃度與使用再循環(huán)再生劑溶液在電化學(xué)電池硝酸根破壞系統(tǒng)中進(jìn)行多次破壞循環(huán)的消耗時(shí)間的曲線關(guān)系圖。具體實(shí)施例方式在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"循環(huán)時(shí)間"是指使富含目標(biāo)物的水通過或保留在電化學(xué)電池中的時(shí)間過程。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"開啟時(shí)間"是指使電化學(xué)電池的陽極和陰極保持在不同電勢(shì)上的時(shí)間過程。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"床體積或BV"是指填充與裝載到給定的離子交換柱中的離子交換樹脂占據(jù)的空間相同的空間所需的溶液體積，包括內(nèi)部的和組織間隙的空隙。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的與給定的電化學(xué)電池相關(guān)的術(shù)語"目標(biāo)離子破壞速度"是在電化學(xué)電池中每單位時(shí)間破壞的目標(biāo)離子量。目標(biāo)離子破壞速度常用的單位是g/hr。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"電極效率"是目標(biāo)離子破壞速度除以給定電化學(xué)電池中電極的活性面積。電極效率常用的單位是g/hr/m2。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"電流效率"是目標(biāo)離子破壞速度除于應(yīng)用于電化學(xué)電池的電流。電流效率常用的單位是g/hr/A。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"加載循環(huán)"是本發(fā)明的水處理步驟，在該步驟中使含有目標(biāo)離子的用于處理的水通過離子交換柱，將目標(biāo)離子從用于處理的水中提取出來以便產(chǎn)生已處理的水。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"再生循環(huán)"是本發(fā)明的一個(gè)水處理工藝步驟，在此步驟中使得在加載循環(huán)之后用盡的、包含離子交換樹脂的離子交換柱再生。在本文中和附加的權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"破壞循環(huán)"是本發(fā)明的水處理步驟，在該步驟中，在電化學(xué)電池中以電化學(xué)方法破壞存在于富含目標(biāo)離子水中的目標(biāo)離子以便產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水。在一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法將部分或全部目標(biāo)離子從用于處理的水中除去。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子選自可以以電化學(xué)方式還原的陰離子，包括比如硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的組合。在這些實(shí)施方式的一些方面，用于處理的水中的初始目標(biāo)離子濃度是0.001至1000mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，用于處理的水中初始目標(biāo)離子的濃度是l至1000mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，用于處理的水中初始目標(biāo)離子的濃度大于50mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，制得的已處理水中目標(biāo)離子的濃度小于40mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，已處理水中目標(biāo)離子的濃度小于10mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，用于處理的水中初始目標(biāo)離子的濃度是0.001至lmg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，用于處理的水中初始目標(biāo)離子的濃度大于0.010mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，制得的己處理水中目標(biāo)離子的濃度小于0.001mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，用于處理的水中硝酸根的初始濃度是10至1000mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，用于處理的水中初始目標(biāo)離子的濃度為50-1000mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，用于處理的水中目標(biāo)離子的初始濃度大于50mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，已處理水中目標(biāo)離子的濃度小于40mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，生產(chǎn)的己處理水的目標(biāo)離子濃度小于25mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，生產(chǎn)的已處理水的目標(biāo)離子濃度小于10mg/L。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法包括破壞循環(huán)，其中，在破壞循環(huán)中通過任何適用于破壞目標(biāo)離子目的的電化學(xué)方法來破壞目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，使用設(shè)有陽離子交換膜的二室電化學(xué)電池來破壞目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，陰極表面選自石墨、鉑、鍍鉑的鈦、鈦、鉛、鎳、銅、釕、銠、不銹鋼和它們的組合。在這些實(shí)施方式的一些方面，陽極表面選自石墨、鉑、鍍鉑的鈦、鈦、鉛、鎳、鈮、銅、銥、氧化銥、釕、銠、不銹鋼和它們的組合。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法包含破壞循環(huán)，其包含以下步驟(a)使富含目標(biāo)離子的水通過包含陽極和陰極的電化學(xué)電池，(b)在陽極和陰極之間接通電流；其中目標(biāo)離子在破壞循環(huán)中被破壞，產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水，其中在富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)，所述的電流在破壞循環(huán)中周期性地中斷，其中目標(biāo)離子選自可以以電化學(xué)方式還原的陰離子，包括但不局限于硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的任何組合。在這些實(shí)施方式的一些方面，富含目標(biāo)離子的水在電流中斷時(shí)期繼續(xù)流經(jīng)電化學(xué)電池。每個(gè)破壞循環(huán)中中斷時(shí)期的次數(shù)和時(shí)間長(zhǎng)度可以變化以便使既定過程最優(yōu)化。在這些實(shí)施方式的一些方面，在一個(gè)破壞循環(huán)內(nèi)電流中斷數(shù)次。在這些實(shí)施方式的一些方面，在破壞循環(huán)內(nèi)電流以周期性方式中斷。周期性方式的一個(gè)例子可以是電流接通60分鐘，斷開3秒鐘；接通60分鐘，斷開3秒鐘；等。在這些實(shí)施方式的一些方面，電流以非周期性方式中斷。非周期性方式的例子可以是電流接通60分鐘，斷開0.5秒；接通60分鐘，斷開l秒；接通60分鐘，斷開1.5秒，等。在這些實(shí)施方式的一些方面，當(dāng)富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)，電流在破壞循環(huán)內(nèi)周期性地中斷，其中富含目標(biāo)離子的水在一個(gè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)通過電化學(xué)電池；其中在一個(gè)"開啟時(shí)間"內(nèi)電流通過陽極和陰極之間；其中所述的"開啟時(shí)間"小于循環(huán)時(shí)間。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"S循環(huán)時(shí)間的99.99%。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"3盾環(huán)時(shí)間的99%。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"$循環(huán)時(shí)間的98%。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"4盾環(huán)時(shí)間的95%。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"是循環(huán)時(shí)間的99%至99.99%。在這些實(shí)施方式的一些方面，"開啟時(shí)間"是循環(huán)時(shí)間的95%至99.99%。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子選自可以以電化學(xué)方式還原的陰離子，包括但不局限于硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的任何組合物。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根。在這些實(shí)施方式的一些方面，流出電化學(xué)電池的、除去目標(biāo)離子的水中目標(biāo)離子的濃度小于進(jìn)入電化學(xué)電池的、富含目標(biāo)離子水中目標(biāo)離子的濃度。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，流出電化學(xué)電池的、除去目標(biāo)離子的水中目標(biāo)離子的濃度小于500mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，流出電化學(xué)電池的除去目標(biāo)離子的水中目標(biāo)離子的濃度小于250mg/L。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，流出電化學(xué)電池的除去目標(biāo)離子的水中目標(biāo)離子的濃度小于100mg/L。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法包括破壞循環(huán)，其中破壞循環(huán)破壞了存在于富含目標(biāo)離子的水中的目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在破壞循環(huán)中破壞了^90wty。的存在于富含目標(biāo)離子的水中的目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在破壞循環(huán)中破壞了295wtM的存在于富含目標(biāo)離子的水中的目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在破壞循環(huán)中破壞了299wt。/。的存在于富含目標(biāo)離子的水中的目標(biāo)離子。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，電化學(xué)電池是二室的電化學(xué)電池，包括陰極液室和陽極液室，有一張膜將這兩個(gè)室分隔開。在這些實(shí)施方式的一些方面，陽極液室含有陽極電解溶液，陰極液室含有陰極電解溶液，所述膜的主要作用是將陰極電解溶液和陽極電解溶液分離開。因此二室都可以具有組成不同的、能優(yōu)化每一室所需的化學(xué)反應(yīng)的溶液。在這些實(shí)施方式的一些方面，選擇膜以便控制從一室進(jìn)入另一室的離子流量。在這些實(shí)施方式的一些方面中，膜選自陽離子交換膜。當(dāng)使用陽離子交換膜時(shí)，在陽極液室和陰極液室之間的主要載荷體是H+。在這些實(shí)施方式的一些方面，其中目標(biāo)離子是硝酸根，恰當(dāng)?shù)剡x擇陽離子膜有助于使不希望發(fā)生的陰離子從陰極液室至陽極液室的遷移作用最小化，這些陰離子是諸如Mv、hccv和/或cr。通過不讓含有硝酸根的陰極電解液進(jìn)入陽極室，來防止硝酸根還原過程的中間體和產(chǎn)品再氧化。通過不讓任何在陰極電解液中的Cl-離子進(jìn)入陽極室，來阻止在陽極表面產(chǎn)生氯氣。適當(dāng)?shù)剡x擇膜也有助于防止氧化性物質(zhì)遷移到陰極電解溶液中，在陰極電解液作為再生劑溶液再利用的那些實(shí)施方式中，如果氧化性物質(zhì)進(jìn)入陰極電解液，一旦目標(biāo)離子選擇性交換樹脂與所述氧化性物質(zhì)接觸，就會(huì)對(duì)離子交換樹脂造成損害。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法還包括離子交換加載循環(huán)和再生循環(huán)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，離子交換加載循環(huán)包括使含有目標(biāo)離子的用于處理的水通過含有目標(biāo)離子選擇性交換樹脂床的離子交換柱的過程，其中將目標(biāo)離子從用于處理的水中提取出來以便產(chǎn)生產(chǎn)品已處理水。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子選自可以以電化學(xué)方式還原的陰離子，包括，比如硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的組合。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根。在本發(fā)朋的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法包括加載循環(huán)，其中，在離子交換循環(huán)中使用一種目標(biāo)離子選擇性交換樹脂從用于處理的水中提取目標(biāo)離子。目標(biāo)離子選擇性交換樹脂是對(duì)存在于用于處理的水中的目標(biāo)離子的親和性高于其它離子的離子交換樹脂。比如，硝酸根選擇性交換樹脂是對(duì)硝酸根的親和性高于其它通常存在于用于處理的水中的主要陰離子(即"非目標(biāo)離子")的離子交換樹脂。使用目標(biāo)離子選擇性交換樹脂有助于(a)增加離子交換過程的操作容量，特別是在用于處理的水中的非目標(biāo)離子對(duì)目標(biāo)離子的比率較高的情況下更是如此；(b)減少非目標(biāo)離子在離子交換樹脂上的吸附；(c)減少任何再利用的再生溶液中非目標(biāo)離子的積聚。盡管如此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，即使目標(biāo)離子選擇性交換樹脂也不會(huì)僅對(duì)目標(biāo)離子有親和性，它們會(huì)從與樹脂接觸的用于處理的水中提取這些非目標(biāo)離子。用于處理的水經(jīng)常含有多種不同的離子。比如，在從用于處理的水中除去硝酸根的方法中，注意到含有N03—的用于處理的水通常也含有S042—、Cl鄰HC03—。特別地，在這些用于處理的水中經(jīng)常存在大量的SO,。這些其它離子在通常用于還原N(V的相同條件下不能以電化學(xué)方式還原。因此，如果這些非目標(biāo)離子存在于被加入電化學(xué)電池的、富含硝酸根的水中(即"陰極電解液")并且在隨后的再生循環(huán)中，流出電化學(xué)電池的、除去硝酸根的水被用作水性再生劑溶液進(jìn)行再循環(huán)，那么這些非目標(biāo)離子會(huì)在系統(tǒng)中逐漸積聚。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到這些離子在系統(tǒng)中逐漸積聚是不希望發(fā)生的。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，再生循環(huán)包含在離子交換柱中的目標(biāo)離子選擇性交換樹脂床的再生過程。在這些實(shí)施方式的一些方面，一旦離子交換柱中的目標(biāo)離子選擇性交換床耗盡除去目標(biāo)離子的能力，再生循環(huán)就開始。在這些實(shí)施方式的一些方面，使用一種或多種水性再生劑溶液使所述床再生。引入水性再生劑溶液與目標(biāo)離子選擇性交換樹脂接觸，其中吸附在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上的離子被存在于水性再生劑溶液中的離子代替。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，并且在再生循環(huán)使用的至少一種水性再生劑溶液含有再生劑離子，再生劑離子選自氯離子、碳酸氫根和它們的組合，優(yōu)選氯離子。再生循環(huán)的結(jié)果是，至少一種水性再生劑溶液中富集了目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，目標(biāo)離子是硝酸根，再生處理的結(jié)果是，至少一種水性再生劑溶液中富集了硝酸根，產(chǎn)生富含硝酸根的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，富含硝酸根的水被作為陰極電解液轉(zhuǎn)移至電化學(xué)電池中，在破壞循環(huán)中硝酸根被破壞以產(chǎn)生除去硝酸根的水。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，通過使用多種水性再生劑溶液來減少非目標(biāo)離子在水處理系統(tǒng)中的累積。在這些實(shí)施方式的一些方面，在加載循環(huán)之后，在再生循環(huán)中至少使用兩種水性再生劑溶液使離子交換柱再生，在所述加載循環(huán)中，使用含有目標(biāo)離子選擇性交換樹脂床的離子交換柱從用于處理的水中提取目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在加載循環(huán)之后，使用第一水性再生劑溶液和第二水性再生劑溶液使離子交換柱中的目標(biāo)離子選擇性交換樹脂床再生。在這些實(shí)施方式的一些方面，第一水性再生劑溶液含有第一再生劑離子，所述第一再生劑離子能除去在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上的固定強(qiáng)度小于目標(biāo)離子的離子再生劑離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，第二水性再生劑溶液含有能從目標(biāo)離子選擇性交換樹脂替代目標(biāo)離子的第二再生劑離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，第一再生劑離子和第二再生劑離子是相同的，其中第一水性再生劑溶液中第一再生劑離子的濃度小于第二水性再生劑溶液中第二再生劑離子的濃度。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，通過使用多種水性再生劑溶液來減少非目標(biāo)離子在水處理系統(tǒng)中的累積。在這些實(shí)施方式的一些方面，在再生循環(huán)中加入含有第一再生劑離子的第一水性再生劑溶液，使其通過離子交換柱，以便除去在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上的固定強(qiáng)度低于目標(biāo)離子的離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在再生循環(huán)中加入第一水性再生劑溶液后，加入含有第二再生劑離子的第二水性再生劑溶液，使其通過離子交換柱，以便從目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上除去目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，在再生循環(huán)中使用第三水性再生劑溶液(即"洗滌溶液")將第二水性再生劑溶液從離子交換柱上洗滌下來。在這些實(shí)施方式的一些方面，第三水性再生劑溶液是用于處理的水或已處理的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，第一再生劑離子和第二再生劑離子是不同的離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，第一再生劑離子和第二再生劑離子是相同的，第一水性再生劑溶液中第一再生劑離子的濃度小于第二水性再生劑溶液中第二再生劑離子的濃度。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，再生循環(huán)中所有或部分從離子交換柱流出的水性再生劑溶液再循環(huán)用于下一個(gè)再生循環(huán)。在這些實(shí)施方式的一些方面，使用多種水性再生劑溶液。在這些實(shí)施方式的一些方面，在再生循環(huán)中，將第一水性再生劑溶液、第二水性再生劑溶液和第三水性再生劑溶液(即"洗滌溶液")加入離子交換柱。在這些實(shí)施方式的一些方面，第一水性再生劑溶液和第二水性再生劑溶液含有不同濃度的相同再生劑離子，其中再生劑離子的濃度在第二水性再生劑溶液中更高。在這些實(shí)施方式的一些方面，將所有或部分從離子交換柱中流出的第二水性再生劑溶液加入電化學(xué)電池中作為陰極電解液。在這些實(shí)施方式的一些方面，將所有或部分從離子交換柱中流出的第一水性再生劑溶液導(dǎo)入下水道或與已處理水的混合。在這些實(shí)施方式的一些方面，所有或部分從離子交換柱流出的第三水性劑再生劑溶液作為第一水性再生劑溶液，再循環(huán)用于下一個(gè)再生循環(huán)。在這些實(shí)施方式的一些方面，在將部分從離子交換柱流出的第三水性再生劑溶液作為第一水性再生劑溶液再循環(huán)用于下一個(gè)再生循環(huán)之前，對(duì)其進(jìn)行處理以便調(diào)節(jié)其中再生劑離子的濃度。在這些實(shí)施方式的一些方面，對(duì)從離子交換柱流出的第三水性再生劑溶液進(jìn)行處理以便提高其中再生劑離子的濃度。在這些實(shí)施方式的一些方面，對(duì)從離子交換柱流出的第三水性再生劑溶液進(jìn)行處理以便減小其中再生劑離子的濃度。在這些實(shí)施方式的一些方面，從離子交換柱流出的、作為第一水性再生劑溶液再循環(huán)用于下一個(gè)再生循環(huán)的第三水性再生劑溶液的體積等于從離子交換柱流出的、不再作為第一水性再生劑溶液再循環(huán)用于下一個(gè)再生循環(huán)的第一水性再生劑溶液總體積的至少90vol%。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法包括i)離子交換加載循環(huán)，包括使用于處理的水通過含有目標(biāo)離子選擇性交換樹脂的離子交換柱以便從預(yù)處理的水中提取目標(biāo)離子，產(chǎn)生己處理的水的過程；ii)再生循環(huán)，包含通過以下步驟使離子交換柱再生的過程，a)使包含第一再生劑離子的第一水性再生劑溶液通過離子交換柱以便除去在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上固定強(qiáng)度小于目標(biāo)離子的離子；b)然后使包含第二再生劑離子的第二水性再生劑溶液通過離子交換柱以便從目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上除去目標(biāo)離子，產(chǎn)生富含目標(biāo)離子的水；c)然后用第三水性再生劑溶液洗滌離子交換柱以便從離子交換柱上沖洗掉第二水性再生劑溶液并從離子交換柱上除去過量的再生劑離子；iii)破壞循環(huán)，包含使富含目標(biāo)離子的水通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池并在陽極和陰極之間接通電流，其中，目標(biāo)離子被破壞以產(chǎn)生餘去目標(biāo)離子的水，其中，所述的電流在富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)至少中斷一次。在這些實(shí)施方式的一些方面，對(duì)離開電化學(xué)電池的除去目標(biāo)離子的水進(jìn)行處理，以便在其在下一個(gè)再生循環(huán)中作為第二水性再生劑溶液再循環(huán)回到離子交換柱之前恢復(fù)其中再生劑離子的濃度。選擇用于水性再生劑溶液的再生劑離子的依據(jù)是目標(biāo)離子和所用的離子交換樹脂的選擇性。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，目標(biāo)離子是硝酸根，至少一種水性再生劑溶液中使用的再生劑離子選自碳酸氫根、氯離子、硫酸根和它們的組合，優(yōu)選氯離子。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在電化學(xué)電池中將水性的酸和/或水性的堿加入富含目標(biāo)離子的水(即"陰極電解液")中以便維持該溶液的pH。在富含目標(biāo)離子的水中加入水性的酸和/或水性的堿的操作增加了該溶液的體積和離開電化學(xué)電池的除去目標(biāo)離子的水的體積。而且，在這些實(shí)施方式的一些方面，在破壞循環(huán)中電化學(xué)電池中存在從陽極電解液至陰極電解液的凈水流量。在這些實(shí)施方式的一些方面，在目標(biāo)離子破壞循環(huán)中，在陰極電解液中產(chǎn)生水。使除去目標(biāo)離子的水作為水性再生劑溶液再循環(huán)到水處理系統(tǒng)的離子交換部分，在這樣的實(shí)施方式中，較優(yōu)地使陰極電解液體積的增加最小化。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，通過加強(qiáng)蒸發(fā)作用除去至少一些在破壞循環(huán)中加入陰極電解液的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過使一股吹掃氣體通過陰極電解液上方的空間來促進(jìn)加強(qiáng)的蒸發(fā)作用。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過使一股吹掃氣通過陰極電解液來促進(jìn)加強(qiáng)的蒸發(fā)作用。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過將一股吹掃氣噴射到陰極電解液內(nèi)部來促進(jìn)加強(qiáng)的蒸發(fā)作用。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過加強(qiáng)蒸發(fā)作用除去至少90volX在破壞循環(huán)中加入陰極電解液的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過加強(qiáng)蒸發(fā)作用除去至少95volX在破壞循環(huán)中加入陰極電解液的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過加強(qiáng)蒸發(fā)作用除去至少90至100vol^在破壞循環(huán)中加入陰極電解液的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，通過加強(qiáng)蒸發(fā)作用除去至少95至100vol^在破壞循環(huán)中加入陰極電解液的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，在將吹掃氣釋放到空氣中之前對(duì)它進(jìn)行處理以便除去一種或多種組分(比如，氨氣)。在這些實(shí)施方式的一些方面，吹掃氣是空氣或諸如氮?dú)獾亩栊詺怏w。在本發(fā)朋的一些實(shí)施方式中，用于處理的水是地下水或地表水。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，富含目標(biāo)離子的水是用于處理的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，已處理的水是除去目標(biāo)離子的水。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在再生循環(huán)中產(chǎn)生富含目標(biāo)離子的水，其中，目標(biāo)離子選擇性交換樹脂床得到再生，其中，富含目標(biāo)離子的水是在再生循環(huán)中離開離子交換柱的廢的水性再生劑溶液?，F(xiàn)在我們將通過目標(biāo)離子是硝酸根的水處理系統(tǒng)，更詳細(xì)地描述本發(fā)明的水處理系統(tǒng)。獲得由本文提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員會(huì)知道如何修改所述的硝酸根目標(biāo)離子水處理系統(tǒng)以便將其用于處理其它目標(biāo)離子，包括比如亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的組合。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有硝酸根的用于處理的水中除去硝酸根的方法包括離子交換加載循環(huán)、再生循環(huán)和破壞循環(huán)。在這些實(shí)施方式的一些方面，離子交換加載循環(huán)包括使用于處理的水通過含有硝酸根選擇性交換樹脂床的硝酸根選擇性離子交換柱的過程，其中硝酸根被從用于處理的水中提取出來，產(chǎn)生產(chǎn)品已處理的水。適用于本發(fā)明的兩種市售硝酸根選擇性交換樹脂是來自羅門哈斯公司(RohmandHassCompany)的IMACHP555和來自漂萊特國際公司(PuroliteInternational)的A520E。這些市售硝酸根選擇性交換樹脂對(duì)于用于處理的水中通常存在的陰離子的相對(duì)親和性是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，提供從含有硝酸根的用于處理的水中除去硝酸根的方法，該方法包括i)離子交換加載循環(huán)，包括使用于處理的水通過含有硝酸根選擇性交換樹脂的離子交換柱以便從預(yù)處理的水中提取硝酸根，產(chǎn)生產(chǎn)品己處理水的過程；ii)再生循環(huán)，包含通過以下步驟使離子交換柱再生的過程，a)使含有第一再生劑離子的第一水性再生劑溶液通過離子交換柱以便除去在硝酸根選擇性交換樹脂上固定強(qiáng)度低于硝酸根的離子；b)然后使含有第二再生劑離子的第二水性再生劑溶液通過離子交換柱以便從硝酸根選擇性交換樹脂上除去硝酸根，產(chǎn)生富含硝酸根的水；C)然后用第三水性再生劑溶液洗滌離子交換柱以便從離子交換柱上沖洗掉第二水性再生劑溶液并從離子交換柱上除去過量的再生劑離子；iii)破壞循環(huán)，包括使富含硝酸根的水(即"陰極電解液")通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池并在陽極和陰極之間接通電流的過程，其中，硝酸根被破壞以便產(chǎn)生除去硝酸根的7K，其中，所述的電流在富含硝酸根的水通過龜化學(xué)電池時(shí)至少中斷一次。在這些實(shí)施方式的一些方面，對(duì)離開電化學(xué)電池的除去硝酸根的水進(jìn)行處理，以便使其在下一個(gè)再生循環(huán)中作為第二水性再生劑溶液再循環(huán)回到離子交換柱之前恢復(fù)其中再生劑離子的濃度。在陰極室中將硝酸根還原為氮?dú)饣虬睔獾恼w化學(xué)反應(yīng)描述為以下反應(yīng)方程式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>以及氨氣與銨離子的平衡NH3+H+hNH4+(4)在陰極室中可能發(fā)生的副反應(yīng)是氫發(fā)生如下演變2H++2e-—H2(5)硝酸根還原的確切機(jī)制包括多步反應(yīng)和中間體。假定在此過程中第一個(gè)穩(wěn)定的中間體是亞硝酸根N03-+2H++2e陽—N02-+H20(6)然而，本發(fā)明的實(shí)施方式不依賴于所有反應(yīng)的特定模式或機(jī)理。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，電化學(xué)電池中的陽極電解液含有硫酸。在這些實(shí)施方式的一些方面，陽極室中的主要反應(yīng)是水的電解，氧氣的產(chǎn)生和質(zhì)子的產(chǎn)生2H20—02+4H++4e-(7)陽極室中可能發(fā)生的副反應(yīng)是cr變?yōu)槁葰獾碾娀瘜W(xué)氧化作用2Cr—Cl2+2e-(8)通常，對(duì)于每一個(gè)通過交換膜的e—，在陽極產(chǎn)生一個(gè)H+并通過陽離子交換膜遷移至陰極室，如反應(yīng)7所述。然而，如反應(yīng)2-3中所示，全部陰極反應(yīng)消耗的H+比e—多一個(gè)。因此，當(dāng)N03l皮還原時(shí)，陰極電解液的H+將被除去，除非另外加入H+，否則陰極電解液的pH將會(huì)升高。通常以水性酸溶液的形式加入H+。在陰極電解液中加入水性酸導(dǎo)致陰極電解液體積增加。當(dāng)H+遷移通過陽離子交換膜時(shí)，它也通過電滲攜帶H20分子。通常，對(duì)于每一個(gè)從陽極進(jìn)入陰極電解液的H+，它通過電滲作用至少攜帶一分子水通過交換膜，這進(jìn)一步增加了陰極電解液的體積。如反應(yīng)2-3中所示，對(duì)于在破壞循環(huán)中破壞的每一個(gè)NO"也會(huì)形成水分子，這進(jìn)一步增加陰極電解液的體積。在那些陰極電解液作為用于下一個(gè)再生循環(huán)的水性再生劑溶液進(jìn)行再循環(huán)的實(shí)施方式中，優(yōu)選使陰極電解液的體積增加最小化(即，使需要含有對(duì)象溶液的儀器尺寸和投資最小化，并使廢水的體積最小化)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在破壞循環(huán)中實(shí)施加強(qiáng)的蒸發(fā)作用以便除去至少部分加入陰極電解液中的水，通過使用吹掃氣來促進(jìn)該蒸發(fā)作用。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到反應(yīng)2-8是在酸性溶液中發(fā)生。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員也會(huì)認(rèn)識(shí)到如何書寫等同的在堿性溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于既定的電化學(xué)電池離子破壞系統(tǒng)，可以根據(jù)化學(xué)計(jì)量關(guān)系確定理論最大電流效率。對(duì)于電化學(xué)電池N(V離子破壞系統(tǒng)，其中N(V還原為N2，可以從反應(yīng)2得出理論效率。這種電化學(xué)電池NCV離子破壞系統(tǒng)的理論電流效率是0.463g/hr/A。同樣地，如果產(chǎn)品是NH3，那么由反應(yīng)3得出的理論效率是0.289g/hr/A。為了幫助解釋本發(fā)明的某些方面，我們將在此詳細(xì)描述圖1中描繪的水處理系統(tǒng)的操作過程，該水處理系統(tǒng)用于從含有硝酸根的用于處理的水中除去硝酸根。圖1中描繪的水處理系統(tǒng)包括離子交換部分和電化學(xué)電池部分(即"破壞系統(tǒng)")。圖1-3中描繪了本發(fā)明水處理系統(tǒng)的實(shí)施例的離子交換部分。在離子交換加載循環(huán)中，用泵輸運(yùn)用于處理的水使其通過進(jìn)水閥V-1和離子交換柱。已處理的水通過出水閥V-2流出離子交換柱。用于過程監(jiān)控的任何必需的傳感器都可以設(shè)置在從離子交換柱引出的出口管道中。這些傳感器可以包括溫度、pH、電導(dǎo)率和目標(biāo)離子濃度傳感器。閥V-3和V-4通常在加載循環(huán)保持關(guān)閉。在再生循環(huán)中，至少有一種水性再生劑溶液通過離子交換柱。用泵輸運(yùn)至少一種水性再生劑溶液，使其通過進(jìn)水閥V-3和離子交換柱。離開離子交換柱的廢的再生劑溶液通過出水閥V-4。用于過程監(jiān)控的任何必需的傳感器可以設(shè)置在從離子交換柱引出的出口管道中。這些傳感器可以包括溫度、pH、電導(dǎo)率和目標(biāo)離子濃度傳感器。閥V-l和V-2通常在再生循環(huán)保持關(guān)閉。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在離子交換加載循環(huán)中通過離子交換柱的水流方向可以是上流、下流或它們的組合。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員也將認(rèn)識(shí)到在樹脂再生循環(huán)中通過離子交換柱的流向可以是上流、下流或它們的組合。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到再生循環(huán)的流向可以是相對(duì)于加載循環(huán)的流向同向、逆向、或并向和逆向的組合。圖1-3中描繪的水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成與三種再生劑溶液一起使用，即第一再生劑溶液(即"低濃度再生劑溶液")、第二水性再生劑溶液(即"高濃度再生劑溶液")、和第三水性再生劑溶液(即"洗滌溶液")。第一水性再生劑溶液和第二水性再生劑溶液含有相同的再生劑離子，同時(shí)第一水性再生劑溶液的再生劑離子濃度低于第二水性再生劑溶液。在操作過程中，打開閥V-5，使閥V-6和V-7保持關(guān)閉，就將低濃度再生劑溶液提供至再生劑泵。當(dāng)在加載循環(huán)之后將低濃度再生劑溶液加入到離子交換柱時(shí)，通過合適地選擇低濃度再生劑溶液的再生劑濃度，低濃度再生劑溶液將代替在交換樹脂上固定強(qiáng)度小于硝酸根的離子(即"非目標(biāo)離子")。也就是，比如，低濃度的cr溶液將優(yōu)選代替Hco3'和SO,，在離子交換樹脂上留下NCV。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，將NaCl用作再生劑，其中加入離子交換柱的低濃度再生劑溶液的再生劑濃度是<50g/L溶液、較優(yōu)地，210至^40g/L溶液，更優(yōu)地，220至^30g/L溶液。將低濃度再生劑溶液加入離子交換柱直到提供了所需量的再生劑。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到低濃度再生劑溶液中最優(yōu)的再生劑濃度取決于，尤其是所用的離子交換樹脂、存在的非目標(biāo)離子、目標(biāo)離子和所用的再生劑。通過打開閥V-6，使閥V-5和V-7保持關(guān)閉，將高濃度再生劑溶液提供至再生劑泵。在加載循環(huán)和加入低濃度再生劑溶液之后，將高濃度再生劑溶液加入到離子交換柱時(shí)，通過合適地選擇高濃度再生劑溶液的再生劑濃度，高濃度再生劑溶液將代替離子交換柱中離子交換樹脂上的硝酸根。也就是，如果有人正在使用已經(jīng)加載了N(V的硝酸根選擇性樹脂，高濃度的cr將代替Ncv。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，將NaCl用作再生劑，其中加入離子交換柱的高濃度再生劑溶液的再生劑濃度是〉50g/L溶液、較優(yōu)地，2100g/L溶液，更優(yōu)地，2150g/L溶液。將高濃度再生劑溶液加入離子交換柱直到提供了所需量的再生劑。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到高濃度再生劑溶液中最優(yōu)的再生劑濃度取決于，尤其是所用的離子交換樹脂、存在的非目標(biāo)離子、目標(biāo)離子和所用的再生劑。通過打開閥V-7，使閥V-5和V-6保持關(guān)閉，將洗滌溶液提供至再生劑泵。洗滌溶液代替離子交換柱上的高濃度再生劑溶液，留下處于已再生狀態(tài)的床準(zhǔn)備進(jìn)行又一次離子交換加載循環(huán)。洗滌溶液可以是用于處理的水?；蛘?，洗滌溶液可以是前一個(gè)加載循環(huán)中通過打開閥V-ll從離子交換柱流至洗滌容器的再循環(huán)的已處理水。在再生循環(huán)中使用加入離子交換柱的三種再生劑溶液將導(dǎo)致廢再生劑的濃度曲線圖存在一些區(qū)域。開始時(shí)，保留在離子交換柱中、來自前面的加載循環(huán)的的用于處理的水被代替。在這之后的時(shí)間中，弱連接的非目標(biāo)離子以高于再生劑離子或目標(biāo)離子的濃度存在于廢再生劑中。然后的時(shí)間中，再生劑離子的濃度值很高，目標(biāo)離子的濃度增加到最大值，然后下降，而弱連接的非目標(biāo)離子濃度快速下降。然后的時(shí)間中，當(dāng)再生劑被洗出床層時(shí)，所有物質(zhì)的濃度都快速下降。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到廢再生劑濃度曲線的細(xì)節(jié)取決于，尤其是所用的離子交換樹脂、存在的非目標(biāo)離子和它們的量、目標(biāo)離子和它的量、三種再生劑溶液的濃度、純度和體積。本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員也會(huì)認(rèn)識(shí)到，改變加入離子交換柱的溶液不會(huì)導(dǎo)致同時(shí)改變來自離子交換柱的廢再生劑，這是由管道中溶液的體積，離子交換樹脂床的組織間隙(后者約為0.35BV)、以及系統(tǒng)內(nèi)的擴(kuò)散和分散作用造成的。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，廢再生劑溶液被分成幾種餾份。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，至少一份廢再生劑餾分進(jìn)行再循環(huán)。在這些實(shí)施方式的一些方面，廢再生劑被分成三種流出餾分，即第一流出餾分、第二流出餾分和第三流出餾分。第一流出餾分含有被代替的用于處理的水以及弱連接的非目標(biāo)離子、以及較低濃度的再生劑和目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，將第一流出餾分排掉(例如排入下水道)。在這些實(shí)施方式的一些方面，將第一流出餾分與加載循環(huán)中產(chǎn)生的已處理水混合。第二流出餾分含有大多數(shù)的目標(biāo)離子和高濃度的再生劑離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，將第二流出餾分作為富含目標(biāo)離子的水調(diào)用為破壞循環(huán)中電化學(xué)電池中的陰極電解液，在所述破壞循環(huán)中目標(biāo)離子被破壞，形成除去目標(biāo)離子的水。在這些實(shí)施方式的一些方面，將破壞循環(huán)后的陰極電解液(即除去目標(biāo)離子的水)用作再生劑溶液(即作為高濃度再生劑溶液)進(jìn)行再循環(huán)，回到離子交換柱中。第三流出餾分含有中等濃度的再生劑離子、低濃度的目標(biāo)離子和可忽略濃度的弱連接的非目標(biāo)離子。在這些實(shí)施方式的一些方面，第三流出餾分被排放(比如，排放到下水道)。在這些實(shí)施方式的一些方面，第三流出餾分用作再生劑溶液(即作為低濃度再生劑溶液)進(jìn)行再循環(huán)，回到離子交換柱中。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，將第一工藝溶液從第一單元操作轉(zhuǎn)移至第二單元操作(即從離子交換柱轉(zhuǎn)移至電化學(xué)電池)，第二工藝溶液進(jìn)行再循環(huán)從第二單元操作回到第一單元操作。在這些實(shí)施方式的一些方面，將第一工藝溶液轉(zhuǎn)移，第二工藝溶液在數(shù)個(gè)水處理循環(huán)中進(jìn)行多次再循環(huán)。在這些實(shí)施方式的一些方面，從第一單元操作轉(zhuǎn)移至第二單元操作的第一工藝溶液的體積是進(jìn)行再循環(huán)從第二單元操作回到第一單元操作的第二工藝溶液體積的95至105%、較優(yōu)地，98至102%、更優(yōu)地，99至101%。圖4中描繪了電化學(xué)電池破壞系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。在破壞循環(huán)中，第二階段流出物(即"富含目標(biāo)離子的水")轉(zhuǎn)移至陰極電解液儲(chǔ)存容器中，它然后被用作電化學(xué)電池中的陰極電解液。通過閥V-12從陰極電解液儲(chǔ)存容器中加入陰極電解液，通過閥V-14用泵使其通過用膜分隔的電化學(xué)電池的陰極室，回到陰極電解液儲(chǔ)存容器中。調(diào)壓閥V-16在所述的破壞系統(tǒng)中用于兩個(gè)目的。首先，如果閥V-14關(guān)閉，它為陰極電解液的循環(huán)(條件是陰極電解液泵開啟)提供一條途徑。其次，如果閥V-14開啟，它幫助調(diào)節(jié)電化學(xué)電池內(nèi)的壓力。在陰極電解液泵和電化學(xué)電池之間的管線中可以任選地包括熱交換器，以便調(diào)節(jié)或控制加入到電化學(xué)電池中的陰極電解液的溫度。被加入的熱量或從陰極電解液移除的熱量取決于幾個(gè)因素，包括提供給電化學(xué)電池的電能、電化學(xué)電池的效率、對(duì)環(huán)境的熱損失的速度和所用儀器的安全操作范圍。在陰極電解液泵和電化學(xué)電池之間的管線中可以使用各種傳感器以便進(jìn)行過程監(jiān)控，包括比如溫度、pH、目標(biāo)離子濃度監(jiān)控。在具有用于破壞硝酸根的電化學(xué)破壞系統(tǒng)的水處理系統(tǒng)中，經(jīng)常需要調(diào)節(jié)陰極電解液的pH。因此，在這種系統(tǒng)中，需要提供幫助在陰極電解液中加入酸或堿的裝置。在用NaCl重新組成的除去目標(biāo)離子水的系統(tǒng)中，很容易用HC1或NaOH來改變陰極電解液的pH。陰極電解液所需的pH將取決于被破壞的目標(biāo)離子、陰極的組成材料、各種可能發(fā)生的副反應(yīng)、所用儀器的組成材料。對(duì)于目標(biāo)離子是在鹽水溶液中的硝酸根的系統(tǒng)，pH較優(yōu)地〉3以便使電化學(xué)電池中產(chǎn)生的H2最少；更優(yōu)地29以便幫助NH4+轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性更好的NH3;最優(yōu)地Sll以便幫助增加Cl2在陰極電解液中的溶解度?；蛘?，使用更加中性的pH以便進(jìn)行再循環(huán)而回到水處理系統(tǒng)離子交換部分的除去目標(biāo)離子水的pH^9;更優(yōu)地S8;最優(yōu)地在6.8至7.2之間。以與用于陰極電解液的相同的安排來操作在電化學(xué)電池中使用的陽極電解液。陽極電解液包含在陽極電解液容器中。陽極電解液通過閥V-13，用泵輸運(yùn)使其通過閥V-15和分隔的電化學(xué)電池的陽極室，回到陽極電解液容器中。調(diào)節(jié)閥V-17調(diào)節(jié)電化學(xué)電池的陽極室內(nèi)的壓力。通常希望保持閥V-16和V-17上的壓力設(shè)定點(diǎn)，兩個(gè)壓力設(shè)定點(diǎn)是相當(dāng)?shù)囊员惚苊庠诜指綦娀瘜W(xué)電池中的陽極室與陰極室的膜兩邊產(chǎn)生壓力差。盡管在圖4中沒有顯示，也可以以嵌入方式在陽極電解液泵和陰極電解液泵之間引入熱交換器和過程傳感器。陽極電解液可以是水性酸、堿或鹽溶液。在一些系統(tǒng)中，陽極電解液是水性的酸溶液。在一些系統(tǒng)中，陽極電解液是不含鹵素的酸溶液。在一些系統(tǒng)中，陽極電解液是H2S04水溶液，H2S04的濃度是10至20wt%。在硝酸根破壞系統(tǒng)中，電化學(xué)電池破壞系統(tǒng)中陽極電解液的體積會(huì)隨著時(shí)間推移而減小。陽極電解液的這種體積損失是在陽極發(fā)生的水電解作用(根據(jù)反應(yīng)7)和水通過膜到達(dá)陰極液室的電滲轉(zhuǎn)移作用造成的。因此，為了在系統(tǒng)中保持穩(wěn)定的陽極電解液體積，需要向陽極電解液中加入水。在那些陽極電解液是水性H2S04溶液的系統(tǒng)中，需要從要加入陽極電解液的水中除去的硬性離子，諸如Ca2+和Mg2+。在硝酸根破壞系統(tǒng)中，通過結(jié)合作為硝酸根還原反應(yīng)產(chǎn)物而產(chǎn)生的水(見反應(yīng)2-3)、從陽極電解液通過膜的電滲轉(zhuǎn)移水、和為了保持pH而加入陰極電解液中的含水酸，陰極電解液的體積會(huì)隨著時(shí)間而增加。如果陰極電解液被再循環(huán)而回到高濃度再生劑容器中，需要使陰極電解液體積的增加最小化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用吹掃氣是一種有效的從陰極電解液中除去水的方法。比如，可以使吹掃氣通過陰極電解液儲(chǔ)存容器中陰極電解液上方的空間以便提高陰極電解液的蒸發(fā)速度。或者，可以通過比如鼓泡，直接將吹掃氣引入陰極電解液中。然后從陰極電解液帶出的水隨著吹掃氣一起排出系統(tǒng)。在一些系統(tǒng)中，在將吹掃氣釋放到空氣中之前使其通過滌氣器或其它設(shè)備可能是較優(yōu)的做法。吹掃氣從陰極電解液中除去水的速度是吹掃氣流速和陰極電解液上方水蒸氣濃度的函數(shù)。陰極電解液上方水蒸氣的濃度與水的平衡蒸氣壓有關(guān)，水的平衡蒸氣壓是陰極電解液溫度的函數(shù)。因此，被給予由本文提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域普通的技術(shù)人員將知道如何調(diào)節(jié)吹掃氣的流速和陰極電解液容器中陰極電解液的溫度以便控制以吹掃氣從陰極電解液中除去水的速度。比如，在NaCl陰極電解液中將1mol的N(V還原為N2、,3或,+，將會(huì)在溶液中分別引入約11.4、11.4、或17.8mol的H20，這些水來自產(chǎn)物水、從陽極電解液穿過膜的電滲轉(zhuǎn)移水、和使用HC1以提供平衡電化學(xué)反應(yīng)所需的附加的H+的水。在50'C時(shí)，水的蒸氣壓是0.122atm，根據(jù)理想氣體定律，這意味著對(duì)于在1atm下離開陰極電解液容器的氣體，將有12.2%的摩爾是水蒸氣，87.8%摩爾是空氣。在latm壓力和20。C溫度下，對(duì)應(yīng)于1mol空氣的體積是24.0L。假定將N(V還原為NH3的電流效率是100X，預(yù)計(jì)保持陰極電解液體積所需的吹掃氣(空氣)流速大約是!Cx60丄x1/Mmo/i/20x0.878mo/空氣x21()丄在肌,^氣—壓下爿x51min_附o/My0.212歸/7/20_mol空氣—。L在2Q'd大氣壓下…。rComole_1Axmin96485-^x8-r,/emolN03因此，在50'C使用12.5A電流的系統(tǒng)將需要預(yù)計(jì)約2.4L/min的吹掃氣(空氣)流速以便從陰極電解液中除去增加的體積的水。由于陰極電解液中鹽的存在造成的蒸氣壓降低、電化學(xué)電池的效率、系統(tǒng)的操作pH和在電化學(xué)電池中反應(yīng)產(chǎn)物的分布情況，實(shí)際所需的吹掃氣流速與預(yù)計(jì)可能不同。而且，即使當(dāng)電化學(xué)電池不工作時(shí)，隨著吹掃氣流過，由吹掃氣流促進(jìn)的蒸發(fā)作用在繼續(xù)進(jìn)行。作為進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，吹掃氣除去電化學(xué)電池中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)的各種產(chǎn)物，比如在N(V的還原過程中產(chǎn)生的NH3以及可能由電化學(xué)電池中的副反應(yīng)產(chǎn)生的H2?？梢允勾祾邭馊芜x地通過電化學(xué)破壞系統(tǒng)的陽極電解液一側(cè)。這種陽極電解液吹掃氣的主要目的不是水蒸發(fā)作用(水蒸發(fā)作用是陰極吹掃氣的情況)。使用陽極電解液吹掃氣的主要目的是除去電化學(xué)電池中發(fā)生的陽極反應(yīng)的各種揮發(fā)性的產(chǎn)物，比如陽極反應(yīng)可以產(chǎn)生大量02。在吹掃氣排放到空氣中之前在特定的裝置中對(duì)其進(jìn)行處理，比如通過氣體洗滌，可能是較優(yōu)的做法。比如，在目標(biāo)離子是N(V的水處理系統(tǒng)中，陰極電解液吹掃氣可能含有NH3，它可以在吹掃氣排放前用酸性滌氣器除去；陽極電解液吹掃氣可能含有痕量的Cl2，它可以在吹掃氣排放前使用堿性滌氣器除去。在一些裝置中，陰極電解液可以用于洗滌陽極電解液吹掃氣，陽極電解液吹掃氣可以用于洗滌陰極電解液吹掃氣。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法還包括增強(qiáng)在破壞目標(biāo)離子的破壞循環(huán)中使用的電化學(xué)電池的效率的方法。在這些實(shí)施方式的一些方面，增強(qiáng)電化學(xué)電池效率的方法包括在破壞循環(huán)中中斷通過電化學(xué)電池的陽極和陰極之間的電流的過程，其中，目標(biāo)i"jj■曙7入一'ro實(shí)施例現(xiàn)在將在以下的實(shí)施例中詳細(xì)描述本發(fā)明的一些實(shí)施方式。實(shí)施例l:離子交換和使用一種再生劑溶液的再生作用圖2中顯示了用于實(shí)施例1的設(shè)備。所用的離子交換柱是填充了875mL硝酸根選擇性交換樹脂(IMACTMHP555，購自羅門哈斯(RohmandHaasCompany))的玻璃柱(5.1cm內(nèi)徑x45cm長(zhǎng))。用于處理的水是含有2.00m叫/L(71mg/L)Cl-、1.5meq/L(72mg/L)S042-、1.5meq/L(93mg/L)冊(cè)3-、1.5m叫/L(92mg/L)HC03，6.5meq/L(150mg/L)Na+的去離子水的合成流。沿上流方向、以583mL/min(40BV/hr)的速度向柱中加入用于處理的水，歷時(shí)6.5hr(體積是260BV)，此時(shí)流出物中N03-的濃度約是1.0meq/L(62mg/L)。按照當(dāng)量給出的濃度和量是關(guān)于離子交換性能的(S卩，離子價(jià)，而不是電化學(xué)當(dāng)量)。使用含有再生劑氯離子的水性再生劑溶液使硝酸根選擇性交換樹脂再生。特別地，水性再生劑溶液的NaCl濃度是2.57eq/L(150g/L)，再生劑溶液的體積是933mL(1.07BV)。所述體積和濃度相當(dāng)于NaCl的劑量為2.75當(dāng)量/升樹脂(160克/升樹脂)。沿下流方向、以58.3mL/min(4.0BV/hr)的速度向離子交換柱中加入水性再生劑溶液。然后用1750mL(2.0BV)與用于處理的水具有相同組成的洗滌溶液從離子交換柱上洗下水性再生劑溶液。沿下流方向、以58.3mL/min(4.0BV/hr)的速度向離子交換柱中加入洗滌溶液。收集100mL—份的從離子交換柱流出的廢水性再生劑溶液和洗滌溶液的餾分，分析cr、S042_、N03'。圖5中以圖表的形式提供了這些分析的結(jié)果。實(shí)施例2:離子交換和使用兩種再生劑溶液的再生作用圖2中描繪了用于實(shí)施例2的設(shè)備。離子交換柱、用于處理的溶液和加載循環(huán)的條件與實(shí)施例1中使用的相同。加載循環(huán)后，沿下流方向、以58.3mL/min(4.0BV/hr)的速度加入1.4L(1.6BV)NaCl濃度為0.43eq/L(25g/L)的第一水性再生劑溶液(即"低濃度再生劑溶液")，使其通過離子交換柱。該體積和濃度對(duì)應(yīng)于0.69叫/L樹脂(40g/L樹脂)的NaCl劑量。度為2.57eq/L(150g/L)的第二水性再生劑溶液(即"高濃度再生劑溶液)，使其通過離子交換柱。該體積和濃度對(duì)應(yīng)于2.06eq/L樹脂(120g/L樹脂)的NaCl劑量。兩種再生劑溶液的總量是2.75叫/L樹脂(160g/L樹脂)的NaCl劑量，與實(shí)施例1中相周。然后用1750mL(2.0BV)與用于處理的水具有相同組成的洗滌溶液從離子交換柱上洗下第二水性再生劑溶液。沿下流方向、以58.3mL/min(4.0BV/hr)的速度向離子交換柱中加入洗滌溶液。收集100mL—份的從離子交換柱流出的廢再生劑溶液餾分，分析Cl'、S042—、N03—。圖6中以圖表的形式提供了這些分析的結(jié)果。如圖6中提供的結(jié)果所示，可以看到，通過使用兩種不同的水性再生劑溶液，有可能將目標(biāo)離子(即N03)與非目標(biāo)離子(即S04"分離開，產(chǎn)生只具有少量非目標(biāo)離子的目標(biāo)離子富集餾分。實(shí)施例3:離子交換和部分再生劑再循環(huán)的再生作用圖3中描繪了用于實(shí)施例3的設(shè)備。使用的用于處理的水的條件和柱加載過程與實(shí)施例2中的相同。裝置上安裝了在從離子交換引出的出水管線內(nèi)的在線NCV傳感器。該傳感器使用了連接到分光光度計(jì)上的UV光探頭以便每15秒收集200-500nm的光譜。光譜的重疊合法能測(cè)出1peq/L至leq/L的NC^濃度，精確度優(yōu)于5%。以上流方向加入用于處理的水，使其通過離子交換柱，直到柱子的流出物中N(V濃度達(dá)到0.5meq/L(加載循環(huán))。每一個(gè)加載循環(huán)完成后自動(dòng)進(jìn)行再生循環(huán)。每一個(gè)再生循環(huán)包含第一階段再生，其中以下流方向加入第一水性再生劑溶液，使其通過離子交換柱；第二再生階段，其中以下流方向加入第二水性再生劑溶液，使其通過離子交換柱；洗滌過程，其中以下流方向加入洗滌再生劑溶液，使其通過離子交換柱；其中，第一階段再生、第二再生階段、洗滌過程按順序一個(gè)接一個(gè)地進(jìn)行。在每一個(gè)第一階段再生過程中，使1,2BV、初始濃度為0.43叫/L(25eq/LNaCl)的第一水性再生劑溶液(S卩"低濃度再生劑溶液")通過離子交換柱。由第一水性再生劑溶液輸送到柱中的Cr離子目標(biāo)劑量是0.51叫/L樹脂(30g/L樹脂)。在每一個(gè)第二階段再生過程中，使2.4BV、初始濃度為2.57eq/L(150eq/LNaCl)的第二水性再生劑溶液(S卩"高濃度再生劑溶液")通過離子交換柱。出第二水性再生劑溶液輸送到柱中的Cr離子目標(biāo)劑量是6.17叫/L樹脂(30g/L樹脂)。由兩種再生劑溶液輸送到柱中的Cr離子目標(biāo)劑量是6.67eq/L樹脂(390g/L樹脂)。在每一個(gè)洗滌過程中，使1.73BV的洗滌溶液通過離子交換柱。用于洗滌溶液的水來自加載循環(huán)中間過程時(shí)期從離子交換柱流出的液體。洗漆溶液的N03-濃度是約0.01m叫/L(0.6mg/L)。在每一個(gè)再生循環(huán)中，將首先從離子交換柱流出的1.73BV流出物排放至下水道中。盡管如此，在操作時(shí)，可以將該餾分與已處理產(chǎn)品水混合。將第1.73BV至4.13BV的流出物轉(zhuǎn)移至電化學(xué)破壞單元，然后棄去。第4.13BV至5.33BV的流出物再循環(huán)入低濃度再生劑容器，在下一個(gè)再生循環(huán)中用作第一水性再生劑溶液。這些再循環(huán)餾分按如下方法確定(a)在主題條件下進(jìn)行單步再生循環(huán)；(b)對(duì)cr流出物曲線進(jìn)行積分以確定廢再生劑中cr的累積量；(c)確定剩余cr量等于第一水性再生劑溶液中使用的cr量時(shí)的體積；(d)—旦確定(c)中的體積，有可能確定何時(shí)收集剩下的流出物餾分。本過程實(shí)行22個(gè)連續(xù)的加載和再生循環(huán)。如上所述使第一水性再生劑溶液進(jìn)行再循環(huán)。每次再生循環(huán)準(zhǔn)備新鮮的第二水性再生劑溶液。圖7中以圖表形式描繪了22次循環(huán)的平均再生流出物曲線以及流入物和再循環(huán)流程示意圖。比較實(shí)施例4:連續(xù)電流破壞循環(huán)圖4中描繪了用于比較實(shí)施例4的電化學(xué)電池系統(tǒng)。富含硝酸根的溶液(即陰極電解液)裝在陰極電解液容器中。陰極電解液泵對(duì)陰極電解液抽水，使其通過熱交換器、通過溫度、pH和N(V濃度傳感器、通過電化學(xué)電池的陰極側(cè)，然后回到陰極電解液容器中。閥V-16調(diào)節(jié)電化學(xué)電池中陰極電解液的壓力。熱交換器基于溫度傳感器的讀數(shù)，利用蒸汽來調(diào)節(jié)陰極電解液的溫度。適當(dāng)?shù)馗鶕?jù)pH傳感器的讀數(shù)，通過加入3NHC1溶液或2NNaOH溶液來調(diào)節(jié)陰極電解液的pH。實(shí)施例中報(bào)道的N(V濃度是分光光度計(jì)測(cè)量的。一個(gè)光纖探頭設(shè)置在溶液中，同時(shí)與UV-可見分光光度計(jì)連接。然后收集200-500nm的光譜，用重疊合法測(cè)定N(V和N(V的濃度。N(V在靠近200nm處有極強(qiáng)的吸收峰，在靠近301nrn處有弱吸收峰(s=7.04土0.04M"cm'1)。N02_在靠近200nm處有強(qiáng)吸收峰，在靠近355nm處有弱吸收峰(e=22.4±0.8M"cm'1)。其它在陰極電解液中存在的常見的陰離子，比如Cr、HC(V或S04、僅僅在225nm以下有弱吸收。系統(tǒng)的校準(zhǔn)表明在陰極電解液中可以測(cè)量O.Ol至1M的NO/和N02'濃度，精確度是±5%。陰極電解液容器和陽極電解液容器是由HDPE制成的。管道和閥是由CPVC制成的，具有Vitono-環(huán)。陰極電解液泵和陽極電解液泵都是具有Teflon⑧頭的離心泵。熱交換器的管子由Hastelloy⑧制成。陰極電解液上方的空間用氮?dú)膺B續(xù)清掃，并通過含有3NHC1的滌氣器排氣。這有助于防止爆炸水平的H2累積和除去任何可能已經(jīng)形成的NH3。陽極電解液上方的空間用氮?dú)膺B續(xù)清掃，并通過含有2NNaOH的滌氣器排氣。這有助于防止純02空氣的累積和除去任何可能已經(jīng)形成的Cl2。電化學(xué)電池的陰極室是由壓在碳粘合陰極上的鈦集電器組成的。電化學(xué)電池的陽極室是由作為陽極的鈦載體上的Ir02涂層組成的。兩個(gè)室用Nafion⑧膜分隔。電池主體是由HDPE制成的，在需要提供氣密密封的地方具有Vitono-環(huán)。陰極、陽極和膜曝露的面積都是0.01m2。一個(gè)DC電源與陽極和陰極相連。電源以穩(wěn)定電流模式操作，輸出壓浮動(dòng)至提供所需的電流。整個(gè)系統(tǒng)處于可編程邏輯控制器(PLC)和個(gè)人電腦(PC)的控制之下以便控制溫度和pH、重疊合UV-可見光譜以便每15秒測(cè)定一次N(V和N(V濃度、為進(jìn)一步的分析記錄數(shù)據(jù)。使用以下的實(shí)驗(yàn)條件陽極電解液容器7.5L1.69MH2S04(15%)陰極電解液容器6.7L2.50MNaCl，0.107MNaN03(6.6g/LN03)陽極電解液泵4L/min陰極電解液泵4L/min操作溫度50°C操作pH范圍3-10操作電流12.5A運(yùn)行電化學(xué)電池直到最終N(V濃度是5meq/L(310mg/L)。這對(duì)應(yīng)于破壞了95。/^引入電化學(xué)電池系統(tǒng)的N(V?？傆脮r(shí)1116分鐘。破壞的速度是2.27g/hr，電極效率是227g/hr/m2，電流效率是0.182g/hr/A。該電流效率是NCV還原為NH3反應(yīng)的理論值的63X。實(shí)施例5:采用電流中斷的破壞循環(huán)重復(fù)實(shí)施例4，但是改變一個(gè)地方一一DC電源周期性地中斷。也就是，在每3小時(shí)的電源周期中接通電源117分鐘，然后關(guān)閉3分鐘，一直重復(fù)這種接通和關(guān)閉直到達(dá)到5meq/L終點(diǎn)。總用時(shí)790分鐘。破壞速度是3.20g/hr，電極效率是320g/hr/m2，電流效率是0.256g/hr/A。該電流效率是N(V還原為NH3反應(yīng)理論值的89%。盡管有1.9%破壞作用時(shí)間電源是關(guān)閉的，但是與實(shí)施例4相比這代表電極和電流效率增加了41%。實(shí)施例6:電流中斷的破壞循環(huán)重復(fù)實(shí)施例4，但是改變一個(gè)地方一—在每個(gè)16.7分鐘的循環(huán)中電源接通13.7分鐘，然后關(guān)閉3分鐘，達(dá)到5meq/L終點(diǎn)的總用時(shí)是980分鐘。破壞速度是2.58g/hr,電極的效率是258g/hr/m2，電流效率是0.206g/hr/A。盡管有18%破壞作用時(shí)間電源是關(guān)閉的，與實(shí)施例4相比這代表電極和電流效率增加了14%。實(shí)施例7:重復(fù)破壞循環(huán)重復(fù)數(shù)次實(shí)施例4和5以產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)結(jié)果。平均結(jié)果顯示在表l中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>每組測(cè)試重復(fù)5次，盡管電源開啟的時(shí)間是電源不中斷實(shí)驗(yàn)的98%，電源中斷實(shí)驗(yàn)的破壞效率是電源不中斷實(shí)驗(yàn)的127±13%。這些結(jié)果說明周期性地中斷電化學(xué)電池的電源大大提高了N(V破壞過程的速度和效率。實(shí)施例8:電流中斷的離子交換和N(K破壞集成系統(tǒng)圖1中描繪了用于實(shí)施例8的集成系統(tǒng)。實(shí)施例8中使用用于實(shí)施例3的自動(dòng)離子交換系統(tǒng)和用于實(shí)施例4-7的自動(dòng)硝酸根破壞系統(tǒng)。mTT占齢士曰^t極M^畝^l六說tafBe,血白叨l、"15A甘i;/入^t的TlV/TAr1UD《《《、+吉古畝廠rg'Mrs敗'iPtAOi-J十i工網(wǎng)J人];a:'rJ,jh、zi、口ijppi7yi"wji丄v丄m丄丄丄"^j乂^j^乂u畫"j子交換樹脂。投入該集成系統(tǒng)的用于處理的水是2.0meq/LNaCl、1.5meq/LNaN03、1.5meq/LNaHC03、1.5meq/LNa2S04。通過在線傳感器連續(xù)監(jiān)測(cè)離子交換柱的流出物中NOr的濃度。當(dāng)離子交換柱的流出物中N(V的濃度達(dá)到0.5meq/L時(shí)，停止向離子交換柱中投入用于處理的水并用三種溶液使離子交換柱再生(a)第一水性再生劑溶液(g卩"低濃度再生劑")，(b)第二水性再生劑溶液(即"高濃度再生劑")和(c)洗滌溶液。第一水性再生劑溶液體積為1.2BV，NaCl初始濃度是0.43叫/L。第二水性再生劑溶液體積為2.4BV，NaCl初始濃度是2.57eq/L。洗滌溶液是1.73BV的已處理的水。這些是與實(shí)施例3中相同的加載和再生條件。棄去最初的1.73BV的廢再生劑溶液。將接下來的2.4BV廢再生劑，富含目標(biāo)離子(NCV)水，引至電化學(xué)電池中進(jìn)行進(jìn)一步處理。最終的1.2BV廢再生劑溶液進(jìn)行再循環(huán)，進(jìn)入低濃度再生劑容器中，在下一個(gè)再生循環(huán)中用作第一水性再生劑溶液。再生循環(huán)后，離子交換柱開始新的加載循環(huán)。將來自2個(gè)連續(xù)再生循環(huán)的富含目標(biāo)離子的水收集在轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存容器中，直到破壞系統(tǒng)準(zhǔn)備好。打開閥V-18以充滿陰極電解液容器(見圖l)后，啟動(dòng)N(V電源不中斷的破壞循環(huán)。破壞循環(huán)一直持續(xù)到陰極電解液容器中水的N03—濃度小于5meq/L，以產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水。所有其它電化學(xué)的操作條件與實(shí)施例4中使用的相同。通過開啟陰極電解液泵、關(guān)閉閥V-19和打開閥V-20(見圖l)使除去目標(biāo)離子的水再循環(huán)回到高濃度再生劑容器中。然后向溶液中加入固體NaCl以便將溶液的NaCl濃度提高到2.6叫/L。所得的溶液作為第二水性再生劑溶液用于下一個(gè)再生循環(huán)。歷時(shí)40天使集成系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行99個(gè)加載/再生循環(huán)。平均加載循環(huán)長(zhǎng)度是308土11BV。平均N(V破壞循環(huán)時(shí)間是897±126分鐘，平均0.634±0.011mol/循環(huán)的N(V被破壞。平均電極效率是267±33g/hr/m2，平均電流效率是0.214±0.026g/hr/A。電流效率是N(V還原為NH3的反應(yīng)理論值的74%。連續(xù)的氮?dú)獯祾咭?.0L/min的流速通過陰極電解液容器上方的空間。運(yùn)行該吹掃氣是為了提高陰極電解液的蒸發(fā)速度。缺乏這種增強(qiáng)的蒸發(fā)作用的時(shí)候，由于產(chǎn)品水、電滲法陽極電解液水轉(zhuǎn)移和加入水性酸造成的在實(shí)施例8中進(jìn)行的49個(gè)連續(xù)破壞循環(huán)中高濃度再生劑/陰極電解液的體積增加約為15.7L。在吹掃氣促進(jìn)增強(qiáng)蒸發(fā)的條件下，高濃度再生劑/陰極電解液的體積僅僅增加9.8L。因此，1.0L/min的吹掃氣有助于除去38X加入陰極電解液中的水。實(shí)施例9:電流中斷的離子交換/N(K破壞集成系統(tǒng)重復(fù)實(shí)施例8，但是改變3個(gè)地方電流接通59分鐘，斷開1分鐘，如此重復(fù)循環(huán)；破壞循環(huán)持續(xù)到NCV達(dá)到終點(diǎn)2.5meq/L;系統(tǒng)連續(xù)操作158個(gè)離子交換循環(huán)，歷時(shí)67天。平均離子交換循環(huán)長(zhǎng)度是320±5BV。圖8提供了離子交換循環(huán)第101至158的穿過曲線(breakthroughcurve)。圖8中描繪的結(jié)果說明關(guān)于循環(huán)長(zhǎng)度離子交換系統(tǒng)的穩(wěn)定性和在使用再利用的低濃度再生劑和再循環(huán)的/重新組成的高濃度再生劑溶液時(shí)低水平的泄損量。在第158次離子交換循環(huán)完成時(shí)，低濃度再生劑中SO,的濃度是5meq/L(240mg/L)，高濃度再生劑中S(V-的濃度是25meq/L(1200mg/L)。低濃度再生劑溶液中Cr的濃度是0.41eq/L，高濃度再生劑溶液中Cr的濃度是2.61eq/L。因此，對(duì)于低再生劑溶液和高再生劑溶液cr與SO^的當(dāng)量比率分別是80和100。這說明離子交換/破壞集成系統(tǒng)很好地從進(jìn)行再循環(huán)的廢再生劑餾分除去S042_，防止了在許多循環(huán)中SO^在再循環(huán)的再生劑溶液中累積。這進(jìn)一步說明在第158次離子交換循環(huán)中再循環(huán)的低濃度和高濃度再生劑溶液中cr濃度的穩(wěn)定性。平均N(V破壞循環(huán)長(zhǎng)度是652士52分鐘/循環(huán)，平均0.657±0.011mol/循環(huán)的N(V被破壞。平均電極效率是377土33g/hr/m2。平均電流效率是0.302±0.026g/hr/A。平均電流效率比電源不中斷的相同的離子交換/再生系統(tǒng)的電流效率高41%。電流效率是NCV還原為NH3反應(yīng)理論值的104%。圖9中提供了第51至80次硝酸根破壞循環(huán)硝酸根破壞循環(huán)中電化學(xué)電池中陰極電解液(即"富含目標(biāo)離子水")的N03'濃度作為時(shí)間的函數(shù)。從圖9中提供的圖中可明顯看到離子交換/破壞系統(tǒng)的破壞部分的穩(wěn)定性。連續(xù)的氮?dú)獯祾咭?.0L/min的流速通過陰極電解液容器上方的空間。進(jìn)行該吹掃氣是為了提高陰極電解液的蒸發(fā)速度。不進(jìn)行這種增強(qiáng)的蒸發(fā)的時(shí)候，由產(chǎn)品水、電滲法陽極電解液水轉(zhuǎn)移和加入水性酸造成在實(shí)施例9中進(jìn)行的80個(gè)連續(xù)破壞循環(huán)中高濃度再生劑/陰極電解液的體積增加約26.4L。進(jìn)行吹掃氣促進(jìn)增強(qiáng)蒸發(fā)的時(shí)候，高濃度再生劑/陰極電解液的體積僅僅增加9.8L。因此，2.0L/min的吹掃氣有助于除去70X加入陰極電解液中的水。權(quán)利要求1.一種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，該方法包括(a)使富含目標(biāo)離子的水通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池，(b)在所述陽極和陰極之間接通電流；其中，在破壞循環(huán)中破壞目標(biāo)離子，產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水，其中在破壞循環(huán)中，當(dāng)富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)，電流周期性地中斷，其中所述目標(biāo)離子選自硝酸根、亞硝酸根、高氯酸根、氯酸根和它們的組合。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在破壞循環(huán)中電流中斷多次。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述富含目標(biāo)離子的水是用于處理的水。4.一種增強(qiáng)電化學(xué)電池破壞目標(biāo)離子效率的方法，該方法包括在目標(biāo)離子破壞循環(huán)中中斷通過電化學(xué)電池的陽極和陰極之間的電流的過程，其中含有要破壞的目標(biāo)離子的富含目標(biāo)離子的水與所述陽極和陰極接觸，其中目標(biāo)離子被破壞。5.—種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，其特征是目標(biāo)離子是硝酸根，該方法包括(a)使富含硝酸根的水通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池，(b)在陽極和陰極之間接通電流；其中，在破壞循環(huán)中破壞硝酸根產(chǎn)生除去硝酸根的水，其中，在破壞循環(huán)中，當(dāng)富含硝酸根的水通過電化學(xué)電池時(shí)，電流周期性地中斷，其中，在一個(gè)循環(huán)時(shí)間內(nèi)使富含硝酸根的水通過電化學(xué)電池；其中，電流在開啟時(shí)間內(nèi)通過陽極和陰極之間；其中所述的開啟時(shí)間小于循環(huán)時(shí)間。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述的開啟時(shí)間^循環(huán)時(shí)間的99%。7.—種從含有目標(biāo)離子的用于處理的水中除去目標(biāo)離子的方法，該方法包括i)離子交換加載循環(huán)，其包括使用于處理的水通過含有目標(biāo)離子選擇性交換樹脂的離子交換柱以便從用于處理的水中提取目標(biāo)離子，產(chǎn)生產(chǎn)品已處理的水；ii)再生循環(huán)，包含通過以下步驟使離子交換柱再生，a)使包含第一再生劑離子的第一水性再生劑溶液通過離子交換柱以便除去在目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上的固定強(qiáng)度低于目標(biāo)離子的離子；b)然后使含有第二再生劑離子的第二水性再生劑溶液通過離子交換柱，以便從目標(biāo)離子選擇性交換樹脂上除去目標(biāo)離子，產(chǎn)生富含目標(biāo)離子的水；c)然后用第三水性再生劑溶液清洗離子交換柱；iii)破壞循環(huán)，包含使富含目標(biāo)離子的水通過含有陽極和陰極的電化學(xué)電池并在陽極和陰極之間接通電流的過程，其中，所述電流在富含目標(biāo)離子的水通過電化學(xué)電池時(shí)至少中斷一次，其中，目標(biāo)離子被破壞以產(chǎn)生除去目標(biāo)離子的水。8.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括iv)重復(fù)步驟i)至iii)。9.如權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括向富含目標(biāo)離子的水中加入含水酸以便在電化學(xué)電池中維持其pH，利用吹掃氣來提高富含目標(biāo)離子水的水蒸發(fā)速度。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，從富含目標(biāo)離子的水中蒸發(fā)的水量是在破壞循環(huán)中加入富含目標(biāo)離子水的水體積的95%至100%。全文摘要提供了一種用來從包含目標(biāo)離子的水中除去所述目標(biāo)離子的方法。還提供了一種提高電化學(xué)電池破壞目標(biāo)離子的效率的方法。文檔編號(hào)C02F1/469GK101289242SQ20081009198公開日2008年10月22日申請(qǐng)日期2008年4月11日優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日發(fā)明者G·R·帕克申請(qǐng)人:羅門哈斯公司