CN101316794A - 流体的电化学离子交换处理 - Google Patents

Abstract

一种用于处理流体的流体处理装置(100)，包括电化单元(102)，其具有流体孔口(124，125)，用于接纳及释放流体，以及连接各个孔口的通道，以水解用离子交换膜(110)暴露于该通道中的流体。第一和第二电极(106，108)定位在该膜(110)周围。该装置还包括控制器(170)，用于控制且操作电源(114)及阀系统(118)。该电源(114)以足够高的电流密度供应电流至第一和第二电极(106，108)，来获得制菌、去活化、或流体中微生物的减少。该控制器(170)还操作一组单元来将流体去离子与让单元再生。

Description

流体的电化学离子交换处理

相关申请的交叉引用

本申请为申请日为2005年10月6日的美国临时专利申请No.60/724,456及申请日为2006年6月17日的美国临时申请No.60/831703的继续申请，这两个申请全文皆以引用方式并入此处。

技术领域

本发明的实施例有关于电化学单元处理流体来控制流体中的离子、微粒及微生物含量，以及再生单元。

背景技术

包含电化学离子交换单元的流体处理装置可用来处理流体，例如，用于选择性交换存在于流体中的离子；由饮用水中去除污染物；减少总溶解固体(TDS)；处理工业废水或有害废水；及将盐水脱盐等等用途。电化学离子交换单元具有水解作用离子交换膜于单元中的两相对电极间。当凭借单元电源施加电流于电极时，于该膜的阳离子交换层与阴离子交环层间的边界，水被不可逆地解离成为H⁺离子及OH^-离子，造成阳离子及阴离子从通过单元的流体流中交换。电化学单元可未使用危险化学品而被再生，单纯经由逆转所施加的电位，同时以流体冲洗单元来再生。此外，为了获得连续操作，两个或多个电化学单元可连接来允许于单元中进行流体的处理，同时另一个单元则被再生。当施加反电位时，未使用任何化学品，膜被再生。单元也可具有阀，用于控制处理程序及再生程序期间的流体流动。

电化学系统可用来选择性控制所处理的流体中的离子含量，但典型无法从流体流中去除沉淀物及微粒。典型出现于诸如井水或甚至经过处理的自来水等流体中的固体包括微粒及沉淀物，诸如砂石或泥土。自来水也可能含有必需被移除的铅或其它重金属离子。工业废水系统也可使用来减少微粒物质。除了从流体中去除离子之外，也希望从流体流中去除此等微粒。有高固体含量的流体也可能堵塞膜，限制膜的工作周期且阻塞电化学单元的孔口。

另一项问题为，来自于井或自来水源的硬水也含有溶解化合物，诸如钙、镁及锰化合物及碳酸氢盐或硫酸盐。此等盐类可能于处理周期期间于单元及管路中沉淀出。举例言之，溶解的碳酸钙化合物可能沉淀出而堆积于单元壁、管路及膜上，需要频繁更换或清洁此等组成组件。鳞垢堆积于卡匣、单元或管路，提高流体进入压力需求，且降低流经单元的流速。于膜再生期间沉淀出的溶解钙化合物也可能以鳞垢或微粒堵塞膜，而降低单元效能。

于流体处理程序中，也期望降低可能存在于处理后的流体流中的微生物诸如细菌、微生物或甚至病毒的含量。未能适当消毒饮用水，可能导致严重后果。例如，隐孢虫(cryptosporidium)乃饮用水的污染物，造成威斯康星州密瓦基市发病人数超过40万人。此等微生物可能存在于处理前的原水流体，及/或实际上于流体处理程序的本身产生及添加至流体流。存在于原水流体中的微生物可于凭借离子交换进行流体处理之前，凭借传统细菌分解、消毒或灭菌等手段去除。于流体处理装置内部所产生的微生物生长也可凭借定期清洁流体处理系统来减少。但此种清洁经常效力不彰，原因在于此种清洁只能部分去除形成于流体处理系统内壁的有机生物残渣，但此种系统的多个组成组件内表面难以接近。此外，刷洗装置内表面来完全去除强力黏着膜，可能导致刮痕，后来形成的生物膜更为强力黏着于刮痕上，结果皆更难以移除。

传统膜再生程序处理上过度费时，且需使用过量流体或电力来再生。缩短再生膜所耗用的时间，将允许每单位时间单元可用于更大量的处理周期。最小化再生膜耗用的电力，既可降低能量成本，同时也可减少典型因温度梯度而增加的鳞垢形成。于水过滤用途中，再生过程中的过量废水经常造成工作成本的升高。于工业应用中，用来再生膜的流体可能昂贵，难以取得或危险，特别于化学过滤系统危险，因而难以根据环保法规来弃置。如此期望最佳化膜再生程序，来缩短再生时间，减少流体与能量的耗用。

处理流体供饮用水用途有另一项问题。于再生周期期间，水通过单元，来去除离子及冲出残余固体。但少部分再生水流于再生程序完成后可能变成捕捉于单元内部。当随后使用者初次启动单元时，单元将该残余物所捕捉的流体放电，可能有沉淀物、可能变色、或有非期望的味道。当单元不用时关闭孔口，也可能引发相同问题，造成单元中的残液被由单元所渗透出的离子所游离，且进入停滞的单元水中；如此丧失处理程序的效果。此外，通过单元的流体质量各异，可能影响处理周期及再生周期。自来水源的离子组成、硬度、pH值、压力及其它水源特性经常于不同时间改变或于各城市间改变。较高的周围水温可能变更热水或冷水的处理性质及再生性质。此外，当正常单元电极功率级别施加至热输入流体流时，输出流体温度可能过高。输入水中的硬钙盐含量的变化也可能造成流体处理与再生的非期望的起伏波动。

期望有一种流体处理装置，包含电化学单元，其可有效处理流体来控制流体中的离子含量，去除沉淀物和微粒，以及处理就离子含量或离子类型、硬度、pH值、温度及压力等方面而言各异的流体。进一步期望可更快速更彻底且耗用较少流体及电力来再生膜。进一步期望去活化或防止流体中的微生物的繁殖、去除微生物或减少微生物含量。

附图说明

此处所述的系统、装置及方法的特征、态样及优点参照后文说明、附图及随附的权利要求范围将更为明了，全部皆提供系统、装置及方法的说明例。但须了解此处所述的各项特征本身可就此使用或以任一种选择性组合使用，并非单纯如特定附图的内文、或任何特别说明的特征的组合，附图包括：

图1为一种包含电化学单元具有电极设置环绕膜的流体处理装置的实施例的示意图；

图2A为图1的电化学单元的示意剖面顶视图，显示一卡匣其具有膜且有整合一体的隔件，该隔件环绕一中心管螺旋状卷绕；

图2B为一种电化学单元的实施例的示意透视分解图，该单元具有膜裹于管状电极周围，该电极可施加电位于单元，来当流体流通过膜时将流体流中的微生物去活化；

图3A为一种包含电极环绕一膜的电化学单元的实施例的示意透视分解图，显示垂直于膜施加电场来获得跨该膜的电位降；

图3B为一种包含圆形膜和电极的电化学单元的实施例的示意透视分解图；

图3C为包含两个内电极及两个外电极的电化学单元的实施例的示意剖面图；

图3C1为一种尺寸稳定的阳极电极的示意剖面图，该电极包含导电基材具有表面涂层，且有部分绝缘体涂层于电极的相邻部上；

图4A为一种控制器的示意方块图，该控制器包含控制模块及一电极电源用来操作图1的电化学单元；

图4B为适合用于图4A的电源的直流电压供应器的电路图；

图5为包含电磁传感器及一磁性涡轮总成的一种流量传感器的侧视图；

图6为曲线图，显示异养型细菌平板计数值相对于图2A及图2B的电化学单元的单元周期数；

图7为曲线图，显示对于具有螺旋状包裹膜的电化学单元，呈流速的函数，细菌计数值及病毒计数值二者的对数下降值；

图8A及图8B为曲线图，显示于通过单元流速为0.25升/分钟(第7A图)及通过单元流速为0.50升/分钟(第7B图)，呈通过单元施加的直流电流的函数，大肠杆菌(E.Coli)细菌的对数下降值；

图9A为沉淀过滤器的横截面示意图；

图9B为逆渗透过滤器的横截面示意图；

图10为活性碳过滤器的横截面示意图；

图11A为包含紫外光单元的一种抗微生物单元的横截面示意图；

图11B为包含饱和盐溶液单元及一控制阀的一种抗微生物单元的示意图；

图12为包含多个电化学单元的一种流体处理装置的实施例的示意方块图；

图13为用于阀系统用来调节通过流体处理装置的流体流量的电动阀的剖面侧视图；

图14为适合用于阀系统的单元阀的剖面侧视图；

图15为一种流体处理装置的实施例的示意图，该装置具有双重电化学单元及双重电源、一电磁阀系统及多个过滤器；

图16为一种流体处理装置的另一个实施例的示意图，该装置具有双重电化学单元及双重电源、一电磁阀系统及多个过滤器；

图17为随着时间的经过，供给电极的喷流流体量及电流的曲线图；

图18为电化学单元的再生周期的曲线图，显示于该再生周期中的喷流时间及随着时间的经过供给电极的电流；

图19为一种流体处理装置的示意流量图，该流体处理装置具有一流量调节计及一流量传感器于一对电化学单元的流径上；

图20为一种具有限流器于电化学单元的流径上的一种流体处理装置的示意流量图；

图21为去离子流体从单元流动结束后，对去离子电力供给单元的不同时间段，从通过单元的流体移除的离子百分比的曲线图；

图22为于下列各情况下，于电化学单元执行去离子处理周期的处理水的导电率的曲线图：(a)包含硬水的流体用来再生单元；(b)包含软水的流体用来再生单元；以及(c)包含去离子水的流体于逆向流流经去离子流体孔口而流过单元；

图23为当不同再生电流施加于电极时，随着时间的经过从单元输出的再生流体或废流体的导电率的曲线图；

图24为对于以图23的较低再生电流级别来再生的单元，于输出的去离子流体中减少的总溶解固体(TDS)的百分比的曲线图；以及

图25为呈存在于输入流体的氯离子及流速的函数，测量得的输出流体中的总氯含量的曲线图。

具体实施方式

本系统、装置及方法的实施例可处理流体来萃取离子、置换离子或添加离子至流体，去除颗粒及沉淀物，以及去活化或降低流体中的微生物含量。虽然提供流体处理装置的具体实施例来举例说明本发明，但不可用来囿限本发明的范围。举例言之，流体处理装置可包含如本领域技术人员显然易知之除了此处所述的电化学单元或单元配置以外的一种装置。此外，除了处理水(作为此处的具体实施例加以说明)之外，流体处理装置也可用来处理其它流体，诸如基于溶剂或基于油的流体、化学料浆及废水。如此，此处所述具体实施例不可用来囿限本发明的范围。

可凭借离子交换处理流体的装置100的具体实施例显示于图1。装置100包含电化学单元(electrochemical cell)102，其包括一壳体104包围至少两个电极106、108以及张或多张离子交换膜110，诸如水解离子交换膜。设置单元电源114经由供给电流或电压至电极106、108来供电给电极106、108。阀系统118控制来自流体源120的流体供应，来提供留入流体流124至单元。处理后的流体送出单元102之外，作为经处理的流体流或流出流体流125，其可储存于处理流体罐126及/或从配送装置128释放。电化学离子交换装置说明于共同转让的授予给Nyberg等人的美国专利No.5,788,812、也是授予Nyberg等人的美国专利申请No.10/130,256；以及Holmes等人提出申请的美国专利申请No.11/021,931，各案全文以引用方式并入此处。

单元102的电极106、108由导电材料诸如金属或金属合金制成，导电材料可对抗单元102操作中，电极106、108的正偏极化及负偏极化期间所形成的低pH值或高pH值化学环境的腐蚀。适当电极106、108可由防蚀材料如钛或铌制造，且具有贵金属如铂的外涂层。电极106、108的形状依据电化学单元102的设计及流经单元102的流体流124的导电率决定。电极106、108的适当形状例如包括线、线网包裹、以及带有冲孔的薄片。电极106、108设置来提供当施加电流于电极106、108时，通过膜110的电位降。

于一个实施例中，如图1B及图1C所示，单元102包含卡匣130含有一对电极106、108，电极为包裹卡匣130中心升流管109的线、及包裹于卡匣外侧相邻于壳体104内壁的线。电极位置环绕一螺旋状包裹的水解膜(water-splitting membrane)110堆栈，电极凭借外嵌套管(图中未显示)而卷起且结合在一起。于单元102c中，流体流124由壳体外侧至内侧流动于膜层间，且流入升流管109顶部，于单元底部流出；或流体流动可为相反方向。电位差于两片电极106、108间跨螺旋状卷绕膜110的堆栈施加。较佳卡匣130以较小脚印，提供于二电极106、108间的高密度或高填充效率的堆栈膜110，也允许凭借更换卡匣130而更容易置换膜或清洁膜。

电极106、108也有其它形状，诸如依据应用用途而定可为同心球形、平行板形、管状线网形、圆盘形或甚至圆锥形。例如图3A显示平行板单元102a，包含一对电极106、108，其为水解膜110的任一侧上的平行板。并非使用一张膜110，本单元中也可使用多张堆栈膜110。于平行板单元102a中，流体流124垂直流经膜110或流经膜110的表面间。至于另一个实例，如图3B所示的圆盘形单元102b包含一对电极106、108，包含圆盘于一堆栈水解膜110的任一侧上。于圆盘形单元102b中，流体流124凭借重力的辅助而流经膜110。电位降施加于两个圆盘形电极106、108间。膜110也可成形为圆形圆盘，膜间也具有隔件(图中未显示)。

电化学单元102的又另一个版本包含两个内电极108a、b及两个外电极106a、b，如图3C所示。传统单元102使用单一内电极108及单一外电极106，依据单元处于去离子模式或再生模式，二电极交替作为阳极与阴极操作。但于双重电极单元版本中，第一对内电极108a及外电极106a各自由相同的第一材料构成。第二对内电极108b及外电极106b各自由相同的第二材料构成，该第二材料为与第一材料不同的材料。单元102的电源114施加电流来操作第一对内电极108a及外电极106a排他地用作为阳极(例如于去离子步骤)；由不同材料构成的第二对内电极108b及外电极106b排他地被用作为阴极(例如于再生步骤期间)。操作中，电源114中断未使用的电极的连接让其变浮动。例如若电流供给内电极108a及外电极106a，则内电极108b及外电极106b将中断连接来减少电极间的杂散电流。

第一对内电极108a及外电极106a作为阳极，皆由可减少阳极电极腐蚀的材料构成，否则受到流体中被吸引至正极性电极的特定离子的化学供给可能造成阳极电极的腐蚀。适当阳极电极108a、106a为尺寸稳定阳极或称做DSA。此等阳极电极提供较长的总体寿命、较少维修、或降低单元操作成本。于一个版本中，如图3C1所示，各个尺寸稳定阳极电极108a、106a包含导电基材107a具有表面涂层107b。表面涂层107b可能为含缺陷的固溶体，含有至少一种贵金属氧化物及至少一种“阀”金属氧化物。于此等置换型固溶体中，定向于特征性金红石阀金属氧化物晶体晶格结构的阀金属的填隙原子以贵金属原子置换。与两种氧化物的物理混合物为绝缘体相反，此种结构具有导电性质。除了为导电性之外，也可为催化性或电催化性。适当阀金属包括钛、钽、铌及锆；而植入的贵金属可包括铂、钌、钯、铱、铑及锇。阀金属对贵金属的莫耳比典型于约0∶2至约5∶1间改变，例如2∶1。导电基材107a也可由阀金属制成。此等DSA电极的一个实例包含钛基材107a具有表面涂层107b，其包含二氧化钛及二氧化钌的固溶体。钛基材107a于氯环境下为防蚀性，不似例如由石墨等构成的阳极，钛基材允许结构于使用寿命期间维持其尺寸耐性。另一个实例为于氧离子环境下可对抗溶蚀的DSA电极，其由钛基材107a构成，其具有一涂层107b包含不同金属的多层或一电化学活性金属氧化物层。

内电极108b及外电极106b作为阴极，也由耐溶蚀材料构成，可延长其作为阴极的寿命，于离子性流体中有负极性。用于阴极电极108b、106b的适当耐溶蚀材料包括碳及不锈钢。

双内电极及双外电极108a，b、106a，b，其中一者用作为阴极而另一者用作为阳极，可相邻定位，让电极于单元102的概略同一区。于一个版本中，双内电极106a，b皆有相同形状、尺寸及组态，双外电极108a，b也大致相同。于一个版本中，内阴极电极108b和外阴极电极106b由不锈钢制成；而内阳极电极108a及外阳极电极106a皆为由钛及二氧化钌构成的DSA电极。

于又另一个版本中，内电极108a，b并排设置，有绝缘体涂层于各内电极的相邻部分；外电极106a，b也并排设置，具有绝缘体涂层107c于各外电极的相邻部分。绝缘体涂层107c可为陶瓷涂层，例如电浆喷洒氧化铝或二氧化钛。涂层107c的厚度薄，例如厚度小于100微米。

回头参考图2A及图2B，卡匣130设置于电化学单元102的壳体104内部。壳体104具有一入口或流入孔口146，用来将于流入流体流124中的输入流体导入单元内部，以及具有一出口或去离子孔口148来释放出流出流体流125中的处理后的输出流体。卡匣130包含液压多孔管状内壁134，诸如刚性网状管，于其上方卷绕膜110，以及端帽138a，b安装于管状内壁134的任一端上。卡匣130也可设计用于多种流样式，例如端对端流(平行于管状内壁134)，或内至外流(来去于管状内壁134的径向流)。管状内壁134、含有卷绕膜的外套筒142、及端帽138a，b设计来提供流体通道144，提供实质跨越整个膜表面的期望的流动样式。举例言之，对来去于管状内壁134流动的流体流124，跨各个结构化膜110的内表面及外表面，端帽138a，b密封螺旋状卷绕膜110末端，来防止流体由孔口146至孔口148的路途中绕道膜110表面。膜110也配置于卡匣130，来提供由孔口146至孔口148的流体通道144。流体流124流过流体通道144中各膜110的阳离子交换层150及阴离子交换层152。较佳信道144构成统一连续路径，以未打断的顺序由孔口146连续延伸至孔口148。

于一个版本中，离子交换膜110为水解性，也称作为两极性、双层膜或层状膜。水解作用的离子交换膜110包含阳离子交换层150及阴离子交换层152，其共同接合于膜接口156，如图2A及图2B所示。于所示版本中，阳离子交换层150面对第一电极或外电极106，而阴离子交换层152面对第二电极或内电极108。于此实施例中，三张膜110螺旋状包裹来形成平行流配置，表示流体可于膜110间的三个相当流体通道144由孔口146流至孔口148。对任何流样式，例如平行流或就管状内壁134的径向流，一张或多张膜110可以平行配置包裹，来改变跨卡匣130的电压降、及改变于选用来提供通过单元102的期望电压降的平行流配置中包裹的膜110的数目。虽然膜110通常相对于彼此紧密包裹，但为求图解清晰，膜110显示疏松包裹，膜间有间隔。

阳离子交换层150及阴离子交换层152分别含有阳离子交换材料及阴离子交换材料，典型呈含离子的固体或凝胶形式，离子可凭借其它离子所置换，或与特定离子进行化学反应来从流体流124中去除离子。举例言之，适当阳离子交换材料及阴离子交换材料包括交联的或未经交联的有机聚合物或无机结构，诸如沸石。阳离子交换材料可交换阳离子，而对材料结构不会造成永久性改变，阳离子交换材料例如可包括酸性基团。适当阳离子交换材料可包含个或多个可交换阳离子的酸性官能基，诸如-COOM、-SO₃M、-PO₃M₂、及-C₆H₄OM，此处M为阳离子(例如氢、钠、钙或铜离子)。阳离子交换材料也包括包含中性基团或配体可透过配位而非透过静电或离子键结而结合的基团(例如砒啶基团、膦基团、及硫阴离子基团)以及包含错合基或螯合基的基团(例如衍生自胺基磷酸、胺基羧酸及羟酸的基团)。阴离子交换材料交换阴离子，对其结构不会造成永久性改变，可为例如碱性基团。其它适当阴离子交换材料包含个或多个可交换阴离子的碱性官能基，诸如-NR₃A、-NR₂HA、-PR₃A、-SR₂A、或C₅H₅NHA(砒啶)，此处R为烷基、芳基、或其它有机基团而A为阴离子(例如氢氧阴离子、碳酸氢根、氯阴离子、或硫酸根阴离子)。

用于离子交换膜110的适当阳离子交换材料及阴离子交换材料的选择依据膜110的用途决定。举例言之，于基于水的溶液流的去离子中，膜110包含阳离子交换层150包含-SO₃M基或羧酸基(-COOH)；而阴离子交换层152具有-NR₃A基团诸如三甲基铵基(-NCH₃)或三乙基胺基(-N(C₂H₅)₃)为较佳实施例。此种膜110易于水中溶胀，因而于宽广的pH值范围提供低电阻及高质量传送速率。当要求特别有效的离子交换再生时，以包含弱碱基团或弱酸基团的阴离子交换材料为佳。例如，-NR₂HA将与OH^-以极为有利的反应反应来形成-NR₂、H₂O，而驱逐A^-。举另一例，用于由含其它离子例如钠离子的液体选择性去除钙离子或铜离子，以离子交换基团诸如-COOM或螯合基团诸如胺基羧酸为佳。此等弱酸基团由于-(COO)_nM与H⁺的强力有利反应形成-COOH而驱逐M⁺ⁿ，此处M为金属离子，故可提供特别有效再生的额外效果。

水解离子交换膜110可具有重复三度空间形状的图样的组织结构，诸如峰和谷数组，其说明例显示于Hawkins等人的“结构化离子交换膜”，美国专利申请No.10/900,256，申请日2004年7月26日，该案全文以引用方式并入此处。结构化特征可为沟与脊数组，其彼此线性隔开且平行于通过单元的流体流124的流径。结构化特征通常具有微米级的尺寸。

膜110可经螺旋状包裹，有或无隔件154设置于阳离子交换层150或阴离子交换层152个别的外表面上，将其与相邻层隔开，如图2A及图2B所示。隔件154可由含纤维的介电材料诸如聚合物如聚乙烯或聚丙烯构成，且具有厚度由约0.01毫米至约5毫米，或更典型约为0.1毫米。隔件154将结构化膜110彼此隔开，来允许流体的更佳流经膜110。卡匣130包含数张膜110，有隔件154螺旋状卷绕于管状内壁134(典型为圆柱形)周围。

控制器170控制装置100的操作，供给控制信号和电力给装置100的各个组成组件。于一个版本中，控制器170包含电源114及控制模块140，如图4A所示。电源114可产生电压来输送电力给离子交换装置100的各个组成组件。由电源114所产生的电压级别可依据例如组成组件的需求、离子交换装置100的工作条件或其它因素而输送电力给装置100的各个组成组件。

控制模块140可产生与接收信号和指令，来个别操作与集合操作离子交换装置100的各个组成组件。控制模块140包含电子电路和程序代码来接收、评估与发送信号。举例言之，控制模块140可包含(i)可程序集成电路芯片或中央处理单元CPU(图中未显示)，(ii)内存(图中未显示)诸如随机内存及储存内存，(iii)周边输入装置及输出装置(图中未显示)诸如键盘及显示器，以及(iv)硬件接口版(图中未显示)包含模拟、数字输入版及输出版，及通讯版。控制模块140还包括储存于内存的程序代码指令，其可控制与监视离子交换装置100的离子交换单元102、电源114、及其它组成组件。程序代码可以任一种传统计算机程序语言写成。适当程序代码使用传统文书编辑器加载单一档或多文件，且储存于内存或于内存具体实施。若加载的密码文字为高级语言，则密码经过编译，然后所得编译码与预先编译的存库例程的目的码链接。为了执行经过链接且经编译的目的码，使用者叫出目的码，造成CPU读取且执行该码来从事该程序所识别的工作。

一个版本中，控制模块140包含微控制器152。微控制器152典型为单一积体装置，其包含若干控制模块140的组成组件。举例言之，微控制器152可包含CPU、内存、程序代码、输入电路及输出电路，以及其它可特别订制或调适特殊工作的电路。微控制器152为较佳，原因在于微控制器152将相当高度功能包封于单一可程序组件中。适当市售微控制器152的一个实例为皮麦可(PICmicro)系列的微控制器152，诸如28/40接脚8位CMOS快闪PIC16F87X微控制器，得自位在亚利桑纳州堪德勒的微芯片公司(Microchip)。市售微控制器的另一个实例为得自亚利桑纳州凤凰城摩托罗拉公司(Motorola Corp.)的68000。

于一个版本中，电源114及部分控制模块140诸如阴离子交换层152可共同形成一经控制的电源。经控制的电源将电压及电流的产生组合来传输电力给离子交换装置100的具有阴离子交换层152的程序能力及控制功能的组件。经过控制的电源也可为控制器170的一部分，控制器170具有控制模块140及阴离子交换层152以外的组成组件。

电极电源114用来将交流电压源158转换成直流电压输出而充电单元电极106、108，驱动于电化学处理单元102中的流体处理。于电极106与电极108间施加的直流电压幅度影响单元102中的离子质量传送，因此较高电压对应于较大离子质量传送，较低电压对应于较少离子质量传送。为了调整所处理的流体的性质，电极电源114必需可输送选择式直流电压。可接受的直流电压输出例如为具有振幅及纹波的脉冲式直流电压。于一个版本中，纹波具有于一段规定时间段直流电压的时间平均值的约10％至约50％；电源114可产生直流电压，其具有电压级别典型于约0伏至约330伏或约30伏至300伏间的范围选用施加于电极的电压极性也影响操作，因此一种极性为与流体处理相对应，而相反极性为与电化学单元再生相对应。

为了具有此等特性，电源114必需包含某些组件，亦即：可整流及倍增交流输入电压的直流电压供应器164、具有计时电路的电压级别选择器165、电流检测器232、极性选择器216，必须凭借控制器170控制，其可解译传感器信息，且输出适当命令信号至电压级别选择器165及极性选择器216。

适合用于图4A的电源114的直流电压供应传感器160的一个实施例显示于图4B。直流电压供应传感器160包含整流器168及一倍增器172。整流器168包含光学耦接至计时信号电路的经闸控的电路组件的顺时针正向并联电路。闸控电路组件为SCR 176a，b。SCR优于标准萧克利(Schockley)二极管的一项可能优点为其闩锁性质，允许其切换为关，直到凭借供应电压至SCR 176的闸极而被切换为开为止。SCR 176a，b响应于扳机脉冲被切换为开，允许电流正向通过于SCR 176被切换为开后所出现的交流波形部分。于闸极电压被去除后，直到施加的AC电压降至低于其临界导通值，SCR 176将持续通过电流，然后再度被切换为关。

电压级别选择器165包含计时电路，其选择触发脉冲，具有足够允许导通的SCR 176被活化的时间。顺时间正向并联SCR电路有效包含两个相反方向配置的整流器168，如此输出电压信号包含正脉冲及负脉冲。换言之，各个整流器组件亦即各个SCR产生至少部分半波整流电压，其具有极性为与由另一个整流器组件亦即另一个SCR所产生的半波整流电压的至少一部分的极性相反极性。于所示实施例中，SCR176a，b也可用来调节传输至电压倍增器的功率量，如此调整得自电源114的电力和电压。

来自整流器168的输出可用作为电压倍增器172的输入，电压倍增器172整流及倍增该输入。倍增器172包含两个二极管208a，b，其连接至整流器168的输出，一者可通过来自于该输出的电流，而另一者可将电流通入该输出内。二极管208a，b的末端附接至两个电容器212a，b，电容器212a，b的末端连接至AC输入的中性接脚171。输出电压传送至包括其接脚间的两个电容器212a，b。当输入信号为正电压脉冲时，电流流经正向二极管208a，流至电容器212a上，及流出AC输入的中性接脚171之外，充电电容器212a。当输入信号为负电压脉冲时，电流流经反向二极管208b，流出电容器212b之外及离开中心接脚171，从而充电电容器212b。若电路可利用的电力高于其电力输出，则电容器212a，b将充电来获得经切断的AC输入信号的电压振幅两倍的组合输出电压。若有所需，输出电压可进一步凭借施加电压倍增器的输出至另一对电容器来进一步步进向上，但可用电流受整流器的电力输入所限。

于一个版本中，电流检测器232包含于DC输出线的电阻器，于电流通过时，具有可任选地耦接至一光-晶体管(图中未显示)的电压。光-晶体管于施加光时通过电压，输出与电极106、108的二终端间流过的电流的相关电压信号。此信号发送至控制器170，其可解译输入且发讯通知电压级别选择器165的计时电路，来控制供给单元102的电流。

供给整流器168的触发脉冲的时序影响D电源C的输出电压，且由电压级别选择器165所供应。于电源114的一个版本中，电压级别选择器165包含零交越检测器(图中未显示)、一电容器与切换电阻器网络(图中未显示)及一定时器(图中未显示)。零交越检测器连接至AC电源，每次看到AC电源通过0伏及输出一脉冲。电容器及电阻器电路界定RC时间为常数，具有可凭借控制器170调整的电阻，让时间常数变成可调整。时序读取且组合零交越检测器的脉冲化输出与电容器及电阻器电路的时间常数成为有效计时的触发脉冲输出。称作为555的常见芯片为适当计时芯片。

如图12所示，流体处理系统有两个单元102a，b，要求控制器170可感测与控制供给两个单元102a，b的电力。当一个电源114用来控制两个单元102a，b时，单元102a，b可被供给相同幅度的电压。但极性选择器216允许单元以相反极性操作，换言之一个单元处于处理模式，而另一个单元处于再生模式。于一个实施例中，极性选择器216包含双极双投中继交换器。

于一个实施例中，经由对各个单元102a，b设置一分开电源114a，b，可于多单元操作中降低电源114的负载。于具有多于一个电源114的离子交换装置100的版本中，控制器170组配来分开控制电源114a，b。

于一个实施例中，经由设置两个不同电源，可延长系统100的寿命，一个电源于正向驱动单元用于流体处理，一个电源于再生期间于反向驱动单元。此外，因离开再生单元的流体被抛弃，故再生电源供应电压无需精密控制及微调。如此，再生电源的设计参数宽松，较廉价较污浊的D电源C可用于再生。

传感器

离子交换装置100典型包含个或多个传感器160来感测装置100的组件的性质，或检测一事件或测量一性质。传感器160可属于不同型别，诸如流量传感器、压力传感器、离子导电性传感器或温度传感器。控制器170经由连接传感器160的控制器170的线路174而接收来自于传感器160的信号，且可使用此等信号来产生电源114的控制信号。例如，控制器170的微控制器152也可回应于来自于传感器160的信号而产生极性选择信号。于另一个版本中，控制器170可使用信号的组合，诸如电源114及传感器160所产生的信号的组合，来产生一系列电源114用的控制信号。举个实例，控制器170可产生时间常数选择信号及极性选择信号，该信号响应于传感器160所感测得装置100的状况、以及凭借电源114通讯给控制器170，例如凭借电流检测信号通讯的电源114或装置100的状况而实时发出信号。

包含流体流量传感器204的传感器160可沿流体流125定位。于一个实施例中，适当流体流量传感器204包含涡轮143，其定向来旋转或以其它方式随流体流移动，如图5所示。于所示版本中，涡轮143包含转子205，其具有螺旋状轮叶包裹于一中轴周围，该中轴悬吊于二轴承207间。中轴209凭借臂(图中未显示)而被夹持于管路中的固定方向，臂从管路的内壁延伸出，且附接至轴承207。螺旋状轮叶206可为至少两片轮叶206，其沿关节接头而整合式附接至转子205，让轮叶206变不平坦，但裹于转子205本体周围且有间距。轴承207的外廓为圆锥形，以便允许流体流凭借圆锥的外表面偏转而被导引朝向涡轮143的螺旋状轮叶206。涡轮143还包括埋设于转子205的磁铁208，且定向成接合磁铁北极与南极的线约略垂直转子转轴。转子205及磁铁208的转速为与轮叶206的转速成正比，轮叶206的转速依据流经管路的流体流量决定。电磁传感器(图中未显示)定位于相邻于转子205的管壁上或埋设于管壁内，且感测涡轮磁铁的磁场的振荡频率。电磁传感器(图中未显示)输出包含电压的流速信号给控制器170。传感器204的输出电压为旋转频率的函数，因此也是流经输出管151的流体流速的函数。适当传感器为霍尔效应传感器，其输出电压，该电压以与涡轮旋转频率相对应的频率振荡。虽然描述一型流量传感器204，但须注意也可有其它流量传感器组态。

控制器170使用来自于流体流量传感器204的流速信号，来判定通过管路及单元102a，b的流体流速，此流速信息可用于多个不同目的。举例言之，控制器170可使用流速信号的级别来控制电源114a，b，来调整施加于单元102a，b的电极的电力。凭此方式，施加于电极的电压可经调整来达成更高程度的微生物去活化，或调整相关于流经单元102a，b的流体流速而施加于电极的电压功率。

传感器160为压力传感器也提供输出的压力信号给控制器170，该信号为与装置100中的流体压力成正比。使用中，当输出管路中的压力降低时，控制器170可启动流体处理装置100的操作来提供经处理的流体流125。但当输出关闭时，压力累积于输出，控制器170可将电化学单元102的操作切换为关。

传感器160也可是导电离子传感器，其直接或间接测量凭借离子交换装置100所处理的流体中的离子浓度。导电离子传感器例如可测量所处理流体中的离子浓度、离子物种、或离子浓度比。传感器160可置于流体流的某一点，例如电化学离子交换单元102的入口146或出口148，或于此等位置的组合等。离子导电性传感器也可用来判定及控制于所处理的流体流125中的总溶解固体(TDS)浓度。另外，导电离子传感器160可为特定离子传感器，其检测特殊离子物种，例如硝酸根、砷或铅。特殊离子传感器可为例如ISE(离子选择电极)。通常较佳将导电离子传感器设置于尽可能远离的上游来获得最早测量值。本实施例中可愈早判定传感器的测量值，则可愈精确控制所处理流体的离子浓度。控制器170的微控制器152可产生时间常数选择信号，其为与来自于电源114的信号诸如电流检测信号、及来自于离子传感器的信号诸如离子浓度信号二者有关。控制器170也控制电源114，来回应于接收自传感器的离子浓度而控制供给单元102的电极106、108的电力。

包含温度传感器的传感器160也可供感测流体温度，及产生温度信号。温度传感器测量于单元102内侧和外侧的流体温度，产生含有有关流体温度的信息的温度信号。于去离子周期及再生周期的任一周期或二者，控制器170接收温度信号，响应于该温度信号设定施加于电极106、108的电流幅度。例如控制器170可指示电源114改变电流幅度达例如至少约20％的级别。于较佳版本中，电流幅度每10度改变至少约20％，让测量得的流体温度高于或低于25℃温度。举例言之，响应于温度测量信号，控制器170指示电源114将流经单元102的电流由第一级别降至第二级别，当流体温度至少高于25℃(室温)约10℃时，该第二级别比第一级别至少低约20％。例如，当温度至少约为45℃时，控制器170可经程序规划来将电流由第一级别降至第二级别。当检测得流体温度至少比室温高约20℃时，电流也可连续降低。例如，电流可以毫安递减至达到期望的第二电流级别为止。较佳此种方法可控制单元102中处理的流体温度，来确保流体不会于去离子期间被加热至过高温度。特别可用于饮用水用途，此处不期望热水输出。

于另一版本中，控制器170设定流经单元102的电流来维持预先规定的流体温度。例如当期望有单元102输出较温热水或较冷水时，此种版本有用。控制器170经规划来凭借增高电流或降低电流可调整经由单元102施加的电流级别，来控制流体温度。电流幅度可相关于单元102中测量得的温度及/或期望的流体温度而设定。

适当温度传感器为热偶或定位于流体流动路径上或接触流体管路。热偶可为J型热偶或K型热偶。温度传感器也可为热敏电阻，诸如于陶瓷基体中由经烧结的金属氧化物构成的热敏电阻，其可随温度而改变电阻。

微生物去活化

于本发明的一个版本中，控制器170发送一控制信号给电源114，来控制输出的电极106、108的电力。控制器170可控制电源114来跨单元102的第一电极106及第二电极108施加电流，该电流的电流密度高至足以去活化通过单元102的流体通道144的流体流124中的微生物。对一给定流速而言，若去活化电流过低，则存在于单元102及输入流体中的微生物于流体通过单元102后仍然保有繁殖或复制的能力，此点为不期望的。但去活化程序并非只是通过电极106、108的电流的函数，反而通过单元102的膜110的电流密度的函数。已经判定低电流密度将导致微生物去活化的不足或未被去活化。但电流密度过高也不合所需，原因在于此种电流密度将导致过度耗用电力，也可能损害膜110的离子交换性质。

当单元102内表面上的微生物诸如细菌被去活化时，可达成单元102内部的制菌作用，导致单元内部的微生物含量随着时间的经过维持相等或甚至减少。当输入流体通过单元时，可维持制菌，而未减少活性微生物含量。制菌单元或系统的细菌于通过其中的水中的数目经历一段时间例如数周或数月不会增加。非制菌单元的内表面上将生长细菌随后由表面腐烂剥落，当流体通过单元时加至流体中。随着时间的经过，单元内部的细菌浓度增高，结果导致经一段时间，处理水中的细菌浓度升高。如此，较佳有够高电流密度可导致单元102的制菌(亦即单元内面的微生物去活化)的电流凭借电源114跨第一电极106及第二电极108施加，且由控制器170控制。通过流体施加的电流的电流密度够高，将造成制菌，经过一段使用时间，由单元102输出的流体包含微生物含量维持恒定或减少。

进一步较佳当水通过单元102时去活化输入水中的微生物，例如细菌或病毒含量。于本实例中，输入流体中的第一微生物含量降至输出流体中的第二水平(含量)，例如比第一水平(含量)至少低约90％，或甚至至少低约99％、99.99％或99.9999％。例如，第一水平及第二水平可为大肠杆菌细菌、MS-2病毒或其它微生物的含量。

活性细菌数目的常用测定方法为可存活平板计数(plate count)法。本方法中，欲计数细菌或其它微生物的流体样本于溶液中稀释，该溶液不伤害微生物但又不支持微生物生长，故分析期间微生物不会生长。举例言之，定量流体样本首先稀释于缓冲液中10倍，且彻底混合。大部分情况下，一份0.1-1.0毫升第一稀释液又稀释10倍，获得总稀释度100倍。此处理程序重复至达到估计每毫升流体约1000细菌细胞为止。于展板技术中，有最低细菌密度的最高稀释液随后以无菌玻璃板展开于固体培养基诸如异养型细菌(heterotrophe bacteria)用的琼脂上，该培养基支持此等微生物的生长。展开于孔板上的液体须泡入琼脂来防止留在表面上的液体造成群落的聚集。需要干板典型将可展开量限于0.1毫升或以下。第二种计数存活细菌的方法为倾板技术，倾板技术包含将部分稀释液与熔融琼脂混合，且将混合物倾倒于培养板上。任一种情况下，样本稀释够高，个别细胞沈积于琼脂上，形成群落。计数各群落，判定培养板上的集落生成单位(CFU)总数。经由将CFU计数值乘以溶液总稀释度，可找出流体样本中的CFU总数，可为输入流体样本或输出流体样本。

于一个实例中，第一水平和第二水平定义为每100毫升流体中的集落生成单位。一个版本中，控制器170设定电流密度来获得第二水平，第二水平包含每100毫升输出流体中的集落生成单位比每100毫升输入流体中的集落生成单位的输入水平更低。电流密度够高，可实质上防止每100毫升输出流体中的集落生成单位的增加。至于另一实例，控制器170控制电源，来施加至第一电极106及第二电极108有够高电流密度的电流，该电流密度可提供输出流体具有每100毫升的第二集落生成单位水平，至少比每100毫升输入流体中的第一集落生成单位水平低约90％。

第一及第二活性有机体含量也定义为异养型细菌平板数目。虽然细菌可为异养型亦即食用碳，但细菌也可为其它型例如食用硫。异养型细菌平板数目用来计算以碳为食物的活性细菌数目。当输入流体包含第一水平微生物含量，包含异养型细菌平板计数值至少约500Cfu/mL，控制器170将电流密度设定为为高至足以提供输出流体具有异养型细菌平板计数值小于约450Cfu/mL。控制器170也控制电源114而于第一电极106及第二电极108施加电流，其具有够高电流密度可提供输出流体具有异养型细菌平板计数值至少比输入流体的异养型细菌平板计数值低50CFU/mL。于一个版本中，控制器170设定电流密度为高至足以提供对流体停驻时间至少0.05分钟有至少为1的细菌平板计数值的对数下降值，或甚至为2的细菌平板计数值的对数下降值。

参考图3A及图3B的单元实例，此等单元102a，b中电极106具有暴露于单元中的流体流124的暴露面积A_E1，第二电极108具有暴露面积A_E2，膜110具有暴露面积A_M。此等单元中，暴露面积A_E1、A_E2及A_M实质上彼此相似来提供相当容易算出平均电流密度。对一给定膜包裹层或层的膜平均电流密度为总单元电流除以该包裹层或层的膜面积。控制器170控制电源114来跨第一电极106施加电流，来提供相关于暴露出A_E1、A_E2或A_M中的任一区或多区选定的平均电流密度。另一种描述细胞制菌或微生物去活化参数的方式透过使用电位降。施加于电极106、108的电流通过流体，来形成跨流体膜110的电位降。由电位降所产生的电场垂直膜110的平面，基于电极106、108间的膜110的数目，经规度化的电位降可用来获得跨一膜110堆栈所施加的电压。

于图2A及图2B所示的圆柱体单元102中，对一给定的施加于电极106、108的电位差而言，于内电极108的方向的电流密度及电场递增，原因在于内电极108的直径比外电极106小。于此单元102中，第一电极106具有暴露于流体流124的暴露面积A_E1’，第二电极108具有暴露面积A_E2’，膜110具有与电流密度的计算相关的暴露面积A_M’范围，原因在于典型装置于电极106、108间采用多层膜。暴露面积A_E1、A_E2及A_M彼此不同，原因在于电极106、108及膜110各自有不同形状。如此，相对于膜，流体中的电流密度及电位降选择为由相邻于二电极106及108的膜层算出的数值中的较小者。控制器170控制电源114来施加跨电极106、108的电流，该电流具有平均电场通量实质上垂直于膜表面。对一螺旋状单元如单元102而言，用来计算电流密度的膜面积为最外层的面积。当然对由多层膜全部有相同表面积构成的板与框单元而言，电流密度的计算为直捷。

基于此等观察，单元102a及102b的平均电流密度的较佳范围由约0.01至约20毫安/平方厘米或甚至约0.01至约10毫安/平方厘米。螺旋状包裹膜单元的适当电流密度约为10毫安/平方厘米。每一膜层的适当平均电位降对每一莫耳层由约0.05伏至约20伏。更佳电位降对每一膜层由约0.5伏至约10伏。举个实例，对图2A所示单元102而言，于高15厘米的单元操作期间，通过电极106、108的电流由约0.1安培至约4安培。于此单元中，最内卡匣膜面积为约200平方厘米，最外膜面积约500平方厘米。由二面积中的较大者或由500平方厘米算出电流密度，电流密度的范围于低端为0.2毫安/平方厘米，于高端为8毫安/平方厘米。

通过第一电极106及第二电极108施加至任何单元102中的流体的选用的电流密度级别可导致制菌、或活性微生物浓度的降低，活性微生物包括流体流124中的微生物诸如细菌或病毒。去活化为微生物无法复制的状态，因而可有效中和其于活有机体中的有害效应。去活化并非必然表示微生物从溶液中去除，或于单元中被杀死。但去活化足够消毒流体流124，可阻止微生物复制因而造成发病。

抗微生物单元

接受电化学处理的流体也暴露于抗微生物单元177a中的抗微生物制剂，来进一步提高输出流体所得的消毒程度。抗微生物单元177a可设置于电化学单元102(如图所示)前方、单元102后方、单元102本身中，或沿小型分歧流体流路径设置。抗微生物单元177a用来将流体暴露于抗微生物制剂，或透过抗微生物制剂源添加抗微生物制剂至流体，来进一步提高输出流体所得消毒长度。抗微生物制剂可减少微生物含量，防止微生物的生长，或限制微生物的繁殖。微生物为微小有机体和微小生命形式其例如包括细菌、病毒、寄生虫、囊虫、真菌、霉菌及芽孢。抗微生物制剂可为抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂、抗寄生虫剂、免疫治疗剂、抗生素、化学治疗剂及其它药剂中的一者或多者。抗微生物制剂可具有选择性毒性，亦即抗微生物制剂须可抑制微生物的繁殖或杀死微生物，而未释放有害化合物至所处理的流体。

抗微生物单元177a可为滴注系统(图中未显示)，抗微生物单元177a当流体通过电化学单元102的本身，或通过连接于单元102的抗微生物单元177时，添加抗微生物制剂至流体。于一个实例中，滴注系统包含流体滴注器而于流体通过单元117a时，将含抗微生物制剂的抗微生物流体滴注于该流体内。流体滴注器包含容器，容器含有定量可置换的抗微生物流体，其可凭借管路连接至流体管线，接受处理流体或未经处理流体通过该流体管线。设置于管线的流量控制阀(图中未显示)，控制由流体滴注器流入管线的流量。于一个实例中，抗微生物流体包含氯化钠或氯气。滴注暴露将添加含抗微生物流体的浓度够高，允许以至少约2升/分钟流速通过系统的流体接受消毒。

于图11B所示实例中，滴注系统227包括一夹角管线246，其输送小量流体流进入单元233。转向的流体溶解少部分单元233所含的抗微生物颗粒，诸如氯化钠颗粒。适当抗微生物单元233完全以适当卤化物盐如氯化钠的粒状颗粒247填补，部分流体流被转向入单元233来至少部分溶解卤化物盐来形成卤素离子，例如来自于氯化物盐的氯离子。抗微生物颗粒例如还包括含抗微生物制剂的化合物如氯化钠盐，来当流体通过单元233时释放氯离子至流体。抗微生物颗粒也可包封于缓慢释放或持续释放材料诸如涂层中，将氯离子缓慢释放入流体。转向流体通过控制阀234返回流体流，控制阀234控制流体流经滴注系统227的速率，因而计量抗微生物溶液229及抗微生物颗粒247进入流体流的剂量。

其它滴注系统包括微阀系统，微阀系统采用有细小毛细管的微阀来连续释放极小剂量的抗微生物制剂进入流体流。又另一种滴注系统包含毛细管或细腰孔口，也可减慢抗微生物制剂的释放入流体流。

抗微生物颗粒可由抗微生物制剂源如含抗微生物制剂的化合物如氯化钠盐产生，于流体流经单元177时释放氯离子至流体。抗微生物颗粒也可包囊于缓慢释放或持续释放材料如涂层，其可缓慢释放氯离子进入流体。

于又另一个实例中，抗微生物单元177a含有抗微生物制剂悬浮于抗微生物膜(图中未显示)，诸如半透明膜或多孔过滤膜。抗微生物膜悬浮于单元177a，故流体跨越膜表面通过单元177。如此，流体捕捉小部分陷于膜内部的抗微生物材料。举个实例，适当抗微生物材料可于聚合物膜制造期间被捕陷于聚合物膜内。可用作为含有抗微生物制剂的膜的媒质的适当聚合物包括聚酰胺类、亚克力类、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯类、聚胺基甲酸酯、乙基纤维素及硝基纤维素类。抗微生物制剂可离子键结至交联的聚合物网络或被捕陷于交联的聚合物网络。抗微生物化合物须与膜聚合物前驱物料均匀且均质混合。混合可经由于剪力混合机中混合聚合物前驱物粉末及抗微生物材料粉末而达成。粉末也可分散于适合溶剂，然后经涂覆或干燥来形成固体粉末。适当溶剂包括醇/水混合物，也包括界面活性剂、胶溶剂及分散助剂。抗微生物制剂必须可耐受膜制造期间施加于膜的温度及压力。

于另一版本中，抗微生物制剂添加至离子交换膜或水解膜110本身，故流体于通过电化学单元102时暴露于抗微生物制剂。此系统可避免有分开的抗微生物制剂用的单元177a，b。于一个版本中，膜110于制造且经结构化后，添加抗微生物制剂至膜来制造此种膜110。例如抗微生物制剂可添加至阳离子交换材料与阴离子交换材料的混合物，该混合物于被压制或辊轧进入水解膜110之前于罐内混合。阳离子交换材料及阴离子交换材料可为粉末，其与抗微生物制剂于剪力混合机内混合而形成均化粉末混合物。抗微生物制剂也可分散于适当溶剂，诸如醇、水、界面活性剂、胶溶剂、分散助剂及其混合物；然后涂覆于其它基体颗粒上或干燥来形成混合粉末。然后混合粉末于滚轮系统中凭借加热处理及加压而制造成膜。抗微生物制剂也可添加至膜110，将预先制造的水解膜110浸泡于含抗微生物制剂的溶液；或当膜通过制造滚轮时，将抗微生物制剂喷洒于膜上。高度多孔的渗透膜110可将抗微生物制剂吸收于其表面及内部孔洞。膜110制造后施用抗微生物制剂，也可降低抗微生物制剂因暴露于加热、加压、或其它膜制造条件而变无效的可能。抗微生物制剂于流体通过含有改性抗微生物水解膜的电化学单元期间交换或释放。结合于膜110的长链亲水聚合物也可吸附水分子，且辅助离子交换。抗微生物制剂须以够高浓度存在于膜110，来允许以至少约2升/分钟流速通过单元的流体消毒。含有抗微生物制剂的结构化膜比较未经结构化膜预期可提供较佳消毒效果，原因在于前者的表面积较大之故。

抗微生物膜110也包括奈米材料，其具有约奈米尺寸，可去除或去活化微生物。例如，陶瓷奈米纤维可添加至膜来过滤出污染物。带正电荷可从流体吸引带负电荷的菌种且将菌种保持于过滤膜表面上的氧化铝奈米纤维过滤膜由阿根奈(Argonide)佛罗里达州山佛制造。涂覆以分子的奈米级聚合物刷可用来捕捉且去除毒性金属、蛋白质及菌种，此等材料由e膜(eMembrane)，罗得岛普维登制造。也可使用氧化钛制成的奈米管柱来去除微生物。

前文说明的用来将抗微生物制剂掺混于装置100或电化学单元102本身来处理流入的流体流而去除或去活化微生物的装置及方法，可使用多种不同抗微生物制剂中的一者或多者实作。适当抗微生物制剂的实例包括无机化合物、天然或合成有机化合物、及药学化合物。此等化合物的若干实例列举于此处，但须了解所列举的化合物仅供举例说明，本发明并非囿限于此等实例，反而包括本领域技术人员显然易知的全部其它抗微生物制剂。

多种含卤素化合物及强力氧化剂亦属可掺混于此处所述装置及方法的有效抗微生物制剂。例如诸如次氯酸钠的卤素消毒剂可用作为有效抗微生物制剂。当于电化学单元中处理时变成有效的抗微生物制剂包括含氯阴离子的化合物，诸如氯化钠，其可由如此处所述添加至容器的粒状盐颗粒中溶解于流体诸如水中。于一个版本中，抗微生物单元177a包含含卤素粒子单元，其包括含有含卤素化合物的容器，诸如颗粒形式的氯化钠或滴注系统的饱和氯化钠溶液。也须注意氯阴离子也常以可有效提高于特定电化学电流通量操作的电化学单元的抗微生物效果的有效量而存在于自来水供应源。流体或膜中的化学离子浓度乘以流体通过抗微生物单元或膜所耗驻留时间，可决定消毒率。于一个实例中，卤素离子诸如氯离子以至少约15ppm或甚至至少60ppm或甚至至少100ppm的浓度添加至流体。

其它卤素化合物也可用作为抗微生物制剂。例如抗微生物制剂也可为卤素-胺，例如N-卤胺。N-卤胺树脂珠粒市面上可以商品名哈罗纯(HaloPure)得自哈罗来源公司(HaloSource)。N-卤胺包含胺基接合至卤素诸如氯。若干实例包括酰胺卤胺类、酰亚胺卤胺类、及胺卤胺类。N-卤胺消毒剂的实例包括1，3-二氯-2，2，5，5-四甲基咪唑啶-4-酮(1，3-dichloro-2，2，5，5-tetramethylimidazolidin-4-one)以及1-氯-2，2，5，5-四甲基咪唑啶-4-酮(1-chloro-2，2，5，5-tetramethylimidazolidin-4-one)。另一型卤素-胺化合物包含氯胺类，其比较自由态氯产生较少量氯化有机化合物，结果于单元102中更长效且更稳定。于一个版本中，抗微生物膜包含氯胺悬浮于精密碳网。当流体诸如水通过膜时，流体暴露于氯胺类来杀死或去活化流体中的微生物。卤素-胺或N-卤胺可由基于前述滴注系统的卤素胺或N-卤胺所提供。

于另一个实例中，碘化离子交换树脂可为阳离子树脂或阴离子树脂，也可用来形成膜。树脂大量进给元素碘，当水通过碘化树脂时，提供经过规划的释放碘而于被处理水中形成固定浓度。碘化树脂为高度有效的杀生物剂，可杀死或去活化大部分水载微生物，包括细菌、寄生虫及病毒。由于水只需暴露于树脂一段短时间来有效消毒，故碘化树脂允许流体通过单元的驻留时间短。如此，碘化树脂允许流体流经单元的高流速。由于碘于有机材料具有低电动势，故碘也是环保友善材料。碘也比其它卤素更不易形成危险性有机错合物，主要副产物为碘化物盐，若有所需碘化物盐容易从被处理水中被萃取出。碘化树脂可经制造来提供期望的固定碘释放入流体的释放速率。当暴露于载有带负电荷颗粒包括大部分微生物的水时，若干碘化树脂将经由置换略为大量碘至污染水中而补偿。碘化树脂也可组合活性碳树脂，用于单元本身，例如用作为单元壁内衬，或甚至用作为分隔膜的隔件。活性碳树脂也从输入水中去除氯，来防止氯与碘反应。碘化树脂膜特别可用于紧急水纯化。

强力氧化剂也可用作为有效抗菌剂。于此版本中，抗微生物单元177a包括一容器含有呈化合物形式存在的氧化剂本身，或有催化剂或其它激励来源的共存。举例言之，添加小量氧化剂如过氧化氢H₂O₂本身至流体，或水流过单元102可用来进一步纯化流体。于本实例中，氧化剂单元包括含过氧化氢的容器。氧化剂单元也包括容器含有H₂O₂组合胶体银(用作为抗微生物催化剂)来提供良好消毒。存在于水中的化学品被H₂O₂所氧化，微生物被升高的氧浓度所杀灭。

含有具抗微生物性质的金属离子的无机材料包括银、铜、镍、锌、锡及金等金属离子。金属也可以金属胶体、金属盐、金属酐及抗微生物金属离子交换材料形式提供于装置。金属离子与流体中的抗衡离子进行离子交换，抗衡离子为流体中的微生物的一部分，凭此去活化或摧毁微生物。当接触时，金属离子也可破坏细菌细胞内部的电子移转和呼吸。

银离子为特别有效的抗微生物制剂。举个实例，包含银离子维持于控制释放基体中的抗微生物制剂可于制造程序中添加至膜110。例如，抗微生物膜可包含银离子掺混于膜110，膜110被用作为载剂。离子交换材料可兼容，甚至与电化学单元102中发生的电力加速离子交换程序和离子迁移协力作用。此外，膜110的高表面积将增加银离子暴露于流体的有效表面积，来提供较佳消毒。因电化学单元102已经操作来提供某种程度的消毒或微生物去活化，故增加银离子控制释放或银离子交换实质上可提高有益消毒效果。

银离子也可有效对抗引发气味、变色、生物垢秽及其它美感问题的宽广范围的微生物。当银离子接触细菌及其它微生物时，其破坏细胞内部的电子移转和呼吸作用。进一步，银离子对人体或动物体无毒，可调整来提供控制释放以便允许连续的抗微生物保护效果。经由与膜材料混合，含银离子基体可直接掺混于膜。银离子基体也可用于抗微生物管，诸如刚性聚乙烯管，其用来连结阀118、电化学单元102及其它组成组件。抗微生物管可抑制于管内面微生物形成群落，来防止管壁上形成胶质、黏液或霉。

抗微生物膜或颗粒包含银离子掺混于陶瓷基体，陶瓷基体为惰性且如后文说明用作为载剂。一型抗微生物膜包含银离子吸附于沸石层表面上，经由银离子与流体中的抗衡离子交换而发挥作用。沸石为水合硅酸铝矿物，有“开放”结构可容纳多种阳离子例如银离子，阳离子被相当疏松地固定，而方便与该结构接触流过的流体中的其它离子交换。常见矿物沸石包括阿沸石(analcime)、查沸石(chabazite)、合沸石(heulandite)、钠沸石(natrolite)、菲沸石(phillipsite)及芪沸石(stilbite)；钠沸石的化学式实例为Na₂Al₂Si₃O₁₀-2H₂O。沸石有独特结晶结构包含互连内部孔洞，具有奈米级或更小的经控制的直径。除非存在有阳离子供交换，否则交换需要沸石表面为中性，银离子释放出。如此，当此种膜表面为湿润时，含沸石表面变成活性，可释放银离子至抗微生物浓度，然后关闭，无干燥时保有银存量。沸石基体中的适当银离子市面上可以商品名艾吉扬(AgION)购得。艾吉扬抗微生物化合物对宽广细菌、真菌及其它微生物发挥效果，证实可减少接受处理产物的细菌高达99.999％或对数下降值为5。

另一型抗微生物膜包含银离子于包含磷酸锆的陶瓷基体。磷酸锆有三度空间层状结构，有银离子定位在各层间。经由与周围离子进行离子交换，银离子从层中释放出；但因离子交换只发生于层边缘，故可提供经过控制的释放动力学。适当的含银的基于磷酸锆的树脂为阿发山(AlphaSan)，得自北加州斯巴坦堡的米立肯公司(Milliken&Company)。又另一型抗微生物膜包含银离子于磷玻璃基体。此种玻璃与银的混合物经过研磨，然后与塑料或涂层掺混。当玻璃溶解于微酸性溶液时，银离子释放出而提供抗微生物效果。

抗微生物膜也可使用金属离子交换材料制造，该材料已经交换有抗微生物离子或载有抗微生物离子。适当金属离子交换材料包括锆或磷酸化合物诸如磷酸锆、磷酸氢钠锆及金属磷酸氢盐。多种矿物也具有抗微生物性质，包括沸石类、黏土类诸如蒙脱土、多孔硅酸铝盐及硅酸镁盐。抗微生物制剂可具有活性抗微生物组成物，其选自宽广范围的已知抗微生物制剂，适当材料例如揭示于“食品用途的活性包装”A.L.Brody，E.R.Strupinsky及L.R.Kline，科技出版公司(TechnomicPublishing Company，Inc.)宾州(2001年)，全文以引用方式并入此处。

某些金属化合物也可为有效抗微生物制剂及沉淀物形成剂。举例言之，诸如钙及镁等无机化合物被用作为缓冲剂，辅助沉淀絮凝物或泡沫体的形成，随后可从流体中去除。高浓度镁(举例)于单元中形成一层也可抑制真菌诸如曲菌(aspergillus)的生长；二氧化钛及钛氧陶瓷也可用于水的纯化、抗病毒涂层及杀菌涂层。硫酸铜属于另一种抗微生物制剂，其可以够小剂量不影响人体健康的剂量以某种膜形式用于由该装置所得的处理后的饮用水。

可为天然物质或合成物质的有机化合物也可用作为抗微生物制剂。举例言之，苯甲酸C₆H₅COOH及其盐当直接添加或由与其钠盐、钾盐或钙盐反应形成时，可抑制霉、酵母及若干细菌的生长。举另一个实例，山梨酸C₆H₈O₂分离自山梨(欧洲花椒)的未成熟浆果的天然有机化合物及其盐诸如山梨酸钠、山梨酸钾及山梨酸钙为常用于防止霉、酵母及真菌生长的抗微生物制剂。盐类由于较可溶于水，故比酸形式更佳。抗微生物活性的最佳pH值低于pH值6.5，山梨酸盐通常的使用浓度为0.025％至0.10％。至于另一个实例，大蒜素为大蒜的天然萃取物，是一种强烈抗生素及抗真菌化合物。其它可用作为抗微生物制剂的合成有机化合物包括百里香酚及三氯沙(triclosan)。百里香酚是甲基异丙苯的烯酚衍生物C₁₀H₁₃OH，与香芹酚为异构形，出现于百里香油，可杀死真菌芽孢及霉菌。三氯沙是一种氯化芳香族化合物，具有可代表醚类及酚类二者的官能基，三氯沙为抗菌化合物。三氯沙微溶于水，但可溶于乙醇、乙醚、及较强的碱性溶液诸如1M氢氧化钠。三氯沙由于与细菌的烯酰基-酰基载剂蛋白质还原(ENR)(由Fab1编码)结合，故显然主要经由抑制脂肪酸的合成来杀死细菌。

可用作为抗微生物制剂的药学化合物包括抗生素及抗病毒剂。于一个版本中，抗微生物制剂为药物，可为抗生素。于一个分开单元中的电化学膜或其它膜，当经由将膜浸泡入溶液罐内然后干燥而添加至膜时，抗生素可结合于膜结构内，或于膜基体本身的制造期间可掺混于膜基体内。于一个版本中，添加至膜110的抗微生物制剂包含抗生素，其对某个范围的微生物具有杀死或杀灭效果或抑制或抑制效果。受抗生素影响的微生物范围表示为抗生素的有效范围。广效性抗生素可有效对抗原核生物，可杀死或抑制宽广范围的革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌。窄效性抗生素可有效对抗革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌。

适当抗生素为四环素类(tetracyclines)、氯霉素(chloramphenicol)、巨环抗生素(例如红霉素(erythromycin))及胺基糖类(例如链霉素(streptomycin))。通常四环素类为广效性抗生素，对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌有宽广活性范围，为链丝菌(Streptomyces)的天然产物。四环素、氯四环素(chlortetracycline)、及朵西环素(doxycycline)为最佳已知的四环素类抗生素且包括奎洛卡丁(chelocardin)。氯霉素为有广效活性的蛋白质合成抑制剂，对胞内寄生虫诸如力克次体具有制菌效果。氯霉素可抑制细菌的酵素胜基转移，来防止蛋白质合成期间多胜链的成长。头孢子菌素类(Cephalolsporins)为头孢子菌(Cephalosporium)种属所制造的β内酰胺抗生素，及毒性低，比天然青霉素类(penicillins)更为广效。单一巴坦类(Monobactams)特别可用于治疗过敏个体。卡巴潘尼类(Carbapenems)也可使用。枯草杆菌素(Bacitracin)为杆菌属(Bacillus species)所制造的多胜抗生素。环丝胺酸(Cycloserine)可抑制谬瑞(murein)合成的早期阶段，D-丙胺酰基-D-丙胺酸加至成长当中的胜支链。糖类诸如抗生素万古霉素(vancomycin)显然可抑制于胜基聚糖组装过程中的糖转移反应及胜转移反应。

红霉素对大部分革兰氏阳性菌、奈瑟氏菌(Neisseria)、军团菌(Legionella)、及嗜血杆菌(Haemophilus)具有活性，但对肠细菌科(Enterobacteriaceae)不具活性。林可霉素(Lincomycin)及克林达霉素(clindamycin)属于蛋白质合成抑制剂的杂项类别，具有类似巨环类抗生素的活性。

胺基糖类为链丝菌属的产物，诸如链霉素、康霉素(kanamycin)、妥布霉素(tobramycin)、及健它霉素(gentamicin)。此等抗生素经由结合至细菌核糖体来发挥活性，且可防止引发蛋白质合成。胺基糖类对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌所引发的宽广多项细菌性感染有效。康霉素、健它霉素及妥布霉素由于可提供堆积于胞质内，对细胞有致命性作用，因而具有杀菌功效，可用来治疗假单胞杆菌(Pseudomonas)的感染。安莫西林(Amoxycillin)及安比西林(Ampicillin)具有对抗革兰氏阴性菌的加宽的有效范围且口服有效。梅西西林(Methicillin)对青霉素有抗性。克福兰酸(Clavulanic acid)为偶尔加至半合成青霉素的化学品。

细胞膜抑制剂抗生素经由破坏组织结构，或抑制细菌胞质外膜的完好来发挥作用。其中一个实例为多黏杆菌素(polymyxin)由多黏杆菌(Bacillus polymyxis)所制造，可有效对抗革兰氏阴性菌，通常限于局部使用。

抗微生物制剂也可为抗病毒剂，经由抑制病毒的复制因而抑制病毒的繁殖能力及再生能力来摧毁或去活化病毒。适当抗病毒剂例如说明于抗病毒剂、疫苗及免疫治疗，Stephen K.Tyring，马塞戴克(MarcelDekker)，2004；及抗病毒药物，John S.Driscoll，约翰威力父子公司(Wiley，John&Sons，Inc.)，2002；二文皆以引用方式并入此处。适当抗病毒剂包括蛋白抑制剂，其为用来对抗HIV的抗病毒药物。进一步实例包括阿马它丁(amantadine)，其为抑制A型流行性感冒病毒繁殖的合成药物；瑞曼塔丁(Rimantadine)也是抗A型流感药物；以及福卡涅(foscarnet)属于一组治疗造成眼部感染的细胞巨病毒(cytomegalovirus(CMV))的症状的抗生素。

于另一个版本中，抗微生物单元177a可为紫外光管242，如图11A所示。紫外光辐射211也可用于生物消毒，因紫外光辐射211通过水时可将水灭菌。紫外光也可被微生物213膜中的蛋白质RNA及DNA吸收，吸收高剂量UV最终将导致细胞膜的破坏及细胞的死亡。于较低UV剂量，DNA吸收UV可能破坏微生物213的复制能力，结果由于微生物213无法复制因而无法感染故可导致微生物213的去活化。通常较复杂的微生物213对UV的去活化较为敏感。如此，病毒较不敏感，接着是细菌孢子214，最后是细菌231极为敏感。原虫(Protozoa)诸如矮小隐孢虫(cryptosporidium parvum)及兰氏贾第鞭毛虫(giardialamblia)由于其于包囊状态或卵囊状态时，UV难以穿透外壳，因此对UV不敏感；但一旦穿透之后，则对紫外光辐射211相当敏感。如此凭借紫外光辐射211消毒现在已经扩展至涵盖全部的病原。

紫外光辐射211是一种波长比400奈米更短的光。此范围又再分成UVA(320至400奈米)、UVB(280至320奈米)及UVC(200至280奈米)。UVC是所谓的“杀菌”辐射，UVC被DNA吸收，造成基因的损伤与细菌及病毒的去活化。波长比200奈米更短的紫外光辐射211被水和空气吸收，只能够在真空中透射，因此称作为真空紫外光。紫外光管可得自于多个供货商用于小型和大型流体处理系统中的微生物去活化。紫外光辐射211通常由低压和中压汞蒸气灯237所产生。低压汞灯可产生主要波长为253.7奈米的UV辐射。中压汞灯可发出200奈米至600奈米的较宽广范围且有较高功率密度。

紫外光辐射211经历一时间段传输至流体中来去活化微生物213。唯有当有机体暴露于紫外光时紫外光才有效，紫外光消毒中的E级别、紫外照度级别决定消毒程度。期望的E级别可由各种微生物213例如枯草杆菌(Bacillus subtillis)芽孢及MS2-噬菌体病毒等各种微生物的紫外光剂量-反应曲线估计。于准直光束装置中，微生物的浓缩悬浮液于紫外光抗微生物滤光镜的上游播种，而于达成稳态之后，取数个流入流样本和流出流样本接受平板计数。由流入流样本与流出流样本间所达成的对数值去活化，经由从UV剂量、反应曲线中读取与该对数值去活化相对应的UV剂量，可得知UV剂量。

当含有微生物231的流体进入含UV灯238的紫外光管242时，依据流体距离UV灯238的距离而定，流体暴露于来自于一个灯或数个灯的不等照度级别。流体曝光时间或驻留时间依据流体通过反应器的特定路径决定。通过此光试管242的每个有机体将曝光于至少若干紫外光辐射211。传递给微生物的UV照度乘以曝光时间(秒数)获得提供给有机体的UV剂量。然后此剂量再度以微瓦-秒/平方厘米或毫瓦-秒/平方厘米测定。由于1瓦-秒是1焦耳，故一般接受使用的UV剂量单位是毫焦耳/平方厘米，但有些使用相等的单位毫瓦-秒/平方厘米。UV剂量的测定涉及前述影响UV照度的全部因素。为了最大化紫外光辐射211对微生物231的剂量，于一个版本中，内壁239可反射紫外光辐射211。典型地，要求30,000-40,000毫瓦-秒/平方厘米剂量进行消毒。

经由将UV处理与电化学处理组合，由装置100所提供的微生物去活化显著优于单独使用电化学单元102的微生物去活化程度。紫外光管242也可放置于电化学单元102a，b后方，来处理已经被去离子的水。举例言之，UV灯237容易被鳞垢(例如碳酸钙)及死微生物243所垢秽。凭借沉淀过滤器181去除粒状物质，以及凭借活性碳过滤器187去除钙和碳酸盐，水通过紫外光管242前，将此等光试管内以及电化学单元102内的微生物213实质上去活化，将可降低UV灯237的垢秽速度，因而减慢需要清洁或更换的速率。如此将紫外光管242放置于单元102a，b的后方既可节省成本，又可使用较低效率装置来进行微生物的去活化；紫外光管242若放置于单元的下游则将延长装置寿命。

于另一个版本中，抗微生物单元177b包含臭氧处理单元。臭氧经由摧毁例如大肠杆菌(Escherichi coli(E.coli))、隐孢虫(Cryptospondium)、小儿麻痹病毒(Poliovirus)、穆氏贾第鞭毛虫(Giardia muris)及兰氏贾第鞭毛虫等微生物，也可用来消毒流体。臭氧可抑制革兰氏阴性菌及革兰氏阳性菌的生长因而造成所述试验细菌的死亡。臭氧也可从水中去除铁、硫化氢及其它污染物。臭氧(O₃)是由三个氧原子构成的低分子量分子，臭氧是氧(O₂)的别构异构物。臭氧是一种强力氧化剂，臭氧的化学反应性来自于其电子组态的不稳定因此寻求从其它分子获得电子。当臭氧与其它分子反应期间，臭氧被破坏，而宿主被氧化。臭氧造成细菌细胞膜的裂开，微生物无法再度被活化。于水中，氧化作用污染物于周围温度凭借臭氧氧化，而未改变水的pH值。此点为与其它氧化剂诸如氯气不同，其它氧化剂需要使用苛性物质或石灰来调整pH值，因此副产物留在水中而改变整体的水质。

于典型臭氧单元中，臭氧或活性氧气通过单元中的流体。臭氧通过单元中流体或水，流体驻留时间最少4分钟，维持溶解臭氧残量浓度0.4ppm，可用来提供消毒的饮用水。于一个版本中，于称作为“电晕放电”的程序中，于两片充电板间加快电子速度所产生的臭氧，使用该臭氧来操作臭氧单元。于另一个版本中，使用紫外光来产生臭氧，经紫外光通过臭氧室中的周围空气，于臭氧室中紫外光解离氧分子，然后复合成为臭氧分子。过滤单元177a可结合臭氧单元用来去除被摧毁的微生物及物质，来维持稳定与最佳水澄清度。

下列实例验证装置100的电化学单元102的微生物去活化及抗微生物效果。但本发明的范围并非限于此处所提供的实例。

实例1

进行本实例来测定电化学单元102提供消毒及制菌的电流级别，其中于电化学单元102中的流体去离子期间，微生物无法于单元102中繁殖或生长。相信微生物被去活化或甚至被杀死，原因在于在两个电极106、108以及各个水解膜110内部产生酸和碱，形成微生物的不友善环境。经处理的流体流125中的细菌数目凭借接种于营养物之后计算细菌菌落来测定。异养型细菌定义为以含碳材料作为食物的细菌。于选定的电流密度级别，测定异养型细菌平板计数值(HPC)作为六周的工作周期，如图6所示。第一次测量在60水处理周期时，此处各个周期为6升的一个去离子周期接着为一个再生周期。装置100以每2小时一个周期的速率操作，结果获得每毫升的HPC只有10Cfu(集落生成单位)，此乃期望的低值。随后的三个测量值具有约略相等的次羃幅度，HPC在约30至约60Cfu/mL的范围。Cfu的测量值不精确，如此，彼此于一个次羃幅度以内的数值(例如1至10或10至100)被视为大致上相同。由于电极故障，单元电流极低(约10毫安)，因此末次测量于周期550测得330Cfu/mL的数值。如此证实单元电流密度对电化学单元102的制菌效能的重要性。都市水系统含有残氯，具有HPC小于500Cfu/mL，可凭借本电化学单元102来满足。

如此，于一个版本中，控制器170设定单元102中的电流密度，来预防通过单元102的水中的异养型细菌平板计数值随着时间的经过而增高，该效果由于单元内表面的微生物被去活化的结果。

实例2

当输入流体124以四种流速流过单元102时大肠杆菌细菌及MS-2病毒的去活化示于图7。本数据于使用如图12所示的装置100于6升去离子周期的中间获得，装置100有两个电化学单元102a，b，各个单元102包含卡匣130，卡匣130高25厘米，具有外膜面积600平方厘米。装置100经组配来处理流体诸如自来水，来将水去离子及处理水。所处理的流体为含大肠杆菌及MS-2病毒的750ppm NaCl溶液，去离子期间单元电流由去离子周期开始时的0.1安培升高至结束时约1.0安培。如此，施加通过单元102的电流密度由0.15至1.5毫安/平方厘米。判定微生物去活化程度随着流体流速的降低以及单元102中的流体驻留时间的增加而升高。即使于所检验的最高流速1.1升/分钟，仍然可获得出乎意外的骇人的细菌和病毒的对数下降值为3的(99.9％)的消毒效果。于所检验的最低流速亦即0.060升/分钟，获得细菌和病毒对数下降值为6的(99.9999％)非凡消毒程度。最低流速对于EPA清净机状态即足，对多项用途也实用。如此至少约0.15毫安/平方厘米的电流密度可提供于0.060升/分钟或以下对数下降值至少为6的微生物的降低，使用此处的大小装置于少于1升/分钟甚至可提供对数下降值为3。

单元102的高度由25厘米加倍成50厘米，虽然可维持如图6数据的相同电流密度，但可让每个单元102的流速加倍。单元102中流体的驻留时间为单元102的流体体积除以流速，可决定流体流所得的消毒程度。举例言之，如图12所示的单元102a具有空隙容积约为1升，故流体流速为0.060升/分钟，单元102中的流体驻留时间约为17分钟。举另一例，于流速1.1升/分钟，驻留时间约为0.9分钟。如此，期望控制于电化学单元102的驻留时间来提供期望的消毒程度。较佳流体驻留时间至少约为0.05分钟，更佳至少约0.3分钟。

控制器170也相关于接受处理流体中的微生物的预定含量来设定电流密度。例如，于使用装置100适当培养之后例如凭借计算群落数目的方法，检测得微生物含量为对数下降值为6，则于驻留时间约10分钟，电流密度可设定于至少0.1毫安/平方厘米。电流密度也可关联检测得处理水中的微生物浓度设定，以便调整电流密度及/或驻留时间(流速)。

实例3

一种电化学流体处理装置100包含一对电化学处理单元102a，b、阀118、一电源114、控制器170及管路系统，不含辅助过滤器或抗微生物单元(诸如117a，117b)，用来消毒具有ATCC 25922大肠杆菌输入浓度3-5×10⁷Cfu/100mL的给水。给水浓度以1∶20000及1∶400000样本稀释度稀释于无菌PBS(哈地(Hardy))接种于mFC琼脂板100毫米(生物媒体(Bio-Media)BM 3277)测定。孔板根据迪福可公司(Difco)手册于升高温度培养24小时。使用手持式电子式群落计数器(费雪(Fisher)07-910-15)计算蓝色大肠杆菌群落数目。

计算大肠杆菌数目的输出水样本对装置100的两个单元的6升连续样本，于1升样本点及于5升样本点对各个回合分开收集样本。样本(100毫升)收集于康宁公司(Corning)品牌杆菌形样本容器含硫代硫酸盐(费雪0973091)。样本凭借膜过滤法，使用米利普(Millipore)微菲尔(Microfil)过滤系统(MIAC 01P01)附有100毫升漏斗，使用MICE膜白色0.45微升(MIHAWG072)及mFC琼脂孔板100毫米(生物媒体BM 3277)进行检定分析。孔板根据迪福可公司手册于升高的温度培养24小时。使用手持式电子式群落计数器(费雪07-910-15)计算蓝色大肠杆菌群落数目。

由单元所提供的消毒程度凭借大肠杆菌减少的对数值测定，定义为给水中的大肠杆菌浓度(以Cfu/100mL表示)除以制造水中的大肠杆菌浓度之比的LOG10。举例言之，若大肠杆菌的初浓度为10⁷Cfu/100mL，而最终计数值为10Cfu/100mL，则对数下降值为6.0。

一项实验中，产物水由有两个单元102a，b的装置100收集，单元各自高约15.6厘米，膜内径约3厘米，及膜外径约10厘米。样本于0伏至300伏的电压设定值范围收集，于电压50伏，相对应于60层螺旋状单元的每一膜乘0.8伏，消毒程度为大肠杆菌对数下降值大于2。

于本实验中，给水含有150ppm氯阴离子、150ppm碳酸氢钠、及150ppm硫酸镁。测量得的导电率为850-890μS/cm，测得的pH值为6.5。对各条件的平均对数下降值，结果显示如下。

电压	0.25升/分钟流速时的对数下降值	0.50升/分钟流速时的对数下降值
			0	0.5	0.2
50	3.7	2.8
			150	4.5	3.3
300	6.2	5.1

实例4

如图8A所示6升得自各单元102的样本的1升点以及如图8B所示6升得自各单元102的样本的5升点，所得全部各点，将实例3的实验所得数据作图。对数下降值测得的消毒程度随着单元102测得的电流而增高。即使于单元外径于0.2毫安/平方厘米电流密度相对应的低于0.1安培直流电流，仍然可获得大于2log降低。未供电单元(0伏)并未提供显著的消毒程度。本试验中低于1log降低的消毒程度于本程序的实验误差范围以内。

实例5

于另一项使用实例3所述装置100、单元102及方法进行的实验中，消毒程度以给水中存在的氯阴离子浓度的函数测定。给水的大肠杆菌的浓度于5×10⁶至1.3×10⁷Cfu/100mL的范围，下表中各个登录项目的结果得自相同条件下的4-8个个别样本的平均值。对全部氯阴离子浓度而言，总导电率添加150ppm碳酸氢钠或硫酸镁调整。全部样本测得的导电率于430-890μS/cm的范围，pH值于8.0-8.6的范围。对全部接受测试的氯阴离子浓度以及无氯阴离子存在下可见大于2log的降低。

电压	0.25升/分钟流速时的对数下降值	0.50升/分钟流速时的对数下降值
			0	3.8	3.2
15	5.8	3.8
			60	6.6	5.8
150	6.5	6.3

实例6

本实验使用实例3所述装置100、单元102及方法进行，测量产物水中的残留游离氯浓度，呈给水中所存在的氯阴离子的函数。各回合进行4次测量，表中的值为于流速范围(0.25-1.0L/min)及导电率范围(430-1680μS/cm)所做数回合的平均。使用比色计1000(帕林测试(Palintest)PT 245/M2)及帕林测试DPD1及三种试验试剂(AP031)测试样本的游离氯浓度。

全部样本皆有消毒程度大于2log降低，平均氯残量低于0.1ppm。平均值中并无任何个别点的值大于0.2ppm。于制造有低味道及气味成分的饮用水时期望游离氯含量低。

给水中的氯阴离子浓度，ppm	制造水中的平均游离氯，ppm	样本数回合
			0	0	7
15	0.02	4
			60	0.07	9
150	0.08	5
			360	0.06	1

实例7

于另一项使用实例3所述装置100、单元102及方法进行的实验中，消毒程度以给水的pH值的函数测定。用于本实验的单次给水具有5.2×10⁷Cfu/100mL及60ppm氯阴离子浓度，560μS/cm导电率及pH值8.6。然后凭借加入硫酸将pH值调整至6.4。表中的各值为四个样本的平均(得自各单元的6升样本中的1升点及5升点)。

	0.25升/分钟时的对数下降值	0.50升/分钟时的对数下降值
			pH值6.4	4.9	4
pH值8.6	3.5	2.9

实例8

于另一项使用实例3所述装置100、单元102及方法进行的实验中，测定废液流中的大肠杆菌浓度。此等试验回合中，发现废水中的大肠杆菌少于10Cfu/100mL。

实例9

本实验使用实例3所述装置100及方法进行，但不存在有水解膜，产物水的总氯含量以给水中存在的氯阴离子及流速的函数测定。

图25显示于无水解膜110存在下，产生显著量的氯且留在产物水中。不含离子交换膜的电化学单元可用来产生游离氯，进给入含有膜110的电化学单元102用来改良消毒效能。

实例10

于另一项使用实例3所述装置100、单元102及方法进行的实验中，有或无额外抗微生物单元加至系统来测量消毒程度。抗微生物单元含有48克哈罗纯(HaloPure)溴化树脂珠粒，此乃一种N-卤胺化合物。由该单元102中连续抽取6升产物水通过装置，接着于0.5升/分钟流速通过N-卤胺池。表中的各数值为4个样本的平均(得自各个单元的6升样本的1升点及5升点)。

本实验中，给水含有600ppm碳酸氢钠及600ppm硫酸镁。加入额外量的盐为250ppm氯化钠或250ppm硫酸钠目标达成总导电率1500μS/cm。测得的导电率为1480-1530μS/cm及pH值为7.2-7.3。

单元组态	NaCl ppm	0.5升/分钟流速时的对数下降值
			装置	0	1.7

装置+N-卤胺池	0	7.6
			装置	250	4.8
装置+N-卤胺池	250	7.6

于给水中有或无氯阴离子的存在下，增加额外消毒单元至装置100，可提供大于7log降低的消毒效果。

虽然举例说明的实验指电化学单元102所能达成的微生物去活化及抗微生物性质，但须了解也可使用其它单元组态。

过滤器

除了抗微生物单元之外或作为替代的道，装置100也包括过滤器177b，其设置于电化学单元102下游(如图所示)、单元102上游、或甚至于单元102本身内部。过滤器177b可有不同类型，包括沉淀过滤器、碳过滤器、微孔过滤器、细菌学过滤器、及其它过滤器。

于一个版本中，如图9所示，过滤器177b为沉淀过滤器181，其用来从流体流124中过滤出微粒197诸如悬浮固体。微粒197可包括泥土、砂石及黏土微粒。流体进入沉淀过滤器181，流体通过构成过滤器181的壁的多孔膜198。直径大于过滤器孔径的微粒被捕捉于膜198内部。通常沉淀过滤器以将被过滤器181所捕捉的颗粒大小的“微米”数来分级。进一步归类为“名义值”或“绝对值”。例如，名义值5微米的过滤器预期可捕捉85％5微米及更大的颗粒而绝对值5微米的过滤器预期可捕捉99％5微米及更大的颗粒。于一个版本中，盒式过滤器具有孔洞结构可过滤出直径至少为5微米的颗粒。于一个版本中，沉淀过滤器181包含袋式。袋式过滤器使流体流入袋199内，通过袋199的孔洞201流出，将泥土及微粒状物质197捕捉于内部。另一个版本使用盒式过滤器(图中未显示)，其中卡匣包含多孔过滤组件材料之中空圆柱体定位在顶端及底端边界。流体进入过滤组件(袋或卡匣)中心，通过壁的孔口流出，将泥土和微粒状物质捕捉于壁内及中空中心底部。沉淀过滤器181组件(袋或卡匣)为多孔，包含卷绕线或绳索、聚丙烯、聚酯、纤维素、陶瓷、玻璃纤维或棉。过滤组件容纳于包含本体202b及盖202a的壳体202内部。壳体202可包含成形塑料、聚合物、不锈钢、青铜或黄铜。沉淀过滤器181还包括抗微生物过滤器，换言之沉淀过滤器的多孔膜包含此处所述的抗微生物制剂源。

过滤器177b的另一个版本包含活性碳过滤器187，如图10所示。活性碳过滤器187包含呈粒子、颗粒形式的活性碳或碳块221，其从流体流中过滤出污染微粒及微生物。碳过滤器被套在壳体219内部，碳粒子、碳颗粒或碳块被前置过滤器223及后过滤器225所包围，前置过滤器223及后过滤器225可包括抗微生物过滤器但非限于此。碳过滤器有个盖子226来辅助导引流体流125的流动。活性碳具有较大表面积，可从通过的流体中吸附污染物，当进行此种吸附时，活性碳的表面能降低。活性碳具有名目孔径例如约1微米。适当活性碳也具有表面积至少约1000平方米/克。活性碳作为吸收筛来去除包囊、微生物、显微颗粒、氯及有机化合物，而提供有较佳口味和外观的处理水。

活性碳过滤器187可定位在电化学单元102及抗微生物过滤器上游，来确保碳过滤器的任何可能生长在更下游被消毒。发现包含电化学单元102及过滤器177b具有名目孔径1微米的碳块的装置100可去除宽广范围的污染物。

于另一个版本中，活性碳过滤器187置于输出管151来处理去离子水。活性碳过滤器187过滤出可能溶解或悬浮于流体流125的杂质及污染物，诸如大型有机分子。活性碳也可定位在电化学单元102本身的壳体219内部呈于单元102底部的一层。活性碳位于单元壳体219中央，环绕升流管，流体必须通过入口217，然后通过活性碳才能到达单元102的出口218。于另一版本中，可含括碳作为活性碳包裹物，或颗粒呈黏附于螺旋状包裹膜110的内表面。于此版本中，当离子交换膜卡匣更换时，活性碳包裹成将被更换。

过滤器177b也可包含陶瓷过滤器，包含尺寸小于约10微米的小孔。陶瓷过滤器也包括次微米过滤器，可过滤出尺寸小于0.1微米的颗粒。适当陶瓷过滤器包括微孔过滤器及奈米材料过滤器。奈米材料过滤器含有奈米尺寸的材料，用来去除微生物和去活化微生物。举例言之，陶瓷过滤器含有陶瓷奈米纤维诸如氧化铝奈米纤维；涂覆有可捕捉及去除有毒金属、蛋白质及细菌的奈米级聚合物刷；及氧化钛制成的奈米管柱。过滤器也包括奈米材料过滤器，其当受紫外光照射时，可摧毁通过的流体流中的多种污染物诸如寄生虫、工业溶剂及菌种。陶瓷过滤器可以流体以反向冲洗来清洁。于多种情况下，需要强力反向刷洗来去除孔洞的堵塞物。

过滤器177b也是抗微生物过滤器，其可杀死、去活化、或去除来自于流体流的细菌或其它微生物。经由于装置100的电化学单元102的前方或后方组合抗微生物过滤器(也称作为细菌学过滤器)，对于过滤器177b及抗微生物单元177a二者的需求放松，但仍然让装置100可满足消毒目的。例如可提供对数下降值为3的消毒的细菌学过滤器让只提供对数下降值为3的消毒的单元102a，b共获得对数下降值为6的微生物减少。适当细菌学过滤器包括机械过滤器例如有适当小孔(＜1微米)的碳块状物，以及超滤膜、奈米滤膜、或逆渗膜，全部皆可以物理方式从产物水中排除各种尺寸的微生物。其它有用的过滤器包含可去活化或杀死微生物的添加剂，例如银以某种形式与碳介质或其它介质掺混，当水通过过滤器时，渗滤出且杀死接近介质表面的微生物，如金属离子过滤器章节所述。

于另一版本中，过滤器177b为逆向渗透(逆渗)过滤单元(过滤池)249。于逆渗单元249中，流体或水凭借电动帮浦251或自来水压加压通过合成半透膜253。半透膜253包含于流体中安定的化学化合物。水以高压泵送通过半透膜253，造成污染物254于膜界面被去除。举例言之，包含膜科技(Filmtec)膜的逆渗过滤器可用于海水脱盐中去除盐份，从井水中去除天然矿物质，也凭借去除硬水离子而具有软水效果。逆渗单元249也可组合活性碳单元使用，后者可去除氯来避免逆渗膜的降级，且于水通过逆渗膜之前可去除挥发性有机化合物。于脱盐用途中，从含有35,000ppm TDS的水去除98％总溶解固体(TDS；或离子)，留下700ppm TDS于水中。如此对饮用水而言仍然是高浓度(口味与气味问题)，较佳进一步以本发明的电化学装置100来降低浓度。

于又另一个版本中，过滤器177b为组合数种技术的优点的多阶段式过滤器或组合过滤器。多阶段式过滤器包括沉淀池、活性碳池及其它单元的多种组合，来提供有较佳口味、较低固型物含量、色彩较为澄清、且微生物含量较低的饮用水。具有电化学去活化过滤器及多阶段式过滤器的装置100可去除宽广范围的污染物包括氯、悬浮粒子、有机化合物、细菌、病毒、包囊及离子，来提供大于90％宽广多种生物污染物及化学污染物的去除比率。

于另一个版本中，过滤器177b包括硬水转换单元，将硬水转成软水。硬水会干扰肥皂与清洁剂的清洁作用。水软化剂采用钠形式的强酸阳离子交换树脂。当包含二价阳离子诸如钙、镁及锰的水通过此种离子交换树脂时，二价离子交换一价钠。含有一价离子的水称作为“软水”。当离子交换树脂上的大量钠离子被二价离子置换后，树脂必须以盐水(浓氯化钠或浓氯化钾)再生，来以钠或钾置换二价离子，接着彻底清洗，准备用于另一次工作周期的水软化剂来制造软水。软化后的产物水的TDS并未下降，阴离子(带负电荷物种诸如硝酸根、砷或过氯酸根)并未被交换。于水软化剂之后使用本发明的电化学装置减少TDS，改进口味，去除可能有害的阴离子污染物。

本消毒流体系统如水也可用作为其它流体处理系统的一部分。例如电化学消毒装置可用于都会水处理系统包含沉淀处理、软化处理及其它处理。都会系统包括饮用水处理和废水处理让水再度供使用或变成放流水。使用本发明装置100结合都会水处理系统例如可降低氯或其它化学消毒剂浓度，同时降低TDS或特定污染物浓度。需要添加化学品来提供残余消毒作用(当饮用水流过配送系统至终端使用者的持续消毒效果)。使用本发明将允许使用较少化学品来提供此种残效。游泳池和水疗馆也需要水中有某些化学品残余浓度来维持消毒，故当使用本发明于游泳池或水疗馆，同时也采用其它消毒系统例如化学品或电化学品进给系统(手动或自动)时也可获得相同效果。于游泳池或水疗馆中，本发明的电化学单元102可同时降低TDS或去除特定污染物，同时减少对化学添加剂获得给定的消毒效果的需求，凭此减少化学品的耗用量或维护保养频次。

于又另一项用途中，半导体产业需要超纯水来制造半导体制品。于半导体用途中，因微生物有损微电路或组件制品的质量，故水必须被消毒。典型以紫外光装置作为多阶段式处理程序的最末步骤来进行。使用本发明可同时去除水中离子，同时于制程水的制造中进行消毒作为最末步骤。又另一项用途作为电透析、电去除离子或混合床离子交换装置的前处理，用于水的去除离子例如实验室水的制造，来对此等装置提供较少TDS、较低硬度及微生物污染的给水。如此可延长其它去离子系统的寿命，降低成本。

多重单元装置

一种包含多个电化学单元102a，b的流体处理装置100的具体实施例显示于图12。各个单元102a，b有一膜110a，b堆栈暴露于流体流124，且分别由第一电极106a、108a及第二电极106b、108b所包围。单元102a，b还包括孔口146a，b来接纳流体，孔口148a，b来释放流体及流体通道144a，b连接孔口至孔口，流体流124通过其中。流体流124源自于流体来源120，例如可为自来水源、井水、或含有非期望的化学品的废水源。例如流体源120可提供包含自来水的流体流124，将凭借处理单元102a，b净化，所得净化水通过孔口148送至配送装置，诸如配送装置128。流体来源120通常提供加压流体，诸如得自自来水源、帮浦如脉动帮浦或自来水源与流量控制装置(图中未显示)的组合。

单元102a，b以两种模式之一操作，两种模式包括流体处理模式(或水去离子模式)及单元再生模式。于流体处理或水去离子期间，由施加至两对电极106a、108a及106b、108b而出现于膜110a，b的电压降造成水被逆向解离或于各膜110a，b的阳离子交换层150a，b与阴离子交换层152a，b间的界面156a，b被“分解”成为成分离子H+及OH-。

于电再生期间，施加相反电场，造成膜界面156a，b形成H+离子和OH-离子，因此排斥于先前的去离子周期中所去除的阳离子和阴离子，如此再度形成阳离子交换材料及阴离子交换材料的酸形式和碱形式。最佳当电化学单元102a用来处理流经单元102a的自来水源120，电化学单元102b被再生。如此，单元102a可以水处理模式操作，同时单元102b于再生模式操作。于一个版本中，在再生周期中，控制器170开启阀让去离子流体流入单元146的流体入口，而控制电源114供应有第一正极性的电流至第二电极106，来再生离子交换膜，来形成再生流体从去离子流体孔口释放。去离子流体具有导电率比去离子周期期间处理的流体的导电率低50％。去离子流体用来再生电化学单元优于含离子的输入流体，可于二单元装置的相邻单元中形成。

操作中，控制器170作动阀门，控制器170发送信号给各个阀门来控制其活动件122的由第一个位置移动至第二个位置或其它位置。阀系统118导引流体流124至102a，b中的任一者；由单元102a，b至排放口190；或由一个单元102a至另一个单元102b，或反之亦然。如本领域技术人员显然易知，阀系统118也可用来将流体送至其它流体处理装置。

控制器170操控阀门117，送信号给阀门117的马达188，来控制活动件122的从第一位置移动至第二位置或移动至其它位置。阀门117导引流体流124至单元102a或单元102b。阀门117包含活动件122，其可由第一位置移动至第二位置或移动至其它位置来调节流经阀端口180a-d的流体的流动。阀门117也有马达188来控制活动件122的移动。阀门117也可用来导引流体流124至任一单元102a，b；由单元102a，b至排放口190或由一个处理单元102a至另一个单元102b，或反之亦然。如本领域技术人员显然易知，阀系统118也可用来将流体送至其它流体处理装置。

可用来调节流体流124流经流体处理装置100的单阀门117的具体实施例显示于图13。虽然显示具有特殊形状和配置的阀门117的一个具体实施例，但如本领域技术人员显然易知，阀门117也可具有其它形状及结构，此等阀或其它可控制流体流量的相当结构皆含括于本发明的范围。通常阀门117包含可盛装流体的一个包围壳体210，且包含耦联至盖240的底部230，且典型凭借聚合物例如诺里(NORYL)射出成形所制造，或由不锈钢、铝或铜构成。壳体210具有一组端口180a-d，通过端口180，流体可进入阀门117及离开阀门117。各个端口180有至少一个包围端口的沟槽182，其可接纳一缘封183来包围端口184。缘封183可为弹性体O形环或铁氟龙(Teflon)O形环，其尺寸可嵌合入相对应的沟槽182内部来形成流体紧密封。端口180也有多个同心沟槽182来允许安置多个缘封183环绕各个端口180。周边沟槽186环绕底部230的周边延伸来接纳密封垫圈189。向外延伸的周边唇有孔洞，其允许附接底部230至盖240。盖240嵌合于底部230上，至少有一个端口180来接纳来自于流体源120的流体。盖240形成室245，储存透过孔口端口215而接纳来自流体源120的流体。盖240也包括一主轴开口235，活动件122伸出该开口。当流体源120提供加压流体例如来自于自来水源的流体时，室245中的水也处于相等外部压力下。

活动件122维持于压缩力之下，可于不同位置间移动，包括第一位置和第二位置，来控制流体流经阀门117且流入端口180。活动件122于壳体210内部，从盖240伸出而将耦联于马达188。于一个实施例中，马达188可旋转活动件122；但依据阀117的形状和组态而定，马达188也可纵向、垂直方向、横向或于其它方向滑动活动件。于所示实施例中，活动件122有一转子252、一活动面268及一内通道274。一浮动封284设置于活动件122(诸如转子252)与底部230间，来减少当活动件122移动时流体从室245渗入端口180。弹簧290嵌套于主轴255，来维持活动面268上的初始压缩力，活动面268又朝向浮动封284压迫。适当浮动封284可由聚四氟乙烯制成，例如得自德拉威州威明顿杜邦公司(Dupont de Nemours Company)的铁氟龙。

马达188透过齿轮总成(图中未显示)而连结活动件122。马达188可为传统直流马达，其以齿轮向下啮合，且经控制来提供活动件122的快速周期移动。适当直流马达可为旋转致动器，其旋转包含转子252的活动件；或为线性致动器其滑动活动件122。也可使用齿轮总成，包含组提供适当啮合比的齿轮。

替代单阀118，包含多个电磁阀119的阀系统也可用来导引流体流经单元102a，b。虽然图14显示电磁阀119的具体实施例，但如本领域技术人员显然易知，阀119也可具有其它形状或结构。大致上，阀119包含包围壳体210，其可盛装流体，且有一组端口180a，b，流体可通过端口而流入及流出电磁阀119。壳体210典型凭借聚合物射出成形制造，或由不锈钢、铝或铜制成。各个阀119包含柱塞123，其可从第一位置移动至第二位置或其它位置来调节流体的流经阀端口180a，b。电磁阀127用来凭借施加电流至电磁阀127内部包围柱塞123的线圈233，来控制柱塞123的移动。壳体210有端口可供附接电连接器来连接至电磁阀127的线圈233。柱塞123具有埋设的磁铁247及底密封面249。磁铁247定向成其北极与南极间画一条线大致上垂直于一个线圈绕组的平面。电磁阀127透过连接器234将直流电流过线圈233来作动。电流流经线圈233，而于线圈233内部产生磁场，磁场与埋设于柱塞123内部的磁铁247交互作用，来依据电流方向升降柱塞123。当电磁阀127于开启位置时，柱塞123升高，流体通道允许流体从第一端口180a流至第二端口180b。当电磁阀127于关闭位置时，柱塞密封面249向下压迫孔口来形成封，防止流体通过于阀端口180a，b间，停止流体的流经阀119。

双单元装置的实例

图15显示流体处理装置100的版本，该装置有两个电化学处理单元102a，b由双电源114a，b所供电，且有阀系统118凭借控制器170控制。双电源各自分开包含所需组件，例如图4A及图4B的实施例所示组件。但于另一个版本中，双电极电源有某些共通组件，例如双电源可有单一零交越检测器，原因在于由零交越检测器所产生的零交越信号只取决于交流电压，因此可由多个电源所共享。

也可使用单一电源114，但双电源114a，b允许一个电源114a来操作第一单元102a用于去离子与再生，而另一个电源114b用来操作另一个单元102b也用于两项功能。凭此方式两个单元102a，b可独立操作或同时操作。电源114a，b各自有两个输出端子157a，b及153a，b。本版本中，各个电源114a，b分别连接至单一单元102a，b，例如电源114a连接至单元102a而电源114b连接至单元102b。端子157a，b与153a，b间的电压输出级别由控制器170控制。各个电源114a，b分别可提供偏压给各个单元102a，b来操作连接的单元进行流体的处理或再生。于所示版本中，各个电源114a，b可输出约-300伏至+300伏间的电压。举例言之，电源114a，b可于输出端子157a，b与153a，b间输出高达约300伏的正电压以及低于约-300伏的负电压。

于又另一版本中，双电源114a，b设定成各个电源114a，b的极性为固定极性，故一个电源经常提供有正极性的电压，而另一个电源经常性提供有负极性的电压。如此，第一电源114a包含经常性有正极性的第一输出端子157a，而第二电源114b包含经常性有负极性的第一输出端子153a。此项版本允许第一电源114a单独用于两个单元102a，b中流体的去离子，而第二电源114b只用于两个单元102a，b的再生。

于又一版本中，各个电源114a，b分别连接至两个单元102a及102b，可用来于去离子模式或再生模式驱动任一单元102a，b。此版本提供重复进行的能力，电源114a，b之一故障时，另一个电源可用来操作两个单元102a，b。于此版本中，控制器170包含程序代码来检测各个电源114a，b的操作(或故障)，且若有所需以一个电源来替代另一个电源。

于操作中，控制器170控制电源114a，b来切换其开或关，且控制于输出端子157a，b与153a，b间所提供的电源电压。此外，控制器170控制阀系统118来调节流体的流经单元102a，b，同时控制连接至各个电源114a，b的端子157a，b及153a，b以及控制于端子所供应的电压。凭此方式，控制器170可操作单元102a，b用于流体处理，也可于流体处理方向操作一个单元102，而另一个单元102被再生。

装置100进一步包含流体管路系统，其有第一分叉163分流入两管，来允许输入的流体流124顺着分叉的一边朝向第一单元102a流动，及顺着分叉的另一边朝向单元102b流动。于一个版本中，阀系统118包含四个电磁阀119a-d，设置于管路系统来控制流体的流经各个管路。第一对电磁阀119a，b定位在第一分叉163与处理单元102a，b各自间的管路内，来控制输入流体的流入各处理单元102a，b。于第一电磁阀119a，b与单元102a，b间有第二分叉165a，b。于第二分叉165a，流经装置100的流体可流至处理单元102a或流至排放口190。于第二分叉165a，b与排放口190间有控制流体流至排放口190的第二电磁阀119c，d。阀系统凭借控制器140控制，控制器操作阀结合电源114a，b来处理流体及再生单元102a，b。

于用于流体处理的单元102a的操作期间，阀119b关闭，而阀119a开启。流体由沉淀过滤器181的出口，流经电磁阀119a，通过第一孔口146a流入单元102a内部。正向电压施加于单元102a的电极106a、108a，流经单元102a的流体经处理。流体通过第二孔口148a离开单元102a，流经活性碳过滤器187，进一步处理流体。经过双重处理的流体流经流体流量传感器204。阀119e开启，处理后的流体从阀119e流出而流至消费者。

单元102a，b、电磁阀119a-e及输出148a，b以所示组态配置，允许单元102a，b用来再生彼此，举例说明如后：单元102a于处理模式操作而单元102b于再生模式操作期间，阀119b关闭而阀119a开启。阀119c关闭而阀119d开启。流体从沉淀过滤器181流出，流经阀119a，通过单元102a的第一孔口146。电压施加于单元102a的电极106、108间，流经单元102a的流体经处理。流体通过第二孔口148a从单元102a流出。阀119e关闭，凭此阻断经处理的流体流至输出。反而，该流体通过第二孔口148b而流入单元102b。施加反电压于单元102b的电极106、108。流体从单元102b的第二孔口148b流至单元102b的第一孔口146b，且拾取离子。再度被离子化的流体由单元102b的第一孔口146b送出，流经阀119c且流入排放口190，送出流体处理装置100之外。凭此方式通过单元102b的流体清洗去除单元102b的杂质而可称作为将单元102b再充电供未来的流体处理使用。

阀系统118的另一个版本也有五个电磁阀119，如图所示，电磁阀119用来控制流体的流经单元102a，b至排放口190，以及流至流体输出来输出处理后的流体给使用者。电磁阀119a及119b分别控制输入的流体流至单元102a及单元102b。电磁阀119c及119d分别控制流体流至单元102a及102b排放。额外的第五个电磁阀119e控制流体的流至出口。处理单元102a的出口148a及处理单元102b的出口148b连结至一共通输出管151。

流体流量传感器204也可沿流体流125设置。适当传感器为霍尔效应传感器，其输出电压，以与涡轮的旋转频率相对应的频率振荡。控制器170使用来自于流体流量传感器204的流速信号，来判定流经管路及单元102a，b的流体流速，而此流速信息可用于多项不同目的。举例言之，控制器170可使用流速信号级别来控制电源114a，b，来调整施加于单元102a，b的电极106、108的电力。凭此方式，施加于电极的电压可经调整来达成较高度微生物去活化，或相关于流经单元102a，b的流体流速，调整施加于电极的电压功率。

压力传感器159也可设置来输出与装置100中的流体压力成正比的压力信号给控制器170。当配送装置128开启而输出管151的压力降低时，控制器170可启动流体处理装置100的操作来提供处理后的流体流125。当配送装置128关闭，于输出管151及控制器170中累积的压力会切断电化学单元102a，b的操作。适当压力传感器159包含传统传感器诸如压力隔膜传感器，有一个可挠性隔膜当施加流体压力于隔膜时隔膜瘪陷。瘪陷的隔膜作动可变电阻或微开关，由隔膜的位移所致动。

装置100也包括沉淀过滤器181，如前文说明用来从流体流124中过滤出微粒。于此版本中，沉淀过滤器181定位在装置100的前端，故输入流体流124通过沉淀过滤器181处理，随后才通过电化学单元102。此外，将&设置于单元102前方提供更为制菌的系统，原因在于电化学单元102可去活化大部分过滤器中生长的细菌。装置100进一步包括活性碳过滤器187，其定位在共通输出管151内，经处理的流体于流至输出端口162的途中通过活性碳过滤器187。于所示版本中，前述流体流量传感器204设置于装置100的活性碳过滤器187与输出端口162间。装置100也包括于流体流125的紫外光抗微生物过滤器161位于流压力传感器159与配送装置128间。于所示装置中，抗微生物过滤器161位于流体流125位于压力传感器159与配送装置128间，压力传感器159则位于紫外光抗微生物过滤器161与流体流量传感器204间。

多单元装置的另一个版本显示于图16。装置100包含两个电化学处理单元102a，b及单一电源114，类似图15的版本，装置100还包括沉淀过滤器181、包含电磁阀119a-d的阀系统118、排放口190、活性碳过滤器187、流体流量传感器204、紫外光抗微生物过滤器161及输出配送装置128。但图16的装置100也具有含压力传感器159的流体储存罐126及具有计量阀119e的计量组件194。

电源114连接电化学处理单元102a，b且供电给二单元，可分开驱动个别单元或共同驱动两个单元。控制器170控制电源输出电压的幅度，可输出30伏至330伏DC电压或30伏至330伏DC电压，具有AC纹波占输出电压幅度的10％至50％。控制器170也控制电源114的极性选择器，因而控制于输出端子供给单元102a及单元102b的电压极性。如此，电源114可于流体处理方向操作单元102a，b，也于反向再生单元。电源114可分开或共同操作单元102a，b，换言之，电源114可于流体处理方向操作单元102a，而单元102b为关；或电源114可于流体处理方向操作两个单元102a及102b。电源114也于流体处理方向操作单元102a，而于再生方向操作单元102b。控制器170控制电源114及阀系统118，来调节电压的供应及流体的流经单元102a，b。

装置100还包括具有一计量阀119e的计量组件194。计量组件194周期性供应或连续供应一剂抗微生物制剂给流体。操作时，输入流体通过管路至沉淀过滤器181，去除沉淀物后，流体流过计量阀119e，其可为电磁阀。计量阀119e连接流体流124至计量组件194。计量组件194可包含抗微生物单元177a，其含有含抗微生物制剂的抗微生物颗粒，当流体通过计量组件194的单元177a时，抗微生物制剂缓慢释放入流体。举例言之，计量组件194可将氯阴离子源释放入流体，如氯化钠或氯气。

流体储存罐126座落于流体流量传感器204下游的经处理流体管线中，来接纳来自于电化学单元102a，b的经处理流体或输出流体。压力传感器159可安装于流体储存罐126，流体储存罐126用来接纳来自于装置100的输出流体，且储存定量处理后的输出流体，随后将经处理的流体释放至配送装置128。于一个版本中，压力传感器159位置接近罐126底部，来测量罐126内部的流体压力，因而测量流体储存罐126的流体深度。压力传感器159输出压力信号给控制器170，其控制阀系统118且调节流经处理装置100的流体流量。举例言之，当压力信号指出罐满水位时，罐126接近全满时，控制器170可停止经处理的流体流至罐126。如此防止流体因溢流而浪费。当压力信号指出罐126中的流体水位低时，控制器170也作动装置100来开始流体的流入处理流体罐126，凭此维持流体储存罐126接近全满容量。当接收到压力信号指出流体储存罐126中有够高压力时，控制器170也可切断电化学单元102a，b的操作来省电。

多单元去离子及再生操作

逆转去离子流方向

参考图1，于电化学单元102进行去离子处理程序的一个版本，电化学单元102包含壳体104，有第一孔口146毗邻于圆柱形外壁132，且允许流体从壁132中或接近壁132的孔进入单元102；第二孔口148毗邻于一管状内壁134，其允许流体由单元102底部流出；第一电极106毗邻于圆柱形外壁132；第二电极108环绕圆柱形内壁134(壁134本身可作为电极108或可接近电极108)；及一环状卷绕离子交换膜110于电极106、108间。控制器170控制电源114及阀117，来在去离子周期中，流体流入单元102的第二孔口148，故由管状内壁134行进至圆柱形外壁132的流体于第一孔口146释放出，同时供给电流至电极106、108来将流体去离子。

于本特定去离子程序中，流体于单元102去离子期间流体流动的正常方向或典型方向的反向流经单元102。单元102的孔口148于单元102的径向内容积，如图1所示。如此，于此去离子周期期间，有较高导电率的流体进入单元102的径向内容积，来提供相对于反流方向较高的总导电率，由于几何理由传统采用反流方向。然后流体流经卡匣130，流至径向外容积作为有较低导电率的去离子流体，通过正常为去离子期间的入口146送出单元102之外。将较低导电率溶液于去离子期间置于较大型的外容积，而非如传统置于内容积，可提供整体而言较小的单元电阻。因内电极108暴露于流体的面积比大型外电极106暴露于流体的面积小之故。于接近第一电极106的内容积，电阻实质上较小。较小电阻皆可导致局部流体区的局部导电率较高，故从相邻于内电极106的膜110获得更有效的离子移除。此种去离子程序特别为螺旋状包裹膜110所期望，膜110于单元102的内容积比同一个单元102的外容积有较小型包裹膜组态。此项处理可降低单元电阻至传统单元电阻的二分之一或三分之一。如此，此项去离子处理程序特别为螺旋状包裹膜110所需，其具有包裹膜组态于单元102内容积比同一个单元102的外容积的直径小。

于再生期间，流体于新鲜流体由第一孔口146进入单元102的相反方向流经单元102，故输入的导电性较低的流体首先通过圆柱形单元102的外容积，其由于几何理由提供整体更高导电率，于此几何上较低导电率容积呈较高导电性溶液而从单元102的中部流出。如此于本循环周期中，流体进入单元102的第一孔口146，流体由圆柱形外壁132前进至管状内壁134，将于第二孔口148释放，同时供给电流至电极106、108来再生螺旋状包裹膜110。

后去离子电流

于另一版本中，控制器170经规划来控制电源114于去离子周期完成后，继续维持电流流经单元102经历短周期时间。在去离子周期中，控制器170开启阀117，使流体流入单元102的孔口146，同时控制电源114来供给电力或电流至电极106、108，来形成去离子流体于孔口148释放。于另一版本中，控制器170经规划来控制电源114即使于去离子流体流动停止后，继续维持电流流经单元102经历短周期时间。

此项处理为与间歇用途有关，诸如饮用水系统的使用点来供给处理水水杯或水瓶。在去离子周期中，当开启水龙头或阀117而感测到流动，例如凭借流速传感器或压力传感器感测流动时，信号送至控制器170来供给电流至单元102来将流经单元102的流体去离子化。恰在水龙头或阀117关闭后，流量传感器204发讯通知控制器170，流动实质上停止。此时，即使于流体的流进与流出单元102停止后，于后去离子处理周期中，控制器170经规划来指令电源114继续供应去离子电流至电极106、108，来将单元102内部静态盛装的残留流体继续去离子化一段时间。如此允许单元102中的残余流体仍然于单元102内部期间被进一步去离子化。残余流体于单元102去离子，故随后当新鲜未经处理的流体流入单元102时，于单元102中已经被去离子的流体凭借输入的新鲜流体而被压出单元102之外。结果，单元102所产生的初次经处理流体批次已经被去离子化，不具有不良口味或残余离子，若于流体流动初步停止时关闭电源，则该口味或离子将留在流体中。

典型地，于流体流入单元102后电力施加于电极106、108的时间依据于此静态周期期间单元102中的电流密度决定。为了获得高于约0.5毫安/平方厘米的电流密度，后去离子时间少于10分钟且较佳少于5分钟。总时间段典型少于约5分钟。供给电极的典型电流密度至少约0.05毫安/平方厘米，也少于约5毫安/平方厘米。后去离子时间过长，特别于静态期间去离子电流密度增高，将提升单元102及其流体内容物的温度。依据用途而定可能有益或有害。

图21验证于流体流经单元102结束后，施加后去离子电流至单元102的电极106、108的效果。对于流经单元102流体量增加所去除的离子百分比，随着时间段由0分钟延长至3分钟，增高约10％，电流持续供给电极106、108。于0电流级别，于无后去离子电流施加于单元102a，b，于7加仑流体被去离子后，去除的离子百分比降至约70％。相反地，当后去离子电流施加1、2或3分钟时间，于容积量7加仑，去除的离子百分比约为80％或以上。

再生中反向流动与电流

回头参考图1，单元102有第一电极106及第二电极108环绕离子交换膜110设置，故第一电极106毗邻于第一孔口146，而第二电极108毗邻于第二孔口148。在去离子周期中，控制器170作动阀117使流体流入单元102的第一孔口146，故流体通过第一孔口146流入，而通过第二孔口148流出。同时，控制器170可作动电源114来维持电流于单元102，造成负离子朝向第一电极106迁移，以将流体去离子化，随后于第二孔口148释放。于本循环中，控制器170作动电源114，施加电压至第一电极106，该电压比施加于第二电极108的电压更为正极性。如此将第一电极106相对于第二电极108维持于正偏压。于一个实例中，第一电极106维持于正极性，而第二电极108维持于负极性。但第一电极106也可维持于比第二电极108更加正极性，二电极106、108维持于净负极性(相对于地电位)或反之亦然。举例言之，对一个高约25厘米直径4时的单元102而言，于去离子阶段，电源114跨第一电极106及第二电极108施加约0.01安培至约10安培电流，以正接脚来施加于第一电极106。因膜110螺旋状卷绕，故膜110的截面积从螺旋状卷绕的外侧改变至内侧，故各个膜包裹的电流密度也从内侧改变至外侧。膜110典型具有外径约为内径的两倍至三倍。膜的电流密度由相邻于电极106、108的较大面积决定。于螺旋状卡匣中，此乃外膜包裹，膜电流密度由单元电流(毫安)除以外卡匣表面积(平方厘米)求出。适当电流密度由约0.02毫安/平方厘米至约20毫安/平方厘米。

于单元102的去离子周期中，因具有较高正极性的电压施加于相邻于第一孔口146a，b的第一电极106，第一孔口146a，b供流体通过其中进入单元102，故可用作为阳极，造成酸形成于电极108，溶解于此电极108或单元102的此一部分的任何碳酸钙或其它鳞垢。酸进一步于流体流动方向扫除进入卡匣，来溶解于膜上或膜周围沉淀的鳞垢诸如碳酸钙。结果，鳞垢沉淀于膜的去离子周期期间自我清洁，来提供单元102更长的操作寿命。

随后在再生周期中，控制器170操作阀117，来逆转流经单元102的流体流向。再生期间逆转流向为较佳，原因在于比其它替代之道提供更高效率(更快速、更省水、更省电)。于去离子期间，于去离子流体入口的离子交换材料比于膜长度终端(经处理流体离子单元102的位置)的离子交换材料，从给水溶液中萃取出更多量离子。于去离子路径起点的膜为初处理步骤(去除大量离子)，而于膜长度终端的膜为结束处理步骤(去除较少量离子)。如此经由逆转再生流体方向，有最低离子浓度的再生进给流体接触由最低离子浓度的膜长度的结束终点，当离子由膜中排出时，再生流体中的离子浓度升高。因此，于再生期间，沿膜全长跨膜表面的浓度梯度最小化，如此离子可更有效从膜中排放入再生流体中。额外效果为再生结束时，于去离子出口的水具有再生给水的组成，而非于去离子入口离开的废水浓度。如此减少于随后去离子期间于再生入口离开单元102的第一水的污染。

图22显示用于增加于电化学单元102中的去离子处理周期，输出的经处理流体例如去离子水的导电率的比较。于各个去离子处理周期期间，于单元102中约有2加仑水被去离子化。于各个去离子周期后，单元102经再生：管线(a)-含硬水的流体具有高离子浓度；管线(b)-含软水的流体；及管线(c)-含去离子水的流体以逆向经由去离子流体孔口通过单元102。可知如于管线(a)，以硬水再生经300周期后相对于管线(b)中以软水再生的单元102a，b，或相对于管线(c)中以反向去离子水再生的单元102a，b，于单元102中去离子水的离子含量或导电率升高。

除了于再生期间逆转流体流向之外，控制器170也逆转施加于单元102的电流方向。为了达成此项目的，控制器170操作电源114来维持第一电极106为负电极，而维持第二电极108为相对于第一电极106的正电极。如此进行方式逆转第一电极106及第二电极108的极性，或相对于第二电极108以负偏压来充电第一电极106。一个实例中，第一电极106维持于负极性，而第二电极108维持于正极性。但第一电极106也可维持于比第二电极108更负的极性，而两个电极106、108维持于净负极性或正极性。单元102中的电流造成正离子朝向第一电极106迁移。于再生期间，电源114施加相同或不同的电流及电流密度绝对值给电极106、108。于单元102的再生周期中，如同于去离子周期，因有较为正极性的电压施加于定位在相邻于流体进入单元102的第二孔口148a，b的第二电极108，故可用作为阳极，造成酸形成于电极108，溶解于此电极108或单元102的此一部分的任何碳酸钙或其它鳞垢。酸进一步于流体流动方向扫除进入卡匣，来溶解于膜上或膜周围沉淀的鳞垢诸如碳酸钙。结果，鳞垢沉淀于膜的去离子周期期间自我清洁，来提供单元102更长的操作寿命。例如，凭此方法再生的单元102可提供约500至约1000加仑的单元102寿命，而先前单元102寿命只有100至300加仑。

由控制器170所控制的电源114包含电压供应器113。电压供应器113也于去离子周期或再生周期的任一者供给时间调变电压至第一电极106、第二电极108。例如，在去离子周期期间，电压供应器113供给第一时间调变电压至电极106、108；于再生周期期间，电压供应器113供给第二时间调变电压至电极106、108，该电压具有与第一电压振幅不同的振幅。举例言之，控制器170于再生周期可开启阀117，使流体流入单元102的去离子流体孔口，同时控制可变电压供应源来供应经时间调变直流电压至单元102的电极。

喷流再生

控制器170也可经规划来控制阀117，于再生周期期间将定时喷流(burst)流体供给单元102的孔口。对再生周期时间进行各个再生周期，此乃膜再度被用于去离子周期之前膜的再生总时间。定时喷流流体为比再生周期时间更短的一个时间段的流体流量。举例言之，控制器170可操作阀117来提供定时喷流流体经历再生周期时间的约0.1％至约80％时间段，或甚至再生周期时间的约0.3％至约30％时间段。控制器170经规划凭借开启阀117一段时间，然后关闭阀117，来提供定时喷流流体流入单元102内部。喷流时间为经由移动活动件122由第一位置至第二关闭位置，阀117被开启然后关闭的时间。同时，控制器170控制电源114来供电给电极106、108，来再生离子交换膜110来形成于另一孔口释放的再生流体。

典型地，控制器170操作阀117，而于一次再生周期时间，换言之于单再生周期提供多个喷流。多个喷流可具有根据电化学单元102中期望的残余固体的去除来选定的流速和时间长短，典型地连续进行，实质上并未插入任何单元102的流体去离子周期。举例言之，控制器170可操作阀117来提供至少约两次接续流体喷流至单元102，或甚至一次再生周期期间提供至少10次喷流或甚至20次喷流。

一个实例中，控制器170操作阀117来开启阀117经历一段定时流体喷流，持续约0.1秒至约40秒，然后关闭阀117，每分钟作动一次。更典型地，定时流体喷流经历约0.3秒至约15秒时间段。于一个版本中，控制器170每一分钟开启阀117经历约0.5秒至约5秒的时间段，然后关闭阀117，直到次一定时喷流为止。喷流间的时间段，此等实例为1分钟，典型为比喷流时间更长的时间段。

一个版本中，在去离子周期中，控制器170也指令电源114施加具有第一极性的电压跨单元102的电极106、108；于喷流再生周期中，供给具有第二极性的电力给单元电极106、108，同时将定时喷流流体流入单元102内部。

定时喷流流体再生单元102，可提供若干优点。喷流再生允许单元102的更有效再生，同时使用较少量流体、减少耗电量、及改良再生时间。比较流体连续流入单元102接受再生的连续流处理法，可获得此等优点，降低电化学单元102再生周期的总成本。例如于单一喷流时间段所得的高再生流速，迫使颗粒诸如鳞垢送出单元102之外，来防止颗粒不可逆地沉淀或收集于单元102。流体定时喷流，比较连续流处理法，也允许单元以较小量流体再生。

依据跨单元102及排放管的可用压力和压降而定，定时喷流可提供某一范围的流速。限流器也可用于管路回路来降低喷流期间的流速。但通常为了最大化喷流再生的效果，系统可得的最高流速于喷流期间为较佳。实际流速随单元102的尺寸以及可用压力而改变，但对于高15厘米直径10厘米的单元而言，例如顶压力为60psi，期望至少每分钟0.5升的流速，更佳为至少每分钟1升。此乃于喷流期间的实际流速，而非再生过程中通过单元102的总量算出的平均流速。例如，于长10分钟的再生周期期间通过总量1.3升算出平均流速为0.13升/分钟。但使用喷流再生，水以多次喷流通过，例如10分钟共10喷流来提供总量1.3升送至排放口。若喷流期间的实际流速为2升/分钟，则于每分钟2升的实际喷流流速，喷流时间设定为4秒。若流速较低，则可单纯延长喷流时间，来获得相等平均流速及总再生废水量。

于单再生周期期间，循序定时喷流有二阶段或更多阶段不同时间，构成整个单再生周期的一部分。于此版本中，于各个再生周期期间，控制器170开关阀117经历不同时间段。阀117被开启然后被关闭的时间段可于单再生时间段期间由一个再生阶段改变至另一个再生阶段。如此，循序喷流再生可包括多个再生阶段，阀117于各阶段的开启时间不等。举例言的一个版本中，控制器170操作阀117来提供流体喷流：(i)第一再生阶段经历再生周期时间由约0.1％至约30％；(ii)第二再生阶段经历再生周期时间由约0.3％至约80％；以及(iii)第三再生阶段经历再生周期时间由约0.1％至约30％。

于另一个版本中，控制器170操作阀117来提供流体的定时喷流：(i)于第一再生阶段期间经历约0.1至约10秒的一个或多个时间段；(ii)于第二再生阶段期间经历约3至约40秒的一个或多个时间段；以及(iii)于第三再生阶段期间经历约0.1至约10秒的一个或多个时间段。第一再生阶段可由再生周期开始进行例如少于约2分钟的时间，第二再生阶段又进行至少约3分钟时间以及第三再生阶段又进行至少约3分钟时间。完整再生时间段例如持续约10分钟。

流体流经电化学单元102的喷流序列的具体实施例显示于图17，显示再生周期通过的喷流量及电流相对于时间。阀117保持开的时间长度，控制流经单元102的流体量。阀117保持开启时间愈长，则流体通过单元102的量愈大。例如，于第一再生阶段期间，以各次喷流通过单元102的流体量可为第二再生阶段期间各次喷流通过单元102的流体量的20％，以及于第三再生阶段期间，以各次喷流通过单元102的流体量可为第二再生阶段期间各次喷流通过单元102的流体量再度只有20％。如此，于第二再生周期期间的定时流体喷流于本实例中比第一再生阶段的时间段至少长5倍，第三再生阶段期间流体的定时喷流至少约为第二再生阶段时间的五分之一。举另一个实例，阀117经作动而于一个再生阶段期间提供定时喷流流体，比于另一个再生阶段期间的时间段至少长约2倍。例如阀117可于初次再生阶段期间提供定时喷流比随后的再生阶段的时间段少约1/2，末次再生阶段期间流体的定时喷流的时间段比前次再生阶段期间的时间段短约1/2。

经由控制阀117的开启时间，可于再生周期的不同阶段让不同量的水流过此单元102，来更有效再生单元102。于早期喷流或初始喷流，此时再生期间由膜110排出的溶解离子或固体浓度为最高，例如期望有高量流体流过单元102，以便从单元102有效扫除或冲洗出被排除的物料。若允许于单元102中维持浓缩物，或从单元102的排出渐进或缓慢，则离子浓缩物将呈鳞垢沉淀出，沉积于单元102的内面上，或甚至堵塞膜110的表面，或由于浓度偏极化而妨碍更大量离子的有效排除。堵塞膜110提高单元102的压力，最终导致膜110的破裂或故障，去离子效能降低。举例言之，从膜110排出的诸如钙、镁或锰等离子除非被快速扫除，否则可能呈不溶性碳酸盐、硫酸盐或其它化合物而沉淀出。

喷流再生处理程序的具体实施例显示于图18，具有循序流体定时喷流，Y轴表示阀117维持开启而电流供给电极106、108的时间，X轴表示再生时间段所经过的时间。于所示具体实施例中，整个再生时间段持续约10分钟。于第一再生阶段中，阀117开启经历循序定时喷流，持续约1秒时间。各次喷流起点间的时间为60秒。各1秒喷流可释放60cc流体至单元102。于第二再生阶段，当从膜110排出的废料有最高浓度时，阀117维持开启经历4个定时喷流，各6秒时间，每次喷流将300cc流体流入单元102。本周期将单元102的大量残余固体送出卡匣130之外。然后于第三再生阶段，提供各1秒时间的5个定时喷流，来从卡匣清除残余固体。

整个定时喷流序列包括三个阶段，各有特定喷流时间和关闭时间间隔，也经控制及规划成控制器170的计算机程序码，或可由操作员于装置100的使用期间设定，而于现场使用期间改变。变更阀117维持开启的时间，经由控制于不同再生周期阶段通过单元的流体量，可供更有效再生。如此，当由单元膜110驱逐的离子和固体于最高程度时，阀117可维持开放一段较长时间段，来提供较大量流体通过单元102。结果，多次喷流序列可减半膜110再生所需时间，减半废水，因而比较传统具有单一喷流时间或连续再生水流的传统再生周期，可提高再生效率达2倍因子。虽然使用三个阶段来举例说明处理程序，但依据用途而定，也可使用两个阶段或多于三个阶段。

于阀117的开关周期期间，于喷流再生期间，施加于单元102的膜110的电流密度也可独立控制来进一步最佳化再生效率，如图17及图18的具体实施例所示。举例言之，于一个方法中，一或多高电流级别的短时间段可施加至电极106、108，来凭借单元102中的水解反应而于膜内部产生高浓度酸和碱。高浓度酸和碱耗一段时间扩散且迁移通过膜110。然后电流密度下降至较低级别，来减少热及电力耗用，同时仍然维持通过单元102的电位降，来继续提供离子转运至膜之外至孔口将从单元102冲出的迁移效果。一个版本中，于单元102维持至少约0.5毫安/平方厘米至约5毫安/平方厘米的高电流密度约3分钟时间。本实例的高电流级别接着为低电流级别，低电流级别比第一电流级别低约80％经历约7分钟时间。于图18所示实例中，于第一阶段电流，部分重迭第一和第二流体流喷流阶段，约1.8安培的电流施加于电极106、108。但其余各阶段，约0.5安培的较低电流施加于电极106、108。

用来再生单元102的总流体量可相关于由流体源所提供的流体流速或压力而控制。一个版本中，流体流量传感器204设置于单元102后方的流径上，如图19所示，或设置于单元102中或单元102前方(图中未显示)。流体流量传感器204可为质量流量计或体积流量计，其测量流速，或为流体压力监视器159来监视提供给单元102的流体压力。所示版本中，流量传感器204测量流经单元102a，b的流速。流量传感器204可为磁性涡轮，位于流径上且相邻于传统霍尔效应传感器。霍尔效应传感器测定磁性涡轮的转动，来允许测定体积流体流速。适当磁性涡轮可得自珍传感器(Gems Sensors)康乃迪克州潘维尔。

流量传感器204与控制器170通讯，于至少部分单元操作周期期间，测量通过单元102的流体流速或流体压力，来产生流体流速信号或压力信号送至控制器170。控制器170作动阀117，来设定流体定时喷流时间，来调整再生期间通过单元102的流量。流体压力例如可随外部流体源例如自来水源所提供的压力而改变。于某些地理情况下，每天压力可能有重大变化。替代变更喷流时间来补偿改变中的进给压力，流量信号或压力信号可调整帮浦，用来泵送流体通过单元102，或可控制阀117端口的开启大小来控制流体压力。当流体压力改变时，流量传感器204发送流体压力信号给控制器170，其又控制帮浦压力或阀开启时间长度，来控制通过单元102的流体量。

于又另一版本中，装置100有两个或更多个单元102a，b，第二单元102b可作动来提供去离子流体给第一单元102a，第一单元102a正在由喷流再生所再生。再生过程中的喷流流体流提供单元102的较佳再生，去除可能妨碍单元102再生的残余固体。于此版本中，经由控制流经单元102a的流体，可提供喷流给单元102a。故单元102a接收来自于阀117的流体喷流，然后去离子流体喷流由单元102b流至单元102a来再生单元102a。

图19也显示调节流经单元102a，b的流量的流量调节器193的适当配置。流量调节器193可为一种装置其相关于通过调节器210的流体压力，来开关于凹形橡皮垫圈(图中未显示)中的孔口大小。例如，流量调节器193可调节流经其中的流体流速，来达成例如约0.5升/分钟至3升/分钟的恒定流速。对高151/2吋，直径约6至12时的单元102而言，适当流速由约1升/分钟至约2升/分钟。具有期望流速的流量调节器193由凡内公司(Vernay)俄亥俄州黄泉市制造。

装置100进一步包含导电率传感器212a，b于单元102a，b的上游、单元102a，b的下游或二者。一个版本中，导电率传感器212a，b为电路，提供跨沉浸于流体中的两个电极的恒定电压来测定流体导电率。结果通过电极106、108间的电流又变成流体的离子浓度测量值。电流可方便以与电路串联的跨电阻器的小电压测量。控制器170当接收到来自传感器212的导电信号时，可调整通过单元102a，b的电流，例如维持于通过单元102a，b的流体中的一致离子浓度。一个版本中，导电率传感器212a，b包含电压供应器，于插入流体流径的两根镀金接脚间于1KHz提供2伏电压。跨测量电阻器的电压为与单元102的电流成正比，电流又与流体的导电率及其离子浓度有关。

限流器

于单元再生期间限制流体流经单元102的另一种方式使用限流器220于通过单元102a，b的流体流径上，例如示意显示于图20。限流器220限制于单元102再生期间通过单元102a的流体流速，来减少再生中的流体消耗。限流器220结合止回阀222a，b使用，止回阀222a，b防止流体于箭头(如图所示)的相反方向流动。若无止回阀222a，b，则通过限流器220的流体流量无法控制。

例如，适当限流器220可于再生期间将流速由超过约1升/分钟降至较小量，例如0.5升/分钟、0.1升/分钟、或甚至20cc/分钟。结果，若未使用限流器220且若阀117维持开启经历整个再生周期期间，则相对于用于再生的流体量，再生期间流经单元102的流体总量可降低3倍至约50倍因子。例如，未使用限流器220的连续流再生于持续23分钟的再生周期期间以2升/分钟流速共使用46升流体15倍限流器则可将每23分钟再生周期的流体总量降至约3升。限流器220也具有直径比进给单元102的孔口146、148的正常入口管直径小约30倍；例如直径小于约0.05时或甚至约0.01时。但限流器220的直径小偶尔可能造成限流器或止回阀222a，b的堵塞，此乃非期望者。使用喷流序列，允许去除限流器220及止回阀222a，b，结果免除限流器220的开口尺寸小造成使用此等组成组件时相关的问题。原因在于单纯凭借调节流经大型孔口的循序定时喷流时间及喷流周期，即可控制再生期间使用的流体总量。

调变再生电流

又另一版本中，供给单元102的电流经调变且于再生期间设定于不同级别，来最佳化再生及/或减少再生周期期间的耗电量。再生流体流可为喷流模式或连续模式。一个版本中，控制器170适合控制电源114来维持再生周期期间跨电极106、108的第一电流和第二电流。可变电压由膜110剔除离子，形成浓缩物而释放于单元102的入口。一个版本中，于第二单元102b的再生期间，于第一单元102a制造的去离子流体送至第二单元102b的去离子流体孔口。于再生期间，单元102b内部的第二电极维持于正极性。于一个版本中，时间调变电流包含第一电流及第二电流，其中第一电流大于第二电流。第一电流的工作周期长于第二电流的工作周期。第一电流和第二电流经选定来提供单元102的最佳再生。例如第二电流可为比第一电流降低的电流，来降低再生处理期间的耗电量，来降低阴极制造的氢氧化物浓度，以及来降低单元102的温度。于一个版本中，再生周期包括第一电流级别，其中通过单元102的膜110的第一电流密度至少约为0.5毫安/平方厘米经历约1分钟至5分钟。如此接着为第二电流级别，比第一电流密度级别至少低约30％，且更佳至少低约50％又经历约5-20分钟。于不同用途中，更高或更低的第一和第二电流级别倍数为较佳。于此项较佳操作的另一次测量中，第一电流密度维持于由约0.5至约5毫安/平方厘米；第二电流密度由约0.05至约3毫安/平方厘米。再生周期期间的第三和更多电流级别也可用来提供省电、降低温度、或减少电极产物(例如氢氧化物)来改良本发明的操作。此等电流级别可与再生喷流重合或未重合。

于另一版本中，再生周期的第一电流和第二电流可为脉冲式，或维持不同时间段来改变再生周期的第一、第二或额外阶段，来获得类似再生期间由改变直流电流级别所得的结果。若对电流加脉冲来控制电力级别，则脉冲期间的工作周期为电流施加于单元102的时间百分比的测量值。例如，第一电流可以100％工作周期操作，第二电流至多有70％工作周期而于第二再生阶段只提供至多70％功率，如此获得减低电源耗用、降低单元102温度及减少电极产物的优点。更佳于本实例中的第二阶段的工作周期至多为50％。此外，也可提供交流脉冲来覆盖直流脉冲。

图23显示于再生期间，降低再生电流对由单元102输出的废物流体或再生流体的导电率的影响。总再生周期时间约为20分钟。再生电流降低2分钟，再生周期由原先的1安培至降至所指示的较低值，随后于9分钟时再生电流回到原先的1安培。施加于单元102的不同电流以指数显示，以0.1、0.3、0.5、0.7及1安培的数值由约0.1安培变化至约1安培。可知即使于再生周期施加0.1安培的较低电流级别，再生流体导电率维持约略相等，指示由膜110排出的离子(曲线下方面积)送至再生流体的总量，即使于施加较低再生电流级别时，离子总量也无显著变化。如此允许再生期间总能量耗用的实质降低，而未牺牲再生效能。

图24显示前文说明的再生电流经历2分钟至9分钟时间降低进入再生周期；而未显著降低随后单元102的去离子效能。以较低电流级别再生而得自单元102a，b的去离子流体中的总溶解固体(TDS)百分比并无显著变化，指示又另一种出乎意外地于再生期间减少总能量耗用的另一种方法。

于再生中颠倒电极极性

于另一版本中，于单元102经操作来将流体去离子后，进行二步骤式再生处理。于第一一次再生步骤中，控制器170开启阀117来流入单元102的孔口148，控制电源114来供给具有极性的电流至单元102的电极106、108经历一段可再生离子交换膜110的时间。供给的电流造成离子从单元102被驱逐入通过单元102的流体而形成再生流体，于另一孔口146释放。于此一次再生步骤中，控制器170典型供给于约0.2至20毫安/平方厘米电流密度的电流经历至少约2分钟时间。

于一次再生步骤完成后，于二次再生步骤或后再生步骤中，电流极性颠倒，但水流如同一次再生步骤继续(为喷流流或连续流)。例如，第二极性可与第一极性颠倒，有相反符号。第二极性甚至可为实质与去离子周期期间施加的极性的相同极性。第二极性提供去离子电流至单元102，来减少与引发去离子周期的前于单元102中的残余离子浓度。反极性电流维持至少约0.5分钟时间。

此种方法允许刚再生单元102所含的流体凭借颠倒电极极性去离子，造成电流于反向流经单元102，阀117于再生流向使流体流入单元102中经历一段时间。恰在周期的第一一次再生步骤后颠倒电压极性，经由至少部分将单元102内部的流体去离子化，辅助准备单元102用于随后的处理程序，提供于随后去离子周期中的较少离子化的流体。

于二次后再生步骤终点或于其位置，控制器170视需要可发讯通知电源114来停止供电给单元102的电极106、108，故无电流流经单元102的电极，同时阀117设定为继续允许流体于一次再生流动方向流入单元102内部典型至少经历约1分钟时间。此步骤可将温热流体从单元102扫除，于随后的去离子周期的起点提供较冷的流体。

以去离子化流体再生

包含至少第一电化学单元102a(单元A)及第二电化学单元102b(单元B)的装置100可用来将第一单元102a中的流体去离子化，且使用得自第一单元102a的去离子化流体再生于第二单元102b中的离子交换膜110。包含两个电化学单元102a(单元A)及102b(单元B)的流体处理装置100的操作周期实例显示于图12。装置100的操作以得自流体源120诸如自来水源的水处理，以便将水去离子化及再生单元102a，b举例说明。每个电化学单元102a有连接至阀117来接纳流体的第一孔口或入口146a，b，以及将处理后的流体125送出单元102a之外的第二去离子流体孔口或出口148a，b。于操作中，阀117导引输入流体124至任一单元102a，b，也从单元102a，b接纳再生废水，及通过排放口190排放废水。如图13所示，阀117凭借于至少两个位置间移动活动件122来从事此一工作。例如，若活动件122为转子252，则转子252于不同位置间旋转来调节流体流量。控制器170操作阀117的马达188和电源114来允许进行多个前处理、流体处理(去离子)、再生及后再生周期。

参考图12及图13，为了将单元A(102a)的流体去离子化及处理，阀117的活动件122设定于第一位置，来自流体源120(自来水源)的水通过入口180a，经由活动件122进入阀117的阀盖240的室245内，通过活动件122而送出阀出口180d之外。然后流体进入单元102a的第一孔口或入口146a。于单元102a去离子化后，经处理的流体125从孔口148a输出或释放来供耗用或用于其它用途。然后得自单元A的经处理的流体或去离子流体流入单元B的孔口148b(先前于去离子模式操作)，现在变成于再生周期，来去除从离子交换膜110所置换出的离子。来自于单元B的再生废水由孔口146b排出，通过底部230进入活动件122的内部通道274，且流出至城市排放口190。再生可准备离子交换离子110a用于随后去离子处理，去离子流体以较佳再生效率再生单元102a，原因在于去离子流体的离子含量较低，提供欲从膜110a驱逐的离子的更大驱动力。

图22显示以硬水再生，如线(a)所见，相对于以去离子水再生的单元如线(b)所示，或以去离子水逆流再生的单元如线(c)所示，经300周期后，以硬水再生可显著提高单元102中去离子水的导电率或离子含量。本实验使用的硬水具有导电率1000μS/cm，含有碳酸氢根离子，以约40毫升/分钟的流速通过单元102。软水不含碳酸氢根离子，但有相同导电率，去离子水于连接的单元102中去离子化，具有导电率100μS/cm。

注意，由单元102a输出的去离子流体由其输出孔口148a流至例如正常为正在进行再生的第二单元102b的去离子流体输出孔口148b。逆转于单元102b中流体再生期间的流体流动的正常方向或典型方向。单元102b的孔口148b于单元102a的径向内容积，例如如图1所示。如此，于此单元102b的再生期间，流体由单元102b的径向内容积流至径向外容积，且通过正常为入口孔口146b送出单元102b之外，然后流至排放口190。如此，于此单元102b的再生期间，流体由单元102b的径向内容积流至径向外容积，且通过正常为去离子流体输入孔口146b送出单元102b之外，然后流至排放口190。流向的反向提供前文引述的改良再生效率的效果，避免于随后去离子周期期间提供的第一水污染。

控制器170也控制流体流入于去离子模式操作的第一单元102a的流速，例如控制来自于单元102a的去离子水进入正在再生的单元102b的流速，或反之亦然。另外，控制器170可使用定位在于单元A孔口148a与单元B孔口148b间的流体路径上的阀(图中未显示)来控制流体流入第二单元102b的流速。于一个版本中，控制器170维持流体流入单元102a，b的流速为高至足以防止在一个或多个去离子周期及再生周期期间在单元102a，b中的固体例如碳酸钙的沉淀。流体流量维持含钙化合物溶解于流体，如此减少含钙沉淀及“鳞垢”的堆积于电化学单元102a，b的内壁上。

于再生期间的鳞垢抑制剂进给

当处理硬水时，鳞垢缓慢堆积于单元102、过滤器160、管路及其它装置100的组成组件。硬水除了阴离子如碳酸根、碳酸氢根、及硫酸根之外，包含多价金属离子诸如钙、镁及锰。于再生期间当由水解膜所排出的多价离子及碳酸根的浓度最高时，形成鳞垢，于较高pH值特别形成碳酸盐(由碳酸氢盐形成碳酸盐)。为了降低于卡匣及单元102的鳞垢形成速率，例如于再生周期期间，可抑制或去除鳞垢形成的鳞垢抑制剂可添加至进入单元102的流体中。鳞垢抑制剂可为酸诸如强酸如盐酸、磷酸或硫酸；弱酸如柠檬酸、胺基磺酸或苹果酸；或其它反应剂诸如磷酸盐。于再生期间添加鳞垢抑制剂，可为连续步骤或非连续步骤，诸如短时间滴注，且可于整个再生周期期间或只于部分再生周期期间进行。鳞垢抑制剂滴注系统也可在去离子周期期间将鳞垢抑制剂滴注于流体内。

鳞垢抑制剂滴注系统可使用前述滴注系统将鳞垢抑制剂添加至流体。特别有用的最小化试剂耗用量，因而减少单元102的维修的方法，只于部分再生周期期间，产生最高浓度碳酸盐，添加酸至再生给水，来降低膜间的pH值。将pH值维持于低于7或甚至低于6或低于5可大为防止鳞垢于卡匣130及单元102内部形成。

本发明已经参照某些较佳版本说明；但其它版本亦属可能。举例言之，如本领域技术人员已知，该装置及方法可用于其它类型用途，例如用于从流体、溶液及浆液中去除其它材料或物种之处理程序。也可使用其它组态的装置、电化学单元不同的互连方式、其它阀结构、及不同的膜类型。因此随附之权利要求范围之精髓及范围并非限于此处所述之较佳版本。

Claims (105)

1.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，其包含：

(i)多个流体孔口，用于接纳输入流体及释放输出流体，该输入流体包含第一水平的活性微生物；

(ii)第一电极及第二电极；以及

(iii)位于第一电极与第二电极间的离子交换膜，用于处理该输入流体而形成输出流体；

(b)电源，用于施加电流至该第一电极及第二电极；以及

(c)控制器，用于控制电源施加电流至第一电极及第二电极，该电流的电流密度高至足以去活化流体中的微生物，让输出流体包含第二水平的活性微生物，低于输入流体中的第一水平的活性微生物。

2.根据权利要求1的装置，其中该控制器控制电源施加具有约0.01毫安/平方厘米至约20毫安/平方厘米的电流密度的电流至该第一电极及第二电极。

3.根据权利要求1的装置，其中该第一水平及第二水平包含每100毫升流体中的集落生成单位，以及其中该第二水平包含的每100毫升输出流体中的集落生成单位少于第一水平所包含的每100毫升输入流体中的集落生成单位。

4.根据权利要求3的装置，其中该电流密度高至足以实质上防止每100毫升输出流体中的集落生成单位的增加。

5.根据权利要求4的装置，其中该控制器控制该电源施加电流至该第一电极及第二电极，该电流的电流密度高至足以提供输出流体的以每100毫升的集落生成单位表示的第二水平比以每100毫升输入流体中的集落生成单位表示的第一水平至少低约90％。

6.根据权利要求1的装置，其中该活性微生物的第一水平及第二水平包含异养型细菌平板计数值。

7.根据权利要求4的装置，其中该输入流体包含微生物的第一水平包含至少约500Cfu/mL的异养型细菌平板计数值；以及该控制器将电流密度设定为高至足以提供异养型细菌平板计数值少于约450Cfu/mL的输出流体。

8.根据权利要求1的装置，其中该控制器设定电流密度高至可提供输出流体对至少0.05分钟的流体驻留时间具有对数下降值至少为1的细菌平板计数值。

9.根据权利要求1的装置，其中该控制器设定电流密度为高至足以提供输出流体具有对数下降值至少为2的细菌平板计数值。

10.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，其包含：

(i)多个流体孔口，用于接纳输入流体及释放输出流体，该输入流体包含第一异养型细菌平板计数值，以及该输出流体包含第二异养型细菌平板计数值；

(ii)第一电极及第二电极；以及

(iii)位于第一电极与第二电极间的离子交换膜，用于处理该输入流体而形成输出流体，该离子交换膜包含阴离子交换表面及阳离子交换表面；

(b)电源，用于施加电流至该第一电极及第二电极；以及

(c)控制器，用于控制该电源供给电流至该第一电极及第二电极，来获得至少约0.05伏/膜的电位降，该电位降高至足以实质上防止输出流体中的异养型细菌的平板计数值的增高，因此在该输出流体中的异养型细菌的第二平板计数值低于在该输出流体中的异养型细菌的第一平板计数值。

11.根据权利要求10的装置，包含施加电流来获得小于约20伏/膜的电位降。

12.根据权利要求4的装置，其中该输入流体包含微生物的第一水平包含至少约500Cfu/mL的异养型细菌平板计数值；以及该控制器将电流密度设定为高至足以提供输出流体具有异养型细菌平板计数值少于约450Cfu/mL。

13.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，其包含：

(i)流体孔口，用于接纳输入流体及释放输出流体，该输入流体具有第一水平的微生物；

(ii)水解膜；以及

(iii)环绕该水解膜的第一电极及第二电极；

(b)阀，用于控制输入流体流入该电化学单元的流体孔口；

(c)电源，用于供给电流至该第一电极及第二电极；以及

(d)控制器，用于操作该阀导致该输入流体流入该电化学单元的流体孔口，而提供流体于单元的驻留时间至少0.05分钟，同时控制电源，用于供给具有约0.01毫安/平方厘米至约20毫安/平方厘米的电流密度的电流至该第一电极及第二电极，该电流密度高至足以去活化输入流体中的微生物，使所提供的输出流体对至少0.05分钟的流体驻留时间具有对数下降值至少为1的微生物减少。

14.一种在包含水解膜于一对电极间的电化学单元中处理具有第一水平的活性微生物的流体的方法，该方法包括：

(a)使该流体暴露于水解膜；以及

(b)利用所述一对电极施加电流通过该流体，该电流的电流密度高至足以去活化该输入流体中的微生物来形成输出流体，输出流体具有比活性微生物的第一水平更低的第二水平的活性微生物。

15.一种在电化学单元中处理包含第一平板计数值的活性异养型细菌的输入流体的方法，该电化学单元包含一对电极，其环绕包含阴离子交换面及阳离子交换面的水解膜，该方法包括：

(a)使输入流体流经该水解膜的阴离子交换面及阳离子交换面；以及

(b)跨该水解膜的阳离子交换面及阴离子交换面维持至少约0.05伏/膜的电位降，该电位降高至足以实质上防止输出流体中的异养型细菌的平板计数值升高，因此于该输出流体中的异养型细菌的第二平板计数值小于或等于在该输入流体中的异养型细菌的该第一平板计数值。

16.根据权利要求15的方法，包含将电位降维持于至少约20伏/膜。

17.一种在包含水解膜于一对电极间的电化学单元中处理包含活性微生物的流体的方法，该膜具有阴离子交换面及阳离子交换面，以及该方法包括：

(a)使流体流经该水解膜的阴离子交换面及阳离子交换面，来提供于该电化学单元中的流体驻留时间至少0.05分钟；以及

(b)维持至少0.01毫安/平方厘米的电流密度流经该单元，来实质上防止流体中的活性微生物数目的增加。

18.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，其包含具有流体孔口的壳体、一对电极、及位于所述电极间的水解膜；

(b)连结至该电化学单元的流体孔口的过滤器；

(c)电源，用于供给电流至该单元的电极；

(d)阀，用于控制流体流经该单元的流体孔口；以及

(e)控制器，用于控制该阀及该电源，其中该控制器：

(1)在流体去离子阶段中，操作该阀以使流体流入该单元的流体孔口，同时控制该电源，用于供给电流至所述电极，以将流体去离子化而形成由另一流体孔口释放的去离子流体；以及

(2)在再生阶段中，操作该阀以提供流体流入该单元的孔口，同时控制该电源，用于供给电流至所述电极以再生该离子交换膜而形成于另一孔口释放的再生废流体。

19.根据权利要求18的装置，其中该过滤器包含沉淀过滤器。

20.根据权利要求19的装置，其中该沉淀过滤器包含盒式过滤器或袋式过滤器。

21.根据权利要求20的装置，其中该盒式过滤器具有孔洞结构，其可过滤出尺寸至少5微米的粒子。

22.根据权利要求20的装置，其中该沉淀过滤器也是抗微生物过滤器。

23.根据权利要求18的装置，其中该过滤器包含活性碳过滤器。

24.根据权利要求18的装置，其中该过滤器包含离子选择性介质过滤器。

25.根据权利要求18的装置，其中该过滤器包含逆渗过滤单元。

26.根据权利要求18的装置，进一步包含抗微生物单元。

27.一种在具有水解膜于一对电极间的电化学单元中过滤流体的方法，该方法包括：

(a)使流体流经电化学单元，同时供给电流至该单元的电极，以将流体去离子化，同时去活化流体中的微生物；

(b)使该流体流经活性碳过滤器；

(c)使该流体流经沉淀过滤器；以及

(d)使该流体暴露于紫外光辐射。

28.一种在流体处理装置处理流体的方法，该流体处理装置包括(i)电化学单元，其包含流体孔口、位于一对电极间的水解膜；(ii)连接至该电化学单元的流体孔口的过滤器；(iii)阀，用于控制该流体流经该单元的流体孔口；(iv)电源，用于供给电流至所述电极；以及(v)控制器，用于控制该电源及阀，该方法包括：

(a)在流体处理周期中，

(i)去离子化该流体，使该流体流入该单元的流体孔口，同时供给电流至该单元的电极，以将该流体去离子化；以及

(ii)使流体流经逆渗过滤器；以及

(b)在再生周期中，使流体流入该单元的流体孔口，同时供给电流至该单元的电极以再生该水解膜。

29.一种用于处理流体的流体处理装置，该装置包括：

(a)电化学单元，其包含：

(i)流体孔口，用于接纳流体，该流体具有第一水平的活性微生物；

(ii)第一电极及第二电极；以及

(iii)位于第一电极与第二电极间的水解膜；

(b)电源，用于供给电流至该第一电极及第二电极；

(c)控制器，用于控制该电源施加电流至该第一电极及第二电极，该电流的电流密度高至足以去活化该电化学单元中的流体中的微生物；以及

(d)抗微生物单元，其包含抗微生物制剂源，以便让流体暴露于抗微生物制剂。

30.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物制剂包含下列中的至少一者：

(1)卤素离子；

(2)氯化钠；

(3)N-卤胺；

(4)氧化剂；以及

(5)银离子。

31.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物单元由该电化学单元形成，以及其中该电化学单元包含抗微生物制剂源。

32.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物制剂包含抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂、抗寄生虫剂、免疫治疗剂、抗生素及化学治疗剂中的至少一者。

33.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物制剂的添加浓度高至足以以至少约2升/分钟的流速来消毒流体。

34.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物单元包含滴注系统，用于添加抗微生物制剂至通过该单元的流体。

35.根据权利要求29的装置，其中该抗微生物制剂掺混于该电化学单元的水解膜。

36.一种在电化学单元中处理流体以去活化微生物的方法，该电化学单元包含环绕具有阴离子交换面及阳离子交换面的水解膜的电极，该方法包括：

(a)使该流体暴露于该水解膜，同时施加电流流经该流体，该电流的电流密度高至足以去离子处理该流体中的微生物；以及

(b)暴露该流体于抗微生物制剂。

37.根据权利要求36的方法，其中(b)包含添加抗微生物制剂至该流体。

38.根据权利要求36的方法，其中(b)包含暴露该流体于包含该抗微生物制剂的膜。

39.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体，以及位于一对电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至所述电极；

(c)阀，用于控制流体流经该单元的孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在去离子周期中，开启该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制该电源，用于供给具有电流密度的电流至该对电极来形成由另一孔口释放的去离子流体；以及

(2)在后去离子周期中，关闭该阀来实质上停止流体流入单元中，同时持续控制该电源，用于供给去离子电流至所述电极经历一时间段。

40.根据权利要求39的装置，其中于该后去离子周期中，该去离子电流以至少约0.5毫安/平方厘米的电流密度施加且经历短于约10分钟的时间段。

41.根据权利要求39的装置，其中该时间段少于约5分钟。

42.根据权利要求39的装置，其中于该去离子周期中，供给所述电极的电流密度至少约为0.05毫安/平方厘米。

43.根据权利要求39的装置，其中于该后去离子周期中，供给所述电极的电流密度低于约5毫安/平方厘米。

44.一种在电化学单元中进行的流体处理方法，该方法包括：

(a)使流体流入单元中，同时维持于该单元中的电流，以将流体去离子化；

(b)停止流体流入单元中，且允许残余流体留在单元中；以及

(c)在停止流体流入单元后，继续供给去离子电流流经该单元一时间段。

45.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含毗邻圆柱形外壁的第一孔口、毗邻管形内壁的第二孔口、相邻于该圆柱形外壁的第一电极、环绕该管形内壁的第二电极，以及位于所述电极间的螺旋状卷绕离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至该单元的所述电极；

(c)阀，用于控制流体流经该单元的孔口；以及

(d)控制器，用于控制电源及阀，用来：

(1)在去离子周期中，使流体流入该第二孔口，以使得流体从管状内壁行进至圆柱形外壁而于第一孔口释放，同时供应电流至所述电极，以将流体去离子化；以及

(2)在再生周期中，使流体流入第一孔口，以使得流体由该圆柱形外壁行进至该管形内壁而于该第二孔口释放，同时供给电流至所述电极以再生该螺旋状包裹的离子交换膜。

46.一种在电化学单元进行的流体处理方法，该电化学单元包含毗邻圆柱形外壁的第一孔口、毗邻管形内壁的第二孔口、相邻于该圆柱形外壁的第一电极、环绕该管形内壁的第二电极，以及位于所述电极间的螺旋状卷绕离子交换膜，该方法包括：

(a)去离子周期，包含流体流入该第二孔口，以使得流体从管状内壁行进至圆柱形外壁而于第一孔口释放，同时供应电流至所述电极，以将流体去离子化；以及

(b)再生周期，包含流体流入该第一孔口，以使得流体由该圆柱形外壁行进至该管形内壁而于该第二孔口释放，同时供给电流至所述电极以再生该螺旋状包裹的离子交换膜。

47.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体，以及位于一对电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至该单元的所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在流体去离子周期中，操作该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制电源以供给电流至所述电极而形成由另一孔口释放的去离子流体；以及

(2)在再生周期中，操作该阀以提供流体定时喷流进入该单元的孔口，该定时喷流包含开启该阀经历一段比该再生周期时间更短的时间段，以及然后关闭该阀，同时控制电源以供给电流至所述电极，用来再生该离子交换膜而形成由另一孔口释放的再生流体。

48.根据权利要求47的装置，其中于(d)(2)中，控制器操作该阀以在该再生周期时间中提供多次流体定时喷流。

49.根据权利要求47的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀以提供流体的定时喷流经历占再生周期时间的约0.1％至约80％的时间段。

50.根据权利要求47的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀以提供流体的定时喷流经历约0.1秒至约40秒的时间段。

51.根据权利要求47的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀以提供流体的定时喷流经历该再生周期时间中的不同时间段。

52.根据权利要求51的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀以在下述阶段中提供流体的定时喷流：(i)占再生周期时间的约0.1％至约30％的时间段的第一再生阶段；(ii)占再生周期时间的约0.3％至约80％的时间段的第二再生阶段；以及(iii)占再生周期时间的约0.1％至约30％的时间段的第三再生阶段。

53.根据权利要求51的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀以在下述阶段中提供流体的定时喷流：(i)约0.1秒至约10秒的第一再生阶段；(ii)约3秒至约40秒的第二再生阶段；以及(iii)约0.1秒至约10秒的第三再生阶段。

54.根据权利要求47的装置，其中该控制器操作该阀而在比另一再生阶段的时间段长至少约两倍的一个再生阶段期间提供流体的定时喷流。

55.根据权利要求47的装置，其中该控制器操作该阀Orz最末再生阶段提供流体的定时喷流，该最末再生阶段具有的时间段比前一再生阶段或后一再生阶段的时间段短约1/2。

56.根据权利要求47的装置，其中于(d)(2)中，该控制器操作该阀而于下述时间提供流体的定时喷流：(i)由再生周期的起点进行了至少于约2分钟时间的第一再生阶段，(ii)进一步进行至少约3分钟时间的第二再生阶段，以及(iii)进一步进行至少约3分钟时间的第三再生阶段。

57.根据权利要求47的装置，进一步包含流量传感器，其测量流经该第一单元的流速，且发送流量信号给该控制器以操作该阀而设定该流体定时喷流的时间长度。

58.根据权利要求47的装置，进一步包含第二电化学单元，其包含具有多个孔口的壳体、一对电极、以及位于所述电极间的离子交换膜，以及

其中，该控制器控制电源及阀，以便在去离子周期中将第二单元中的流体去离子化，且将该去离子流体送至处于再生周期的第一单元的孔口。

59.一种操作电化学单元的方法，该电化学单元包含环绕离子交换膜的一对电极，该方法包括：

(a)在流体去离子周期中，使流体流入该单元内，同时供电给所述电极，以将流体去离子化而形成去离子流体；以及

(b)在再生周期中，提供流体的定时喷流进入该单元，同时供电给所述单元以再生该离子交换膜。

60.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体，以及位于一对电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至该单元的所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在去离子周期中，开启该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制该电源，用于供给电流至所述电极，以将流体去离子化而形成由另一孔口释放的去离子流体；

(2)在再生周期中，开启该阀以使流体流入该单元的孔口，且控制该电源来：

(i)在主再生步骤中，供给具有一极性的电流至所述电极，来再生该离子交换膜而形成于另一孔口释放的再生流体；以及

(ii)在后再生步骤中，逆转该电流的极性，凭此降低该单元中的流体中的残余离子浓度。

61.根据权利要求60的装置，其中于该后再生步骤中，控制器供给电流经历至少约0.5分钟的时间段。

62.根据权利要求60的装置，其中于该后再生步骤结束时，控制器结束供给所述电极的相反极性电流，同时维持阀的开启来允许定量流体的继续流入单元的孔口，该流体量为该单元空隙容积的至少20％。

63.一种在电化学单元中进行的流体处理方法，该方法包括：

(a)在去离子周期中，使流体流入单元中，同时使电流通过该流体来形成由该单元释放的去离子流体；

(b)在再生周期中，使流体流入该单元；以及

(i)在主再生步骤中，将具有一极性的电流通过该流体来再生该离子交换膜而形成由该单元释放的再生流体；以及

(ii)在后再生步骤中，逆转该电流的极性，凭此降低该单元中的流体中的残余离子浓度。

64.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有入口及去离子化流体孔口的壳体，以及位于第一电极与第二电极间的离子交换膜，该第一电极相邻于该入口孔口，以及该第二电极相邻于该去离子流体孔口；

(b)电源，用于供应电流至该单元的所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的入口及去离子流体孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在去离子周期中，开启该阀以使流体流入该单元的入口流体孔口，同时控制该电源，用于供给具有第一正极性的电流至该第一电极，以将该流体去离子化而形成由该去离子流体孔口释放的去离子流体；

(2)在再生周期中，开启该阀以使流体流入该单元的去离子流体孔口，同时控制该电源，用于供给具有第一正极性的电流至该第二电极，以再生离子交换膜而形成由该入口孔口释放的再生流体。

65.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有入口及去离子化流体孔口的壳体，以及位于第一电极与第二电极间的离子交换膜，该第一电极相邻于该入口孔口，以及该第二电极相邻于该去离子流体孔口；

(b)电源，用于供应电流至该单元的所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的入口及去离子流体孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在去离子周期中，开启该阀以使流体流入该单元的入口流体孔口，同时控制该电源，用于供给电流至该第一电极，以将该流体去离子化而形成由该去离子流体孔口释放的去离子流体；

(2)在再生周期中，开启该阀以使流体流入该单元的入口流体孔口，同时控制该电源，用于供给具有第一正极性的电流至该第二电极，以再生离子交换膜而形成由该去离子流体孔口释放的再生流体。

66.根据权利要求65的装置，其中该去离子流体的导电率低于在去离子周期期间处理后的流体的导电率的50％。

67.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有入口及去离子化流体孔口的壳体，以及位于第一电极与第二电极间的离子交换膜，该第一电极相邻于该入口孔口，以及该第二电极相邻于该去离子流体孔口；

(b)可变电压供应器，其提供时间调变直流电压至该单元的所述电极，该时间调变直流电压具有单一极性，其维持为正极性或负极性；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的入口及去离子流体孔口；以及

(d)控制器，用于在再生周期中，开启该阀以使流体流入该单元的去离子流体孔口，同时控制该可变电压供应器来供给时间调变直流电压至该单元的电极。

68.根据权利要求65的装置，其中该控制器开启该阀以使去离子流体流入该去离子流体孔口。

69.根据权利要求65的装置，其中该第二电极维持于正极性。

70.根据权利要求65的装置，其中该时间调变电流包含第一电流及第二电流；其中，该第一电流大于该第二电流。

71.根据权利要求65的装置，其中该第一电流的工作周期长于该第二电流的工作周期。

72.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体，以及位于一对电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的孔口；以及

(d)控制器，用来：

(1)在流体去离子周期中，操作该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制电源，用于供给具有电流密度的电流至该对电极，以形成由另一孔口释放的去离子流体；以及

(2)在再生周期中，开启该阀以供给去离子流体至孔口，同时控制该电源，用于供给经调变的再生电流至所述电极。

73.一种流体处理装置，包括：

(a)第一电化学单元及第二电化学单元，每个电化学单元包括：

(i)包含一对电极的壳体；

(ii)位于所述电极间的水解膜；以及

(iii)流体入口及流体出口；

(b)电源，用于供给电流至该第一电化学单元及第二电化学单元的所述电极；

(c)阀系统，其包含多个电磁阀，所述电磁阀包含：

(d)控制器，用于(i)控制该电源将该电源切换为开及切换为关，以及调节由该电源施加至该第一电化学单元及第二电化学单元的电极的电流；以及(ii)控制该阀系统的多个电磁阀来调节流经该第一电化学单元及第二电化学单元的流体的流量。

74.根据权利要求73的装置，包含至少四个电磁阀。

75.根据权利要求73的装置，包含管路，其具有第一分叉将流经其中的流体分流来让流体流至第一电化学单元及第二电化学单元；其中，第一电磁阀位于该第一分叉与每个电化学单元间的管路中。

76.根据权利要求73的装置，包含管路其具有于该第一电磁阀与电化学单元间的第二分叉，来允许流经其中的流体流至电化学单元或流至排放口，以及进一步包含于该第二分叉与该排放口间的第二电磁阀，用于控制流体流至该排放口。

77.根据权利要求73的装置，进一步包含定位在该管路中于处理后的流体出口前方的管路中的电磁阀。

78.根据权利要求73的装置，进一步包含流体流量传感器，用于测定通过所述电化学单元的流体流速。

79.根据权利要求73的装置，其中该流体流量传感器包含霍尔效应传感器。

80.根据权利要求73的装置，进一步包含压力传感器，用于测量流体的压力。

81.根据权利要求73的装置，其中该压力传感器可提供压力信号给该控制器；其中，该控制器当接收压力信号指示压力足够高时，将所述电化学单元的操作关闭。

82.根据权利要求73的装置，进一步包含流体储存罐；其中，该压力传感器安装于该罐中来测量该罐中的流体的压力。

83.根据权利要求73的装置，进一步包含下列中的至少一者：

(1)将流体的微粒过滤出的沉淀过滤器；

(2)活性碳过滤器；

(3)紫外光抗微生物过滤器；以及

(4)N-卤胺池。

84.根据权利要求73的装置，进一步包含具有计量电磁阀的计量组件，用于定期或连续供给一剂抗微生物制剂给该流体。

85.根据权利要求73的装置，包含一对电源。

86.根据权利要求85的装置，包含只连接至该第一电化学单元的第一电源，以及只连接至该第二电化学单元的第二电源。

87.根据权利要求85的装置，其中各个电源可输出由约-300伏至+300伏的电压。

88.根据权利要求85的装置，其中该第一电源包含具有总为正极性的第一输出端子，以及该第二电源包含具有总为负极性的第一输出端子。

89.根据权利要求85的装置，其中各个电源各自独立连接至第一电极及第二电极二者，且可于去离子模式中或于再生模式中供电给任一个单元。

90.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，其包含：

(i)多个流体孔口，用于接纳输入流体及释放输出流体；

(ii)第一对内电极及外电极，其各自由相同的第一材料构成；

(iii)第二对内电极及外电极，其各自由相同的第二材料构成，该第二材料为与该第一材料不同的材料；以及

(iv)位于该第一对与该第二对内电极和外电极间的离子交换膜，用于处理该输入流体而形成输出流体；以及

(b)电源，用于供给电流，以操作该第一对内电极及外电极只作为阳极，以及该第二对内电极及外电极只作为阴极。

91.根据权利要求90的装置，其中构成该第一对内电极及外电极的第一材料可减少正极性电极受流体中的离子腐蚀。

92.根据权利要求90的装置，其中该第一对内电极及外电极包含尺寸稳定的阳极。

93.根据权利要求90的装置，其中所述尺寸稳定的阳极包含具有表面涂层的导电基材。

94.根据权利要求90的装置，其中该导电基材包含钛、钽、铌或锆。

95.根据权利要求90的装置，其中该表面涂层包含铂、钌、钯、铱、铑、或锇。

96.根据权利要求90的装置，其中该尺寸稳定的阳极包含钛，其具有包含二氧化钌的表面涂层。

97.根据权利要求90的装置，其中该第二对内电极及外电极各自由碳或不锈钢构成。

98.根据权利要求90的装置，其中所述内电极肩并排设置，且具有绝缘体涂层于各内电极的相邻部分上；以及所述外电极肩并排设置且具有绝缘体涂层于各外电极的相邻部分上。

99.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体，以及位于一对电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的孔口；

(d)鳞垢抑制剂滴注系统，用于将鳞垢抑制剂滴注于该流体内以抑制于该电化学单元中的鳞垢形成；以及

(e)控制器，用来：

(1)在流体去离子周期中，操作该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制电源，用于供给具有电流密度的电流至该对电极，以形成由另一孔口释放的去离子流体；以及

(2)在再生周期中，开启该阀以供给去离子流体至孔口，同时控制该电源，用于供给经调变的再生电流至所述电极。

100.根据权利要求99的装置，其中该鳞垢抑制剂滴注系统于该再生周期期间将鳞垢抑制剂滴注于该流体内。

101.根据权利要求99的装置，其中该鳞垢抑制剂滴注系统将鳞垢抑制剂滴注于该流体来维持该流体于低于7的pH值。

102.根据权利要求101的装置，其中该鳞垢抑制剂包含磷酸盐、盐酸、磷酸、硫酸、柠檬酸、胺基磺酸或苹果酸。

103.一种流体处理装置，包括：

(a)电化学单元，包含具有多个孔口的壳体、一对电极、及位于所述电极间的离子交换膜；

(b)电源，用于供给电流至单元的所述电极；

(c)阀，用于控制该流体流经该单元的孔口；

(d)温度传感器，用于测量该流体温度且产生温度信号；以及

(e)控制器，用于控制该电源及阀，用来：

(1)在去离子周期中，开启该阀以使流体流入该单元的孔口，同时控制该电源，用于供给电流至所述电极，以将电流去离子化而形成由另一孔口释放的去离子流体；

(2)在再生周期中，开启该阀以使流体流入该单元的孔口，且控制该电源，用于供给电流至所述电极而再生该离子交换膜来形成由另一孔口释放的再生流体，以及

其中，在去离子周期及再生周期的任一者或二者中，控制器接收该温度信号，且相关于该温度信号选择供给所述电极的电流。

104.根据权利要求37的装置，其中该控制器响应于该温度信号而设定该电流幅度。

105.根据权利要求38的装置，其中该控制器以至少约20％的级差来改变该电流幅度。

Images