CN102381799B - 反渗透设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于根据反渗透原理产生超纯水的设备，其包括：由RO膜细分为初级回路和次级回路的反渗透过滤器；用于初级回路的泵：和RO膜下游的、该初级回路中压力增加所需的流阻装置，所述设备的特征在于，排出阀和具有脱钙装置的至少一个清洗室位于该初级回路中，并且该初级回路中的流量能够通过阀进行调节。

Description

反渗透设备
技术领域
本发明涉及一种根据反渗透原理进行水处理的设备。这种类型的设备，反渗透(RO)系统，特别用于与血液透析设备相结合，从而由自来水获得无菌的高纯水以用于制备透析液体。
发明内容
总的来说，本发明的目的在于尽可能节能的反渗透系统的操作。
附图说明
该目的通过主权利要求特征部分表示的特征来实现。根据从属权利要求和接下来结合附图进行的实施例描述，本发明的更多特征和结构将变得显而易见，其中：
图1显示了根据现有技术的典型反渗透系统的示意图；
图2显示了具有根据本发明的设备特征的比较性反渗透系统的示意图，
图3、3a、3b、4、4a、4b显示了相关装置的示意图。
具体实施方式
众所周知，反渗透系统的功能原理在于，在高压下沿着半渗透膜表面将要处理的水引入过滤模块，使一部分水(所谓的渗透液)经过该膜、在膜的另一侧进行收集并供应到消耗位置。未经过该膜并富含被称为富集体的残留物质的部分生水在膜模块外部的初级回路的流动部分的端部处流动。
图1所示的示意图作为典型实施例图示了根据现有技术的反渗透系统中必要功能元件的协同作用。要处理的生水从进给管线1流出，并且经由阀4流入已安装有灌装线控制装置的缓冲容器5。水从该容器5流出，经过管线17，通过泵6，进入反渗透过滤器7，该反渗透过滤器的初级回路9通过半渗透膜10与次级回路8分开。渗透液从次级回路8流出并流入环管线15/16，消耗管线13从该环管线转向。产生的过量渗透液可以在环管线的端部处通过插入的压力保持阀14回流到容器5中，所述阀的设定确定了该环管线15/16中的现行压力。
在RO过滤器9的初级回路中过滤所需的压力是由泵6结合流阻装置11而产生的，该流阻装置插入过滤器下游的富集体管线18中，为例如节流阀或压力阀的形式。
初级回路9的出口和入口之间残留物质的浓度差对RO过滤器7的功能有着重要意义。对于尤其是钙和镁的超高浓度，增大了这样的分数(fraction)超出临界极限的风险。由于形成沉积，所以膜10的渗透性将会降低，从而渗透流动将会降低，这意味着该反渗透过滤器变得过早地失效。
由于这些事实，并且考虑到生水水质，具体是钙盐和镁盐至此已经通过上游阳离子交换柱2与钠进行交换。离子交换器需要全面的维护并且成本很高。
这种阳离子交换器的可靠运行需要氯化钠和冲洗液。此外，必须定期手动地添加盐。另外，含盐的冲洗液会污染废水。
此外，反渗透特别用于无菌水的制备。
不经过膜10并且富含残留化学水成分和细菌的供给自来水部分在液体传导系统的内表面上形成生物膜。生物膜的沉积可作为致热原和内毒素经过非理想的膜10并污染高纯度渗透回路15/16。
因此，必须定期在反渗透系统上进行热消毒或化学消毒。
为此，中断操作，并且为该系统供给热能或化学消毒剂。
由于特别是化学消毒伴随的相当大的风险，所以在这里工作步骤必须进行人工监测。总的来说，这意味着大量的工作。
本发明的目的还在于减少操作成本，一方面水中包含的化学成分、特别是阳离子不能通过离子交换器由氯化物替代，而另一方面还要减少或取消特别是RO初级侧的化学消毒或者热消毒。
根据本发明可以有效地实现该目的，其中在初级循环回路5/17/9/18中或者同样在扩展的初级回路1/4/5/17/9/18中，流过该回路的液体，特别是混合水或者另外流入的自来水，受到电磁场或电场或电解作用的电解力或者超声波的气蚀力或者它们的组合的影响。
在这里，微生物通过电脉冲被氧化或者被抑制繁殖或者被减少。
水分子是明显的偶极子。因此，在水分子之间存在形成氢键结构以及由此形成大型水分子簇的引力。此外，一些物理理论同样起源于电子的偶极振子。
从形式上看，物理抗氧化钙功能在于稳定溶于水中的氧化钙，使得一方面，没有形成大型的附着簇，氧化钙由于高浓度极化作用而沉淀在该附着簇的边缘上，另一方面，结晶体(盐)的电子偶极子受到影响，从而形成所谓的晶种并且使水分子以及进一步使结晶体附接到该晶种上。
带有其偶极式电荷的通常大型水分子簇被拆开，并且将它们布置成使得主要形成超小水分子簇。
如图2所示，本发明提供位于反渗透系统的初级环路中的清洗室21，该清洗室的设计允许且提供电或磁或电磁或电解或超声波效应或者液体流过时不同物理效应的组合。
然而，清洗室21的使用和安装位置并不局限于所述功能。
尤其是电解池中含氧自由基的杀菌效果使化学消毒或热消毒成为多余的。因为有毒的氯经过膜并且使膜表面10破损，所以这里应当没有形成游离的氯。
包含在液体中的微生物在经过电解池时被氧化并因此被减弱或者被杀光。
已经发现，如果暴露于强电脉冲或电磁场，则微生物也会减少。
迄今为止还不存在对超声波脱钙预防或声化学氧化法的系统研究。
然而，测试后已经发现了氧化钙在水中的稳定性和微生物的减少这两者。
超声波作为纵波在液体中传播，该纵波以相延迟方式伴随有压力波。由于压缩阶段和膨胀阶段之间的变化而产生过压和负压。在压缩阶段中，在液体分子上施加正压。在膨胀阶段施加负压，也就是说分子被拉开。
在内爆期间进行的过程对超声化学效应非常重要。这些过程主要是处于极端条件下，极端条件允许进行在正常情况下不能发生的化学反应。在内爆期间进行的过程不能完全明了，但是在RO中采用时可带来期望的效果。
此外，很有利的是以超声方式进行液体特别是未溶解的碳酸的脱气，因为该液体经过膜并且有助于增加渗透传导率。
当超声波和电解作用相结合时，借助于超声波的阴极脱钙作用是有利的。
因为在清洗室已经关闭后电解产生的含氧自由基的消毒作用以及液体中氧化钙结晶体的稳定性仅仅是暂时性的，所以有利地通过马达或者(在安装了固定流阻装置的情况下)通过带有排出阀26的旁通阀周期性地打开或者在操作循环末期打开高压节流阀20。这会突然增加初级循环回路中的流量并且液体传导构件的表面注满并溢出。
有利地，在这里通过测量氧化还原电势23来确定含氧自由基的储存效果。
因为清洗室21的效果不能由用户直接通过其物理效应或其晶体形成效果来确定，所以为初级回路设置钙化显示器28具有极大优势。
在这里，构件或液体传导管线可用透明或半透明材料构造而成，以便可视化地检查钙化现象。然而，这不允许对沉积的强度给出定性声明。
进一步地，钙化或污染以及微生物污染传感器或检测器是光电发射器/接收器单元。
在有利的构造中，发射器/接收器单元布置在平面中。在这光发射器信号发射到相反的反射面上并从反射面反射到光接收器。
优选的方案是具有相对设置的发射器/接收器传感器的透明管部分。在这里接收器信号的数量是污垢程度(degree of soiling)的直接函数。
在具有已知容量的可热清洗系统中，加热表面上的污垢可以被利用，使得在脏的加热表面的情况下输入到液体内的热或能量持续时间较长，并且在这里能量输入可被用作污垢程度的量度标准。
有利地，在泵6的操作期间，一旦焙烧传感器28提出清洗要求，就通过喷水泵29和金属容器连接装置19吸入柠檬酸或另一种酸，并且柠檬酸或另一种酸由加热器24加热到适中温度以杀死残留细菌并去除结晶体。
有利地，如果容器35安装在回流管线16中且包括低温渗透液或通过加热器37以热形式储存的渗透液，那么维持该清洗作用且溶解残留的结晶体，并且泵34用于反渗透中的初级侧的液体交换。在这个过程中，渗透液被进给到缓冲容器5并利用泵6进行分配，直至反渗透的初级侧容量进行交换并且从膜表面10去除残渣。除了容器35和泵34，还能够使用利用弹性膜或预加载波纹管的膨胀容器。
具有极大优势的是，为了提高时间效应并增强物理效应，额外的循环泵30可连接到位于富集体出口42和混合水入口39之间的清洗室21a。这可以是具有与清洗室21不同的物理效应的额外的清洗室。
这在膜10的最佳溢流意义上确保通过初级回路的流量，即基本上与用于混合水供应的泵6的作用、压力增加和循环性能无关。
进一步的重要优势在于图2所示的布置可另外并且显著地节能。因为泵6仅仅传递渗透液和排出容量而没有循环功能，所以其电气相关负载可减少至大约三分之一。
为了监测安全的泵操作，磁流量监测器33有利地与止回阀21/32连接。
为了去除物质残渣，另一个发明性特征是，初级循环回路的液体经由切向入口通过圆柱形离心室25进行传送，能够通过液体压力转动的涡轮机叶片在该离心室的上端部上将待分离的物质和颗粒向下传送并使清洗的液体向上经过中空轴或滤网式圆筒。
要沉淀的颗粒或氧化钙簇的收集室位于离心室25下方。如果存在离心室，那么排出阀26可以固定到收集室。
进一步地，该离心室25的构造设计成例如螺旋向下引导的螺旋式液体导向装置。
在更有利的构造中，没有涡轮机叶片的离心室25可以与清洗室21结合为一个单元。
然而，图2所示的构件的安装位置并不限于所述场合，但是首先起到概论的作用。
具有极大优势的是，还建议用于清洗室控制的动力输出级应当被构造为使得它们能够相对于频率和电流进行调节并且应当通过反渗透系统的处理器进行故障控制和监测。具体的位组合在这里可以是作为测试信号的输出并利用监测设备进行监测，相应的操作状态以及信号形状通过反渗透系统的显示设备显示并利用存储器模块存储。
通过接口，例如反渗透系统的微控制器的以太网连接可在任何时候调取数据。
所有相关部分，例如该反渗透系统或其分配系统的管线部分17和/或15/16或供给管线1都应装备有控制器和若干个端级(end stages)和清洗室。
此外，在这种情况下，具有相同或不同化学效应的若干个清洗室可以串联或并联连接。
根据供给自来水的水质，通过人工方式布置或装备清洗室的同时进行脱钙和杀菌。
图3显示出带有3个电极的清洗单元21的结构，中间电极43在空间和电学意义上与两个外部电极40分隔。液体在这里可以通过流动通道55以双向方式引入该单元内。由于外部电极40的大表面分布，所以在内部电极室内实现均匀的电势分布。分隔件41作为内部电极43的安装空间。杯形外部电极40必须装备有不同的连接器，例如卡箍连接装置57、插入式连接件连接装置59或软管连接装置50。
内部电极43作为环形电极主体插到分隔件41内。
根据本申请，外部电极40的材料由特种钢、钛、混合氧化钛或烧结石墨组成。
内部电极43由氧化稳定材料组成，例如传导性石墨、混合氧化钛、金属氧化物的陶瓷混合物、氧化钛或钴。
可能通过材料的选择来使该单元也能电容性地作为电解池或电磁单元或具有电流和电压电极连接件的单元操作。优选地，电源连接装置的电极连接到桥接的外部电极40，而另一个电极连接到内部电极。
在这里，在电解池内，内部电极43为阳极而外部电极40为阴极。
图3a显示出带有已安装的内部电极43b及其电源45的分隔件41。在此，内部电极室43b以这种方式填充，即为了增加液体的停留时间而提供更大的面积。该电极优选为填充有烧结石墨或另一种含有石墨的材料，从而分别进行阳极脱钙和晶种制备。
图3b显示出具有连接件46/47的、由两部分组成的分隔件41。该具有内部电极43的分隔件41可以任何期望的方式串联并插入外部电极40中，使得形成具有四个或更多个电极的单元。在此两个外部电极40可以是电学结合的并且电连接到不同的内部电极43a和43b以使内部电极43a/43b获得单独电势。
内部电极43a的材料包括混合金属氧化物而内部电极43b的材料包括烧结石墨。因此可以利用该单元通过内部电极43a实现含氧自由基的阳极氧化以及通过另一个内部电极43b实现氧化钙的阳极稳定。
图4显示出具有3个电极和线圈绕组51的组合式清洗室的设计。在此通过液体中线圈产生的磁场的磁力线进行脱钙。在液体中使用特氟隆胶囊式环形磁铁或位于分隔件41而不是线圈绕组51外部的环形磁铁是可行的。
为了形成灭活微生物的含氧自由基，两个外部电极40是电解池的阴极而内部电极42是该电解池的阳极。
超声波连接装置52用来接纳压电陶瓷超声波致动器。在这种情况下，优选通过外部电极40的钛或氧化钛进行到液体中的超声波接入。
根据材料设备和控制，该单元可通过连接装置52与电解池或超声单元结合为用于脱钙的电磁单元或者通过连接装置40/43结合为用于灭活微生物的电容穿孔单元。在作为电容穿孔单元的操作期间，外部电极40电连接并在此与内部电极43一起作为电容器极板。
由RO电子系统控制的端级为该单元的电极提供高频脉冲或者与液体一致的频率、脉冲、信号形状。对该单元而言，电磁、电解和超声波效应的组合是可行的。
图4a显示出通过卡箍连接装置53连接两个清洗室21的可能性。在此通过插入到槽48中的密封环58进行液体密封。在这种情况下可以通过卡箍连接装置53进行外部电极40的供电。清洗单元的组合允许利用全光谱和液体上的所有上述物理效应。在此清洗室21还可在该反渗透系统中的不同位置以不同效应进行操作。同时该卡箍连接装置用作该清洗单元21在该反渗透系统中的机械固定。
图4b显示出竖直清洗室21与离心室25相结合的设计。在此液体通过连接装置51沿切向引入分隔件41并通过环形间隙60向连接装置49传送。连接装置40/49是物质残渣的收集室，同时用来容纳和连接排出阀26。
在此没有物质残渣的液体进一步经由连接装置40/57通过管状内部电极(阳极)43c的内腔59进行传送。两个外部电极40在此结合并连同管状内部电极43c一起形成电解或穿孔或电磁清洗单元。这种形式的清洗室同样有利地插入到供给管线1中。
还可能的是，将膜插入清洗室内部，该膜有选择地留住有毒的水成分且没有残渣。然而结构和布置不限于所述功能和设备。
清洗单元的特殊变形(未示出)是基于外部和内部电极由膜的多孔壁分隔的措施(measure)。在这里，该膜仅仅可渗透特殊离子并且确保例如有毒的物质保留在阳极室内而不会经过例如离子交换树脂的膜。
另一种特殊变形是清洗单元的设计，具有用于消除或减少由氧化或者还有氢气形成的有机化学残渣的催化剂。
  1.   具有过滤器的进给管线
  2.   阳离子交换器
  3.   精细过滤器
  4.   阀
  5.   供应容器
  6.   泵
  7.   反渗透过滤器
  8.   次级回路
  9.   初级回路
  10.   膜
  11.   流阻装置
  12.   阀
  13.   消耗连接装置
  14.   压力保持阀
  15.   进给渗透管线
  16.   回流渗透管线
  17.   抽吸管线
  18.   富集体管线
  19.   金属容器连接装置
  20.   马达驱动的流阻装置或旁通阀
  21.   清洗室
  22.   超声波传感器
  23.   氧化还原测量
  24.   加热器
  25.   离心室
  26.   排出阀
  27.   排出装置
  28.   焙烧传感器
  29.   泵
  30.   循环泵
  31.   去耦阀
  32.   去耦阀
  33.   簧触点
  34.   加热泵
  35.   热水处理装置
  36.   放出阀
  37.   加热器
  38.   放出阀
  39.   混合水入口
  40.   阴极连接装置(电源)
  41.   分隔件
  42.   富集体出口
  43.   阳极连接装置(电源)
  44.   填充的阳极室
  45.   电源阳极(中间电极)
  46.   分隔件1
  47.   分隔件2
  48.   密封环座
  49.   插入式连接件连接装置
  50.   软管连接装置管口
  51.   线圈绕组
  52.   超声连接装置
  53.   卡箍连接装置
  54.
  55.   流动通道
  56.   侧向连接装置
  57.   卡箍连接装置
  58.   密封件
  59.   管状内部电极
  60.   环状间隙

Claims (9)

1.一种用于根据反渗透原理生产超纯水的设备，其包括：由RO膜细分为初级回路和次级回路的反渗透过滤器；在RO膜上游的泵；在初级回路中在RO膜下游的、用于使RO膜中压力增加的节流阀(20)；在节流阀下游的、具有脱钙装置的至少一个清洗室(21)；
其特征在于，所述设备还包括：
位于所述至少一个清洗室的下游的离心室(25)，并且所述离心室的底部连接到排出阀，
其中，节流阀(20)能通过马达或者在安装了固定流阻装置的情况下通过带有排出阀(26)的旁通阀被打开，由此初级回路中的流量突然增加并且液体传导构件的表面注满并溢出。
2.根据权利要求1所述的设备,
其特征在于
该清洗室(21)包括电容装置和/或电磁装置。
3.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
该初级回路的部分液流仅仅经过膜(10)和清洗室(21)经由循环泵(30)进行循环。
4.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
该清洗室(21)具有三个电极连接件。
5.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
该清洗室(21)设置有用于产生磁场的线圈(51)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，
其特征在于
两个或更多个清洗室(21)串联连接或并联连接。
7.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
初级回路设置光学或光电钙化传感器(28)。
8.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
插入有清洗室，以用于在渗透回路(15、16)中产生电解臭氧。
9.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于
离心室(25)插入到该初级回路中，并且该离心室的底部连接到该排出阀(26)。
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