CN102405193A - 催化水处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于处理水的方法、设备和系统。该方法、设备和系统采用结合于负载材料的各种水处理剂降低溶解水硬度。本发明还包括使用处理过的水的方法，例如，在清洗或食品加工应用中。

Description

催化水处理方法和设备

领域

本发明涉及用于处理含水体系即水源或水流的方法和装置。特别是，本发明提供了采用结合到负载材料的各种水处理剂用于降低溶解的水硬度的方法和装置。还提供了用于抑制或减少结垢形成的方法。本发明还涉及使用处理过的水用于例如清洗过程的方法。

背景

在水中的硬度水平可在许多系统中具有有害作用。例如，当硬水单独或与清洁组合物与表面接触时，其可导致在接触的表面上的硬水垢状物。通常，硬水指的是具有超过以ppm碳酸钙表示的大约100ppm的总的钙和镁离子水平的水。经常，在硬水中钙对镁的摩尔比为大约2∶1或大约3∶2。尽管大多数位置有硬水，但不同的位置水硬度趋向于不同。

水硬度已经以各种方式来解决。一种当前用来软化水的方法是通过离子交换软化水，例如在水软化装置中将在水中的钙和镁离子与树脂层结合的钠交换。钙和镁附着于在软化剂中的树脂。当树脂变得饱和，必须使用溶于水中的大量氯化钠来再生它。钠代替钙和镁，将其在盐水溶液中与氯化物一起从加入的氯化钠中冲洗出。当软水剂再生时，它们产生包含大量氯化物和包括钠、钙和镁盐的盐的废料流，对系统例如其中将它们处理的下水管道系统产生负担，包括大量的下游水再利用应用如饮用水使用和农业。此外，传统的软水剂增加在排放表面水中的含盐量，其在某些位置变成环境问题。因此需要一种方法来处理水硬度，而不使用大量氯化钠。

还已知硬水降低了清洁剂的效力，例如通过在表面上形成薄膜，以及与清洁剂组分反应使得清洁剂在清洗过程中发挥功能较少。一种用于抑制的方法包括将螯合剂或多价螯合剂以足以处理硬度的量加入要和硬水混合的清洁剂组合物。在几种情况下，已经发现螯合剂和多价螯合剂(例如磷酸盐和NTA)导致环境或健康问题。然而，在许多情况中，水硬度超过该组合物的螯合能力。因此，释放的钙离子可能受到组合物的活性组分的侵蚀导致腐蚀或沉淀，或者导致其他有害作用，如差的清洁效力或者石灰垢状物聚集。

概述

在一些方面，本发明提供了用于处理水的设备。该设备包括：提供水源至处理容器的入口。将一种或多种催化剂放入处理容器内的位置。该催化剂包括结合到负载材料的水处理剂。该水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源。该设备还包括用于从该容器提供处理过的水的出口。

在一些具体实施方案中，该设备位于洗涤系统内。例如，在一些具体实施方案中，该设备位于选自以下组的自动洗涤系统内：自动器具洗涤或洗碗机、自动车辆洗涤系统、仪器洗涤机、现场清洗系统、食品加工清洗系统、洗瓶机、自动洗衣机及其组合。在一些具体实施方案中，该设备可位于来自输送到洗涤机的水管线的上游。

在其他方面，本发明涉及处理水源的方法。该方法包括将水源与催化剂接触。该催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源，使得处理水。在一些具体实施方案中，处理过的水具有显著降低的溶解水硬度。在一些具体实施方案中，接触的步骤可以包括使水源通过该催化剂。

在其他方面，本发明涉及使用处理过的水源来清洗物品的方法。该方法包括用催化剂处理水源。该催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源。使用溶液由处理过的水和清洁剂形成；并将该物品与使用溶液接触使得清洗该制品。

在仍然其他方面，本发明涉及处理食品加工流的方法。该方法包括将食品加工流与催化剂接触。催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中该水处理剂包括镁离子的来源，使得处理食品加工流。

附图简要说明

图1是根据本发明的具体实施方案用于处理水的设备的示意图。

图2是在水中洗涤的试验玻璃杯的照片，将其根据本发明的具体实施方案处理以降低溶解水硬度。

图3A是在没有助洗剂和漂洗助剂的清洁剂中用未处理过的水洗涤的试验玻璃杯的照片。

图3B是在没有助洗剂和漂洗助剂的清洁剂中以及用按照发明的具体实施方案降低溶解水硬度处理的水洗涤的试验玻璃杯的照片。

图3C是在具有助洗剂和漂洗助剂的清洁剂中且用未处理过的水洗涤的试验玻璃杯的照片。

图3D是在没有助洗剂和漂洗助剂的清洁剂中以及用按照发明的具体实施方案降低溶解水硬度处理的水洗涤的试验玻璃杯的照片。

图4A和4B是用未处理的水、用钙结合的树脂处理过的水、用镁结合的树脂处理过的水以及用氢结合的树脂处理过的水洗涤的试验玻璃杯的照片。

说明

本发明涉及处理水因此控制和/或降低溶解水硬度的设备和方法。在一些具体实施方案中，降低了水硬度的溶解钙部分。在一些具体实施方案中，水处理剂结合至树脂并用于处理水。在一些具体实施方案中，水处理剂是镁以及该树脂是弱酸阳离子交换树脂。

按照本发明的方法处理的水具有很多有益效果，包括但不限于：减少在其中硬水可能导致污垢的区域的垢状物和污垢；保护设备例如工业设备不受垢状物聚集；当与常规的清洁剂组合物使用时提高清洁效果；以及减少具体的化学试剂的需求，例如在下游清洁过程中那些包含限度剂(threshold agent)、螯合剂或多价螯合剂的，或磷的。

在一些方面，本发明提供用于处理水的方法。在一些具体实施方案中，减少了水硬度的溶解钙的部分。在一些具体实施方案中，将水与包括水处理剂的催化剂接触。在其他方面，本发明提供了用于在含水体系中抑制或减少结垢形成的方法，包括将含水体系与包括一种或多种结合到负载材料的水处理剂和/或一种或多种未结合的转化剂的催化剂接触。

为了本发明可容易地理解，首先限定某些术语。

如此处所用的，术语“助洗剂”、“螯合剂”和“多价螯合剂”指的是以特定摩尔比与水硬度离子(来自洗涤水、污垢和洗涤的基材)形成配合物(可溶的或不可溶的)的化合物。能形成水溶性配合物的螯合剂包括三磷酸钠、EDTA、DTPA、NTA、柠檬酸盐等。能形成不可溶的配合物的多价螯合物包括三磷酸钠、沸石A等。如此处所用的，术语“助洗剂”、“螯合剂”和“多价螯合剂”是同义。

如此处所用的，术语“没有螯合剂”或“基本上没有螯合剂”指的是不含螯合剂、助洗剂或多价螯合剂或者往其中仅加入了极少量的螯合剂、助洗剂或多价螯合剂的组合物、混合物或成分。若存在螯合剂、助洗剂或多价螯合剂，螯合剂、助洗剂或多价螯合剂的量应当小于大约7wt％。在一些具体实施方案中，螯合剂、助洗剂或多价螯合剂的量小于大约2wt％、小于大约0.5wt％或小于大约0.1wt％。

如此处所用，术语“缺乏有效量的螯合剂”指的是包含太少的螯合剂、助洗剂或多价螯合剂而不能以可测定的程度影响水的硬度的组合物、混合物或成分。

如此处所用，术语“溶解水硬度”指的是以离子形式溶解在含水体系或来源中的硬矿物质，即Ca⁺⁺和Mg⁺⁺。当它们处于沉淀状态时，溶解水硬度不指硬度离子，即当超过在水中的钙和镁的各种化合物的溶解度极限，那些化合物作为各种盐沉淀，例如碳酸钙和碳酸镁。

如此处所用，术语“水溶性”指的是以大于1wt-％的浓度可溶于水的化合物或组合物。

如此处所用的，术语“微溶”或“轻微水溶”指的是仅以至0.1到1.0wt-％的浓度溶于水的化合物。

如此处所用，术语“基本上水不溶”或“水不溶”指的是仅以小于0.1wt-％的浓度溶于水的化合物。例如，氧化镁被认为是不可溶，因为其在冷水中具有大约0.00062的水溶性(wt％)，以及热水中大约0.00860。用于本发明的方法的其他不溶性化合物包括例如：具有在冷水中0.00090以及在热水中0.00400的水溶性的氢氧化镁；具有在冷水中0.00153和在热水中0.00190的水溶性的文石；具有在冷水中0.00140和在热水中0.00180的方解石。

如此处所用，术语“限度剂(threshold agent)”指的是抑制水硬离子从溶液中结晶的化合物，但不必与水硬离子形成特定的配合物。这使得限度剂区别于螯合剂或多价螯合剂。限度剂包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、烯烃/马来酸共聚物等。

如此处所用，术语“不含限度剂”或者“基本上不含限度剂”指的是不包含限度剂或者往其中仅加入极少量的限度剂的组合物、混合物或成分。若存在限度剂，限度剂的量应当小于大约7wt％。在一些具体实施方案中，限度剂的这样的量小于大约2wt-％。在其他具体实施方案中，限度剂这样的量小于大约0.5wt-％。在仍然其他具体实施方案中，限度剂这样的量小于大约0.1wt-％。

如此处所用，术语“抗再沉积剂”指的是有助于保持污垢组合物悬浮在水中而不是再沉积到正在清洗的对象上的化合物。

如此处所用的，术语“不含磷酸盐”或者“基本上不含磷酸盐”指的是不包含磷酸盐或包含磷酸盐化合物或者往其中不加入磷酸盐或含磷酸盐化合物的组合物、混合物或成分。若磷酸盐或含磷酸盐化合物由于污染无磷酸盐组合物、混合物或成分而存在，磷酸盐的量应当小于大约1.0wt％。在一些具体实施方案中，磷酸盐的量小于大约0.5wt％。在其他具体实施方案中，磷酸盐的量小于大约0.1wt％。在仍然其他具体实施方案中，磷酸盐的量小于大约0.01wt％。

如此处所用，术语“无磷”或“基本上无磷”指的是不包含磷或含磷化合物或往其中不加入磷或含磷化合物的组合物、混合物或成分。若通过无磷组合物、混合物或成分的污染存在磷或含磷化合物，磷的量应当小于大约1.0wt％。在一些具体实施方案中，磷的量小于大约0.5wt％。在其他具体实施方案中，磷的量小于大约0.1wt％。在仍然其他具体实施方案中，磷的量小于大约0.01wt％。

“清洗”指的是进行或促进去污、漂白、微生物群体减少或其组合。

如此处所用，术语“器具”指的是物品餐具和炊具和碟，以及其他硬表面如淋浴器、水槽、盥洗室、浴缸、台面、窗户、镜子、交通车辆和地板。如此处所用，术语“器具洗涤”指的是洗涤、清洗或漂洗器具。

如此处所用的，术语“硬表面”包括淋浴器、水槽、盥洗室、浴缸、台面、窗户、镜子、交通车辆、地板等。

如此处所用的，措词“卫生保健表面”指的是用作卫生保健活动的部件的器材、装置、车、箱、用具、结构物、建筑等的表面。卫生保健表面的实例包括医用或牙齿仪器、医用或牙齿装置、高压消毒器和杀菌器、用于监测病人健康的电子器具、以及其中进行卫生保健的建筑物中的地板、墙壁或固定物的表面。卫生保健表面存在于医院、外科病房、病患、分娩、太平间和临床诊断房间。这些表面可以是那些典型地作为“硬表面”(如墙壁、地板、便盆，等)或结构表面例如编织、织造和无纺表面(如手术衣服、布料、床用织物、绷带等等)或病人护理设备(如呼吸器、诊断设备、分流器、身体观察仪器、轮椅、床等)或外科以及诊断设备的。卫生保健表面包括用于动物卫生保健的制品和表面。

如此处所用的术语“仪器”指的是能得益于采用根据本发明的方法处理的水清洗的各种医疗或牙齿仪器或装置。

如本文所用的措辞“医疗仪器”、“牙科器材”、“卫生器材”、“牙齿装置”、“医疗器械”或“牙科设备”指的是用于医学或牙科的仪器、装置、工具、用具、器具和设备。这样的仪器、装置和设备可以冷杀菌、浸泡或清洗然后加热杀菌，或者得益于采用根据本发明处理的水来清洗。这些各种仪器、装置和设备包括但不限于：诊断仪器、托盘、盘、支持物、支架、钳子、剪刀、大剪刀、锯(例如骨锯及其刀片)、止血钳子、刀、凿子、咬骨钳、锉刀、镊子、钻子、钻齿片、磨具、套环、撑柱、粉碎机、起子、卡子、针夹、托架、夹子、钩、圆凿、刮匙、牵引器、矫直机、冲头、抽出器、铲子、角膜刀、刮铲、压榨器(expressor)、套针、扩张器、箱、玻璃器皿、管子、导管、套管、塞子、支架、观察仪器(例如内窥镜、听诊器和关节内窥镜)和相关设备等，或其组合。

如本文所用的，术语“洗的衣物”指的是纺织和无纺织物，以及纺织品。例如，洗的衣物包括但不限于衣服、床上用品、毛巾等。

如本文所用的，术语“水源”指的是任何能用于本发明的方法、系统和设备的水源。适用于本发明的示例性的水源包括但不限于来自城市用水来源的水、或非公用水系统例如公用给水或井。水可以是自来水、井水、由城市用水系统提供的水、由非公用水系统供给的水和/或直接来自该系统或者水井的水。水也包括来自用过的蓄水池的水如用来储存循环水的回收容器、储水池或其任何组合。在一些具体实施方案中，水源不是工业过程水例如由沥青回收操作产生的水。在其他具体实施方案中，水源不是废水流。

本发明的方法、系统、设备和组合物可包括本发明的组件和成分以及本文所述的其他成分，或者基本上尤其组成，或由其组成。如本文所用的“基本上由......组成”指的是该方法、系统、设备和组合物可包括额外的步骤、组件或成分，但仅仅是如果附加的步骤、组件或成分不实质上改变要求保护的方法、系统、设备和组合物的基本和新型的特征。

如本文所用的，“重量百分数”、“wt-％”、“重量百分率”、“％重量计”及其变化形式指的是物质的总量除以组合物的总重并乘以100的物质的浓度。当理解的是，这里所用的“百分比”、“％”等确定为与“重量百分数”、“wt-％”等同义。

如本文所用的，术语“大约”或“近似”指的是例如通过在实际工作中用于制造浓缩物或使用溶液的一般的测量和液体处理程序；通过在这些程序中非故意的误差；通过用于制造该组合物或进行该方法的成分的制造、来源或纯度等可能发生的数值量上的变化。术语“大约”也包括对于有特定的起始混合物产生的组合物的不同平衡条件而不同的数量。不管是否用术语“大约”修饰，权利要求包括等效的量。

应当注意到，用于本说明书和所附的权利要求，单数形式“一”、“一个”以及“这个”包括复数个对象，除非另有内容明确说明。因此，例如，包含“化合物”的组合物包括具有两种或更多种化合物的组合物。应当注意到术语“或”通常以其包括“和/或”的意义使用，除非内容另有明确说明。

水硬度/水源

在一些方面，将本发明的设备和方法用于处理水源使得控制和/或降低在水源中的溶解水硬度。处理的水源可以是将得益于根据本发明的方法处理的具有硬度的任何水源。适于采用本发明的方法的示例性的水源包括但不限于，如来自城市用水源的普通自来水，或者非公用水系统例如公共给水或水井。水可以是自来水、井水、由城市用水系统提供的水、由非公用水系统提供的水和/或直接来自该系统或水井的水。在一些具体实施方案中，水源不是工业过程水例如由沥青回收操作产生的水。在其他具体实施方案中，水源不是废水流。

本发明的设备、系统和方法包括处理水源使得控制水的溶解硬度。在一些方面，将水的溶解硬度降低。在一些方面，本发明提供用于减少或抑制含水体系中的结垢形成的方法。

在一些具体实施方案中，将含水体系即水源与结合到树脂的一种或多种水处理剂和/或未结合的转化剂接触。不希望受任何具体理论的约束，认为水处理剂导致水中的溶解钙水硬离子通过界面反应从溶液中显著沉淀，如以热力学不利的晶形的文石形式的碳酸钙而不是以热力学有利的晶形方解石。文石是不能很好地结合到表面且不形成硬水垢状物的脆性结晶，而方解石是紧密结合到表面，形成以文石看不到的硬水垢状物的更坚固的结晶。因此，将水与本发明的水处理剂接触降低了处理过的水的溶解水硬度，并导致与处理过的水接触时减少在表面上的结垢形成。在接触水处理剂之后，文石结晶还起到充当进一步减少溶解钙的晶种。

本发明的方法在除去或防止结垢形成上尤其有效，其中的结垢包括钙盐，例如磷酸钙、草酸钙、碳酸钙、碳酸氢钙或硅酸钙。想通过本发明防止或除去的垢状物可通过上述离子的任意组合而形成。例如，结垢可包括碳酸钙和碳酸氢钙的组合。

在一些具体实施方案中，在用本发明的方法、设备或系统处理之前，水源具有在大约6和大约11之间的pH。在一些具体实施方案中，处理之前，水源的pH大于大约8。在一些具体实施方案中，水源的pH提高到大于9，以及在一些具体实施方案中，在处理前，pH大于10。在一些具体实施方案中，在接触催化剂之前，水源的pH提高，如通过将碱性化学物质注入进料流或通过采用自缓冲的碱源如MgO或方解石至水源。在一些具体实施方案中，在用催化剂处理之前，水源具有大于大约9的pH，因为避免了沉淀物的大量的絮状形成，沉淀物不需要过滤。例如，可将多于200ppm碳酸钠(例如直至大约5,000ppm)加入处理过的水源，提高pH至高于大约10，以及处理过的水不需要进行过滤。

催化剂

发明的具体实施方案包括包含负载介质和结合到负载介质的水处理剂的催化剂。水处理剂可离子结合或物理结合到负载介质上。催化剂可包含在处理容器内。在一些具体实施方案中，催化剂包含未结合到负载介质的另外的功能成分。在进一步的具体实施方案中，该催化剂包括结合到负载介质的一种或多种水处理剂以及未结合到负载介质的一种或多种另外的官能成分。

如本文所用的，术语“水处理剂”指的是导致在水中的溶解钙显著地从溶液中以被认为热力学不利的晶形文石而不是热力学有利的晶形方解石的形式作为碳酸钙沉淀出的物质。文石是不会很好地结合到表面且不形成硬水垢状物的脆性结晶，而方解石是紧密地结合到表面，形成硬水垢状物的更坚固的结晶，这用文石时看不到。

适用于本发明的方法和设备的水处理剂包括镁离子、铁离子、铝离子、钛离子和锌离子以及钙的多晶形物的来源。在一些具体实施方案中，适用于本发明的方法和设备的水处理剂不包含铝、锌和/或钛离子。可使用一种或多种水处理剂。在一些具体实施方案中，水处理剂选自镁、铝和钛离子和多晶形物钙的来源。在一些具体实施方案中，水处理剂仅包含镁离子来源。

虽然不希望受理论约束，相信水处理剂通过起到将碳酸钙以文石形式沉淀出水的成核晶种的作用而充当催化剂。因此，水处理剂不进行离子交换，离子交换将要求以树脂用新水处理剂再负载，如在现有的水处理系统中。相反地，水处理剂保持靠近催化剂并继续促进在延长期限的时间的碳酸钙沉淀，而长时间不需要替换。因为文石沉淀到树脂系统的表面上，其促进进一步文石沉淀。因为将离子交换柱搅动，一些文石结晶在树脂系统表面上被破坏并作为沉淀的晶种混合回水中。该过程达到稳定状态，因此结晶的速率等于从表面去除的速率。

上面的实验已经表明在处理25,000加仑水每磅树脂之后催化剂必定持续起作用。实际上，催化剂的寿命将取决于水的条件以及水中存在的污染物。在平均水条件下，催化剂可持续1或2年，而以非常好的水条件或者以低的水使用率，其可持续5或10年。在一些具体实施方案中，与水处理剂接触的水形成包含不同于水处理剂的阳离子的沉淀。例如，在一些具体实施方案中，水处理剂包括镁离子来源且形成的沉淀包含钙。在一些具体实施方案中，与水处理剂接触的水形成钙沉淀物，采用本发明的方法形成的钙沉淀物使得沉淀物(例如文石结晶)无害地流过水源。也就是说，在一些具体实施方案中，不同于常规的水处理系统，不需要过滤器或者从处理过的水中除去沉淀物。

该催化剂可进一步包含另外的官能成分。适用于本发明的方法的另外的功能成分包括赋予有益的性质至催化剂、处理的水源或其任意组合的的任何材料。例如，当与水源接触时，可加入有助于防止催化剂“凝结”(即颗粒的结块)的功能组分。

在一些具体实施方案中、本发明的催化剂进一步地包括一种或多种附加的功能成分，包括但不限于金属氧化物、金属氢氧化物、多晶形物的碳酸钙(非方解石形式)以及其组合和混合物。在一些具体实施方案中，该附加的成分包括一种或多种金属氧化物如氧化镁、氧化铝和二氧化钛。在一些具体实施方案中，该附加的功能成分包括一种或多种金属氢氧化物例如氢氧化镁、氢氧化铝和氢氧化钛。多晶形物的碳酸钙如文石也可用于发明的具体实施方案。

在一些具体实施方案中，所用的附加的功能成分包括金属氧化物和金属氢氧化物的组合，如氧化镁和氢氧化镁。附加的成分可以适用于本发明的方法的任何形式，例如固体、颗粒、液体、粉末、纳米颗粒、淤浆。在一些具体实施方案中，使用附加的功能成分的固体来源。

在一些具体实施方案中，催化剂包括结合到负载介质的水处理剂和未结合的附加的功能成分的组合。例如，在一个具体实施方案中，催化剂包括结合到负载介质的镁，以及未结合的另外的成分如氧化镁和/或氢氧化镁。在一些具体实施方案中，结合的水处理剂和未结合的另外的成分物理上一起存在，如在同一处理容器中一起混合或者在相同的处理容器中作为分开的层。在其他具体实施方案中，结合的水处理剂和未结合的另外的成分是分开的，如在串联运行的不同处理容器中。

在一些具体实施方案中，附加的功能成分包括钙和镁离子的混合的阳离子化合物。在一些具体实施方案中，附加的功能材料包括碳酸钙镁，也可以其名称“白云石”已知的一些天然矿物质。在一些具体实施方案中，将一种或多种附加的功能成分结合到负载材料。

负载材料

在一些方面，用于本发明的催化剂包括负载材料。该负载材料可以是水处理剂可与之结合的任何材料。在一些具体实施方案中，催化剂包含多余一种不同的负载材料。

在一些具体实施方案中，负载材料具有略高于水的密度的密度以最大化负载材料的流化和/或搅拌。在一些具体实施方案中，负载材料通过离子或静电力结合阳离子。在一些具体实施方案中，结合的阳离子是镁。在一些具体实施方案中，负载材料是惰性的。

在一些具体实施方案中，水处理剂包括树脂。在一些具体实施方案中，负载材料是能优先于结合钙离子而结合镁离子的树脂。用作负载材料的树脂可包含任何离子交换树脂。例如，在一些具体实施方案中，树脂包括酸阳离子交换树脂例如弱酸阳离子交换树脂或强酸阳离子交换树脂。在其他具体实施方案中，负载材料是螯合树脂。

在一些具体实施方案中，树脂包括丙烯酸聚合物或甲基丙烯酸聚合物。在一些具体实施方案中，负载材料不是无机的。在一些具体实施方案中，负载材料包括具有磺酸取代基的聚合物。例如，在一些具体实施方案中，负载材料不包括陶瓷材料和/或沸石。

负载材料可以任何形状和大小提供，包括珠、片材、棒、圆片或多于一种形状的组合。

水处理剂可以各种方式结合至负载材料。例如，树脂可通过离子交换机理负载镁树脂。在两步骤方法中，首先将酸性树脂上的氢与钠交换，然后采用水处理剂的盐与最终的阳离子交换。例如，在一些具体实施方案中，镁结合的树脂催化剂可从具有附着于活性部位如羧基的H+离子的弱酸阳离子交换树脂产生。可首先将弱酸阳离子交换树脂转化为钠形式，如通过将树脂浸泡在过量的氢氧化钠中4到12小时，然后用水漂洗，然后可将钠形式转化为镁形式，如通过使用可溶性镁盐如例如MgCl₂和MgSO₄。

或者，可将水处理剂采用一步骤方法结合到负载材料。在一些具体实施方案中，镁可直接与在酸性树脂表面上的氢交换。例如，可将树脂浸泡到过量的镁盐如MgCl₂或MgSO₄足够的时间如4到12小时，然后用水漂洗。可使用的可溶性镁盐包括例如氯化镁、硫酸镁。在其他具体实施方案中，可将弱酸阳离子交换树脂使用低溶解度镁来源如氢氧化镁、氧化镁转化为镁形式。例如，可将MgO加入包含树脂的设备，以及或者与树脂混合，或者用作设备的单独的预调节阶段。在一些具体实施方案中，采用一步骤方法使用MgO或MgOH将镁结合到负载材料，以及一些残余的MgO或MgOH保留在表面，其中它们可提高催化剂的水处理活性。

在其他具体实施方案中，该树脂包括具有附着于活性部位的H+离子的弱酸阳离子交换树脂。然后可通过使水源流过它而将树脂中和。不希望受到任何特别的理论的约束，认为当水流过树脂时，在水中的钙和镁离子将附着到树脂，从而中和它。

可将类似的两步或一步方法用于结合其他水处理剂如铝、钛、锌和多晶形物钙至负载材料。

在一些具体实施方案中，可将镁来源层提供在处理容器中在未中和树脂下面，因此当水流过容器时，将催化剂转化为镁形式。例如，首先将该容器用镁来源充满(可溶解的或不溶解)。将未中和的树脂加到镁来源的顶部。当水开始从底部向上流过容器时，其获得一些镁，以及该材料将与树脂反应以形成负载的催化剂树脂系统。

该水处理剂可离子地或物理地结合到负载介质。例如，在一些具体实施方案中，Ca2+或Mg2+具有与弱酸树脂基材的松散的离子键，提供大量的活性表面积，因为离子在其中以离子形式宽松地保持，并且催化文石的沉淀。

处理容器

本发明的具体实施方案包括包含催化剂的一种或多种处理容器。本发明的具体实施方案包括具有单个处理容器、一个或多个并联的处理容器和/或一个或多个串联的处理容器的系统或设备。在包括多于一个处理容器的具体实施方案中，每个处理容器可包含相同的一种或多种催化剂或者可包括不同的一种或多种催化剂。例如，可使水源通过多个容器，其在相同或分离的贮器中，包括相同或不同的催化作用，即结合到负载材料的水处理剂。

该处理容器可以是适于使用要处理的水和水的体积的任何形状或大小。在一些具体实施方案中，该设备包含包括处理容器的贮器。处理容器例如可以是水槽、套筒、各种形状或尺寸的滤床或柱。在一些具体实施方案中，将处理容器加压。在其他具体实施方案中，处理容器不加压。

本发明的一些具体实施方案包括包含进水口和出水口的处理容器。在一些具体实施方案中，水可通过相同的开口或通道进入和离开处理容器。在一些具体实施方案中，将处理容器包含在贮器中。要处理的水通过位于或接近贮器顶部的入口进入贮器，向下沿贮器壁(一个或多个)流动，并进入在贮器底部的处理容器。水朝着贮器的顶部向上流过处理容器，并通过在贮器顶部或接近贮器顶部的出口离开贮器。

根据本发明的具体实施方案的用于处理水的实例显示于图1中，本发明的设备的图示以标记10显示。该设备包括：用于提供水源至处理容器14的入口12；包括水处理剂16的处理容器14；用于从处理容器提供处理过的水的出口18；以及处理过的水的输送管线20。在一些具体实施方案中，处理过的水输送管线20提供水至选定的清洗装置。在一些具体实施方案中，在出口和处理过的水输送管线之间没有过滤器。流量控制装置22如阀24可提供在处理过的水输送管线20中以控制进入选定的最终用途装置例如器具洗涤机、洗衣机的处理过的水的流量。

在一些具体实施方案中，整个处理容器可以是可拆卸且可替换的。在其他具体实施方案中，可配置处理容器使得包含在处理容器内的催化剂是可拆卸的且可替换的。在一些具体实施方案中，处理容器包括包含水处理剂例如结合至负载材料如弱酸树脂的镁的可拆卸、便携式、可交换套管。

在一些方面，本发明提供了用于减少或控制溶解水硬度和/或减少结垢形成的方法，包括将水源与包括水处理剂的催化剂接触。接触步骤可以包括但不限于使水源流过或通过包含水处理剂的固体来源例如柱、套筒或水槽。接触时间取决于各种因素，例如包括水源的pH、水源的硬度和水源的温度。

在一些具体实施方案中，该催化剂处于搅拌床或柱的形式。该床或柱可以通过任何已知的方法来搅动，例如通过水流通过该柱、流化、机械搅拌或混合、高流动回冲、再循环、空气喷射、喷射器流动及其组合。在一些具体实施方案中，该催化剂包括在处理容器中的流化床例如柱或套筒。流化由提高通过该床的流体例如水的速度以使得其处于超过介质的最小流化速度而获得。

因为催化剂促进碳酸钙沉淀，可将碳酸钙结合至催化剂。因此，可将催化剂如床或柱搅动以避免一旦与水源接触时催化剂的“凝结”，即结块。这样的搅动可防止沉淀物结合至催化剂和/或可导致沉淀的钙变得从催化剂去除。例如因为文石沉淀在催化剂上，催化剂的搅动导致例如负载介质的珠或颗粒摇动入彼此中和/或结合入固体未结合转化剂。物理的撞击除去了沉淀物如文石结晶。然后输送的碳酸钙结晶可通过处理容器并与处理过的水一起离开处理容器。以这样的方式，催化剂的搅动导致它自清洗、暴露催化剂并使得其继续成核并从水源沉淀碳酸钙。已经发现，根据本发明的具体实施方案的催化剂可继续极好地在非常硬的水上进行，如17格令(grain)水，即使在用于处理水900个连续的洗碗机循环之后，洗碗机内几乎保持理想，而未处理的导致厚的结垢沉淀。

结晶尺寸非常小，是惰性的且非反应性的，且不粘附到表面。例如，根据本发明的具体实施方案形成的文石晶体尺寸可在大约10nm和1000nm之间。因为它是惰性的且尺寸小，沉淀的碳酸钙不需要过滤掉或者从处理过的水中除去。相反，包含碳酸钙沉淀结晶的处理过的水可用于任何下游应用。

处理容器可包含在可以是小的容器如用于小的饮料提纯方法的灌过滤器类型贮器中。或者，该贮器可以是大的，如用于整体房屋水软化(whole house water softening)的大的水处理水槽。

当水通过处理容器时，水处理剂结合树脂通过将碳酸钙成核和沉淀出水来处理水。在一些具体实施方案中，水流在向上方向。例如，在一些具体实施方案中，水通过在容器底部的入口进入处理容器，向上流动通过催化剂，以及通过在处理容器顶部的出口而离开处理容器。

处理容器可以确定其尺寸和形状以在水与之接触时提高催化剂的搅动和流化。进行搅动以保持催化剂清洁，没有沉淀的碳酸钙。在一些具体实施方案中，将该容器的体积最小化，使得其仅包含用于应用或计划用途足够的水，以使得停留时间不过分低。该设计防止在容器中的水变得停滞，降低了在容器中碳酸钙大量沉淀和聚积的可能风险。在一些具体实施方案中，在贮器中的水的体积可以每次使用水而完全排空。在一些具体实施方案中，确定贮器的尺寸，使得在树脂上有足够的顶部空间(或自由支配(free-board))以容许树脂升高并当水通过时搅动。在一些具体实施方案中，自由支配空间等于催化剂体积的大约100％。

在一些具体实施方案中，将催化剂使用流化力搅动使得产生流动床，当水流动时其处于恒定的搅动。在其他具体实施方案中，催化剂采用由例如切线水流、机械搅拌或超声搅拌产生的离心力而搅动。搅动最终导致催化剂的清洗，将钙结晶从催化剂除去，使得水能以减少阻塞地持续流动流过或通过该介质。

使用方法

本发明的方法、设备和系统可用于各种目的。例如，用于采用本发明的水处理方法的设备可连接到房屋或商店的总水管。该设备可在热水加热器之前或在热水加热器之后用于管线。因此，本发明的设备可用于在热、冷和室温水源中降低溶解水硬度。在一些具体实施方案中，根据本发明要处理的水在大约10℃和大约90℃之间的温度。在一些具体实施方案中，要处理的水的温度高于室温，例如大于大约20℃。

在一些方面，本发明提供了用于清洗方法的系统。该系统包括提供水源至要处理水源的设备。在一些具体实施方案中，处理水源的设备包括：(i)用于提供水源至处理容器的入口；(ii)包含催化剂的处理容器，催化剂包括结合至负载介质的水处理剂和/或未结合的附加的功能成分；(iii)用于从处理容器提供处理过的水的出口；和(iv)用于提供处理过的水至自动洗涤机如器具洗涤机的处理过的水输出管线。在一些具体实施方案中，装置例如筛存在于处理容器中，以当流体流过或通过时，保持水处理剂包含在处理容器中。在一些具体实施方案中，该设备是没有过滤器的，在出口和处理过的水输出管线之间没有过滤器。

一旦已经将水处理，将处理过的水从该设备的处理过的水输出管线提供至自动洗涤机，例如自动器具洗涤或洗碗机、车辆洗涤系统、仪器洗涤机、现场清洗系统、食品加工清洗系统、洗瓶机和自动洗衣机。或者可将处理过的水用于手动洗涤系统。可使用将得益于使用根据本发明的方法处理过的水的任何自动或手动洗涤机。然后将处理过的水在洗涤机中与清洁剂组合物结合以提供使用组合物。可将任何清洁剂组合物用于本发明的系统，例如清洁用洗涤剂、漂洗剂组合物或干燥剂组合物。然后将要清洗的物品与使用溶液在自动洗涤机中接触以使得将它们清洗。

本发明的水处理方法和设备可用于各种工业和家庭应用。水处理方法和设备可用于住宅装置或商业装置例如在餐厅、旅馆、医院。例如，本发明的水处理方法、系统或设备可用于：器具清洗应用例如洗涤餐具和炊具和碟以及其他硬表面如淋浴器、水槽、盥洗室、浴缸、台面、窗户、镜子和地板；在洗衣应用，例如处理用于在预处理、洗涤、酸化、软化和/或漂洗阶段在自动纺织物洗涤机中的水；在车辆护理应用，例如处理用于预冲洗的水，例如碱性预浸渍和/或低pH预浸、洗涤、磨光以及漂洗车辆；工业应用例如冷却塔、锅炉、工业设备包括换热器；在餐食服务应用，例如处理用于咖啡和茶叶煮泡、蒸汽咖啡机器、制冰机、意大利面食炊具、热水器、蒸汽和/或检验台的水管线；在保健仪器护理应用例如浸泡、清洗和/或漂洗手术器械、处理至高压蒸汽灭菌器的给水；以及在用于如加湿器、热水浴缸和游泳池的各种应用的给水。

在一些具体实施方案中，本发明的水处理方法和系统可应用于使用的点。也就是说，本发明的水处理方法、体系或设备可用于应用如洗涤系统的水源上游。在一些具体实施方案中，水处理刚好用在水源要求的最终使用之前。例如，本发明的设备可应用于连接到家庭或餐厅用具例如咖啡壶、蒸汽咖啡机器、制冰机的水管线。采用本发明的方法的设备可位于洗涤系统中。例如，其还可作为使用水源的器具的部件而被包括，例如构造在自动或手动洗涤系统内的水处理系统、咖啡壶、制冰机或可得益于使用处理过的水的任何其他系统。

根据本发明具体实施方案的处理容器可以各种方式用于洗涤机。在一些具体实施方案中，处理容器可连接到清洁剂分配装置。处理容器可用于提供处理过的水至洗涤系统和/或洗涤机的漂洗系统。在一些具体实施方案中，处理容器可用于提供处理过的水和清洁剂的混合物至洗涤系统。

此外，施用本发明的水处理方法的设备可连接到房屋或商店的总水管。该设备可用于在热水加热器之前或之后的管线。因此，本发明的设备可用于在热、冷和室温水源中降低溶解水硬度。

因为本发明的具体实施方案在从水中除去溶解硬度如此有用，可将处理过的水与具有减少量的助洗剂或者助洗剂低的清洁剂使用。在一些具体实施方案中，处理过的水可与基本上没有助洗剂的清洁剂一起使用。在一些具体实施方案中，处理过的水可与基本上没有螯合剂、助洗剂、限度剂、多价螯合剂或其组合的清洁剂使用。除经济上有利外，由本发明的具体实施方案容许的使用低助洗剂清洁剂或没有助洗剂清洁剂对环境更有益，因为其免去了如通过使用氯化钠更新该系统的需求。

本发明的方法、设备和系统也可用于食品和饮料工业中，例如在食品和饮料加工应用中。在一些具体实施方案中，水处理设备可用在食品或饮料加工应用例如处理乳清渗透物的应用的反渗透膜(“RO薄膜”)、纳米过滤系统(“NF系统”)或超滤系统(“UF系统”)(总称为“RO/NF/UF系统”)或蒸发器的上游。

例如，该方法和设备可用于在蒸发器上防止钙结垢形成和用于加工乳清渗透物或包含原料流的其他矿物质的RO/NF/UF系统。乳清渗透物包含水、乳糖和矿物质例如磷酸钙。渗透物为约6％乳糖以及一般使用RO过滤来浓缩以达到大约18％固体。渗透物使用蒸发器进一步浓缩至达到大约65％固体。RO/NF/UF系统已知受到矿物质结垢，导致对于渗透提高的压力和/或降低的流速。

在蒸发期间，蒸发器由主要包括磷酸钙结垢的矿物沉积物而结垢。该结垢降低了传热效率，这反过来又要求蒸汽的增大和/或进料流速的下降以保持完成的固体含量。当前的减少结垢处理包括将多磷酸盐类加入进料流以最小化结垢，并采用大量的酸以从RO/NF/UF装置和蒸发器中溶解和除去垢状物。采用由RO/NF/UF系统或蒸发器的上游的发明的设备、系统或方法可最小化结垢并提高生产效率，而不必使用多磷酸盐类处理或用大量的酸处理蒸发器或RO/NF/UF装置以溶解垢状物。

在一些具体实施方案中，可将方法和设备用于生产和分离文石。文石的沉淀物可从水中例如通过过滤除去且用于工业或药物目的。

实施例

实施例1

三种树脂样品通过将它们负载H+、Ca++和Mg++而制备。镁负载的样品根据以下程序制备。将弱酸阳离子交换树脂，从Lanxess Company获得的Lewatit S 8528浸泡到500克的NaOH珠和2500ml的软化水中24小时。pH为大约12-13。在浸泡之后，然后将树脂用软化水彻底漂洗三次直到漂洗水的pH低于11。将树脂浸泡到具有700克的MgCl₂·6H₂O组分的2500ml的软化水中4天。将树脂用软化水彻底漂洗三次。漂洗水的最终pH为大约7.5-8.5。为了给树脂负载Ca++，采用与MG++树脂相同的程序，仅将树脂用CaCl₂组分浸泡。树脂的H+形式是树脂本身，没有任何阳离子负载到上面。

将通过该方法生产的镁处理树脂用于下面的实施例3-5。

实施例2

将以下替代的方法用于生产弱酸阳离子交换树脂的镁形式：将Lewatit S 8528树脂浸泡在60％氢氧化镁淤浆中4天。漂洗水的最终pH为11.0。

实施例3

将根据实施例1的方法生产的两磅镁处理树脂用于处理17gpg(粒每加仑)硬水。将两磅树脂放入流动通过容器并连接到惯例的洗碟机入口。然后将处理过的水用于在AM-14自动器具洗涤机中的洗涤测试玻璃杯，没有清洁剂以及没有漂洗助剂。在使用相同的水处理容器和树脂1100循环之后，器具洗涤机的内部显示没有明显的结垢。

图2显示8个试验玻璃杯的照片，每个在洗碗机中用以镁催化剂树脂处理的硬水洗涤。在镁处理树脂以及玻璃杯洗涤循环100个循环之后，将从左开始前六个玻璃杯从洗碗机中取出。从左面第6个玻璃杯，在经过镁处理的介质和洗涤循环的600个循环之后，显示没有结垢。可看出当使用镁处理的树脂时即使在600洗涤/漂洗循环之后，在玻璃杯上没有结垢。通过相同的镁处理树脂在800循环之后，将从左的第七个玻璃杯洗涤100次，以及通过相同的镁处理树脂在900循环之后，将从左第八个玻璃杯洗涤100次。可看出，即使在900个循环之后，没有结垢，说明即使在900个循环之后镁树脂继续减少结垢。

实施例4

将根据实施例1的方法生产的镁处理树脂用于处理17格令水。将水使用连接到硬水水龙头的流过通过容器处理。将水流过该容器至排水，因此连续处理超过15,000加仑。在处理15,803加仑水之后，将容器连接到自动器具洗涤机(AM-14类型)800个循环，没有清洁剂或漂洗助剂。在800个循环之后，器具洗涤机内部未显示明显的垢状物。作为比较，使未处理的17格令水流过器具洗涤机(AM-14类型)800个循环，没有清洁剂或漂洗助剂。器具洗涤机内部显示厚的垢状物。这说明即使在处理15,803加仑水之后，树脂结合镁持续明显地减少在水中的可溶硬度。

实施例5

将按照实施例1的方法生产的镁处理树脂用于处理17格令水。将处理过的水用于具有清洁剂的自动器具洗涤机以洗涤测试玻璃杯。根据表1有和没有助洗剂配制清洁剂：

表1

该实施例的结果显示在图3A-3D中。在图3A中，玻璃杯用没有助洗剂和没有水处理的清洁剂洗涤并显示厚结垢。在比较中，在图3B中，将玻璃杯用相同的无助洗剂的清洁剂以及用根据实施例1的方法生产的用镁结合树脂处理的水洗涤。这些玻璃杯有较少的垢状物且看上去比用未处理的水洗涤的玻璃杯好。这表明使用镁结合树脂催化剂减少了在清洁剂中助洗剂的需求，即使在17格令水中。

在图3C中的玻璃杯在未处理的17格令水中采用包含助洗剂的清洁剂洗涤，而在图3D中的是在相同的清洁剂中洗涤，但使用如上所述关于图3B处理过的水。在图3C中的玻璃杯显示出少量的垢状物，而在图3D中的玻璃杯没有垢状物。

实施例6

根据实施例1中描述的树脂负载程序，三种树脂样品通过将它们负载H+、Ca++和Mg++而制备。然后将水用每种树脂样品处理并比较在器具洗涤机中的结垢倾向。因此将到洗碗机的进水用H+弱酸阳离子交换树脂、Ca2+弱酸阳离子交换树脂或Mg2+弱酸阳离子交换树脂在三个单独但等效的测试中处理。首先将每种树脂样品通过使硬(17gpg)水流过流动-通过容器至下水而进行调整。在大约1000加仑的水流之后，将树脂/容器体系连接到洗碗机并评价在玻璃器皿上的结垢倾向。比较试验的结果示于图4A中，在该洗碗机/玻璃器皿结垢试验后，将树脂样品通过使硬水通过流过-通过容器至下水另外的4000加仑而进一步调节，因此每种树脂已经处理了总计大约5000加仑的水。然后进行第二组洗碗机/玻璃器皿垢状物试验，仍没有清洁剂，那些结果显示在图4B中。

对照玻璃杯(未显示)具有厚结垢。在图4A和4B中从左开始前两个玻璃杯用H+结合的树脂处理。在每幅图中从左开始第三和第四个玻璃杯用Ca2+结合树脂处理，以及在每幅图中从左开始第五和第六个玻璃杯用Mg2+结合的树脂处理。如图4A所示，H+树脂和Mg2+树脂在使用先前用1000加仑的水处理的树脂的试验中没有可见的结垢。两种Ca2+树脂显示出明显可见的垢状物。关于图4B，其中每种树脂体系先前处理过5000加仑的水，H+树脂在玻璃器皿上产生轻微的结垢。Ca2+树脂显示出略微更厚的结垢，以及Mg2+树脂显示出很少或没有可见的结垢。

实施例7

进行实验以评价在蒸发乳清渗透物之后，各种水处理设备对保留在不锈钢表面上的金属内容物的影响。将从乳品加工厂收集的乳清渗透物用于该试验。测试的水处理设备包含装在容器中的具有不同的水处理剂的树脂。测试以下设备：

表2

设备编号	类型
		1	对照-保持在树脂珠中的5微米过滤器
2	之前处理过17格令硬水的镁负载弱酸阳离子树脂
		3	之前未处理过任何水的质子化弱酸阳离子树脂
4	之前未处理过任何水的镁负载弱酸阳离子树脂
		5	用大约1000毫升去离子(DI)水漂洗的质子化弱酸阳离子树脂

对于每种树脂，将大约500毫升的渗透物放在树脂容器中并摇动大约30秒。然后将容许排水通过树脂负载的溶液滤入烧杯。然后，将100毫升每种处理的渗透物放在单独的不锈钢烧杯中。然后将烧杯放在190°F到195°F的水浴中以启动蒸发。在大约4.5小时之后，该溶液变成粘稠的糖浆状的溶液，其假设为大约60-70％白利糖度(brix)(在溶液中60-70％糖或其他溶解的固体)。

将烧杯从水浴中去除并用DI水漂洗直到除去乳糖含糖凝胶，从而仅留下矿物沉积物。然后将烧杯用2％酸性溶液漂洗以溶解矿物沉积物。所用的酸包含磷酸，因此漂洗的烧杯的磷酸值在该实验中不认为有意义。然后将酸性溶液和对照提交用于感应耦合等离子体(ICP)测试以测定金属含量。下表的显示了该研究的结果。

表3

表4

从上面的结果可看出，包含镁负载的弱酸阳离子交换树脂的用设备2处理的乳清显示出在处理之后白利糖度百分比一定的下降。这表明在处理的样品中乳糖、矿物和/或有机物含量的下降。

此外，观察到用包含镁的树脂处理的样品(设备2和4)具有保留在烧杯中降低水平的钙。钙的下降可能是由于从渗透物中降低数量的钙。

总而言之，发现使用根据发明的具体实施方案的水处理设备导致在该渗透蒸发试验中钙不溶盐的量减少。

其他具体实施方案

当理解的是，尽管本发明已经结合其详细说明进行了描述，前述说明书用来说明，而非限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求的范围限定。其他方面、益处和改进在下面的权利要求的范围内。

此外，上面描述的所有专利出版物的内容以其全部内容引入作为参考。

当理解的是，在本文无论何处提供的值和范围，由这些值和范围所包括的所有的值，包括在本发明的范围中。此外，落入这些范围的所有值以及一定范围的上限或下限也由本申请构思。

Claims (49)

1.用于处理水源的设备，包括：提供水源至处理容器的入口；放在处理容器内的一种或多种催化剂，该催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中该水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源；以及用于从该容器提供处理过的水的出口。

2.权利要求1的设备，其中该负载材料包括离子树脂。

3.权利要求2的设备，其中树脂包括弱酸阳离子树脂。

4.权利要求1的设备，其中该水处理剂包括镁。

5.权利要求1的设备，其中该负载材料包括树脂珠。

6.权利要求1的设备，其中搅动该催化剂。

7.权利要求1的设备，其中处理容器包括可拆卸套筒。

8.权利要求1的设备，其中负载材料选自如下组：丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物及其组合。

9.权利要求1的设备，其中负载材料包括羧酸聚合物。

10.权利要求1的设备，其中水处理剂离子结合到负载材料。

11.权利要求1的设备，其中负载材料是优先于钙离子结合镁离子的树脂。

12.权利要求1的设备，其中处理容器进一步包含一种或多种金属氧化物或氢氧化物。

13.权利要求12的设备，其中金属氧化物选自氧化镁、氧化铝、二氧化钛或其混合物。

14.权利要求1的设备，其中该设备位于洗涤系统中。

15.权利要求14的设备，其中该洗涤系统是自动洗涤系统。

16.权利要求14的设备，其中自动洗涤系统选自自动器具洗涤机、自动车辆清洗体系、仪器洗涤机、现场清洗系统、食品加工清洗系统、洗瓶机、自动洗衣机及其组合。

17.权利要求1的设备，其中该设备位于注入洗涤机的水管线上的上游。

18.权利要求17的设备，其中洗涤机是选自自动器具洗涤机、自动车辆清洗体系、仪器洗涤机、现场清洗系统、食品加工清洗系统、洗瓶机、自动洗衣机及其组合的自动洗涤机。

19.权利要求1的设备，其中来自出口的处理过的水不需要在使用前过滤。

20.处理水源的方法，包括：将水源与催化剂接触，该催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源，使得将水处理。

21.权利要求20的方法，其中处理过的水具有显著降低的溶解水硬度。

22.权利要求20的方法，其中接触的步骤包括使水源通过催化剂。

23.权利要求20的方法，进一步包括搅动该催化剂。

24.权利要求20的方法，其中该负载材料是离子树脂。

25.权利要求24的方法，其中负载材料是弱酸阳离子树脂。

26.权利要求20的方法，其中该水处理剂包括镁。

27.权利要求20的方法，其中该负载材料包括树脂珠。

28.权利要求20的方法，其中负载材料选自如下组：丙烯酸聚合物、甲基丙烯酸聚合物及其组合。

29.权利要求20的方法，其中催化剂包含于处理容器中。

30.权利要求29的方法，其中处理容器包括可拆卸套筒。

31.权利要求20的方法，其中将要处理的水在大约10℃和大约90℃之间的温度。

32.权利要求20的方法，其中要处理的水具有大约6和大约8之间的pH。

33.权利要求20的方法，其中要处理的水具有大于8的pH。

34.权利要求20的方法，其中处理过的水不需要在处理之后进行过滤。

35.权利要求20的方法，其中处理过的水在处理之后不具有显著降低的水硬度水平。

36.权利要求20的方法，其中处理过的水的pH基本上类似于处理之前的水源的pH。

37.权利要求20的方法，其中该催化剂进一步包含未结合于负载材料的镁、铝或钛的一种或多种氧化物或氢氧化物。

38.权利要求20的方法，其中与催化剂接触的水形成包含不同于水处理剂的阳离子的沉淀物。

39.使用处理过的水源来清洗制品的方法，该方法包括：将水源用催化剂处理，催化剂包括结合到负载材料的水处理剂，其中该水处理剂选自镁离子、铝离子、锌离子、钛离子及其混合物的来源；形成具有处理过的水和清洁剂的使用溶液；以及将该制品与使用溶液接触以至于清洗该制品。

40.权利要求39的方法，其中该催化剂进一步包含镁、铝或钛的一种或多种氧化物或氢氧化物。

41.权利要求39的方法，其中该清洁剂基本上不含螯合剂、助洗剂、限度剂、多价螯合剂或其组合。

42.权利要求39的方法，其中将制品与使用溶液接触的步骤在选自自动器具洗涤机、自动洗涤车辆洗涤系统、仪器洗涤机、现场清洗系统、食品加工清洗系统、洗瓶机和自动洗衣机的自动洗涤机中进行。

43.用于处理食品加工流的方法，包括：将食品加工流与催化剂接触，该催化剂包括结合于负载材料的水处理剂，其中水处理剂包括镁离子来源，使得处理食品加工流。

44.权利要求43的方法，其中该负载材料包括树脂。

45.权利要求44的方法，其中树脂包括弱酸阳离子树脂。

46.权利要求43的方法，其中接触的步骤包括使食品加工流通过催化剂。

47.权利要求43的方法，其中食品加工流包括乳清渗透物。

48.权利要求43的方法，进一步包括浓缩处理过的食品加工流。

49.权利要求48的方法，其中浓缩食品加工流的步骤选自使处理过的食品加工流通过反渗透系统、使处理过的食品加工流通过纳米过滤系统、使处理过的食品加工流通过超滤系统、使处理过的食品加工流通过蒸发器及其组合。

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