CN102794108A - 反渗透系统 - Google Patents

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Abstract

一种RO（反渗透）系统，其包括渗透物收集管，所述渗透物收集管在在一端连接至渗透物分配系统，所述渗透物分配系统包括至少一个用于清洁和/或消毒的装置。渗透物收集管、清洁和/或消毒装置，以及循环泵布置在循环回路中。

Description

反渗透系统
技术领域
本发明涉及一种根据反渗透原理的水处理装置。
背景技术
这种类型的装置、反渗透或RO系统，特别与血液透析装置结合地使用，以从自来水获得无菌高纯度水用于制备透析液体。
发明内容
本发明的特别目的在于获得尽可能无菌的液体。
附图说明
该目的是通过权利要求1的特征实现的。根据从属权利要求和对结合附图的实施方式的如下描述本发明的进一步的细节和结构变得明显，其中：
图1示出了根据现有技术的典型的反渗透系统的示意图；
图2示出了具有根据本发明的设备特征的可比较的反渗透系统的示意图；
图2a示出了替代性实施方式；
图3a、3b和4示出了相关的装置的示意图。
具体实施方式
正如一般公知的，反渗透系统的功能原理在于在高压下沿着半透膜的表面将要处理的水引入过滤器模块，在螺旋缠绕的薄膜的表面的上方，一部分水，即所谓的渗透物被引导成水穿过薄膜并在渗透物收集管中的模块内的薄膜的另一侧处被收集水，并从那里经由液体连接部分将水供应到消耗场所。
没有穿过薄膜并富含保持物质的那部分未净化的水，即所谓的浓缩物，在流动区的端部处流出过滤器模块。
图1中示出的示意图作为典型的实例图示了根据现有技术的反渗透系统的重要功能元件的协作。要处理的未净化的水流出供给管线1并经由阀4流入装有填充液面控制部件6的缓冲容器5中。水从该容器5流出并经由泵7通过管线9流入过滤器模块10，过滤器模块10的主回路11由半透膜49与次级回路12分开。渗透物流出次级回路12进入环形管线23/24，消耗装置管线25从环形管线23/24转移。产生的过剩的渗透物能在环形管线23/24的端部处经由插入的压力保持阀26流回容器5内，所述阀的设定确定了在环形管线23/24中遍布的压力。
在过滤器模块10的主回路11中过滤所需的压力通过泵7与流阻装置16（例如节流阀或压力阀的形式）相结合而产生，流阻装置16在过滤器的下游插入浓缩物管线13内。
反渗透特别还用于无菌水的回收。
被供应的自来水的没有穿过过滤薄膜49并且富含被保持的化学的水物质和细菌的那部分在液体引导系统的内表面上形成生物膜。
生物膜在主回路11中的沉积物可以作为热原和内毒素穿过不理想的过滤器薄膜49并污染高纯度渗透物侧12/23/24。
这些部分将作为生物膜沉积在那里并污染渗透物。
为了术语的简化目的，下文中选择术语清洁来描述净化、消毒和纯化措施。
富含细菌的渗透物的一个原因也必须在渗透物收集管区域中看到，没有或仅适度的流体穿过渗透物收集管区域。高纯度次级侧的该管线区能仅被热或化学消毒并在巨大努力下被清洁。
在结构上，反渗透模块的过滤器薄膜是围绕渗透物收集管螺旋地缠绕的。部分液体在这里从主要侧通过薄膜到次级侧而被供应到渗透物收集管并从该位置供给消耗装置。
在渗透物收集管中富含细菌的原因一方面是受限的、相对小的横跨薄膜的流体穿过过滤器薄膜进入渗透物收集管，另一方面是渗透物收集管的清洁过程总是意味着横跨薄膜的清洁操作，即主要侧的清洁，因而是整个系统的清洁，该操作成本较高并且费时。
然而尽管清洁了次级侧分配系统，但是存在不能保证绝对无菌的问题，特别是基于标准规程，因为来自于渗透物收集管的再污染是非常可能的。
再污染的另一个原因是利用已知的设备，通过清洁措施仅能够防止在次级侧分配系统内生长的细菌达到通向消耗装置的转移点。
例如在根据EN1717的具有自由入口的透析装置中，人们没有将从反渗透系统的超纯水管线的转移点引到透析装置的自由入口的路径考虑在内。
同样地，当将渗透物存储在例如超纯水容器或袋中时，填充管线没有完全包含在消毒过程中。该问题也适用于用于一方面从粉末状、糊状、颗粒状或其他高浓缩原材料以及另一方面在这些系统也包含具有用于渗透物或渗透物生产的供应管线的渗透物存储装置的条件下从高纯度渗透物生产医药溶液的混合设备，如果这些系统也包含带有用于渗透物或渗透物生产的供应管线的渗透物存放装置的话。
要保持该路径无菌，将需要相当多的热清洁期间的电能或化学杀菌剂以及受雇的人力形式的资源，因为通常不仅是次级分配系统，而且RO系统（反渗透系统）和所连接的消耗装置，例如透析系统，必须要结合到消毒过程中。
除了废水的污染之外，特别是大量化学杀菌剂的输入对于病人存在相当大的安全风险，因为在装置中或在管路中最微小的量或残余可以对病人具有有毒的影响。这些影响仅能够通过大量冲刷和对残余进行小心的控制来防止。
一般来说，杀菌措施因此局限于各自所连接的装置；没有分别将接口和超纯水转移点考虑在内。
这里将这些例外结合到热清洁操作中，在该种情况下，大量热水被制备，并例如供应到透析装置，并经过其输送到出口。
目的是要确保包括所连接的消耗装置管线的高纯度分配器回路的绝对无菌性，但是要减小清洁措施的操作成本。
这里需要完全自动的而对病人和用户没有任何风险的纯化，而不执行象当前过多地实施的必要地利用化学物质对反渗透系统和所连接的消耗装置进行消毒。
这里的目标应该是通过化学物质或热能获得最低可能的能量输入并且对废水没有负面影响。
目的应该是对整个高纯度分配系统（即次级侧）且也在透析装置中所连接的消耗装置到水入口（即供应容器）内进行局部消毒。在薄膜的主侧和次级侧上可以实施不同的清洁方法。在这里整个系统的完全结合的清洁也是可行的。
分别需要测量脏污/污染程度的测量选择和作为结果的警告或清洁操作的自动引入。
不需要有关缺少杀菌剂的控制。
应该选择轻柔的清洁方法来防止对所使用的元件（特别是过滤器薄膜）的服务寿命进行任何限制。
根据本发明，薄膜的渗透物收集管包含在对高纯度次级渗透物分配部件的清洁中。
反渗透系统的模块这里优选地操作为4极模块，导致具有最小死区的封闭的次级回路，次级回路独立于反渗透系统的主回路被清洁。
为此在次级回路中使用另外的泵具有很大的优点。主侧和次级侧因此必须通过不同的清洁方法和间隔时间彼此独立地被清洁。
有利地，本发明提供了一种清洁方法，其中进行了次级分配系统的臭氧处理。这还能与反渗透系统或整个系统的热清洁交替发生。这里没有明确排除化学清洁或者热和化学清洁的结合。
还发现水中最小剂量的臭氧和升高的温度的结合仅对材料造成最小的破坏，因为加速了臭氧的氧化和分解过程。因此，该方法还允许反渗透主侧因而也是薄膜的臭氧处理。
同样地，臭氧输入到可能连接的存储容器中，例如在与反渗透系统连通的混合系统中是有意义的，以便于保持渗透物制备溶液在微生物学方面是稳定的。
有很大优点地是，除了消耗装置的水入口阀之外，另外的阀被连接至特别是透析装置中的出口。该另外的阀使清洁剂在清洁期间到达所连接的消耗装置的入口阀。没有消耗装置的操作，因而从反渗透系统的分配系统到透析装置水入口的接口能被清洁，而几乎没有任何死区。
有利地，本发明在反渗透系统的主循环回路中提供了清洁室，其设计允许并使得流过清洁室的液体具有电或磁或电磁或电解质或声波（sonographic）作用或不同的物理作用的组合。
清洁室的功能一方面是要防止由微生物进行的任何净化，另一方面是要防止硬化剂的稳定，以便于防止在反渗透薄膜上产生沉积物。
但是清洁室的用途和安装位置并不局限于所描述的功能。
因为在清洁室关掉之后以电解所产生的氧自由基的消毒作用以及液体中氧化钙晶体的稳定性仅是暂时性的，所以高压节流阀周期性地和/或在操作循环的末端被电动机或（如果安装了固定的阻流装置，就通过）具有排出阀的旁通阀打开。这突然增大了主循环回路的流量并且液体引导元件的表面被淹没和冲刷。
由于清洁室的作用不能由用户直接通过其物理作用或其在晶体构成上的作用来确定，主回路设置清洁传感器有很多优点。
元件或液体引导管线在这里能利用透明的或半透明的材料构造以在视觉上或以光电方式检查污染。
在一个有利的结构中，相关联的发射器/接收器布置在一个平面上。这里将光学发射器信号投影到相对的反射表面上并从那里反射到光学接收器。
优选的技术方案是（具有相对的发射器/接收器传感器的）透明管部。这里，接收器信号的量直接反映脏污的程度。
更有利地，为了及时改进影响并增强物理清洁作用，能在浓缩物出口和混合水入口之间与清洁室连接额外的循环泵。这可以是相对于清洁室具有不同物理作用的额外的清洁室。在这里确保了在薄膜49的最佳溢流方面通过主回路的液流，即基本独立于用于供应混合水、压力增强和循环性能的泵6的作用。
为了去除物质残留，另一个有创造性的特征是主循环回路的液体是利用通过圆柱形离心室的切向入口运送的，在圆柱形离心室的上端上，通过液体压力可转动的涡轮叶片运送要向下分离的物质和颗粒并使清洁液体向上通过空心轴或滤器式缸体。
要被沉淀的颗粒或氧化钙团的收集室位于离心室之下。如果离心室存在，能将排出阀26紧固至收集室。这里，离心室也可布置在主回路的上游，例如在供应容器5之前。
更有利地，还建议用于清洁室控制的动力输出级应该配置成它们相对于频率和电流是可调节的并且应该由反渗透系统的处理器控制和监视故障。这里，特定的位模式作为测试信号能被输出并通过监控器监视。相应的操作状态还有信号形状（signal shape）这里经由反渗透系统的显示装置显示并利用存储器模块存储。
能在任何时间通过接口（例如反渗透系统的微控制器的以太网连接部分）请求数据。
图2示出了模块10，其具有混合水入口9、浓缩物出口13、渗透物供应源14和渗透物循环管线15。薄膜主回路11在这里经由泵7、高压节流阀16、清洁室38和（经由压力保持阀17和加热器39的）离心室40被操作，以形成足够高的横跨薄膜的压力，从而用于将主回路11的液体运送进入薄膜次级回路12。由于高的横跨薄膜压力，薄膜次级回路12的液体（渗透物）经过温度传感器31/33、加热器32、传导单元34和阀35，经由管线42到达消耗装置44。泵27这里必须以选择性的方式操作。
在消耗装置44未连接的状态下，液体能经由管线23/24返回，或者在阀连接的状态下，经由渗透物环形安全阀36到达供应容器5。
对于清洁高纯度次级回路12/23/24/48来说，在热清洁期间泵27经由加热器32使液体循环直到达到微生物灭活温度。
当次级回路通过电解臭氧单元28被清洁时，所述单元经由安全回路接通并且臭氧/液体混合物通过泵27在回路中循环一段长的时间直到实现微生物灭活的作用。
主回路11/9/18在这里能利用泵7停止作用，以便专门实施高纯度回路12/23/24的纯化。
泵27和臭氧单元28的位置和操作模式并不局限于所描述的方法。
在执行结合有被相连并被操作的消耗装置的消毒的情况下，能经由打开的阀43向消耗装置供应热水或臭氧。没有向排放部件22操作消耗装置44的情况下，经由打开的阀45对管线42进行消毒也是可能的。节流阀46减小了体积流量。消耗装置阀43/45的切换或者消耗装置44与RO系统60之间的连通在这里是经由RO系统60或消耗装置44的连通接口执行的。在这里RO系统60能向消耗装置44发出命令或者也能反过来。
将阀29打开用于整个RO系统60（没有消耗装置44）的热清洁。泵7供应液体回路，以便足够的渗透物经由加热器32流动。这里阀37能被打开。泵27在次级回路23/24/48中执行循环支持操作。加热的渗透物经由阀26/35或36选择性地流回供应容器5直到实现微生物灭活的状态。
还能将少量的臭氧供应到主回路9/18中，以获得消毒作用而那里没有薄膜材料的氧化。结合臭氧输入，加热器32能被操作成仅在材料上进行轻柔的短期的臭氧处理。
除了整个反渗透系统的热清洁之外，还能通过清洁室38永久地清洁主回路的液体。为此，在泵7运行的情况下使液体经由清洁室38和离心室40而通过。部分循环液体经由浓缩物流量计21和浓缩物排出阀30通到出口。
为了将物质的残留冲刷出来，将高压旁通阀37循环地打开并且将主回路中含有的物质的残留经由打开的阀20冲刷到排放部件22。
可选地，经由泵61和经由另外布置的或单独操作的清洁室38清洁主回路。
利用所描述的方法，反渗透系统和分配器回路的主次回路能利用不同的方法清洁，并且以节省成本并有效的方式彼此独立地清洁。
图2a示出了一种方法，其中渗透物收集管48能与渗透物回路23/24分开清洁。
为此，薄膜次级侧12的高纯度液体借助泵27通过清洁装置32和/或28、经由循环阀66和渗透物收集管循环管线68而运行一段长的时间直到实现微生物灭活的结果。
利用该方法，能以选择性的方式分开或一起清洁渗透物回路23/24或渗透物收集回路48/23/68。
在渗透物环形截流阀35关闭的状态下旁通阀67用于排出有缺陷的渗透物。
图3a示意性地示出了具有插入的薄膜模块63的模块10。经由混合水连接部分9将液体引到薄膜主回路11并经由过滤器薄膜49到达薄膜次级回路12。对渗透物收集管48以如下的方式穿孔65，即，在薄膜主回路11中的液体（经由过滤器薄膜49的螺旋布置的薄膜袋而被供应）能够进入渗透物收集管。液体从那里经由连接部分14/15进入高纯度分配器回路。经由连接部分13使浓缩物通过。
通过比较，图3b示出了根据现有技术的3极薄膜。液体在这里也经由连接部分9供应。实现经由过滤器薄膜48而通过，如根据3a所描述的。这里示意性地示出了通过渗透物收集管连接器52和渗透物侧51的封闭部的常用的串联技术。渗透物收集管在这里能专门横跨薄膜地清洁。
图4示出了具有3个电极的清洁单元38的结构，中间电极54与两个外部电极53空间地隔离并电隔离。液体在这里能经由液流槽55双向引入清洁单元中。由于外部电极53的大的表面分布，在内部电机室内获得了均匀的电势分布。隔离件56用作中间电极54的安装空间。杯形外部电极53必须装备不同的连接部件57，比如锁状连合部件、插塞式螺纹接头或软管连接部件。
中间电极54作为环形的电极体插入隔离件56中。
根据该应用，外部电极53的材料是由特种钢、钛、混合钛氧化物或硬质碳构成。
中间电极54是由稳定氧化材料构成的，比如导电碳、混合钛氧化物、金属氧化物的陶瓷混合物、钛氧化物或钴。
能通过材料和电连接类型的选择来操作清洁室38，如电解单元或电磁单元或具有用于电流或电压—也是电容性的电极连接部分的单元。
优选地，电源的极连接至桥接的外部电极53，并且其他极连接至中间电极54。
在清洁室38作为电解单元操作期间，两个外部电极53是阴极，中间电极54是阳极。
这种电解单元用于产生用来将微生物灭活或也减小氧化钙比例的氧自由基。
图4示出了带有3个电极和圈式绕组51的组合清洁室38的设计。
这里经由线圈产生的磁场的磁力线在液体中执行脱钙。
能在液体中使用特氟纶封装的环形磁体，或者能使用在隔离件56外部的环形磁体来代替圈式绕组51。
1    供应管线
2    测量结果：输入传导率
3    测量结果：流入量
4    水入口阀
5    供应容器
6    液面控制部件
7    泵
8    RS阀
9    混合水流入
10   过滤器模块
11    薄膜主回路
12    薄膜次级回路
13    浓缩物出口（管线）
14    渗透物供应部件
15    渗透物循环和旁路管线
16    高压节流阀
17    压力保持阀
18    浓缩物溢流
19    浓缩物排出管线
20    浓缩物排出阀
21    浓缩物流量计
22    排出装置
23    渗透物供应管线（还能引入到消耗装置中）
24    渗透物返回管线（还能引入到消耗装置中）
25    连接点：消耗装置
26    压力保持阀—渗透物返回
27    循环泵
28    臭氧单元
29    渗透物环形流出阀
30    UV灯
31    温度传感器
32    加热器
33    温度传感器
34    传导单元
35    渗透物环形截流阀
36    渗透物环形安全阀
37    高压节流阀—旁通阀
38    清洁室
39    加热器—次级侧
40    离心室
41    渗透物环形溢流阀
42    接口管线
43    消耗装置—输入阀
44    消耗装置
45    接口管线—冲洗阀
46    节流阀
47    压力管
48    渗透物收集管
49    过滤器薄膜
50    薄膜密封件
51    塞—渗透物收集管
52    连接器—渗透物收集管
53    外部电极
54    中间电极
55    供应的液体
56    隔离件
57    连接部件
58    圈式绕组
59    RS阀
60    RO系统
61    循环泵
62    RS阀
63    薄膜模块
64    清洁传感器
65    穿孔—渗透物收集管
66    循环阀
67    旁通阀
68    渗透物收集器循环管线

Claims (14)

1.一种反渗透系统，其能够与至少一个消耗装置，特别是透析装置联接，以对所述消耗装置供应高纯度的渗透物，所述反渗透系统包括未净化水入口管线，所述未净化水入口管线向过滤器模块供应未净化水，所述过滤器模块的主回路与次级回路通过半透膜分开，所述次级回路包括渗透物收集管，所述渗透物收集管在一端连接至渗透物分配系统，所述渗透物分配系统包括渗透物入口管线和渗透物返回管线，所述渗透物入口管线具有至少一个连接部分，消耗装置能连接至所述连接部分，所述渗透物分配系统包括至少一个用于清洁和/或消毒的装置，并且还包括远离所述过滤器模块的主回路而引导的浓缩物出口管线，
其特征在于，所述渗透物收集管（48）、所述至少一个用于清洁和/或消毒的装置（32；28），以及一循环泵（27）布置在循环回路中。
2.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
所述循环回路（68）从渗透物入口管线（23）分支并包围渗透物入口管线的一部分。
3.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
循环泵（27）布置在渗透物分配系统（23，24）中，并且
所述渗透物收集管（48）的另一端连接至渗透物返回管线（24），以便形成循环回路，渗透物能在所述循环回路中循环。
4.根据权利要求3所述的反渗透系统，其特征在于，
所述渗透物分配系统具有插入所述渗透物分配系统的止回阀（59），所述止回阀以渗透物能从过滤器模块（10）流过渗透物入口管线（23）但不流过渗透物返回管线（24）的方式操作。
5.根据权利要求4所述的反渗透系统，其特征在于，
所述止回阀（59）在渗透物收集管（48）的另一端附近布置在渗透物返回管线（24）中。
6.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
所述至少一个用于清洁/消毒的装置包括加热器（32）和温度测量装置（33）。
7.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
所述至少一个用于清洁/消毒的装置包括至少一个臭氧单元（28）。
8.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
沿流动方向在至少一个消耗装置的上游，截流阀（35）插入渗透物入口管线（23），以及
在截流阀（35）的上游，旁路管线终止于渗透物返回管线（24）。
9.根据权利要求8所述的反渗透系统，其特征在于，
将渗透物向至少一个消耗装置的返回切断的压力保持阀（26）在旁路管线的终点与至少一个消耗装置之间被插入渗透物返回管线（24）。
10.根据权利要求8所述的反渗透系统，其特征在于，
切断返回流的安全阀（36）插入旁路管线中。
11.根据权利要求1所述的反渗透系统，其特征在于，
渗透物流出阀（29）被插入渗透物返回管线（24），渗透物能经过所述渗透物流出阀流出并进入供应容器（5）。
12.根据权利要求1所述的反渗透系统，未净化水供应管线（9）经由未净化水旁路管线连接至浓缩物流出管线（13），
其特征在于，用于未净化水的循环泵（61）和清洁室（38）被插入未净化水旁路管线。
13.根据权利要求12所述的反渗透系统，其特征在于，
所述清洁室（38）优选设置有三个电极，并且用于产生用于微生物灭活的氧自由基，并减少氧化钙沉积物。
14.根据权利要求1所述的反渗透系统，浓缩物流出管线与排出装置连通，
其特征在于，离心室沿流动方向布置在排出装置（22）的上游，所述离心室具有检测脏污程度的优选的光学传感器（64）。
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