CN102858692A - 用于使电去离子装置消毒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具有使水纯化系统的EDI装置消毒的技术效果。本发明可适用于具有包含离子交换组件的内室的EDI装置。所述内室还可包含多个位于阳极和阴极隔室之间的离子选择性膜。如本文说明和描述，本发明的实施方案寻求使EDI装置消毒而没有消毒化学品或水供应。本发明的实施方案通过施用电力使EDI装置消毒。此处，通过电阻加热内室，电供应装置加热EDI装置至消毒温度。电阻加热为通过内室的离子运动的结果。通过离子运动产生的摩擦提高内室内的温度。

Description

用于使电去离子装置消毒的方法
发明背景
本发明涉及一种结合电去离子(EDI)装置的水纯化系统；更具体地，本发明涉及一种使EDI装置消毒的方法。
电去离子通常是指通过结合离子交换树脂、离子交换膜和电力来纯化液体的用于纯化液体的方法。在许多行业中水纯化系统的使用已增加。特别是，在许多工业过程中使用纯水。这些方法中的一些包括：生产半导体芯片、发电厂操作、石化应用和生产药物。离子交换树脂、反渗透(RO)过滤和电渗析技术已用于降低液体中的离子的浓度。EDI装置现在通常用作RO后处理来降低生产超纯水的离子的浓度。
EDI装置通常包括内室，在内室内，阳离子可渗透膜和阴离子可渗透膜的交替排列限定隔室。稀释隔室含有离子交换树脂颗粒，该离子交换树脂颗粒通过电场诱导的水离解再生。浓缩隔室可含有离子交换颗粒或惰性塑料网来保持膜分离，和允许水流动。施用的电流诱导离子通过离子交换介质和离子可渗透膜从稀释隔室迁移至浓缩隔室。将流动通过浓缩隔室的液体丢弃或部分再循环。将流动通过稀释隔室的纯化的液体作为去矿物质的液体产品回收。
水纯化系统的操作使EDI装置感染细菌和其它不期望的物质。消毒过程用于使EDI装置消毒。一些消毒方法包括在足以使EDI装置中的任何微生物失活的温度下通过消毒溶液，该消毒溶液可包括化学品。
使EDI装置消毒的已知的方法存在一些问题。已知的方法需要外部设备(水供应、加热装置等)来使EDI装置消毒。化学消毒溶液可含有与EDI装置中的活性组分反应的化学品。这可导致组分降解和EDI装置的可用寿命减少。这些问题增加水纯化系统的成本和复杂性。
出于前述原因，期望一种使EDI装置消毒的改进的方法。该方法应降低对外部设备和消毒化学品的需要。
发明概述
根据本发明的一个实施方案，提供了一种使电去离子(EDI)装置消毒的方法，所述方法包括：提供包含内室的EDI装置，所述内室包含：与内室的第一端相邻的阳极隔室，与内室的相对的第二端相邻的阴极隔室，和多个位于阳极和阴极隔室之间的离子膜；停止向内室的流体供应；跨过阳极和阴极隔室供应电力，直至内室内的温度在消毒范围内；和控制电力以保持内室内的温度在消毒范围内；其中通过电力产生的升高的温度使EDI装置消毒，同时流体供应最小化。
根据本发明的一个备选的实施方案，提供了一种使与去离子水生产系统相关的电去离子(EDI)装置消毒的方法，所述方法包括：提供设置用于生产去离子水的水纯化系统，所述水纯化系统包含至少以下之一：微量过滤设备、活性炭塔或反渗透设备；提供EDI装置，其与水纯化系统集成，其中所述EDI装置包含内室，所述内室包含：与内室的第一端相邻的阳极隔室，与内室的相对的第二端相邻的阴极隔室，和多个位于阳极和阴极隔室之间的离子膜；调节隔离阀，以停止向内室的流体供应；向内室供应电力，以产生内室温度上升；确定是否内室内的温度在消毒范围内；和保持温度在消毒范围内；其中所述电力使EDI装置消毒。
附图简述
图1示意性说明已知的水纯化系统。
图2示意性说明根据本发明的一个实施方案的水纯化系统。
图3为说明根据本发明的一个实施方案使EDI装置消毒的方法的流程图。
发明详述
本发明具有使水纯化系统的EDI装置消毒的技术效果。本发明可适用于具有包含离子交换组件的内室的EDI装置。所述离子交换组件可包括但不限于与内室的第一端相邻的阳极隔室，与相对的第二端相邻的阴极隔室。内室还可包含多个位于阳极和阴极隔室之间的离子选择性膜。如本文说明和描述，本发明的实施方案寻求使EDI装置消毒而没有使用消毒化学品或辅助热水供应。
本文公开了详细的实施例实施方案。然而，本文公开的具体的结构和功能细节仅代表描述实施例实施方案的目的。然而，实施例实施方案可在许多备选形式中体现，并且不应看作是仅局限于本文描述的实施方案。例如，但不限于，如在图1和2中说明的水纯化系统100包含以下组件：换热器105；微量过滤设备110；活性炭塔115；储罐120；泵125；反渗透设备130；和EDI装置140。本发明的实施方案不旨在局限于包含所有那些组件的水纯化系统100。实际上，本发明的实施方案可适用于包含多于或少于前述组件的其它水纯化系统100。
因此，虽然实施例实施方案能具有各种修改和备选形式，其实施方案在附图中通过举例的方式说明，并且在此将详细描述。然而，应理解，不旨在将实施例实施方案局限于所公开的具体的形式，相反，实施例实施方案旨在涵盖落入实施例实施方案范围内的所有修改、等价和备选。
应理解的是，虽然术语第一、第二等在本文中可用于描述各种要素，这些要素不应局限于这些术语。这些术语仅用于区别一个要素与另一个。例如，第一要素可称为第二要素，类似地，第二要素可称为第一要素，而不会偏离实施例实施方案的范围。本文使用的术语“和/或”包括一种或多种相关的所列项目的任何和所有的组合。
现在参考附图，其中在整个若干图中，各种数字代表类似的要素，图1示意性说明已知的水纯化系统100。图1可认为是水纯化系统100的已知结构的一个非限制性实例。进料水进入换热器105，并通过微量过滤(MF)设备110处理，随后通过活性炭(AC)塔115处理。接着，进料水经由泵125从储罐120进料至反渗透(RO)设备130。如果需要，来自RO设备130的渗透的水通过换热器135调适。接着，进料水通过EDI装置140处理。
使水纯化系统100消毒的已知的方法可包括以下步骤。首先，为了消毒的目的，约175华氏度的热水可经由MF设备110、塔115、储罐120和泵125，从换热器105流动至RO设备130。
接着，使EDI装置140消毒。此处，环境温度的水流动通过换热器105、MF设备110、塔115、储罐120、泵125、RO设备130、换热器135和EDI装置140。换热器135以特定的速率加热环境水，直至当水离开EDI装置140的稀释隔室时温度达到约175华氏度。接着，热水流动通过EDI装置140指定的浸泡时间。接着，热水以指定的速率冷却，直至稀释隔室出口的温度为约95华氏度。
图2示意性说明根据本发明的一个实施方案的水纯化系统100。本发明的实施方案提供一种用于使EDI装置140消毒的系统，而不使用加热的水供应和/或化学品。水纯化系统100的大多数组件可与在图1中说明的那些相同或类似。为了比较的目的，图2的讨论将集中于本发明的方面和特征。如在图2中说明的，本发明的实施方案不需要换热器135来加热水以用于使EDI装置140消毒。如以下描述的，隔离阀145停止流入EDI装置140的水供应，同时进行消毒过程。
本发明的实施方案使用电力来使EDI装置140消毒。此处，电供应装置160可使用电阻加热来加热EDI装置140的内室。可发生加热，直至内室达到消毒温度。
电阻加热是通过内室离子运动的结果。通过离子运动产生的摩擦提高内室内的温度。当内室的温度提高时，其中的流体的粘度降低，摩擦也降低，而离子运动提高。这一点以及其它水分裂现象可导致EDI装置140的电阻总体降低。假定电压(V)与电流(I)和电阻(R)的乘积之间的比例关系为V=I*R，在本发明的一个实施方案中，以下非限制性实例说明加热内室的效果。
▪开始时，内室的温度为约20摄氏度，电压为约150伏。
▪施加恒定的电流并且电压变为电阻的指示。
▪当内室内的水在消毒温度范围时，将电压降低至约100伏。
因此，可监测跨过EDI装置140的电压下降，以确定是否内室在消毒范围内。
温度装置(例如，但不限于，热电偶、电阻温度检测器(RTD)等)也可确定何时已达到消毒温度。温度装置的第一实施方案可包含外部温度装置155，其可测定在EDI装置140外部表面上的温度。这可认为是表层温度(skin temperature)并且可与内室内的温度关联。温度装置的第二实施方案可包含内部温度装置150，其可测定内室内部的温度。温度装置的第三实施方案可包含测量内室内的水的温度的装置，其与内室内部的温度关联。
在内室保持消毒温度一定的浸泡时间后，可进行漂洗以除去从EDI装置140收集的有机和无机杂质。
在本发明的一个备选的实施方案中，再循环系统165可与EDI装置140集成。该特征可提高消毒过程的效率。在再循环系统165的一个实施方案中，流动通过EDI装置140的出口的排放物返回EDI装置140的入口。
在本发明的另一个备选的实施方案中，EDI装置140可用作用于使水纯化系统100消毒的初级热源。例如，但不限于，离开EDI系统100的出口的水可在消毒范围内。该水可通过需要消毒的水纯化系统100的组件循环。
取决于水纯化系统100的尺寸和复杂性，来自EDI装置140的可用的热量可能不足以使一些组件消毒。此处，本发明的实施方案可允许与辅助加热器170等集成。这可包括事先存在的外部热源、新的外部热源或它们的组合的形式。在使用中，EDI装置140可用作初级热源，而辅助加热器170作为辅助；它们共同操作以提供足够的热量使水纯化系统100的组件消毒。
图3为说明根据本发明的一个实施方案使EDI装置消毒的方法300的流程图。方法300的各步骤可手动进行；经由控制系统等自动进行；或经由手动和自动步骤的组合。以下讨论集中于方法300的步骤经由控制系统等自动进行的应用。
可以理解，本发明可具体化为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微编码等)或组合软件和硬件方面的实施方案的形式，均在本文中统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明可采用在具有在介质中具体化的计算机-可用程序编码的计算机-可用储存介质上的计算机程序产品的形式。本文使用的术语“软件”和“固件”可互换，并且包括用于通过处理器执行的在存储器中储存的任何计算机程序，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失RAM (NVRAM)存储器。以上存储器类型仅为示例性的，因此不局限于可用于储存计算机程序的存储器类型。可利用任何合适的计算机可读介质。
计算机-可用或计算机-可读介质可为，例如但不限于，电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备、装置或传播介质。计算机-可读介质的更具体的实例(非穷举的列举)包括以下：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程的只读存储器(EPROM或Flash存储器)、光学纤维、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存装置、传送介质例如支持因特网或局域网的那些或者磁储存装置。注意计算机-可用或计算机-可读介质可能甚至为纸或在其上印刷程序的另一种合适的介质，因为程序可经由例如光学扫描纸或其它介质而电捕获，随后汇编、翻译或以合适的方式另外处理，如果必要，随后储存在计算机存储器中。在本文件的上下文中，计算机-可用或计算机-可读介质可为可含有、储存、连通、传播或输送用于指示执行系统、设备或装置使用或与之连接的程序的任何介质。
本文使用的术语处理器是指中心处理单元、微处理器、微控制器、简化指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、可编程的逻辑控制器(PLC)和能执行本文描述的功能的任何其它电路或处理器。
进行本发明操作的计算机程序编码可在面向对象的编程语言中编写，例如Java7、Smalltalk或C++等。然而，用于进行本发明操作的计算机程序编码还可在常规的过程编程语言中编写，例如"C"编程语言或者类似语言。程序编码可如下执行：完全在使用者的计算机上、部分在使用者的计算机上、作为独立的软件包、部分在使用者的计算机上并且部分在远程计算机上、或完全在远程计算机上。在后一种情况下，远程计算机可通过局域网(LAN)或广域网(WAN)与使用者的计算机连接，或者可与外部计算机连接(例如，使用因特网服务器，通过因特网连接)。
以下参考根据本发明的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图说明和/或框图来描述本发明。应理解的是，流程图说明和/或框图的每个方框以及流程图说明和/或框图中的方框的组合可通过计算机程序指令执行。这些计算机程序指令可提供给公共目的计算机、专门目的计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器以生产机器，使得经由计算机或其它可编程的数据处理设备的处理器执行的指令产生用于执行在流程图和/或框图框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可储存在计算机-可读存储器中。这些指令可引导计算机或其它可编程的数据处理设备以特定的方式起作用。这使得在计算机-可读存储器中储存的指令产生制造的制品，该制品包括执行在流程图和/或框图框中指定的功能/动作的指令装置。计算机程序指令还可加载于计算机或其它可编程的数据处理设备上。这些指令可引起一系列操作步骤在计算机或其它可编程的设备上进行，以产生计算机执行的处理。此处，在计算机或其它可编程的设备上执行的指令提供用于执行在流程图和/或框图框中指定的功能/动作的步骤。
在步骤305中，方法300可已确定需要使EDI装置消毒。存在许多方式来确定何时EDI装置需要消毒。这些包括但不限于时间间隔、日程等；或测量在水纯化系统中的生物活性的水平；或性能降低；或EDI装置组件的检查。
再次参考图3，在步骤310中，方法300可隔离向EDI装置的流体供应。此处，隔离阀等可采用限制流体流入EDI装置的方式调节。
在步骤315中，方法300可开始消毒过程。此处，EDI装置可实质上排除存在于内室内的流体。随后，电供应装置跨过内室的阳极和阴极隔室提供电力。控制电力，使得内室内的温度达到消毒范围。此处，电力可为流过内室的组件的电流的形式。在本发明的一个实施方案中，电流的量级可在最多约20毫安/平方厘米范围。
在步骤320中，方法300可确定是否内室内的温度在消毒范围内。在本发明的一个实施方案中，内室内的温度上升可从约120华氏度至约212华氏度。本发明的实施方案可使用温度装置来测定内室内的温度；如所描述的。如果温度在消毒范围内，则方法300可进行至步骤325；否则，方法300可返回至步骤315，该步骤315中，可以提高内室的温度的方式控制电供应装置。
在步骤325中，方法300可开始消毒持续(sanitization hold)，其可认为是浸泡时间等。消毒持续的长度可部分与消毒温度相关。较高的消毒温度可需要较短的持续时间，反之亦然。在本发明的一个实施方案中，持续时间可在约1小时至约6小时范围。
在步骤330中，方法300可确定是否消毒持续已完成。此处，方法300可确定是否持续时间已过去。如果消毒持续已完成，则该方法可进行至步骤335；否则，该方法可返回至步骤325。
在步骤335中，该方法可确定是否应进行水冲洗。冲洗可除去从EDI装置在消毒期间产生的收集的有机和无机杂质。冲洗还可冷却内室的组件。通常，可进行冲洗，直至TOC排放物、排放温度或排放产品电阻率在可接受的范围内。如果进行冲洗，则方法300可进行至步骤340；否则，该方法可进行至步骤345。
在步骤340中，方法300可进行冲洗。隔离阀可调节至允许流体(例如，但不限于，水)进入内室的位置。在本发明的一个实施方案中，使用者可确定冲洗的持续时间。使用者还可测定进行冲洗的流体的物理参数(温度、压力、流速)。
在步骤345中，方法300可认为完成。此处，水纯化系统可准备好用于常规的操作等。
附图中的流程图和步骤图说明根据本发明的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能的执行的结构、功能和操作。关于这一点，在流程图或步骤图中的每个步骤可代表模块、片段或编码部分，其包含一个或多个可执行的指令用于执行指定的逻辑功能。还应注意到，在一些备选的执行中，在步骤中注明的功能可不按附图注明的顺序发生。例如，以连续方式显示的两个步骤实际上可实质上同时执行，或者步骤有时可采用相反的顺序执行，这取决于包括的功能。还应注意到，框图和/或流程图说明的每个步骤以及框图和/或流程图说明中的步骤的组合可通过进行专门的功能或作用的专门目的硬件基系统或专门目的硬件和计算机指令的组合来执行。
本领域普通技术人员将认识到，上述关于若干示例性实施方案的许多不同的特征和结构可进一步选择性适用于形成本发明的其它可能的实施方案。本领域技术人员将进一步理解，并未提供或详细讨论本发明的所有可能的迭代，不过包括在以下若干权利要求中的所有组合和可能的实施方案或其它旨在作为本申请的一部分。此外，由本发明的若干示例性实施方案的以上描述，本领域技术人员将察觉改进、变化和修改。在本领域技术人员掌握内的这些改进、变化和修改也旨在涵盖在所附权利要求内。此外，显而易见的是，前述仅涉及本申请的所述实施方案，并且在不偏离由以下权利要求及其等价所限定的本申请的精神和范围的情况下，可进行众多变化和修改。

Claims (20)

1. 使电去离子(EDI)装置消毒的方法，所述方法包括：
提供包含内室的EDI装置，所述内室包含：与内室的第一端相邻的阳极隔室，与内室的相对的第二端相邻的阴极隔室，和多个位于阳极和阴极隔室之间的离子膜；
停止向内室的流体供应；
跨过阳极和阴极隔室供应电力，直至内室内的温度在消毒范围内；和
控制电力以保持内室内的温度在消毒范围内；
其中所述电力使EDI装置消毒，同时流体供应降低。
2. 权利要求1的方法，其中所述控制电力以保持温度的步骤还包括确定是否消毒持续已完成。
3. 权利要求2的方法，所述方法还包括在消毒持续已完成后冲洗内室的步骤。
4. 权利要求1的方法，其中所述供应电力的步骤导致内室内的温度从约120华氏度升至约212华氏度。
5. 权利要求2的方法，其中消毒持续的间隔包括约15分钟至约6小时的范围。
6. 权利要求1的方法，其中所述电力包括流入内室的电流的形式。
7. 权利要求6的方法，其中电流密度包括最多约20毫安/平方厘米的范围。
8. 权利要求1的方法，所述方法还包括使用温度装置来测定内室内的温度的步骤。
9. 权利要求8的方法，其中所述温度装置位于内室内；并测定内室内的温度。
10. 权利要求8的方法，其中所述温度装置测量内室内的流体的温度。
11. 权利要求8的方法，其中所述温度装置位于内室的外部；并测定位于EDI装置的外表面上的表层温度。
12. 权利要求6的方法，所述方法还包括监测EDI装置的电压以确定是否内室在消毒范围内。
13. 权利要求1的方法，所述方法还包括使室内的流体再循环。
14. 权利要求1的方法，所述方法还包括提供设置用于生产去离子水的水纯化系统的步骤，所述水纯化系统包含至少以下之一：微量过滤设备、活性炭塔或反渗透设备；其中所述EDI装置在水纯化系统内集成。
15. 一种使与去离子水生产系统相关的电去离子(EDI)装置消毒的方法，所述方法包括：
提供设置用于生产去离子水的水纯化系统，所述水纯化系统包含至少以下之一：微量过滤设备、活性炭塔或反渗透设备；
提供EDI装置，其与水纯化系统集成，其中所述EDI装置包含内室，所述内室包含：与内室的第一端相邻的阳极隔室，与内室的相对的第二端相邻的阴极隔室，和多个位于阳极和阴极隔室之间的离子膜；
调节隔离阀，以停止向内室的流体供应；
向内室供应电力，以产生内室温度上升；
确定是否内室内的温度在消毒范围内；和
保持温度在消毒范围内；
其中所述电力使EDI装置消毒，同时向内室的流体供应显著降低。
16. 权利要求15的方法，所述方法还包括确定是否消毒持续已完成的步骤。
17. 权利要求16的方法，所述方法还包括在消毒持续已完成后冲洗内室的步骤。
18. 权利要求15的方法，所述方法还包括利用EDI装置使水纯化系统消毒的步骤。
19. 权利要求18的方法，所述方法还包括以下步骤：
a. 调节隔离阀，以允许流体供应流入内室；
b. 从内室排放流体；和
c. 使流体通过水纯化系统再循环。
20. 权利要求19的方法，所述方法还包括提供辅助加热器来帮助加热和保持流体供应在消毒范围内。
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