CN117561120A - 通过离子交换树脂的诸如水净化器的离子交换系统的酸和碱清洁 - Google Patents
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Abstract
一种水净化模块，包括流体路径和控制单元。流动路径包括阳离子树脂筒、与阳离子树脂筒流体连通的阴离子树脂筒、以及至少一个旁通流体路径，该旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个，同时允许水流到阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的另一个。流动路径还包括阀装置，该阀装置包括：被配置为选择性地将水引导到所述至少一个旁通流体路径的一个或多个阀。控制单元被配置为基于水净化模块的生产模式来控制阀装置以将水引导到所述至少一个旁通流体路径。
Description
背景技术
本公开总体上涉及包括离子交换树脂的水净化系统(例如，水净化器)。水净化系统可用于净化可能由各种溶质、悬浮化合物和硬度种类污染的给水。例如，对于某些应用或用途，硬给水(例如，具有高含量的钙和/或镁的水)增加了水净化器(例如，离子交换水净化器)的下游的组件中水锈的风险，从而增加了那些组件需要维护或维修的可能性，导致净水中断。导致结垢的其它污染源可以来自铁、二氧化硅、粘土和其它有机物质。可以通过利用水净化器去除特定离子种类(例如，硬度离子种类)来处理给水。在大多数水净化系统上定期地执行对水净化器的流体路径的清洁，特别是清洁净化过程(例如，离子交换)下游的流体路径的部分。例如，可以定期进行清洁以维持水装置的性能和可靠性。根据给水质量和产物水的预期目的或用途，可以使用不同的清洁技术和方法。
热消毒可用于消毒和清洁水路。例如，热消毒可以防止(一个或多个)生物膜沿着存在于水净化系统内的水管路或路径形成。然而，虽然热消毒有效防止有机结垢，但是热消毒过程在防止水锈方面不太有效，并且在一些情况下可能增加水锈，因为硬度种类在较高温度下在水中具有较低的溶解度。此外，热消毒可能对处理已经存在于水管路中的(一个或多个)生物膜无效。由于热消毒的限制，也可以使用化学品来实现清洁以清洁水管路。
通常，通过向存在于水净化系统内的水管路或路径添加化学品(酸性或碱性，例如防垢剂)来实现清洁。例如，终端用户或服务提供商可以将化学品添加到水净化系统(例如，水净化器)中，使得化学品穿过水净化器的流体路径以去除结垢和/或水锈。结垢和水锈通常发生在给水中存在的颗粒或溶质沉积到水净化器组件(例如，膜、过滤器、水管路等)的相应表面上或孔内的情况下。此外，结垢和水锈可能使膜、过滤器和水管路的功能退化或显著降低。此外，由于减少了经过过滤器、经过膜和通过水管路的流量，因此结垢和水锈可能导致水净化器的能量需求增加。减少的流量可能需要更高的压力来产生相同体积的产物水。在未处理的情况下，给水可能产生不可逆的水锈和结垢，从而缩短水净化器的各种组件(例如，过滤器、膜、水管路等)的寿命。
如上所述，结垢和水锈是水净化系统(例如，水净化器)的常见问题，该水净化系统通常可以称为(一个或多个)水装置。为了维护水净化器并确保装置的最佳性能，需要定期维护以防止结垢和水锈。维护通常涉及退化组件(例如，过滤器、膜、水管路等)的化学清洁或更换。
然而，化学清洁过程通常引起过长的停机时间，并且需要使用有毒的化学品和防垢剂。化学品可以存储在水装置附近的罐中(例如，立在水装置旁边)以根据需要添加到流体路径。然而，添加浓缩的化学品以实现清洁通常需要操作者(例如，临床医生、家庭用户、设施处的操作者等)在将清洁化学品添加到系统时使用保护性器械。此外，使用清洁溶液通常需要额外的训练和程序来处理和施加清洁化学品。此外，上述清洁方法通常增加水装置的尺寸，这需要额外的隔室或罐来存储化学品。增加的尺寸和用于存储化学品的额外隔室也降低了水装置的美观性。
还需要一种水装置，其降低结垢和水锈的可能性，同时消除对使用化学品和防垢剂(从而需要操作者佩戴额外的保护器械)的昂贵清洁过程的需要。
由于上述原因中的每一个，期望提供一种能够进行清洁处理(例如，酸清洁和碱清洁)以减少结垢和水锈而不使用化学品的改进的水净化器。
发明内容
本公开涉及通过离子交换树脂对诸如水净化器的离子交换系统进行的酸和碱清洁。
本文所述主题的各个方面可以单独使用或与本文所述的一个或多个其它方面组合使用。根据本文的公开内容并且不以任何方式限制本公开，在本公开的一个方面中，水净化模块包括流体路径和控制单元。流动路径包括阳离子树脂筒、与阳离子树脂筒流体连通的阴离子树脂筒、以及至少一个旁通流体路径，该旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个，同时允许水流到阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的另一个。流动路径还包括阀装置，该阀装置包括：被配置为选择性地将水引导到所述至少一个旁通流体路径的一个或多个阀。控制单元被配置为基于水净化模块的生产模式来控制阀装置以将水引导到所述至少一个旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径包括以下项中的一个(i)第一旁通流体路径，其被布置为绕过阴离子树脂筒，同时允许水流到阳离子树脂筒；(ii)第二旁通流体路径，其被布置为绕过阳离子树脂筒，同时允许水流到阴离子树脂筒；或(iii)第一旁通流体路径，其被布置为绕过阴离子树脂筒同时允许水流到阳离子树脂筒，和第二旁通流体路径，其被布置为绕过阳离子树脂筒同时允许水流到阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，生产模式是以下项中的一种(i)水生产模式，其中模块被配置为生成净化水；(ii)酸清洁模式，其中模块被配置为选择性地生成适于去除水锈和进行酸清洁的酸清洁流体；以及(iii)碱清洁模式，其中模块被配置为选择性地生成适于去除结垢和生物膜中的至少一个并且还适于进行碱清洁的碱清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阴离子树脂筒与阳离子树脂筒串行地流体连接。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置被配置为选择性地将水引导到所述至少一个旁通流体路径的第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，控制单元被配置为控制阀装置以在酸清洁模式中选择性地引导水通过阳离子树脂筒并引导到第一旁通流体路径以绕过阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第一旁通流体路径包括流体连接在第一点与第二点之间的第一流体管路。第一点在阳离子树脂筒的下游和阴离子树脂筒的上游。第二点在阴离子树脂筒的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置包括沿着第一流体管路布置的一个或多个第一阀。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置被配置为选择性地将水引导到第二旁通流体路径而不是第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，控制单元被配置为控制阀装置以在碱清洁模式中选择性地引导水通过第二旁通流体路径以绕过阳离子树脂筒并通过阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第二旁通流体路径包括流体连接在第三点与第四点之间的第二流体管路。第三点在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒二者的上游。第四点在阳离子树脂筒的下游和阴离子树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置包括沿着第二流体管路布置的一个或多个第二阀。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，流体路径包括将阳离子树脂筒的输出端口连接到阴离子树脂筒的输入端口的第三流体管路。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置包括一个或多个第三阀，该一个或多个第三阀被布置为在水被引导到第一旁通流体路径时停止第三流体管路中的水流。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，流体路径包括与阳离子树脂筒和阴离子树脂筒流体连通的混合床树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，混合床树脂筒被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒的下游并与其串联。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第一旁通流体路径被布置为绕过混合床树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第一旁通流体路径包括流体连接在第五点与第二点之间的第四流体管路。第五点在阳离子树脂筒、阴离子树脂筒和混合床树脂筒中的每一个的下游。第二点在阴离子树脂筒的下游和混合床树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，混合床树脂筒包括阴离子树脂和阳离子树脂的组合。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置被配置为在水生产模式中将水引导到阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置和布置为产生清洁流体并且使用清洁流体清洁流体路径的一部分，该部分在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，清洁流体是以下项中的一种(i)酸清洁流体，被配置为去除水锈和进行酸清洁；以及(ii)碱清洁流体，被配置为去除结垢和生物膜中的至少一个并且被进一步配置为进行碱清洁。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，通过将水(i)引导通过阳离子树脂筒和(ii)引导通过第一旁通流体路径以绕过阴离子树脂筒来生成酸清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，通过将水(i)引导通过第二旁通流体路径以绕过阳离子树脂筒和(ii)引导通过阴离子树脂筒来生成碱清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒在阴离子树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒在阴离子树脂筒的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，水净化模块还包括传感器装置。传感器装置包括定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游的上游电导率传感器、下游电导率传感器和下游pH传感器中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为当水净化模块处于酸清洁模式和碱清洁模式中的一个时生成清洁流体，当水净化模块处于水生产模式时生成净化水，并且使用传感器装置的至少一个传感器获得或测量水的电导率值、清洁流体的pH值、清洁流体的电导率值和在清洁流体已经生成之后生成的净化水的电导率值中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为基于以下项中的至少一个来验证清洁流体的性质：水的电导率值、pH值、清洁流体的电导率值和净化水的电导率值。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为基于水的电导率值与一个或多个入口电导率阈值的比较、测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH阈值的比较、净化水的电导率值与一个或多个净化水电导率阈值的比较、以及清洁流体的电导率值与水的电导率值的比较中的至少一个来验证清洁流体的性质。计算的pH值从基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度来计算。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为在指定持续时间内利用清洁流体清洁流体路径在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者下游的一部分。清洁流体被配置为去除水锈和生物膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，指定持续时间基于验证的结果。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为测量清洁流体的电导率值和pH值中的至少一个。此外，模块被配置为在指定持续时间内利用清洁流体清洁流体路径在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者下游的一部分。清洁流体被配置为去除水锈和生物膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，指定持续时间基于清洁流体的电导率值和pH值中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，水净化模块还包括上游电导率传感器，该上游电导率传感器定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为利用上游电导率传感器测量水的上游电导率，利用下游电导率传感器测量清洁流体的下游电导率，并且基于从上游电导率传感器和下游电导率传感器测量的电导率计算阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能比。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，性能比基于下游电导率除以上游电导率。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，性能比是净化水电导率比、酸清洁流体电导率比和碱清洁流体电导率比中的一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为将性能比与阈值进行比较。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为提供指示阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的状态的警报。状态与阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的剩余寿命相关。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，剩余寿命至少部分地基于清洁流体的相应电导率。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，上游pH传感器定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游。下游pH传感器位于阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为确定清洁流体的电导率值和估计pH值中的至少一个。清洁流体的估计pH值基于清洁流体的离子强度。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，电导率值与清洁流体的离子强度相关。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，估计pH值基于清洁流体的电导率和清洁流体的离子强度中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为基于净化水的电导率值与一个或多个净化水阈值的比较、测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH性能阈值的比较、以及清洁流体或净化水的电导率值与入口水的电导率值的比较中的至少一个来评估阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能。计算的pH值从基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度计算。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为提供指示阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能的验证结果和/或评估结果的警报。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒包括强阳离子树脂子筒和/或弱阳离子树脂子筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，强阳离子树脂子筒包括H-形式的阳离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，弱阳离子树脂子筒包括H-形式的阳离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阴离子树脂筒包括强阴离子树脂子筒和/或弱阴离子树脂子筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，强阴离子树脂子筒包括OH形式的阴离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，弱阴离子树脂子筒包括OH形式的阴离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，水净化模块还包括预处理模块。预处理模块包括软水器、活性炭过滤器、颗粒过滤器和紫外线杀菌器中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，预处理模块被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，水净化模块还包括抛光模块。该抛光模块包括混合床树脂筒、电去离子(EDI)模块、连续电去离子模块(CEDI)和流体膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，抛光模块被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为通过将水引导通过第一旁通流体路径来引导水绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个，第一旁通流体路径被布置为绕过阴离子树脂筒同时允许水流到阳离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，模块被配置为通过将水引导通过第二旁通流体路径来引导水绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个，第二旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒同时允许水流到阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第一旁通流体路径，该第一旁通流体路径被布置为绕过阴离子树脂筒，同时允许水流到阳离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第二旁通流体路径，该第二旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒，同时允许水流到阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第一旁通流体路径和第二旁通流体路径。
本文所述主题的各个方面可以单独使用或与本文所述的一个或多个其它方面组合使用。在本公开的一个方面中，溶液生成系统包括根据前述权利要求中任一项所述的水净化模块和溶液生成模块，该溶液生成模块包括：流体连接到水净化模块的流体路径的另一个流体路径。溶液生成模块被配置和布置为从水净化模块接收净化水，并且通过混合浓缩物和净化水来制备溶液。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，水净化模块被配置为将清洁流体提供到其它流体路径以用于清洁其它流体路径。
本文所述主题的各个方面可以单独使用或与本文所述的一个或多个其它方面组合使用。在本公开的一个方面中，一种用于利用水净化模块生产清洁流体的方法，所述水净化模块被布置为用于生产净化水，其中水净化模块包括沿着流体路径定位的阳离子树脂筒和阴离子树脂筒，该方法包括基于水净化模块的生产模式，引导水通过至少一个旁通流体路径以绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个，同时引导水流到阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的另一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径包括以下项中的一个(i)第一旁通流体路径，其被布置为绕过阴离子树脂筒同时允许水流到阳离子树脂筒；(ii)第二旁通流体路径，其被布置为绕过阳离子树脂筒同时允许水流到阴离子树脂筒；或(iii)第一旁通流体路径和第二旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，生产模式是水生产模式、酸清洁模式和碱清洁模式中的一种。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阴离子树脂筒与阳离子树脂筒串行地流体连接。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，该方法包括将水引导到所述至少一个旁通流体路径的第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括控制阀装置以在酸清洁模式中将水选择性地引导到所述至少一个旁通流体路径的第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第一旁通流体路径包括流体连接在第一点与第二点之间的第一流体管路。第一点在阳离子树脂筒的下游和阴离子树脂筒的上游。第二点在阴离子树脂筒的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置包括沿着第一流体管路布置的一个或多个第一阀。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，该方法包括将水引导到第二旁通流体路径而不是第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括控制阀装置以在碱清洁模式中将水选择性地引导到第二旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第二旁通流体路径包括流体连接在第三点与第四点之间的第二流体管路。第三点在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游。第四点在阳离子树脂筒的下游和阴离子树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阀装置包括沿着第二流体管路布置的一个或多个第二阀。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，流体路径包括将阳离子树脂筒的输出端口连接到阴离子树脂筒的输入端口的第三流体管路。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，该方法包括在将水引导到第一旁通流体路径时停止第三流体管路中的水流。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，流体路径包括与阳离子树脂筒和阴离子树脂筒流体连通的混合床树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，混合床树脂筒被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒的下游并与它们串联。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，第一旁通流体路径包括流体连接在第五点与第二点之间的第四流体管路。第五点在阳离子树脂筒、阴离子树脂筒和混合床树脂筒中的每一个的下游。第二点在阴离子树脂筒的下游和混合床树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，混合床树脂筒包括阴离子树脂和阳离子树脂的组合。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括在水生产模式中将水引导到阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括使用清洁流体清洁流体路径位于阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游的一部分。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，清洁流体是以下项中的一种(i)被配置为去除水锈和进行酸清洁的酸清洁流体和(ii)被配置为去除结垢和生物膜中的至少一个并且被进一步配置为进行碱清洁的碱清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，通过将水引导(i)通过阳离子树脂筒和(ii)通过第一旁通流体路径以绕过阴离子树脂筒来生成酸清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，通过将水引导(i)通过第二旁通流体路径以绕过阳离子树脂筒和(ii)通过阴离子树脂筒来生成碱清洁流体。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒和阴离子树脂筒与阴离子树脂筒上游的阳离子树脂筒串行连接。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒和阴离子树脂筒与阴离子树脂筒下游的阳离子树脂筒串行连接。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括利用传感器装置来感测水、清洁流体和净化水中的至少一个的性质。传感器装置包括下游温度传感器、下游电导率传感器和下游pH传感器中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括使用传感器装置的至少一个传感器获得或测量水的电导率值、清洁流体的pH值、清洁流体的电导率值、以及在清洁流体已经生成之后生成的净化水的电导率值中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括基于以下项中的至少一个来验证清洁流体的性质：水的电导率值、pH值、清洁流体的电导率值和净化水的电导率值。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，验证清洁流体的性质是基于水的电导率值与一个或多个入口电导率阈值的比较、测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH阈值的比较(计算的pH值是从基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度计算的)、净化水的电导率值与一个或多个净化水电导率阈值的比较、以及清洁流体的电导率值与水的电导率值的比较中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括在指定持续时间内利用清洁流体来清洁一部分流体路径，该部分流体路径在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者下游。清洁流体被配置为去除水锈和生物膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，指定持续时间基于验证的结果。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括测量清洁流体的电导率值和pH值中的至少一个，并且在指定持续时间内利用清洁流体来清洁一部分流体路径，该部分流体路径在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者下游。清洁流体被配置为去除水锈和生物膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，指定持续时间基于清洁流体的电导率值和pH值中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，上游电导率传感器定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括利用上游电导率传感器测量水的上游电导率，利用下游电导率传感器测量清洁流体的下游电导率，以及基于从上游电导率传感器和下游电导率传感器测量的电导率计算阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能比。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，性能比基于下游电导率除以上游电导率。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，性能比是净化水电导率比、酸清洁流体电导率比和碱清洁流体电导率比中的一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括将性能比与阈值进行比较。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括提供指示阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的状态的警报。状态与阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的剩余寿命相关。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，剩余寿命基于清洁流体的相应电导率。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，上游pH传感器定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的上游。下游pH传感器定位在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括确定清洁流体的电导率值和估计pH值中的至少一个。清洁流体的估计pH值基于清洁流体的离子强度。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，电导率值与清洁流体的离子强度相关。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，估计pH值基于清洁流体的电导率和清洁流体的离子强度中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括基于净化水的电导率值与一个或多个净化水阈值的比较、测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH性能阈值的比较(计算的pH值由基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度计算)和清洁流体或净化水的电导率值与水的电导率值的比较中的至少一个，评估阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括提供指示阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的至少一个的性能的验证结果和/或评估结果的警报。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阳离子树脂筒包括强阳离子树脂子筒和/或弱阳离子树脂子筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，强阳离子树脂子筒包括H-形式的阳离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，弱阳离子树脂子筒包括H-形式的阳离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，阴离子树脂筒包括强阴离子树脂子筒和弱阴离子树脂子筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，强阴离子树脂子筒包括OH形式的阴离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，弱阴离子树脂子筒包括OH形式的阴离子交换树脂。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括在引导水绕过树脂筒中的一个之前，在预处理模块中预处理水。预处理模块包括软水器、活性炭过滤器、颗粒过滤器和紫外线杀菌器中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，预处理模块被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒的上游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括在引导水绕过树脂筒中的一个之后，利用抛光模块抛光清洁流体。抛光模块包括混合床树脂筒、电去离子(EDI)模块、连续电去离子模块(CEDI)和流体膜中的至少一个。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，抛光模块被布置在阳离子树脂筒和阴离子树脂筒两者的下游。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，方法包括引导水绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个包括引导水通过被布置为绕过阴离子树脂筒同时允许水流到阳离子树脂筒的第一旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，引导水绕过阳离子树脂筒和阴离子树脂筒中的一个包括引导水通过被布置为绕过阳离子树脂筒同时允许水流到阴离子树脂筒的第二旁通流体路径。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第一旁通流体路径，该第一旁通流体路径被布置为绕过阴离子树脂筒同时允许水流到阳离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第二旁通流体路径，该第二旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒同时允许水流到阴离子树脂筒。
在本公开的另一方面中，该另一方面可以与本文中所列出的任何其它方面或方面的组合结合使用，所述至少一个旁通流体路径是第一旁通流体路径和第二旁通流体路径。
在本公开的另一方面，除非另外指定，否则可以与本文中所列出的任何其它方面组合，结合图1A至图1C、图2、图3和图4中的任何一个或多个描述的任何特征、功能和替代方案可以与结合图1至4中的任何其它图描述的任何特征、功能和替代方案组合。
因此，本公开的优点是提供一种水净化装置，其能够利用用于净化水的相同的离子交换树脂筒进行酸清洁和碱清洁中的一者或两者。
本公开的另一优点是提供一种水净化装置，其能够在不向系统添加清洁化学品或溶液的情况下进行酸清洁和碱清洁中的一者或两者。
本公开的另一优点是提供一种水净化装置，其能够进行水生产、酸清洁、碱清洁、树脂节省和生产具有特定pH特性的水(例如，具有调节的pH的水)中的一种或多种。
本公开的又一优点是从系统的现有离子交换树脂筒制备初始清洁流体。
本公开的另一优点是提供一种水净化装置，其能够将净化水以及清洁流体(例如，酸清洁流体和碱清洁流体)提供给下游装置，诸如将产物水与浓缩物混合的溶液生成系统。
本公开的另一优点是通过使得对于给定的给水组成，要在给定时间段期间改变的树脂筒的频率和数量最小化，来使用户与系统的交互量最小化。
额外的特征和优点在下面的具体实施方式和附图中进行描述，并且将中显而易见。本文所述的特征和优点不包罗万象，特别地，鉴于附图和描述，许多额外特征和优点对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。而且，任何特定实施例不必具有本文列出的所有优点，并且明确地预期分别要求单独的有利实施例。此外，应该注意，在说明书中使用的语言主要是为了可读性和指导目的而选择的，因此不限制本发明主题的范围。
附图说明
图1A是根据本公开一个示例的水生产模式中的水净化模块的框图。
图1B是根据本公开一个示例的酸清洁模式中的水净化模块的框图。
图1C是根据本公开一个示例的碱清洁模式中的水净化模块的框图。
图2是根据本公开一个示例的替代水净化模块的框图。
图3是根据本公开一个示例的溶液生成系统的框图。
图4是根据本公开一个示例的用于利用水净化模块生成净化水、酸清洁流体和碱清洁流体中的至少一个的示例过程的流程图。
具体实施方式
离子交换系统，诸如水净化器或水装置，可用于净化给水。此外，离子交换系统可用于清洁流体路径在水净化步骤下游(例如，净化给水的离子交换的下游)的一部分。
本文中公开的系统、方法和技术可用于从水管路或水路径中去除“结垢”、“水锈”和/或“生物膜”。结垢、水锈和/或(一个或多个)生物膜可以独立地或共同地妨碍或干扰水净化器的功能，更具体地说，妨碍或干扰水净化处理下游的水管路的功能。例如，结垢、水锈和/或生物膜可以使膜、过滤器和水管路的功能退化或显著降低。此外，由于减少了经过过滤器、经过膜和通过水管路的流量，因此结垢、水锈和/或生物膜的累积可能导致水净化器的能量需求增加。减少的流量可能需要更高的压力来产生相同体积的净化的产物水。在未处理的情况下，给水可能产生不可逆的结垢、水锈和/或(一个或多个)生物膜，从而缩短水净化器的各种组件(例如，过滤器、膜、水管路等)的寿命。
“结垢”是不期望的物质在表面上的积聚，并且结垢物质可以由生物有机体(例如，生物结垢)或非生物物质(例如，无机或有机物质)组成。结垢可能来自铁、二氧化硅、粘土和有机物质。结垢通常发生在给水中存在的颗粒或溶质沉积到水净化器组件(例如，膜、过滤器、水管路等)的相应表面上或孔内的情况下。结垢的一些示例包括微生物生长、藻类和一些生物膜。
“水锈”是固体(诸如盐、氧化物和氢氧化物)从水溶液(例如，碳酸钙或硫酸钙)中的结晶。水锈还可以称为沉淀结垢。水锈的一些示例包括碳酸镁(MgCO3)和碳酸钙(CaCO3)的沉淀。
“生物膜”是指细胞彼此粘附并且通常粘附到其它表面的任何微生物。即使生物膜包括有机物质，生物膜也可以包括或形成水中的无机物。如上所述，一些生物膜可被认为是结垢的一种形式。
“酸清洁”是指适于去除水锈的低pH溶液。例如，如果给水流经阳离子交换树脂(例如，以H的形式)，则给水的pH将降低，以形成低pH溶液。所得的低pH溶液适于通过称为酸清洁的处理来去除水锈。
“碱清洁”是指适于去除结垢的高pH溶液。例如，如果给水流经阴离子交换树脂(例如，以OH的形式)，则给水的pH将升高，以形成高pH溶液。所得到的高pH溶液适于通过称为碱清洁的处理来去除结垢。
根据本文所述的系统、方法和技术，水净化器可以被配置为净化水装置中的流体路径的一部分以防水锈、结垢和/或生物膜。离子交换系统(例如，水净化器)可用于(i)高质量水生产(例如，电导率低于1μS/cm)，
(ii)酸清洁，或(iii)碱清洁。因此，离子交换系统可以有利地生产高质量水，同时还进行酸和碱清洁两者，而不添加额外的清洁化学品。通过使用现有的阴离子和阳离子树脂筒进行清洁操作(例如，酸清洁和/或碱清洁)，本文公开的系统和方法有利地减少或消除了用户处理危险和有毒的清洁化学品的需要。此外，由于现有组件(例如，阳离子树脂筒和阴离子树脂筒)被配置为利用水净化装置生成清洁流体，因此降低了系统的复杂性。
图1A、1B和1C示出了水净化模块100a的配置。图2中示出了水净化模块100b的替代配置。如本文所使用的，水净化模块100a和水净化模块100b在本文中通常可以被称为水净化模块100。返回参照图1A、1B和1C，水净化模块100a(通常称为水净化模块100)包括具有阳离子树脂筒120和与阳离子树脂筒120流体连通的阴离子树脂筒130的流体路径110。流体路径110还可以包括至少一个旁通流体路径(例如，旁通流体路径112a、112b)。所述至少一个旁通流体路径被布置为绕过阳离子树脂筒120或阴离子树脂筒130，同时允许水流到阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130中的另一个。
应该理解，本文所述的流体路径110可以合并到其它水净化系统中。例如，沿着流体路径110可以可选地包括混合床、一个或多个反渗透(“RO”)膜或一个或多个额外的抛光步骤，以进一步加强水质或实现更高水平的清洁。可选的组件(例如，混合床、RO膜或抛光步骤)可以基于组件的功能而定位在上游和/或下游。例如，RO膜可以定位在树脂筒120、130(例如离子交换系统)的上游，从而允许树脂筒在水通过RO膜之后用于抛光。这些选项中的一些将在下面更详细地描述。
树脂筒120、130可以形成用于水净化模块100的离子交换系统。每一个树脂筒可以是离子交换床，其中离子在离子交换床中变得与带相反电荷的离子种类离子地结合。在一个示例中，离子交换床(例如，树脂筒120、130)可以包括离子交换树脂，诸如阳离子树脂和阴离子树脂。树脂可以包括多个树脂珠。例如，阳离子树脂筒120可以包括多个阳离子交换树脂珠，而阴离子树脂筒130包括多个阴离子交换树脂珠。通常，给水的阳离子组分被吸附到阳离子交换树脂珠，而给水的阴离子组分被吸附到阴离子交换树脂珠。
在图1A、1B、1C和图2的每一个示出的示例中，流体路径110开始于给水的源101处，并且最终终止于出口103处(例如，在该位置处产物水或清洁流体离开流体路径110)。在每一个示例中，水净化模块100被配置和布置为产生净化水或清洁流体。当产生清洁流体时，水净化模块100适于使用清洁流体来清洁流体路径110在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130中的至少一个的下游的一部分。水净化模块100可以可选地包括沿着流体路径定位的流量计197，以测量质量或体积流速。在图1A至图1C所示的示例中，流量计197定位在抛光模块180的上游，然而应该理解，流量计197可以沿着流体路径110的任何部分定位。此外，水净化模块100可以包括沿着流体路径110定位的多个流量计197。
在一个示例中，阴离子树脂筒130与阳离子树脂筒130串联地流体连接。如图1A至图1C所示，阳离子树脂筒120被示出为在阴离子树脂筒130的上游。可替代地，每一个筒120，130的位置可以翻转，使得阴离子树脂筒130位于阳离子树脂筒120上游。在一个示例中，阳离子树脂筒120可以包括去矿化阳离子树脂。此外，阳离子树脂筒120可以包括强阳离子树脂子筒120a、弱阳离子树脂子筒120b，或者强阳离子树脂子筒120a和弱阳离子树脂子筒120b两者。应该理解，子筒120a和/或120b可以共同形成阳离子树脂筒120。可替代地，阳离子树脂筒120可以由单个子筒(例如，强阳离子子筒120a)构成。更详细地，强阳离子树脂子筒120a包括H形式的强阳离子交换树脂。此外，更详细地，弱阳离子树脂子筒120b可以包括H形式的弱阳离子交换树脂。H形式的阳离子交换树脂可以将所有其它阳离子交换为H+。例如，Ca2+、Mg2+、Na+和K+可以被交换为H+。在一个示例中，阳离子树脂的容量可以在1.8至4.5eq/l之间。通常，如果供给到阳离子树脂筒120的水具有低的缓冲容量和大约7的pH，则离开阳离子树脂筒120的流体的pH将是pH在2至3的范围内的酸溶液。在一个示例中，由离开阳离子树脂筒120的流体产生的酸清洁流体在pH落在2至3的范围内时可以认为是适当的或可接受的。
阴离子树脂筒130可以包括去矿化阴离子树脂。与阳离子树脂筒120类似，阴离子树脂筒130可以包括强阴离子树脂子筒130a、弱阴离子树脂子筒130b，或者强阴离子树脂子筒130a和弱阴离子树脂子筒130b两者。与上述类似，子筒130a、130b可以共同地或单独地形成阴离子树脂筒130。更详细地，强阴离子树脂子筒130a包括OH形式的阴离子交换树脂。此外，更详细地，弱阴离子树脂子筒130b可以包括OH形式的阴离子交换树脂。OH形式的阴离子交换树脂可以将所有其它阴离子交换为OH-。例如，SO4 2-、NO3 -和Cl-可以交换为OH-。在一个示例中，阴离子树脂通常可以具有约1.0eq/l的容量。当水通过阴离子树脂筒130时，阴离子树脂引起水中的pH变化。通常，如果供给到阴离子树脂筒130的水具有低的缓冲容量和大约7的pH，则离开阴离子树脂筒130的流体的pH将是pH在11至12之间的碱溶液。在一个示例中，当，由离开阴离子树脂筒130的流体产生的碱清洁流体在pH落在11至12的范围内时可以认为是合适的或可接受的。
阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130的组合产生纯水。例如，使给水通过串联的两个树脂筒120、130产生纯水(例如H++OH-＝H2O)。
由于阴离子树脂的容量较低，因此平衡系统可能需要更大的阴离子树脂体积。例如，可能需要更多的阴离子树脂，使得阴离子树脂筒130具有与阳离子树脂筒120相同或相似的容量。然而，通过使用仅利用阳离子树脂筒120处理的清洁流体(例如，酸清洁流体)进行一些清洁(诸如冲洗超滤器和/或冲洗流动路径)可以有助于进一步平衡系统，从而需要较少的阴离子树脂。例如，其它现有解决方案可以使用相同体积的两种树脂类型(例如，阳离子和阴离子)，这由于需要频繁更换筒而增加了患者的负担，因为阴离子树脂筒130通常在阳离子树脂筒120之前很久就用完了。
如图1A所示，旁通流体路径112a被布置为绕过阴离子树脂筒130，同时允许水流经阳离子树脂筒120。更详细地，旁通流体路径112a可以被配置和布置为使得水仅流经阳离子树脂筒120，同时绕过阴离子树脂筒130。类似地，旁通流体路径112b被布置为绕过阳离子树脂筒120，同时允许水流经阴离子树脂筒130。更详细地，旁通流体路径112b可以被配置和布置为使得水仅流经阴离子树脂筒130，同时绕过阳离子树脂筒120。
流体路径110还可以包括阀装置140，其包括沿着流体路径110布置的一个或多个阀(例如，阀140a至140e，注意阀140d和140e在图2中示出)。所述一个或多个阀(例如，阀140a至140e)被配置为基于水净化模块100的生产模式选择性地将水引导到旁通流体路径112a、112b。如下面更详细地描述的，生产模式可以包括如图1A中所示的“水生产模式”、如图1B中所示的“酸清洁模式”和如图1C中所示的“碱清洁模式”。
如图1A、1B和1C所示，旁通流体路径112a可以包括流体连接在第一点118a与第二点118b之间的流体管路114a。流体管路114a可以被称为第一流体管路114a。第一点118a在阳离子树脂筒120下游和阴离子树脂筒130上游。此外，第二点118b在阴离子树脂筒130的下游。实质上，流体管路114a将阳离子树脂筒120的出口点(例如，点118a)或输出端口与阴离子树脂筒130的出口点(例如，点118b)或输出端口连接，使得水可以流经阳离子树脂筒120并绕过阴离子树脂筒130。第一阀140a被布置在旁通液体路径112a中(因此到流体管路114a)。第一阀140a可以被选择性地控制为允许(例如，当第一阀140a打开时)或阻止(例如，当第一阀140a关闭时)流经旁通流体路径112a。更具体地说，阀装置140可以包括沿着一个或多个流体管路(例如，流体管路114a)布置的一个或多个阀(例如，阀140a)。
旁通流体路径112b可以包括流体连接在第三点118c与第四点118d之间的流体管路114b。流体管路114b可以被称为第二流体管路114b。第三点118c在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者上游。此外，第四点118d在阳离子树脂筒120的下游和阴离子树脂筒130的上游。实质上，流体管路114b将阳离子树脂筒120的入口点(例如，点118c)或输入端口与阴离子树脂筒130的入口点(例如，点118d)或输入端口链接，使得水可以绕过阳离子树脂筒120并流经阴离子树脂筒130。第二阀140b被布置在旁通液体路径112b中(因此到流体管路114b)。第二阀140b可以被选择性地控制以允许(例如，当第二阀140b打开时)或阻止(例如，当第二阀140b关闭时)流经旁通流体路径112b。更具体地说，阀装置140可以包括沿着一个或多个流体管路(例如，流体管路114b)布置的一个或多个阀(例如，阀140b)。
流体路径110还可以包括流体连接在第一点118a与第四点118d之间的流体管路114c。流体管路114c可以被称为第三流体管路114c。实质上，流体管路114c将阳离子树脂筒120的出口点(例如，点118a)或输出端口与阴离子树脂筒130的入口点(例如，点118d)或输入端口链接，使得水可以流经阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者。具体地说，流体管路114c使得水能够串行地流经阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒。第三阀140c被布置到流体管路114c。第三阀140c可以被选择性地控制以允许(例如，当第三阀140c打开时)或阻止(例如，当第三阀140c关闭时)流经流体管路114c。更具体地说，阀装置140可以包括沿着一个或多个流体管路(例如，流体管路114c)布置的一个或多个阀(例如，阀140c)。
在另一示例中(图2中示出，其将在下面更详细地描述)，旁通流体路径112a可以包括流体连接在第五点118e与第二点118b之间的流体管路114d。流体管路114d可以被称为第四流体管路114d。第五点118e在阳离子树脂筒120、阴离子树脂筒130和混合床树脂筒(例如，图2的混合床树脂筒150)中的每一个的下游。如上所述，第二点118b在阴离子树脂筒130的下游和混合床树脂筒150的上游(参见图2)。实质上，流体管路114d将阴离子树脂筒130的出口点(例如，点118b)或输出端口与混合床树脂筒150的出口点(例如，点118e)或输出端口链接，使得水可以流经阴离子树脂筒130并绕过混合床树脂筒150。第四阀140d被布置在旁通液体路径112a中(因此到流体管路114d)。第四阀140d可以被选择性地控制为允许(例如，当第四阀140d打开时)或阻止(例如，当第四阀140d关闭时)流经流体管路114d。应该理解，图1A至图1C中的示例也可以包括这种布置，也就是说，混合床树脂筒150和包括流体连接在第五点118e与第二点118b之间的流体管路114d的旁通流体路径112a，由此混合床树脂筒150也被绕过，如结合图2所解释的。
此外，水净化模块100可以包括控制单元160，该控制单元被配置为控制阀装置140以将水引导到旁通流体路径112a、112b。阀装置140可以被配置为选择性地将水引导到旁通流体路径112a或旁通流体路径112b。具体地说，控制单元160可以被配置为(i)控制阀装置140以选择性地引导水以避开旁通流体路径112a、112b两者，从而在“水清洁模式”(图1A中所示)中将水引导到阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者。例如，控制单元160可以通过关闭第一阀140a、关闭第二阀140b并打开第三阀140c来控制阀装置140。在一些实施例中，控制单元160被配置为(ii)控制阀装置140以选择性地引导水通过阳离子树脂筒120并通过旁通流体路径112a，从而在“酸清洁模式”中绕过阴离子树脂筒130(关于图1B更详细地描述)。例如，控制单元160可以通过打开第一阀140a、关闭第二阀140b和关闭第三阀140c来控制阀装置140。在一些实施例中，控制单元160被配置为(iii)控制阀装置140以选择性地将水引导通过旁通流体路径112b，从而绕过阳离子树脂筒120，以在“碱清洁模式”中到达阴离子树脂筒130(关于图1C更详细地描述)。例如，控制单元160可以通过关闭第一阀140a、打开第二阀140b并关闭第三阀140c来控制阀装置140。
现在参照图2，图2示出了水净化模块100b的另一配置。水净化模块100b(通常称为水净化模块100)可以包括许多与图1A、1B和1C中所示的水净化模块100a相同的特征和组件。而且，参照图1A至图1C描述的功能对于图2中的示例是总体上相同的。例如，水净化模块100b包括流体路径110、阳离子树脂筒120(例如，强阳离子树脂筒120a和弱阳离子树脂筒120b)、阴离子树脂筒130(例如，强阴离子树脂子筒130a)、一个或多个旁通流体路径112a、112b、阀装置140和控制单元160。在一些实施例中，阴离子树脂筒130还包括弱阳离子树脂子筒130b。
如图2所示，旁通流体路径112b并且更具体地说流体管路114b可以是可选的，其由流体管路114b的虚线指示。包括旁通流体路径112b和流体管路114b允许水净化模块100b进行碱清洁。相反，如果不存在可选的流体管路114b，则图2的水净化模块100b可以进行酸清洁或者可以生成纯水。类似地，旁通流体路径112b和流体管路114b对于图1A至图1C中所示的示例可以是可选的。
类似地，如图2中所示，旁通流体路径112a并且更具体地说流体管路114a可以是可选的，其由流体管路114a的虚线指示。包括旁通流体路径112a和流体管路114a允许水净化模块100b进行酸清洁。相反，如果不存在可选的流体管路114a，则图2的水净化模块100b可以进行碱清洁或者可以生成纯水。类似地，旁通流体路径112a和流体管路114a对于图1A至图1C中所示的示例可以是可选的。
然而，水净化模块100b可以另外包括与阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130流体连通的混合床树脂筒150。混合床树脂筒150可以包括阴离子和阳离子树脂的组合。应该理解，代替混合床树脂筒150，水净化模块100b可以替代地包括抛光模块180(参见图1A至图1C)。抛光模块180可以包括一个或多个混合床树脂筒150(类似于图2的混合床树脂筒150)、电去离子(“EDI”)模块、连续电去离子模块(“CEDI”)、电容去离子(“CDI”)模块等。
在所示示例中，混合床树脂筒150沿着流动路径110的流体管路布置在树脂筒120，130的下游。此外，混合床树脂筒150可以与阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130串联。
如图2所示，混合床树脂筒150可以经由旁通流体路径112a绕过。具体地说，来自源101的给水可以在到达出口103之前行进通过阳离子树脂筒120，通过旁通流体路径112a(例如，流体管路114a和114d)以绕过混合床树脂筒150。绕过混合床树脂筒150确保了由水净化模块100b产生的清洁流体(例如，酸清洁流体或碱清洁流体)可以被输送到出口103，而清洁流体的H+或OH-不会被混合床树脂筒150吸收。
例如，旁通流体路径112a可以被布置为绕过混合床树脂筒150。在所示示例中，流体管路114d和阀140d、140e允许混合床树脂筒150被绕过。如图2所示，第四阀140d定位在流体管路114d中，流体管路114d流体连接在第五点118e与第二点118b之间。第五阀140e在到达第五点118e之前定位在混合床树脂筒150的出口下游。通过打开第四阀140d并关闭第五阀140e，离开阳离子树脂筒120或阴离子树脂筒130的流体通过沿着旁通流体路径112a流动、通过流体管路114d并通过打开的第四阀140d而绕过混合床树脂筒。
图2的其它组件也被描绘为可选的。例如，虚线边界185内的所有组件都可以是可选的，使得流体路径从点118b延伸到第二传感器模块190b，随后直接延伸到出口103。具体地说，在移除虚线边界185内的每一个组件的情况下，流体可以行进至出口103，而不与第四阀140d、混合床树脂筒150、第五阀140e或第三传感器模块190c相互作用。
更详细地，图2中示出的示例可以适于(1)进行酸清洁或生成纯水或(2)进行碱清洁或生成纯水。例如，在情景(1)中，移除流体管路114b，因此给水可以通过阳离子树脂筒120并且随后通过流体管路114a以绕过阴离子树脂筒130，以产生酸清洁流体。此外，在情景(1)中，水净化器100b还可以通过使给水通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者来生成纯水。在情景(2)中，移除流体管路114a，因此给水可以仅通过阴离子树脂筒130(例如，通过经由流体管路114b而绕过阳离子树脂筒120)以产生碱清洁流体。可替代地，在情景(2)中，水净化器100b还可以通过使给水通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者来生成纯水。
预处理和抛光模块
在一个示例中，水净化模块100可以包括预处理模块170。预处理模块170可以包括软水器、活性炭过滤器、颗粒过滤器、紫外线杀菌器等中的一个或多个。预处理模块170可以被布置在树脂筒120，130和混合床树脂筒(例如，图2的混合床树脂筒150)的上游。如图1A至图1C所示，预处理模块170沿着流体路径110定位，然而预处理模块170可以可选地沿着具有相关联阀的分支流体路径定位，使得来自源101的给水可以通过预处理模块170以进行处理或绕过预处理模块170。
此外，水净化模块100可以包括可选的限流器172。在所示示例中，限流器172沿着流体路径110定位在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒230的上游，以及预处理模块170的下游。限流器172是可选的，并且可以替代地定位在预处理模块170的上游。在另一示例中，限流器172可以被合并作为预处理模块170的一部分或作为阀115的一部分。阀115被布置在筒120、130上游，并且被配置为打开和关闭到筒120、130的给水流。在所示示例中，阀115定位在预处理模块170与限流器172之间，但是应该理解，阀115可以沿着流体路径布置在两个筒120、130的上游的任何位置处。
在一个示例中，水净化模块100还可以包括抛光模块180。抛光模块180可以包括混合床树脂筒150(类似于图2的混合床树脂筒150)、电去离子(“EDI”)模块、连续电去离子模块(“CEDI”)、电容去离子(“CDI”)模块等中的一个或多个。EDI模块和CEDI模块可以被配置为利用电力、离子交换膜和树脂来使水去离子化，并从水中分离出溶解的离子(例如，杂质)。在一个示例中，EDI模块可用于对水进行去矿化、净化或以其它方式进行处理。例如，EDI模块可以通过使用电活性介质连同电力(例如，电势)来影响离子传输而从水中去除可电离物质的处理来净化水。EDI模块可以包括具有永久电荷或临时电荷的介质。
CEDI模块可以依赖于通过电活性介质的离子传输。通常，CEDI模块可以包括阴离子和阳离子两者的选择性膜。膜可以是半渗透性的和电活性的。CEDI可以利用电流持续地再生树脂块。
如上所述，预处理模块170可以包括软水器、活性炭过滤器、颗粒过滤器、紫外线杀菌器等中的一个或多个。预处理模块170的一些组件可以被布置在树脂筒120、130和混合床树脂筒(例如，图2的混合床树脂筒150)的下游。应该理解，如果预处理模块170的一个或多个组件定位和布置在树脂筒120，130的下游，则组件可以提供“后处理”或“抛光”而不是“预处理”。如果混合床树脂筒150已经存在于系统中，则抛光模块180可以包括额外的混合床树脂筒，其可以具有与混合床树脂筒150不同的化学性质。可替代地，抛光模块180可以被布置为用于进行电去离子。如图1A至图1C所示，抛光模块180沿着流体路径110定位，然而抛光模块180可以可选地沿着具有相关联阀的分支流体路径定位，使得通过一个或多个树脂筒120、130和150的水可以通过抛光模块180以便抛光或完全绕过抛光模块180。应该理解，图2中的水净化模块100b可以包括如结合图1A至图1C的水净化模块100a说明的任何组件，例如预处理模块170、抛光模块180、阀115等中的任何一个。
传感器模块
返回参照图1A、1B、1C和图2，水净化模块100还可以包括传感器装置190。传感器装置190包括一个或多个传感器模块190a、190b、190c。更具体地说，参照图1A、1B和1C，传感器装置190包括第一传感器模块190a和第二传感器模块190b。然而，在替代实施例中，可以仅存在传感器模块190a和190b中的一个。传感器装置190并且更具体地说传感器模块190a可以包括上游温度传感器192a、上游电导率传感器194a和上游pH传感器196a中的一个或多个。每一个上游传感器(例如，传感器192a、194a、196a)可以定位在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者的上游。如图1A、1B、1C和图2所示，上游传感器(例如，传感器192a、194a、196a)形成第一传感器模块190a。然而，应该理解，在替代实施例中，第一传感器模块190a可以包括上游传感器的不同集合。例如，第一传感器模块190a可以仅包括上游温度传感器192a和上游电导率传感器194a。在另一示例中，第一传感器模块190a可以包括除了传感器192a、194a、196a之外的其它传感器。尽管第一传感器模块190a被示出为定位在预处理模块170的下游，但是第一传感器模块190a可以替代地定位在预处理模块170的上游或沿着源101与点118c之间的流体路径110的任何其它位置处。
如图1A至图1C和图2所示，温度传感器可以表示为“T1”、“T2”和“T3”；电导率传感器可以表示为“C1”、“C2”和“C3”；pH传感器可以表示为“pH1”、“pH2”和“pH3”。
传感器装置190还可以包括下游温度传感器192b、下游电导率传感器194b和下游pH值传感器196b。下游传感器(例如，传感器192a、194a、196a)中的每一个可以定位在树脂筒120、130的下游。如图1A、1B、1C和图2所示，下游传感器(例如，传感器192b、194b、196b)形成第二传感器模块190b。然而，应该理解，在替代实施例中，第二传感器模块190b可以包括下游传感器的不同集合。例如，第二传感器模块190b可以仅包括下游温度传感器192b和下游电导率传感器194b。在另一示例中，第二传感器模块190b可以包括除了传感器192b、194b、196b之外的其它传感器。
参照图2，水净化模块100包括传感器装置190，传感器装置190包括三组传感器模块，第一传感器模块190a、第二传感器模块190b和第三传感器模块190c。然而，在替代实施例中，水净化模块100可以仅包括第一传感器模块190a、第二传感器模块190b和第三传感器模块190c中的一个或两个。例如，在一些实施例中，不存在第三传感器模块190c。
在图2所示的示例中，第一传感器模块190a可以包括上游传感器(例如，上游温度传感器192a、上游电导率传感器194a和上游pH传感器196a)。第二传感器模块190b被布置为使得当引导流体通过混合床树脂筒150时使用第二传感器模块190b。例如，如果绕过混合床树脂筒150，则流体不能到达第二传感器模块190b。因此，为了说明的目的，图2中的第二传感器模块190b被描述为包括中间传感器(例如，中间温度传感器192b、中间电导率传感器194b和中间pH传感器196b)。此外，图2中的水净化模块100可以包括第三传感器模块190c，第三传感器模块190c具有下游传感器(例如，下游温度传感器192c、下游电导率传感器194c和下游pH值传感器196c)。应该理解，图2的传感器模块190b和190c也可以包括pH传感器，类似于第一传感器模块190a。类似地，应该理解，在替代实施例中，第三传感器模块190c可以包括下游传感器的不同集合。例如，第三传感器模块190c可以包括更多的传感器、更少的传感器或除了图2中所描绘的那些传感器之外的其它传感器。
水净化模块100被配置为生成净化的产物水和一个或多个清洁流体，并且可以获得相应的生成的流体、源给水或在中间生产步骤中存在的中间流体(例如，通过预处理模块170的给水可以认为是中间流体)的测量值或值。测量值或值可以包括温度值、电导率值和pH值。
通过传感器装置190，水净化模块100可以测量给水或中间流体的上游值(例如，上游温度、电导率和pH)，该中间流体还没有通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130中的任一个，但是可能已经通过预处理模块170或限流器172。此外，水净化模块100可以测量清洁流体、产物水或其它中间流体(例如，尚未通过抛光模块180的净化水)的下游值(例如，下游温度、电导率和pH)。
水净化模块100可以被配置为基于入口给水、所产生的清洁流体和净化的产物水中的一个或多个的电导率值或pH值中的至少一个来验证清洁流体的性质(例如，验证清洁流体的效力、强度或适合性，以确定清洁流体是否适合于执行其预期的清洁)。具体地说，水净化模块100可以被配置为测试以下项中的一个或多个：利用上游电导率传感器194a测试入口给水的电导率、利用上游pH传感器196a测试入口给水的pH值、利用下游电导率传感器194b测试清洁流体的电导率值、以及利用下游电导率传感器194b测试净化水的电导率值。
水净化模块100还可以被配置为基于入口给水的电导率值与一个或多个入口电导率阈值的比较来验证清洁流体的效力、强度或适合性。在另一示例中，验证清洁流体的效力、强度或适合性可以基于入口给水的测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH阈值的比较。计算的pH值可以从基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度计算。本文所述的计算可以首先基于在生成清洁流体时绕过哪些树脂或筒的确定。此外，验证清洁流体的效力、强度或适合性可以基于净化水的电导率值与一个或多个净化水电导率阈值的比较或基于清洁流体的电导率值与入口水的电导率值的比较。在一个示例中，水净化模块100可以被配置为通过使用传感器装置190的至少一个传感器来获得或测量以下项中的至少一个：入口水的电导率值、清洁流体的pH值、清洁流体的电导率值以及在清洁流体已经生成之后生成的净化水的电导率值。
如果水净化过程正确地执行，则净化的产物水的电导率值应该是低的。例如，使给水通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者应该从给水中去除大部分离子，以产生具有低电导率的低离子产物水。
清洁流体和入口给水的电导率值的比较可以表示为性能比。例如，水净化模块100可以至少部分地基于从上游电导率传感器194a和下游电导率传感器194b测量的电导率来计算树脂筒(例如，阳离子树脂筒120和/或阴离子树脂筒130)的性能比。在一个示例中，性能比基于下游电导率除以上游电导率。具体地说，可以通过从“1”减去下游或“后”电导率值与上游或“预”电导率值的比率(例如，下游电导率除以上游电导率)并乘以“100”以获得百分比，来确定各种性能比(“PR”)值。例如，流经阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒两者的流体的性能比由PRnorm＝1-(Cds/Cus)描述，其中“Cds”表示流体通过树脂筒120、130两者之后的下游或“后”电导率值，并且“Cus”表示流体通过树脂筒120、130之前的上游或“预”电导率值。如上所述，为了获得百分比，PRnorm作为百分比可以被计算为(1-(Cds/Cus))*100。类似地，流经阳离子树脂筒120的流体的性能比(“PRcat”)由PRcat＝1-(Cds-cat/Cus-cat)表示，而流经阴离子树脂筒130的流体的性能比(“PRani”)由PRani＝1-(Cds-ani/Cus-cat)表示。相反，性能比可以基于上游电导率除以下游电导率。性能比可以是净化水电导率比(PRnorm)、酸清洁流体电导率比(PRcat)和碱清洁流体电导率比(PRani)中的任何一种。
应该理解，可以使用加权因子来确定性能比。性能比可以是除了电导率之外的值(诸如pH)的比。如上所述，水净化模块100可以被配置为将性能比与阈值进行比较，该阈值可以指示清洁流体是否具有足够的效力、强度或适合性。在一个示例中，低于阈值的性能比可能不适合于清洁，或者可能指示需要清洁流体的多次通过以实现期望的清洁水平。具体地说，当pH值落在2到3的范围内时，酸清洁流体可以与阈值或阈值范围进行比较，以便认为清洁流体是合适的或可接受的。类似地，当pH值落在11到12的范围内时，碱清洁流体可以与阈值或阈值范围进行比较，以便认为清洁流体是合适的或可接受的。
在一个示例中，水净化模块100可以被配置为提供指示阳离子树脂筒120和/或阴离子树脂筒130的状态的警报。该状态可以与相应的树脂筒120、130的剩余寿命相关。在一个示例中，剩余寿命基于尚未通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130中的任一个的清洁流体或中间流体的电导率、离子强度和/或pH。此外，状态或剩余寿命可以基于计算的性能比。
在使用时，水净化模块100可以生成清洁流体(例如，如图1B中描述的酸清洁流体或如图1C中描述的碱清洁流体)，并且随后可以确定清洁流体的电导率值和估计pH值中的一个或多个。清洁流体的估计pH值可以基于清洁流体的电导率和/或离子强度。然而，通常估计pH值是基于清洁流体的离子强度。此外，电导率值也可以与清洁流体的离子强度相关。
水净化模块100还可以被配置为评估阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130的性能。例如，评估树脂筒120、130的性能可以包括检查或确定树脂筒120、130是否耗尽。可以基于(a)净化水的电导率值与一个或多个净化水阈值的比较，(b)测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH性能阈值的比较，以及(c)清洁流体或净化水的电导率值与入口给水的电导率值的比较，来评估性能。在一个示例中，计算的pH值是从基于清洁流体的电导率值的清洁流体的离子强度计算的。
上述(b)中的比较引起与pH性能阈值相比过高或过低的pH值，这可能指示树脂筒120、130中的一个或多个工作不正常，可能是由于树脂筒120、130用完或耗尽。例如，如果阳离子树脂筒120耗尽，则pH值可能过高。如果阴离子树脂筒130耗尽，则pH值可能过低。类似地，将测量到的pH与计算的pH进行比较可以提供关于树脂筒120、130的性能的细节。例如，如果测量到的pH值不同于计算的pH值(例如，实际pH值是未预期的值)，这也可能指示树脂筒120、130工作不正常(例如，筒被用完)。上述比较中的每一个可以表示为性能比，但是应该理解，计算性能比不是必需的。
在一个示例中，水净化模块100可以被配置为提供指示上述验证结果和/或性能评估结果的警报。
操作模式
图1A、1B和1C示出了水净化模块100的各种模式。例如，水净化模块100可以被配置为选择性地生成(i)如图1A中所示的“水生产模式”中的净化的产物水，(ii)如图1B中所示的被配置为去除水锈并以“酸清洁模式”进行酸清洁的酸清洁流体，以及(iii)如图1C中所示的被配置为去除结垢和/或生物膜并且进一步被配置为以“碱清洁模式”进行碱清洁的碱清洁流体。通过各种操作模式，本文公开的系统和方法可以通过将给水暴露于阳离子或阴离子树脂(例如，以产生相应的清洁流体)来减少水暴露和节省树脂容量。例如，本文公开的系统和方法有利地将水消耗减少了总净化水消耗的大约六分之一(1/6)，因此与类似尺寸的系统相比提供增加的净化水体积的能力。例如，通过平衡树脂筒120、130(例如，而不是使用最终导致不平衡系统的相等尺寸的树脂筒)，水净化模块100可以在树脂筒耗尽之前生成更多的水。
如图1A所示，在“水生产模式”中，阀115和140c打开，而阀140a和140b关闭。在图1A所示的“水生产模式”中，给水从源101行进，可选地通过预处理模块170，并且沿着流体路径110继续。当沿着流体路径110行进时，给水通过打开的阀115，可选地通过限流器172，到达阳离子树脂筒120。在通过阳离子树脂筒120之后，水通过打开的阀140c并通过流体管路114c到达阴离子树脂筒130。在离开阴离子树脂筒130之后，净化水可以沿着流体路径110继续到出口103，在那里净化水或产物水离开系统。在一个示例中，在通过阴离子树脂筒130之后，水可以在到达出口103之前由抛光模块180处理。
净化的产物水可以用于血液透析(“HD”)、腹膜透析(“PD”)溶液混合、重症监护(“IC”)程序(例如，清洁器械和冲洗伤口)、大型基于水的医疗装置和药物处理、超滤器的冲洗、冲洗已经暴露于患者流出物的流动路径以及冲洗已经暴露于不同种类的消毒(例如，热消毒)的流动路径。
如图1B所示，在“酸清洁模式”中，阀115和140a打开，而阀140b和140c关闭。在图1B所示的“酸清洁模式”中，给水从源101行进，可选地通过预处理模块170，并且沿着流体路径110继续。当沿着流体路径110行进时，给水通过打开的阀115，可选地通过限流器172，到达阳离子树脂筒120。在通过阳离子树脂筒120之后，生成的酸清洁流体行进通过旁通流体路径112a并通过打开的阀140a，从而绕过阴离子树脂筒130。随后，生成的酸清洁流体行进通过流体管路114a继续沿着流体路径110行进至出口103。在所示示例中，一旦酸清洁流体离开阳离子树脂筒120，酸清洁流体就可以在流体路径上进行清洁操作。此外，一旦酸清洁流体离开系统，它就可用于清洁水净化模块100所连接的其它装置。在一个示例中，酸清洁流体可以可选地在到达出口103之前由抛光模块180处理。
如图1C所示，在“碱清洁模式”中，阀115和140b打开，而阀140a和140c关闭。在图1C所示的“碱清洁模式”中，给水从源101行进，可选地通过预处理模块170，并且沿着流体路径110继续。当沿着流体路径110行进时，给水通过打开的阀115，可选地通过限流器172。随后，给水通过旁通流体路径112b并通过打开的阀140b以及流体管路114b行进到阴离子树脂筒130，从而绕过阳离子树脂筒120。在通过阴离子树脂筒130之后，生成的碱清洁流体继续沿着流体路径110到达出口103。在所示示例中，碱清洁流体一旦离开阴离子树脂筒120就可以在流体路径110上进行清洁操作。此外，一旦碱清洁流体离开系统，它就可用于清洁水净化模块100所连接的其它装置。在一个示例中，碱清洁流体可以可选地在到达出口103之前由抛光模块180处理。
在“酸清洁模式”中，水净化模块100可以通过用酸清洁溶液填充流动路径而有利地将流动路径维持在抑菌条件下。此外，本文公开的系统和方法可以防止由于具有低离子含量的纯产物水的暴露而经常发生的电导池(例如，电导率传感器194b)电极的故障。
现在参照图2，水净化模块100b可以以与上面关于图1A、1B和1C描述的类似方式在“水生产模式”中生成净化水、在“酸清洁模式”中生成酸清洁流体、以及在“碱清洁模式”中生成碱清洁流体。然而，净化水也可以(1)被送至混合床树脂筒150以进行额外处理，或者(2)通过流体管路114d和打开的阀140d以绕过混合床树脂筒150。不管在点118b之前生成的流体的类型如何(例如，净化水或清洁流体)，一旦流体在点118b处，流体就可以行进到混合床树脂筒150或绕过混合床树脂筒150。通常，清洁流体将绕过混合床树脂筒150，以避免过早地用完混合床树脂筒150的树脂，并且避免进一步改变清洁溶液的pH。
为了行进到混合床树脂筒150，阀140d关闭并且阀140e打开，以允许流体从点118b行进通过混合床树脂筒150并且通过打开的阀140e到达点118e。相反，为了绕过混合床树脂筒，阀140d打开而阀140e关闭，从而使流体在到达出口103之前能够从点118e通过打开的阀140d行进至点118e。
生成的清洁流体被配置为清洁流体路径110在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130两者的下游的一部分。生成的清洁流体的流速和体积可以确定清洁的持续时间。在一些情况下，水净化模块100被配置为生成清洁流体以适应指定持续时间。持续时间可以是预定的持续时间或计算的持续时间，使得清洁流体具有足够的时间来从水净化模块100的各种组件(例如，过滤器、膜、流体管路等)清洁结垢、水锈和/或生物膜。
在一个示例中，指定持续时间基于上面在“传感器模块”中讨论的验证结果。例如，该验证可以基于清洁流体的电导率值和/或pH值。
溶液生成
图3示出了示例溶液生成系统300。溶液生成系统300可以包括水净化模块100。水净化模块100可以根据本文关于图1A、1B、1C或图2描述的任何示例来配置和布置。溶液生成系统300还可以包括溶液生成模块320，该溶液生成模块可以包括流体路径310，流体路径310流体连接到水净化模块100的相应流体路径110。
在一个示例中，溶液生成模块320被配置和布置为从水净化模块100接收净化水(例如，产物水)并且通过将浓缩物330a、330b和/或330c与净化水混合来制备溶液(例如，产物溶液)。此外，溶液生成模块320可以包括用于存储制备的溶液的批量容器340。
类似于上面参照图1A、1B、1C和图2讨论的清洁操作，水净化模块100可以类似地配置为向流体路径310提供清洁流体以用于清洁流体路径310。清洁流体可以被排空到排放部或发送到出口或输出连接器303。
方法
图4示出了根据本公开一个示例的用于利用水净化模块生成净化水、酸清洁流体和碱清洁流体中的至少一个的示例方法400的流程图。尽管参照图4所示的流程图描述了示例方法400，但是可以理解，可以使用执行与方法400相关联的动作的许多其它方法。例如，可以改变一些框的顺序，某些框可以与其它框组合，可以重复一个或多个框，并且所描述的一些框可以是可选的。方法400可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件或两者的组合。例如，方法400可以由水净化模块100或其相应的控制单元160执行。
示例性方法400包括可选地利用预处理模块170来预处理流体(例如，给水)(框402)。预处理模块170可以包括软水器、活性炭过滤器、颗粒过滤器、紫外线杀菌器或其组合中的任何一种。软水器可以是基于树脂的软化器或非基于树脂的软化器。在一个示例中，在软化器定位在离子交换水净化器的上游的情况下，软化器是非基于树脂的软化器，因为离子交换树脂已经存在于预处理模块170的下游(例如，阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130)。方法400还可以包括引导流体(例如，给水)通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130以产生净化水(框404)。例如，当水净化模块100处于如图1A所示的“水生产模式”时，控制单元160可以选择性地控制阀装置140的各种阀，以引导给水通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130，以产生净化的产物水。具体地说，控制单元160可以通过关闭第一阀140a、关闭第二阀140b并打开第三阀140c来控制阀装置140，以在“水生产模式”中产生净化水。
此外，方法400可以包括引导流体(例如，给水)通过阳离子树脂筒120，从而绕过阴离子树脂筒130，以产生酸清洁流体(框406)。例如，当水净化模块100处于如图1B所示的“酸清洁模式”时，控制单元160可以选择性地控制阀装置140的各种阀，以引导给水通过阳离子树脂筒120和通过旁通流体路径112a，从而绕过阴离子树脂筒130以产生酸清洁流体。酸清洁流体被配置为去除水锈和其它无机沉淀，并对水净化模块100的各种组件(例如，过滤器、膜和水管路)进行酸清洁。具体地说，控制单元160可以通过打开第一阀140a、关闭第二阀140b和关闭第三阀140c来控制阀装置140，以在“酸清洁模式”中产生酸清洁流体。
方法400可以包括引导流体(例如，给水)通过阴离子树脂筒130，从而绕过阳离子树脂筒120，以产生碱清洁流体(框408)。例如，当水净化模块100处于如图1C中所示的“碱清洁模式”时，控制单元160可以选择性地控制阀装置140的各种阀以引导给水通过旁通流体路径112b，从而绕过阳离子树脂筒130并且将给水引导到阴离子树脂筒130以产生碱清洁流体。碱清洁流体被构成为去除结垢、脂肪和蛋白质生物膜，以对水净化模块100的各种组件(例如，过滤器、膜和水管路)进行碱清洁和酸清洁。具体地说，控制单元160可以通过关闭第一阀140a、打开第二阀140b和关闭第三阀140c来控制阀装置140，以在“碱清洁模式”中产生碱清洁流体。
方法400可以可选地包括引导流体(例如，来自框404的净化水)通过混合床树脂筒150(框410)。例如，混合床树脂筒150可以进一步净化在框404处生成的净化水。
当准备清洁水净化模块100时，方法400包括利用在框406、408处产生的清洁流体来清洁水净化模块100的一部分(例如，流体路径110的一部分)(框412)。例如，在阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130的下游的流体路径的任何部分可以通过由水净化模块100产生的清洁流体进行清洁。清洁可以按照预定的时间表进行，以通过常规地去除水锈、结垢、生物膜等而将水净化模块100的各种部件和/或组件维持在正常工作状态。
方法400还可以可选地包括利用抛光模块180来抛光流体(例如，来自框404的净化水或来自框406、408的清洁流体)(框414)。抛光模块180可以包括混合床树脂筒150、电去离子(EDI)模块、连续电去离子模块(CEDI)、流体膜或其组合。
方法400还可以包括测量或获得流体的电导率值、温度值、pH值或其组合(框416)。例如，如上文关于图1A、1B、1C和图2所讨论的，各种上游和下游电导率和pH值可以通过上游和下游电导率传感器194a、194b和pH传感器196a、196b更新。此外，水净化模块可以计算或估计电导率和pH值。电导率和pH值可以与给水、清洁流体或净化的产物水相关。
随后，方法400可选地包括将值与其他值(例如，其他测量值、其他计算值或其他阈值)进行比较和/或基于值计算性能比(框418)。例如，引起与pH性能阈值相比过高或过低的pH值之间的比较可以指示树脂筒120、130中的一个或多个工作不正常，可能由于树脂筒120、130用完或耗尽。比较可以表示为性能比。此外，可以确定剩余寿命，其基于尚未通过阳离子树脂筒120和阴离子树脂筒130中的任一个的清洁流体或中间流体的电导率、离子强度和/或pH。此外，状态或剩余寿命可以基于计算的性能比。
应该理解，对于本领域技术人员来说，对本文所述的当前优选实施例的各种改变和修改是显而易见的。因此，这样的变化和修改旨在由所附权利要求覆盖。
Claims (33)
1.一种水净化模块(100)，包括：
流体路径(110)，包括：
阳离子树脂筒(120)，
阴离子树脂筒(130)，与所述阳离子树脂筒(120)流体连通，
至少一个旁通流体路径(112a，112b)，被布置为绕过所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)中的一个，同时允许水流到所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)中的另一个，以及
阀装置(140)，包括一个或多个阀(140a，140b，140c，140d，140e)，所述一个或多个阀(140a，140b，140c，140d，140e)被配置为选择性地将水引导到所述至少一个旁通流体路径(112a，112b)；以及
控制单元(160)，被配置为基于所述水净化模块(100)的生产模式来控制所述阀装置(140)，以将水引导到所述至少一个旁通流体路径(112a，112b)。
2.根据权利要求1所述的水净化模块(100)，其中，所述至少一个旁通流体路径(112a，112b)包括以下项中的一个：(i)第一旁通流体路径(112a)，被布置为绕过所述阴离子树脂筒(130)同时允许水流到所述阳离子树脂筒(120)；(ii)第二旁通流体路径(112b)，被布置为绕过所述阳离子树脂筒(120)同时允许水流到所述阴离子树脂筒(130)；或(iii)第一旁通流体路径(112a)，被布置为绕过所述阴离子树脂筒(130)同时允许水流到所述阳离子树脂筒(120)，和第二旁通流体路径(112b)，被布置为绕过所述阳离子树脂筒(120)同时允许水流到所述阴离子树脂筒(130)。
3.根据权利要求2所述的水净化模块(100)，其中，所述生产模式是以下项中的一种(i)水生产模式，其中，所述模块(100)被配置为生成净化水；(ii)酸清洁模式，其中所述模块(100)被配置为选择性地生成酸清洁流体，所述酸清洁流体适于去除水锈和进行酸清洁；以及(iii)碱清洁模式，其中所述模块(100)被配置为选择性地生成碱清洁流体，所述碱清洁流体适于去除水锈和生物膜中的至少一个并且还适于进行碱清洁。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述阴离子树脂筒(130)与所述阳离子树脂筒(120)串行地流体连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)被配置为选择性地将水引导到所述至少一个旁通流体路径(112a，112b)的所述第一旁通流体路径(112a)。
6.根据权利要求3所述的水净化模块(100)，其中，所述控制单元(160)被配置为控制所述阀装置(140)，以在所述酸清洁模式中选择性地引导水通过所述阳离子树脂筒(120)，并引导到所述第一旁通流体路径(112a)以绕过所述阴离子树脂筒(130)。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述第一旁通流体路径(112a)包括流体连接在第一点(118a)与第二点(118b)之间的第一流体管路(114a)，其中，所述第一点(118a)在所述阳离子树脂筒(120)的下游和所述阴离子树脂筒(130)的上游，并且其中，所述第二点(118b)在所述阴离子树脂筒(130)的下游。
8.根据权利要求7所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)包括沿着所述第一流体管路(114a)布置的一个或多个第一阀(140a)。
9.根据权利要求2至8中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)被配置为选择性地将水引导到所述第二旁通流体路径(112b)而不是所述第一旁通流体路径(112a)。
10.根据权利要求3所述的水净化模块(100)，其中，所述控制单元(160)被配置为控制所述阀装置(140)，以在所述碱清洁模式中选择性地引导水通过所述第二旁通流体路径(112b)，以绕过所述阳离子树脂筒(120)并通过所述阴离子树脂筒(130)。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述第二旁通流体路径(112b)包括第二流体管路(114b)，所述第二流体管路(114b)流体连接在第三点(118c)与第四点(118d)之间，其中，所述第三点(118c)在所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)二者的上游，并且其中，所述第四点(118d)在所述阳离子树脂筒(120)的下游和所述阴离子树脂筒(130)的上游。
12.根据权利要求11所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)包括沿着所述第二流体管路(114b)布置的一个或多个第二阀(140b)。
13.根据权利要求2至12中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述流体路径(110)包括第三流体管路(114c)，所述第三流体管路(114c)将所述阳离子树脂筒(120)的输出端口连接到所述阴离子树脂筒(130)的输入端口。
14.根据权利要求13所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)包括一个或多个第三阀(140c)，所述一个或多个第三阀被布置为在水被引导到所述第一旁通流体路径(112a)时停止所述第三流体管路(114c)中的水流。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述流体路径(110)包括与所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)流体连通的混合床树脂筒(150)。
16.根据权利要求15所述的水净化模块(100)，其中，所述混合床树脂筒(150)被布置在所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)的下游并与其串联。
17.根据权利要求15和16所述的水净化模块(100)，其中，所述第一旁通流体路径(112a)被布置为绕过所述混合床树脂筒(150)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述第一旁通流体路径(112a)包括第四流体管路(114d)，所述第四流体管路(114d)流体连接在第五点(118e)与第二点(118b)之间，其中，所述第五点(118e)在所述阳离子树脂筒(120)、所述阴离子树脂筒(130)和所述混合床树脂筒(150)中的每一个的下游，并且其中，所述第二点(118b)在所述阴离子树脂筒(130)的下游和所述混合床树脂筒(150)的上游。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述混合床树脂筒(150)包括阴离子树脂和阳离子树脂的组合。
20.根据权利要求3、6和10所述的水净化模块(100)，其中，所述阀装置(140)被配置为在所述水生产模式中将水引导到所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)两者。
21.根据权利要求2至20中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述模块(100)被配置和布置为产生清洁流体并且使用所述清洁流体清洁所述流体路径(110)的一部分，所述部分在所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)两者的下游。
22.根据权利要求21所述的水净化模块(100)，其中，所述清洁流体是以下项中的一种：(i)酸清洁流体，被配置为去除水锈和进行酸清洁；以及(ii)碱清洁流体，被配置为去除结垢和生物膜中的至少一个并且被进一步配置为进行碱清洁。
23.根据权利要求22所述的水净化模块(100)，其中，通过将水(i)引导通过所述阳离子树脂筒(120)和(ii)引导通过所述第一旁通流体路径(112a)以绕过所述阴离子树脂筒(130)来生成所述酸清洁流体。
24.根据权利要求22所述的水净化模块(100)，其中，通过将水(i)引导通过所述第二旁通流体路径(112b)以绕过所述阳离子树脂筒(120)和(ii)引导通过所述阴离子树脂筒(130)来生成所述碱清洁流体。
25.根据前述权利要求中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述阳离子树脂筒(120)在所述阴离子树脂筒(130)的上游。
26.根据前述权利要求中任一项所述的水净化模块(100)，其中，所述阳离子树脂筒(120)在所述阴离子树脂筒(130)的下游。
27.根据前述权利要求中任一项所述的水净化模块(100)，还包括：传感器装置(190)，其中，所述传感器装置包括定位在所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)两者的上游的上游电导率传感器(194a)、下游电导率传感器(194b)和下游pH传感器(196b)中的至少一个。
28.根据权利要求27所述的水净化模块(100)，其中，所述模块(100)被配置为：
当所述水净化模块(100)处于酸清洁模式和碱清洁模式中的一个时生成清洁流体，
当所述水净化模块(100)处于水生产模式时生成净化水，以及
使用所述传感器装置(190)的至少一个传感器获得或测量水的电导率值、所述清洁流体的pH值、所述清洁流体的电导率值和在所述清洁流体已经生成之后生成的净化水的电导率值中的至少一个。
29.根据权利要求28所述的水净化模块(100)，其中，所述模块(100)被配置为：
基于以下项中的至少一个来验证所述清洁流体的性质：水的电导率值、pH值、所述清洁流体的电导率值和所述净化水的电导率值。
30.根据权利要求29所述的水净化模块(100)，其中，所述模块(100)被配置为：
基于以下项中的至少一个验证所述清洁流体的性质：
水的电导率值与一个或多个入口电导率阈值的比较，
测量到的pH值或计算的pH值与一个或多个pH阈值的比较，其中，计算的pH值从基于所述清洁流体的电导率值的所述清洁流体的离子强度计算，
所述净化水的电导率值与一个或多个净化水电导率阈值的比较，以及
所述清洁流体的电导率值与水的电导率值的比较。
31.一种溶液生成系统(300)，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的水净化模块(100)；以及
溶液生成模块(320)，包括流体连接到所述水净化模块(100)的流体路径(110)的另一个流体路径(310)，其中，所述溶液生成模块(320)被配置和布置为：
从所述水净化模块(100)接收净化水，以及
通过混合浓缩物(330a，330b，330c)和所述净化水来制备溶液。
32.根据权利要求31所述的溶液生成系统，其中，所述水净化模块(100)被配置为将清洁流体提供到其它流体路径(310)以用于清洁其它流体路径(310)。
33.一种用于利用水净化模块(100)生产清洁流体的方法，所述水净化模块(100)被布置为用于生产净化水，所述水净化模块(100)包括：沿着流体路径(110)定位的阳离子树脂筒(120)和阴离子树脂筒(130)，其中，所述方法包括：
基于所述水净化模块(100)的生产模式，引导水通过至少一个旁通流体路径(112a，112b)以绕过所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)中的一个，同时引导水流到所述阳离子树脂筒(120)和所述阴离子树脂筒(130)中的另一个。
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