CN1902134B - 水处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于产生净化水的方法和装置。电化学系统可构造以使脱盐水通过消耗隔室以及阴极隔室。电化学装置也可构造以使浓集物通过浓集隔室和阳极隔室两者。

Description

水处理系统和方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用于净化或处理水，更具体地讲用于减少或除去水中溶解的总固体的方法和装置。
2.相关领域描述
包含硬度物质例如钙和镁的水对于工业、商业和家庭应用中的一些用途可能是不合需要的。用于水硬度分类的一般准则是：每升0-60毫克(mg/l)碳酸钙分类为软水类；61-120mg/l分类为中度硬水类；121-180mg/l分类为硬水类；多于180mg/l分类为极硬水类。
硬水可通过除去或减少硬度离子物质而软化或净化。除去这样物质的系统的实例包括使用离子交换床的系统。在这样的系统中，硬度离子变为离子键合于在离子交换树脂表面混合的电荷相反离子物质。所述离子交换树脂最后变为用离子键合硬度离子物质饱和，必须得到再生。再生一般包括用更可溶的离子物质例如氯化钠置换键合的硬度物质。键合于离子交换树脂的硬度物质被钠离子置换，所述离子交换树脂准备好再次用于随后的水软化步骤。
已经公开这样的系统。例如Dosch在美国专利3148687中讲授了包括采用离子交换树脂的水软化装置的洗涤机。类似地，Gadini等在国际申请公开WO00/64325中公开了用改进的装置减少水硬度的使用水的家用电器。Gadini等讲授了具有控制系统、自外部来源的给水系统和具有电化学电池的软化系统的家用电器。
电去离子(EDI)是一种可用于使水软化的方法。EDI是使用电活性介质和影响离子运输的电压自液体中除去可电离物质的方法。所述电活性介质可起作用以交替地聚集和释放可电离物质，或者便于离子连续通过离子或电子替代机制运输。EDI装置可包括具有永久或暂时电荷的介质，可操作以引起设计达到或增强性能的电化学反应。这些装置也包括电活性膜例如半渗透性离子交换或双极性膜。
连续的电去离子(CEDI)是其中初级分级参数(primary sizingparameter)为通过介质输送而不是所述介质的离子容量的方法。一般的CEDI装置包括交替的电活性半渗透阴离子和阳离子交换膜。所述膜之间形成空间以产生具有入口和出口的液体流动隔室。由外部电源采用隔膜和隔室边缘的电极施加横向DC电场。通常，提供电解质隔室以致于来自电极的反应产物可与其它流动隔室分离。施加电场时，液体中的离子吸引到它们相应的反电极。通过面对阳极的电活性阴离子渗透膜和面对阴极的电活性阳离子膜结合的所述邻接隔室通常变为离子消耗的，通过面对阳极的电活性阳离子渗透膜和面对阴极的电活性阴离子膜结合的所述隔室通常变为离子浓集的。在所述离子消耗隔室中并且在一些实施方案中在离子浓集隔室中的体积也包括电活性介质。在CEDI装置中，所述介质可包括紧密混合的阴离子和阳离子交换树脂。所述离子交换介质一般增强所述隔室中的离子输送，可作为基质参与受控电化学反应。电去离子装置已经由例如Giuffrida等在美国专利4632745、4925541和5211823中，由Ganzi在美国专利5259936和5316637中，由Oren等在美国专利5154809中和由Kedem在美国专利5240579中描述。
发明概述
一方面，本发明提供了包含阴极隔室、阳极隔室、至少一个离子消耗隔室的水净化装置，所述至少一个离子消耗隔室的一部分位于所述阴极隔室与所述阳极隔室之间，其中所述阴极隔室流体连通所述离子消耗隔室。
另一方面，本发明提供了净化流体的方法，所述方法包括使第一流体的一部分通过电化学装置的离子消耗隔室产生第二流体和使至少一部分第二流体通过所述电化学装置的阴极隔室。
另一方面，本发明提供了净化水的方法，所述方法包括使第一水流的第一部分通过水净化装置的阴极隔室产生第二水流和使至少一部分第二水流通过水净化装置的离子消耗隔室。
另一方面，本发明提供了方法，所述方法包括使第一流体的第一部分通过电化学装置的离子浓集隔室产生第二流体，使第一流体的第二部分通过所述电化学装置的消耗隔室产生第三流体，减小第二流体的pH和减小第三流体的腐蚀性。
另一方面，本发明提供了方法，所述方法包括向家庭提供电去离子系统，所述电去离子系统可配置连续提供软化水用于家庭消耗。
附图简述
本发明优选的非限定性实施方案将通过实施例并参照附图得到描述，其中：
图1为本发明一个或更多个实施方案的电化学装置或组件的图解性插图。
图2为本发明一个或更多个实施方案的电去离子组件的图解性示意图。
图3为本发明一个或更多个实施方案的系统的图解性插图。
图4为图解说明来自本发明一个或更多个实施方案的采用电化学装置的系统的水质结果随时间的曲线图。
图5为图解说明来自本发明一个或更多个实施方案的另一个采用电化学装置的系统的水质结果随时间的曲线图。
图6为图解说明来自本发明一个或更多个实施方案的采用电化学装置的系统的水质结果随时间的曲线图。
发明详述
本发明提供了用于净化或处理可在使用场所或附近例如住宅使用的水产生用于消耗和家用的优质水的方法和装置。本发明可提供净化的自来水例如采用低成本装置的软化水，所述装置可具有呈现小的占地面积、低的能耗、低的维护、无化学品加入和溶解的固体无净增加的特性。
尽管在此描述的实例采用电去离子装置，其它的水净化或处理装置和技术例如电容性去离子和电渗析可以是适用的。即当参考电去离子装置时，本发明的系统和技术可与其它水净化装置例如电渗析装置和/或去离子装置一起使用，条件是使用这样的装置不与本发明原理相矛盾。
在一个实施方案中，本发明包括连续的电去离子装置以提供用于家庭使用的净化或已处理的水。所述CEDI装置可包括具有一个或更多个离子消耗隔室、一个或更多个离子浓集隔室、阴极隔室和阳极隔室的电去离子组件。原水可输送到所述CEDI装置并可分成两个或更多个不同的液流。第一液流可供给离子消耗隔室与阴极隔室两者，而第二液流可供给离子浓集隔室与阳极隔室。在另一个实施方案中，液流可供给离子消耗隔室与以串联或并联存在的电极隔室两者。
电去离子装置的有效操作可经常受到在所述装置的一个或更多个隔室中或外部例如泵、喷嘴和阀门聚集的沉积物和污垢的阻碍。当Langelier Saturation Index(LSI)大于0时出现可能主要由钙盐组成的结垢的沉积。几种因素通常有助于LSI，包括(但不限于)pH、总的溶解固体(TDS)、温度、硬度、碱度和二氧化碳浓度。LSI不能表示结垢出现多少，但是可提供关于水将沉积污垢(LSI＞0)、溶解钙沉积物(LSI＜0)还是与任何钙沉积物处于平衡(LSI＝0)的信息。通常，LSI等于要求使水处于平衡状态的pH变化。例如，呈现LSI为1.0的水可通过使水的pH减少1.0pH单位引起平衡。可适合于计算水的LSI的公式和图表可在ASTM方法D-3739中得到。
在CEDI装置中，结垢通常是所述离子浓集隔室中的问题，其中钙和其它溶解物质的浓度增加。一些结垢可通过使用交替所述阳极与阴极的功能和可交替所述离子消耗与离子浓集隔室的功能的反转极性系统和技术加以避免和去除。这样，高LSI水将不暴露于相同的隔室期间可积聚污垢的延长长度的时间。这样的系统和技术已经由例如Giuffrida等在美国专利4956071中描述。
除了离子浓集隔室，结垢也可由于几种因素出现在阴极隔室，其中之一是由于氢氧离子的净生产量引起pH增加。照这样，具有低LSI甚至负LSI的供水可能由于pH增加开始沉积污垢。在一些CEDI系统中这样的pH增加可包括高达1、2、3或更多的pH单位。
对于给定的阴极隔室，通过所述阴极隔室的电解质的pH增加是多种因素的函数，包括(但不限于)通过所述阴极隔室的电解质流量以及通过所述隔室的电流。因此，任何pH增加可通过例如增加通过所述阴极隔室的流体流速或减小电流流速而减至最小。增加的流体流量通常导致用水量增加，然而，因此减少了得自系统的已处理的水的产率。
按照本发明一个或更多个实施方案，提供减小任何pH增加同时也减小用水量的方法。水可通过所述阴极隔室和通过一个或更多个离子消耗隔室，通常仅仅专用于所述阴极隔室的水可作为脱盐水和作为阴极隔室的电解质两者起作用。水在作为脱盐水使用之前可首先输送到一个或更多个，或者所有的离子消耗隔室，然后至所述阴极隔室。或者，所述供水可首先通过所述阴极隔室，然后通过一个或更多个离子消耗隔室，然后至使用场所。照这样，所有或部分通过所述阴极隔室的水可用作脱盐水，导致节水。其中所述阴极隔室可流体连通于一个或更多个离子消耗隔室的这样的装置也可通过阴极提供有效的水系统接地，因此导致更高水平的安全性和使用可靠性，这在具体装置例如生活用水系统可以是优选的。
水可以导致从进入所述阴极隔室的时间至离开的时间pH增加少于约2pH单位的速率供给所述阴极隔室。在另一个实施方案中，pH增加可限于约1、0.5、0.2、0.1或更少的pH单位。可使用减少pH增加的任何技术。控制所述电解质中pH增加的一个方法是增加通过所述阴极隔室的流体流量。将组件中通过阴极隔室的水流量与通过所述离子消耗隔室中的一个的流量相比较，约1∶2、1∶5、1∶10、1∶50或更大的流量比可提供呈现优选LSI的水。例如，如果通过一个离子消耗隔室的流量为约40升每小时，通过所述阴极隔室的流量为约400升每小时，在通过离子消耗隔室的流量与通过阴极隔室的流量之间提供约1∶10的比例。如果通过组件中所有离子消耗隔室的水也引导通过阴极隔室，所述阴极隔室与各离子消耗隔室的流量比(假定通过每个隔室流量相等)将等于组件中离子消耗隔室的数目。例如，在包含25个离子消耗隔室的组件中，如果所有通过所述离子消耗隔室的水也通过阴极隔室，如果通过每一个离子消耗隔室的流量相同，通过任何一个离子消耗隔室的水流量相对于阴极隔室的比例为约1∶25。
使用脱盐水作为阴极液由于几个原因看来似乎是反直觉的，包括例如在阴极隔室中脱盐水更高的电阻率，所述阴极隔室通常对于低电阻率水运行更好。然而，脱盐水可具有足够低的电阻率例如少于约1兆欧以致于通过阴极隔室的电导率未变化到其中组件性能显著降低的程度。另外，当脱盐水通过所述阴极隔室时向脱盐水中加入溶解的氢气可提供较低腐蚀性的水而未同时增加LSI。这种水由于例如抗氧化剂活性的结果也可提供健康益处。使用这种方法产生的水也可比未经净化的自来水或经常规方法软化的水对于铜或含铜组件具有更少的腐蚀性。
通过阴极隔室的流速可设定或调节以足以将结垢减至最小。优选地，通过所述阴极隔室的流速大于约5升/分钟的水/安培通过所述组件的电流。更优选地，通过所述阴极隔室的流速大于或等于约12升/分钟的水/安培所施加通过所述组件的电流。当通常出现在阴极隔室中的pH增加可为通过所述隔室的电流的函数时，所述pH增加也可通过增加通过所述隔室的流速应答于电流增加而缓和。
常规的CEDI组件通常在离子浓集隔室中受到结垢。这可能归因于LSI增加，后者可能是水中钙浓度增加的结果。
在另一个实施方案中，在所述离子浓集隔室中的结垢可通过降低通过所述浓集隔室的水的LSI减少。达到这个减少的一个方法是使用至少一部分流浓集物作为阳极液。照这样，由更高浓度的钙和其它溶解的离子组分引起的LSI增加可通过降低所述LSI的pH组分抵消。这可经使浓集物通过阳极隔室进行。例如，水可首先通过CEDI组件中的一个或更多个浓集隔室，然后可引导通过阳极隔室作为阳极液。然后所述水可排放为废液或者可通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量。因此，可使用包括至少一个浓集隔室和至少一个阳极隔室的“环路”。一部分水可恒定地或断续地从这样的浓集隔室/阳极隔室环路流出或排放以防止钙或其它离子组分聚集到可能导致结垢的水平。或者，不是通过成为废液，该离子增强的水可用于不要求净化水的用途例如冲洗及其它常规灰水(gray water)用途。
所述水可首先通过阳极隔室或首先通过一个或更多个离子浓集隔室。例如，如果要求最小pH水，那么在所述阳极隔室中的流体停留时间可通过例如与很少或仅一个离子浓集隔室流体连通而增加。或者，如果所有的离子浓集隔室与阳极隔室连通，那么这些液流中每一个应提供流体，通过所述阳极隔室的液流将更大，导致更小的pH降低。
所述水可首先通过阳极隔室，然后通过一个或更多个离子浓集隔室，或者所述水可首先通过一个或更多个离子浓集隔室，然后通过阳极隔室。为了防止在所述离子浓集隔室中结垢，可以优选首先输送液流到阳极隔室，然后到所述离子浓集隔室或多个隔室。照这样，在引入到所述离子浓集隔室之前进料的pH可降低(如同所述LSI)。当通过阳极隔室和离子浓集隔室的水是循环回路的一部分时，使水首先通过阳极隔室可能不太重要，因为循环回路中的流体(其一部分通常已经通过所述阳极隔室)可连续地向一个或所有的离子浓集隔室提供降低pH的水，而与新鲜原料引入到两个隔室的顺序无关。
在本发明另一个实施方案中，所述组件的至少一个离子消耗隔室与阴极隔室连通，所述组件的至少一个离子浓集隔室与阳极隔室流体连通。在本发明的仍然另一个实施方案中，所述阳极/浓集隔室构造可与阴极/消耗隔室构造相似或相同，以致于当转换所述组件的施加的电极性时，所述两个液流可在完成极性反转后不久也相应地交换功能。这与许多CEDI极性反转系统相比较可提供降低所要求的阀门数目的极性反转系统。因此，当对极性反转的需求可因为由其它设计变化造成的LSI减少而减小时，如果要求极性反转，所述回路的功能可转换以适应极性变化的需要。
通过构造两个环路中的每一个以致于它可交替地作为浓集/阳极环路和消耗/阴极环路，整个环路及其相关组件不需要连续地暴露于较高LSI流体。即每一个环路可装配并具有提供一定程度功能对称性的组件使得每一个环路交替履行浓集和消耗作用。
按照本发明另一个实施方案，水处理系统(优选基于CEDI的系统例如在图3中图解说明的系统)提供到使用场所以致于可在连续基础上产生净化水用于家庭消耗而不用再生。当常规水处理装置例如再补充软化水器需要更新时，净化水的供给可中断。然而本发明可使得能够不中断的供给软化水。另外，所述系统可由接受传统的水处理系统安装和维护训练的技术人员安装和维护。
图1图解说明了本发明的一个实施方案。显示组件100的剖面图解说明一组平行和交替的离子消耗与离子浓集隔室以及在所述组件的对置端的相关的阴极和阳极隔室。来自家庭来源例如井水或生活用水的可能或没有经通过颗粒和/或碳滤器处理的水通过一个或更多个管道例如管道116输送到所述系统。来自管道116的水输送通过离子消耗隔室140a、140b和140c。来自管道118的水输送到离子浓集隔室130a、130b和130c。所述消耗和浓集隔室两者通常填充电活性材料或离子交换材料例如离子交换树脂(它可以是结合的或未结合的)或纤维，所述隔室中每一个通过阴离子透膜和阳离子透膜限界，尽管在其它的实施方案中隔室可通过两个相似类型的膜限界。在通过离子消耗隔室140a、140b和140c后，一部分例如30％在水中的TDS，尤其是一部分硬度离子例如钙和镁通常从所述离子消耗隔室通过邻近的离子渗透膜进入邻接的离子浓集隔室。然后水通过每一个离子消耗隔室的底部进入管道160，输送到含有阴极122的阴极隔室120中。阴极隔室120可以或不可含有离子交换材料，当所述水通过所述隔室同时电流通过所述组件时，水的pH通常增加，氢气通常以百万分率的量溶于水中。在通过管道180离开所述阴极隔室后，水可进入连通储存槽的循环回路，或者可直接输送到使用场所。
通过管道118进入所述组件的水通过经离子半透膜例如阴离子透膜或阳离子透膜限界的浓集隔室130a、130b和130c。所述离子浓集隔室可填充电活性介质或离子交换材料例如离子交换树脂或纤维。在通过离子浓集隔室后，水通过已经从邻接的离子消耗隔室接收的离子物质增强。这个目前比进入所述隔室时含有更高水平的TDS的水通过管道150离开所述隔室并进入含有阳极112的阳极隔室110，它可以或没有填充离子交换材料。当水通过阳极隔室110时，水的pH可降低，因此减少浓集流体的LSI。然后水通过管道170离开，其中所有或部分水可流向废液或间歇地排放为废液。所述水也可进入环路，其再循环以连续输送给浓集隔室130a、130b和130c。照这样，水可节省同时流出足够高的浓集物以致于钙、镁及其它离子物质不结垢到减少效率的这样的水平，例如通过组件或其关联的管道、滤器和阀门元件的部分结垢或阻塞。照这样，钙和其它的硬度促进物质可从水中除去同时使必须自系统中除去的浓集物的量减至最小。例如少于约15、10或者甚至5％体积的处理的水可排放为废液。另外，自系统中除去的浓集物可用于非软化用途，例如用于可不受硬度水平的有害影响的冲洗或其它用途。加入高水平的钙以升高或缓冲pH可有益于pH敏感的一些用途例如草地维护。
在以剖面描述组件200的图2中图解说明了供选的实施方案。水自可为储存环路(包括储槽)部分的原水、净化水或过滤水供水系统通过输送阴极隔室的管道218或输送阳极隔室210的管道216进入所述组件。阴极隔室220包括阴极板222而阳极隔室210包括阳极板212。系统中的隔板与电极可经通过端基封闭214和224的连接物固定。通过阳极隔室210的水通过管道260以低于其进入所述隔室时的pH离开隔室。这个水的pH可通过几个因素包括通过所述隔室的水流速以及通过流经所述组件的电流大小控制。例如，电流越大和流速越低，pH降低越大。水从管道260通过浓集隔室230a、230b和230c。这些隔室可包含离子交换材料例如离子交换树脂或纤维并可通过可渗透阴离子、阳离子或两者的半透膜290限界。当水通过隔室230a、230b和230c时，这通常增加由于离子物质自邻接的离子消耗隔室240a、240b和240c传输引起的离子浓度。在离开所述离子浓集隔室后，水引向管道270，部分或所有的水可恒定地或间歇地引向废液。管道270也可以是用于将水送回到管道216和阳极隔室210的循环环路的部分以致于所述水在排放为废液之前进一步浓缩。传到废液的任何水容量可通过自入口216加入供水补充。
通过管道218进入的水可引向含有阴极222的阴极隔室220。水自阴极隔室的顶部通向阴极隔室的底部并以高于进入时的pH离开所述隔室。它也可伴随具有大于它进入阴极隔室时的溶解的氢浓度离开。在离开所述阴极隔室和进入管道250后，水可引向离子消耗隔室240a、240b和240c。这些隔室可包含离子交换材料例如离子交换树脂或纤维。包含在所述消耗隔室中的离子交换材料可为阴离子交换材料、阳离子交换材料、混合离子交换材料或者阴离子交换材料、阳离子交换材料和/或混合离子交换材料的交替层。优选地，所述离子消耗隔室包含如同邻接的浓集隔室包含的混合离子交换树脂，使得这些隔室在反转极性时变化功能。在通过所述离子消耗隔室后，水以比进入时更纯净的状态离开，例如包含少于约20、40、60或80％的最初离子浓度(尤其是硬度离子浓度)。然后水可引向管道280，其中它可输送到使用场所或者进入环路和储存系统，其中它可与另外的源水混合并通过组件循环一次或更多次。照这样，通过除去水中包含的相对小百分数的离子物质例如约10、20或40％，水在以相同的去除效率几次通过系统后可明显变得更加纯净。例如，依净化水用源水稀释的速率(这取决于使用速率)而定，在每一次通过时减少水中硬度离子物质的浓度约40％的组件可导致仅含有20％源水本身的硬度的净化水。这样，净化水可由在低流量和低电流条件下操作的相对小的组件提供。例如，在浓度基础上，具有高达约1800ppm或更大的硬度浓度的供水可通过循环环路系统减小至约600ppm或更少。
所述组件也可以反转极性模式操作。在所述两个电极的极性反转后不久，包含阳极与浓集隔室的环路可与包括阴极与稀释隔室的环路转换功能。照这样，隔室220变为阳极隔室，隔室210变为阴极隔室。同样，隔室240a、240b和240c可变为离子浓集隔室，230a、230b和230c变为离子消耗稀释隔室。通过使电极隔室与一系列离子交换隔室相联系，需要在极性反转时开启的阀门数可减少。例如，在于图2中例证性图解说明的组件中，管道270和管道280的功能可通过简单转换两个阀门变化。这与可包含更大数目独立装设阀门的组件的系统相反。例如，如果阳极隔室、阴极隔室、离子消耗隔室与离子浓集隔室单独检查，那么可要求另外的阀门以在电极的极性反转时相应变化这些隔室中每一个的功能。这种另外装设阀门可导致增加成本和维护要求。
图3图解说明了可用作与在图1或2中描绘的类似的电去离子装置中的组件的本发明系统。
操作中，来自例如井或生活用水源的水可在进入点14进入系统。从进入点14供给的水可分成两个或更多个液流，一个液流可在通过管道94和流速显示器20a后输送到贮运容器12。从进入点14接收的另一部分水通常输送至可形成软化水处理装置环路部分的管道66，所述环路可使用电化学装置例如去离子装置、电去离子装置和/或电渗析装置。在第一极性模式中，来自管道66的水一般通过管道68至阀门32c，其中它可引导至管道70和泵30A，后者将水引导至管道72和预处理装置28a，后者可为例如微粒过滤器或碳过滤器。在离开预处理装置28a后，水可通过管道60并输送至包括例如电去离子装置100的阳极隔室和离子浓集隔室的环路中。在通过阳极隔室和离子浓集隔室后，水一般通过管道63离开并可输送至阀门32e，其中它可引导至管道65和67。管道67通向阀门32g，后者使得浓集物能够在排放口26排放为废液。来自排放口26的水可间歇或在连续基础上通过，这个水可进一步利用例如作为灰水用于冲洗。一部分通过管道67的水也可引导至管道66完成所述环路，通过排放口26失去的任何水容量自通过进入点14供给的另外的水补充。
同时，水一般自贮运容器12通过出口64经过压力显示器20b进入管道96和管道98。通过管道98的水一般经过压力显示器20d通过电磁调节阀32a、手控调节阀32b并至使用场所。需要时水可供给至使用场所。通过管道96的水可继续至管道54，在阀门32d可引导至管道88、泵30b、管道90和预处理装置28b，后者可为例如碳或微粒过滤器。在通过预处理装置28b后，水通常通过管道80并进入在可包括离子消耗隔室和一个或更多个阴极隔室两者的装置100中的环路。所述水可以任何顺序通过这些两个隔室类型，然后可在管道82得到接收，所述管道82通过阀门32f引导至管道92，输送至状态传感器20c例如电导率检测器，然后到通向贮运容器12的管道94，因此确定和完成软化环路。从使用场所18排出的任何水可通过来自在三通管22连接环路的进入点14的供水补充。
极性反转时，离子消耗与离子浓集环路的功能可反转。在这种情况下，来自管道66的水可通过管道86、阀门32d并进入管道88，其输送给泵30b、管道90、预处理装置28b和管道80。然而，在这种模式中，管道80输送给环路，后者可包括离子浓集隔室与阳极隔室两者，因此通过离子含量富集的管道82离开。然后水可通过阀门32f引导至管道84和管道64，一部分水可通过阀门32g排放至排放口26。剩余部分的水可通过管道66并再次引导通过相同的环路。传给排放口26的任何水可通过自进入点14加入补充水补偿。
在这个反转极性模式中，来自贮运容器12的水可通过出口64、状态传感器20b、管道96和管道52并通过阀门32c引导至管道70。在通过泵30a、管道72、预处理装置28a和管道60后，所述水一般进入装置堆积100并通过环路，后者包括例如离子消耗隔室和一个或更多个阴极隔室。在消耗离子成分尤其是引起硬度的离子物质后，水可在管道62中通过并由阀门32e引导至管道92、状态传感器20c，至三通22，然后通过管道94至贮运容器12。可传给使用场所18的任何脱盐水可通过经使用场所14和三通22的供水加入点补充。
极性反转可由任何数目的因素触发例如水质下降或结垢可能性增加。每一次反转模式的时间可通过例如简单计时器、耗水量、水质状况或这些因素的任何组合以及可影响系统操作的其它因素确定。另外，极性可在任何时间由操作人员例如业主或服务技术人员手控反转。
本发明这些和其它实施方案的功能与有利条件将从以下实施例得到更充分理解。以下实施例打算举例说明本发明的益处，但是不举例说明本发明的全部范围。
实施例1
在一个实验中，评价部分转移稀释液流至阴极作为电极进料的有效性。向25单元对堆积电去离子装置供给具有约18gpg(颗粒每加仑)硬度和约730μS/cm电导率的水。进料压力为约20psi，以约30伏特施加电压。通过所述离子消耗隔室的总稀释流为约1500ml/分钟，这个流的一部分供给所述阴极隔室以提供约250ml/分钟的电极流。来自离子浓集隔室的废料流为约480ml/分钟。所述堆积独立于槽系统进行操作。这个实验的结果显示在以下表1和图4中。
表1
Figure S04840137420060717D000141
硬度废料为约45％，TDS排除为约41％。操作约1天后，在所述阴极隔室的结垢聚集变得明显，操作停止。
实施例2
在另一个实验中，在图3中显示的系统用实施例1的堆积操作。然而，改变通过所述堆积的流路。在这种情况下，不是使一部分脱盐水分流至电极室，而是原水用作阴极进料流体。毛细管用于控制废料排放为约250ml/分钟，在循环之间运行30秒的废料流冲洗。每3小时从槽中排放约10加仑水，导致每天约80加仑抽取量。启动约1-1/2小时内所述槽的电导率减少但是电极毛细管由于结垢而堵塞。在以下表2中提供各种液流的数据。
表2
这个实施例显示所述槽系统与非槽系统相比较能够提供减少硬度和减少TDS的水，但是要求除去污垢聚集。
实施例3
在另一个实验中，使用以上实施例2中使用的相同系统，所述堆积具有另外的变化。在这种情况下，所述离子消耗隔室直接连接阴极隔室以致于所有的脱盐水流动通过所述阴极隔室。照这样，通过阴极的流速增加至约1500ml/分钟。约52伏特施加到25单元对堆积。如在图5中显示的，在从所述槽排放约12加仑后约2小时内，槽出口的纯度已经达到约220μS/cm的截断值。左轴提供以μS/cm表示的电导率，右轴提供以安培表示的电流。在系统关闭时(满足截断值时)的废料百分比为约64％。值得注意的是没有在阴极隔室结垢的迹象。
这表明当大部分的脱盐水例如100％的脱盐水通过阴极隔室时，污垢的沉积可减少或消除。另外，当槽系统与采用产物通过阴极的堆积一起使用时获得另外的益处例如较低的TDS。这样的特征在可得益于低维护需求的水软化系统中是特别有用的。
实施例4
在另一个实验中，使用与在以上实施例3中使用的相同系统，水质通过一系列双排放监测，每一个自所述槽约11加仑。所述堆积在类似条件下操作，除了向所述堆积施加约40伏特。如自图6中显而易见的，从所述槽的第一排放在约10:48PM，产生的原水急流不使电导率增加到足以触发系统的启动。从所述槽的第二排放在约2:00AM，导致电导率增加足以启动系统，从所述槽输出的水的电导率在少于约3小时内恢复到截断值。而且，如在以上实施例3中那样，在所述阴极隔室中没有明显的结垢。这表明所述系统在从所述槽排放一般用于例如单个家庭住宅的体积经多于一个循环的坚固性。可存在几种因素引起在实施例3和4中缺乏污垢沉积，其中包括较低的LSI。这部分地可能是由于向阴极隔室的较大流速以及伴随增加的流速在阴极隔室中出现的湍流。
按照本发明一个或更多个实施方案，所述处理系统的一个或更多个组件可定期或必要时清洁以除去或至少使至少一部分任何污染的生物即细菌或其它微生物减活。例如，对细菌的积聚敏感的润湿表面可暴露于一种或更多种清洁剂例如酸、碱或任何其它常用的清洁化学品例如(但不限于)醇类或其它消毒化合物。在其它情况中，所述处理系统的一个或更多个组件可暴露于在足够升高温度下的水中以使在所述处理系统和/或其组件中积聚的细菌失活。按照本发明其它的实施方案，预处理系统可包括可使微生物例如细菌在待处理的水中变得失活的任何装置或设备。例如，预处理系统可包括一个或更多个通过使细菌暴露于光化辐射或臭氧使细菌变得失活的装置。按照本发明一个或更多个实施方案，处理系统可包括后处理系统以在它们引入到或通过使用场所之前除去任何不合需要的物质包括例如细菌或其它微生物。合适的后处理装置的实例包括例如使微生物暴露于光化辐射和/或臭氧的那些装置。合适的后处理系统的其它实例包括过滤例如微孔过滤或超滤装置。这样的后处理系统可沿着所述水处理系统的任何位置加入，优选用在使用场所或接近使用场所或在流体输配系统中的合适的连接点。
按照本发明一个或更多个实施方案，所述处理装置可使用性能增强技术以进一步除去任何积聚或沉淀的硬度物质。例如，电去离子装置可如在此讨论的那样定期反转并向其中注入增溶物质以溶解任何沉淀的物质。这样物质的实例包括可促进沉淀的化合物的溶解的盐。
本领域技术人员将易于意识到在此描述的所有参数和构造意指例证性的，实际的参数和构造将依本发明的系统和方法使用的具体用途而定。本领域技术人员将认识到或者使用不多于常规的实验方法能够确定在此描述的本发明具体实施方案的许多等价物。例如，本领域技术人员可认识到本发明的系统及其组件可进一步包括系统网络或者是系统的组件例如家用或住宅管理系统。因此，应该理解上述实施方案仅通过实施例呈现，在附加的权利要求及其等价物范围内，本发明可不同于具体描述的那样实施。例如，尽管术语“底部”在此已经用于指水流的取向或方向，所述术语仅用于举例说明的目的，它的用途不将权利要求的范围限制在具体取向上。本发明涉及在此描述的每一个独立特征、系统或方法。另外，如果这样的特征、系统或方法不相互矛盾，两个或更多个这样特征、系统或方法的任何组合包括在本发明的范围内。

Claims (29)

1.一种水净化装置，所述装置包括：
阴极隔室；
阳极隔室；
至少一个离子消耗隔室，所述至少一个离子消耗隔室的一部分位于所述阴极隔室与阳极隔室之间；
其中
一部分第一水流通过电化学装置的离子消耗隔室产生第二水流；和
至少一部分第二水流直接通过所述电化学装置的阴极隔室，第二水流在它已经流过所述阴极隔室后流向使用场所；
或者
第一水流的第一部分通过水净化装置的阴极隔室产生第二水流；和
至少一部分第二水流直接通过离子消耗隔室产生净化水，该水进一步输送到使用场所。
2.权利要求1的水净化装置，所述装置进一步包括邻接所述至少一个离子消耗隔室的至少一个离子浓集隔室，
其中第一水流的第二部分首先通过阳极隔室，然后通过一个或更多个离子浓集隔室，
或者所述第一水流的第二部分首先通过一个或更多个离子浓集隔室，然后通过阳极隔室。
3.权利要求2的水净化装置，其中第一水流的第二部分首先通过阳极隔室，然后通过一个或更多个离子浓集隔室，
然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量；
或者
所述第一水流的第二部分首先通过一个或更多个离子浓集隔室，然后通过阳极隔室，
然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量。
4.权利要求1的水净化装置，其中所述阴极隔室与净化流体出口流体连通。
5.权利要求4的水净化装置，其中所述净化流体出口在所述阴极隔室的下游。
6.权利要求1的水净化装置，其中在所述装置中的至少一部分任何水通过阴极接地。
7.一种净化流体的方法，所述方法包括：
使一部分第一流体通过电化学装置的离子消耗隔室产生第二流体；和
使至少一部分第二流体直接通过所述电化学装置的阴极隔室；
其中所述流体是水流；
所述方法进一步包括使第二流体在它已经流过所述阴极隔室后流向使用场所。
8.权利要求7的方法，所述方法进一步包括使第一水流的第二部分首先通过电化学装置的阳极隔室，然后通过电化学装置的一个或更多个离子浓集隔室，
或者
所述第一水流的第二部分首先通过电化学装置的一个或更多个离子浓集隔室，然后通过电化学装置的阳极隔室。
9.权利要求7的方法，其中所有的第二流体通过所述阴极隔室。
10.权利要求7的方法，所述方法进一步包括使氢溶解在所述第二流体中。
11.权利要求7的方法，所述方法进一步包括使第一流体的第二部分通过所述电化学装置的离子浓集隔室；
使第一流体的第二部分通过所述电化学装置的阳极隔室；和
减少所述第一流体的第二部分的LSI。
12.权利要求11的方法，其中
LSI减少到：
少于0。
13.权利要求7的方法，所述方法进一步包括减少第二流体的腐蚀性。
14.权利要求7的方法，其中自第二流体中除去大于10％和少于90％的硬度。
15.权利要求14的方法，其中自第二流体中除去大于30％和少于70％的硬度。
16.权利要求14的方法，其中自第二流体中除去大于50％的硬度。
17.权利要求7的方法，其中所述电化学装置包括电去离子装置。
18.权利要求7的方法，所述方法进一步包括使第一水流的第二部分首先通过阳极隔室，然后通过一个或更多个离子浓集隔室，然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量；
或者
所述第一水流的第二部分首先通过一个或更多个离子浓集隔室，然后通过阳极隔室，
然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量。
19.一种净化水的方法，所述方法包括：
使第一水流的第一部分通过水净化装置的阴极隔室产生第二水流；和
使至少一部分第二水流直接通过离子消耗隔室产生净化水；
所述方法进一步包括向使用场所输送第二水流。
20.权利要求19的方法，所述方法进一步包括
使第一水流的第二部分首先通过水净化装置的阳极隔室，然后通过水净化装置的一个或更多个离子浓集隔室，
或者
使第一水流的第二部分首先通过水净化装置的一个或更多个离子浓集隔室，然后通过水净化装置的阳极隔室。
21.权利要求19的方法，所述方法进一步包括使氢溶解在第二水流中。
22.权利要求19的方法，所述方法进一步包括使第一水流的第二部分通过所述水净化装置的离子浓集隔室；
使第一水流的第二部分通过所述水净化装置的阳极隔室；和
减少第一水流的第二部分的LSI。
23.权利要求19的方法，所述方法进一步包括减少第二水流的腐蚀性。
24.权利要求19的方法，其中自第二水流中除去大于10％和少于90％的硬度。
25.权利要求24的方法，其中自第二水流中除去大于30％和少于70％的硬度。
26.权利要求24的方法，其中自第二水流中除去大于50％的硬度。
27.权利要求19的方法，其中
LSI减少到：
少于0。
28.权利要求19的方法，其中所述水净化装置包括电去离子装置。
29.权利要求19的方法，所述方法进一步包括
使第一水流的第二部分首先通过水净化装置的阳极隔室，然后通过水净化装置的一个或更多个离子浓集隔室，然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量；
或者
使第一水流的第二部分首先通过水净化装置的一个或更多个离子浓集隔室，然后通过水净化装置的阳极隔室，然后使所述水排放为废液或者通过系统循环形成更大浓度的溶解物质并因此减小或节省必须排放的水量。
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