TW201402475A - 工業水系統的處理 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種控制工業水系統之處理的方法。該方法包含以下步驟：提供一種用於控制至少一種處理化學品之傳遞的設備，該設備包含至少一個感測器及執行方案之電子輸入/輸出裝置；使用該至少一個感測器量測工業水系統之參數；將所量測之參數中繼至該電子裝置；基於所量測之參數調整方案；根據所調整之方案將濃縮之處理化學品傳遞至工業水系統之液流中，該濃縮之處理化學品包含活性成分，必要時追蹤該活性成分，該活性成分具有一定濃度；重複量測、調整及傳遞；且視情況重複該等步驟以獲取參數之n值、活性成分之n值及/或濃縮之處理化學品之n值。

Description

工業水系統的處理
本發明係關於工業水系統中水之處理。更特定而言，本發明係關於對工業水系統中水處理的控制。
許多工業水系統(例如冷卻塔、鍋爐、造紙製程之形成部分及廢物處理系統)使用化學處理產品改良能效、減少廢物、保護資產且改良產品品質。用於工業水系統之典型處理產品控制結垢、腐蝕、積垢、發泡、氣味形成及微生物生長。該等處理產品包含聚合物及其他物質且為一般熟習特定類型工業水系統之技術人員所知。
由引入工業水系統中之化學處理產品達成最佳效能需要一種饋料策略。舉例而言，如冷卻塔中所用之典型工業水系統將採用一種經建立可基於分供/饋料機制饋入處理產品之控制系統，其中排放行為觸發化學饋料泵或閥饋入處理產品；或以替代形式，該控制系統基於使用「饋料時程」之計時器來饋入處理產品，或補給水管路上之流量計基於補給水的特定抽汲量來觸發對處理產品之抽汲。該等控制方法之限制在於該等系統均不直接線上量測處理產品濃度，因此若存在機械問題(例如若泵失效、鼓室排空或發生高、低或未知排放)，則系統體積改變或補給水品質改變；未維持準確之處理產品濃度。因為此問題為常見的，所以典型地向工業水系統中過度饋入以確保系統中之處理產品含量不因產品劑量之高度變化而降至過低，或處理產品在不知不覺中饋入不足。處理產品過度饋入與饋入 不足由於存在成本及效能缺陷而均為不利的。
一種對抗該等不利缺陷之方法為摻合包括以已知比例相互摻合之惰性螢光化學品與活性成分的添加劑摻合物，將該添加劑摻合物添加至工業水系統中且使用螢光計監測惰性螢光化學品之螢光信號。典型工業水系統可能需要若干種添加劑摻合物，其將補充添加劑封裝。如熟習此項技術者易於意識到，工業水系統之典型添加劑摻合物或封裝必須首先經調配、隨後經摻合且庫存，隨後為運輸及最終使用者使用。由於工業水系統之可能設計變化無止盡，因此存在的添加劑摻合物及封裝可能與工業水系統一樣多。此外，一種製程可展現動態變化(例如饋入冷卻塔之補給水組成變化、季節變化等)，因此需要再調配摻合物以達成最佳效能。典型之工業水系統可能需要該等添加劑摻合物中之若干種以適當發揮作用，且每一種均可使用諸如TRASAR® Technology或3D TRASAR® Technology(每一者均可購自Nalco Company,1601 West Diehl Road,Naperville,Illinois 60563)之控制設備適當加入工業水系統中。所有該等添加劑摻合物典型地均使用若干種常見原材料中之一或多種來調配。
添加劑摻合物製造者在摻合(「稀釋(make-down或making-down)」)新的添加劑摻合物或封裝時遭遇到若干問題。首先，調配新添加劑摻合物或封裝之成本可能高昂。若干批次可能需要摻合且測試以確定添加劑之最佳比率。工業水系統不僅在嶄新時需要進行調配，而且隨系統老化將可能需要調整調配。該種調配及再調配需要顯著人時。
其次，稀釋全濃度之添加劑摻合物及封裝可能存在危險。若干種添加劑需要使用調配助劑(諸如強酸或鹼)以使活性成分溶解。添加劑在以全濃度摻合時可能釋放熱或煙。另外，由於摻合物可能將儲存較長時間，因此摻合物可能需要添加昂貴之鹵素穩定或光穩定染料作為追蹤劑。
用於摻合及饋入液體化學品之系統通常係基於一或多種感 測器技術(諸如測力器、位準感測器及體積量測裝置)以量測化學品之分配量。在某些情形下，使用對液體之特性化量測來確定混合物濃度。舉例而言，O'Dougherty等人之美國專利第5,522,660號揭示使用電導率探針來監測DI水與濃縮化學品混合之濃縮摻合物。
此外，Rowlands等人之美國專利申請公開案第2009/0139545號論述使用具有控制演算法之快動作電磁閥將超濃縮化學品注入用於媒介物洗滌之水管中。化學品饋入量係由電磁閥開/關計時順序來控制。將濃縮化學品直接注入管中且在使用時稀釋，由此消除對稀釋步驟或混合槽之需要。
因此，對與目前存在相比更有效傳遞工業水系統中所用之添加劑存在長期但仍尚未滿足的需要。理想地，服務提供者藉由將必要原材料運輸至客戶且在可提供即時調整及劑量控制之客戶場所進行摻合而避免場外調配及摻合。更理想地，稀釋不需要使用鹵素穩定或光穩定染料。甚至更理想地，原材料無需稀釋便可以最佳含量直接注入工業水系統中。本發明即將滿足此長期以來未滿足之需要。
本發明係關於一種控制工業水系統處理之方法。該方法包含以下步驟：提供一種用於控制至少一種處理化學品之傳遞的設備，該設備包含至少一個感測器及執行方案之電子輸入/輸出裝置；使用該至少一個感測器量測工業水系統之參數；將所量測之參數中繼至該電子裝置；基於所量測之參數調整方案；根據所調整之方案將濃縮之處理化學品傳遞至工業水系統之液流中，該濃縮之處理化學品包含活性成分，必要時追蹤該活性成分，該活性成分具有一定濃度；重複量測、調整及傳遞；且視情況重複該等步驟以獲取參數之n值、活性成分之n值及/或濃縮之處理化學品之n值。
由以下實施方式，結合圖式及隨附申請專利範圍將顯而易見本發明之該等及其他特徵及優勢。
檢視以下實施方式及附圖之後，一般熟習相關技術者更顯而易知本發明之益處及優勢，其中：圖1為n組分之分批活性物摻合系統之具體實例的示意圖；圖2為對於高解析度分配對照組使用測力器之分級分配系統之具體實例的示意圖；圖3為展示在水中不同濃度之聚丙烯酸標記分散劑(「THSP」)之螢光信號強度積分的圖；圖4為對於組分分離使用專用混合槽之n組分分批活性物摻合系統之具體實例的示意圖；圖5為用於直接注入製程液流之活性物摻合系統之具體實例的示意圖。
儘管本發明易以各種形式之具體實例呈現，但圖式中展示且下文將描述目前較佳之具體實例，應瞭解本揭示案視為本發明之舉例說明且不希望本發明限於所說明之特定具體實例。
應進一步瞭解，本說明書之此部分之標題(即【實施方式】)係關於美國專利局(United States Patent Office)之要求，且不意味或意指限制本文所揭示之主題。
定義：
為本專利申請案之目的，以下術語具有下文所述之定義：「添加劑」可與術語「活性成分」及「活性劑」互換使用。另外，術語「濃縮活性成分」係指具有顯著大於如下文定義典型封裝中採用之添加劑濃度的化學品。濃縮活性成分可採用固體或液體形式。濃縮活 性成分在用於工業水系統中之處理之前典型地經「稀釋(made down)」。濃縮活性成分典型地含有不超過最小量之稀釋劑以使得化學品之成本效益可最大化。
「必要時」意謂若需要。對於本專利申請案而言，「必要時」係指若由螢光偵測時不展示螢光特性之化學品。若無需螢光偵測即可進行量測，則化學品無需追蹤。若化學品自身發螢光，則無需用螢光化學品追蹤。然而，若化學品不發螢光且使用者欲使用螢光來量測不發螢光化學品之濃度，則化學品需要以螢光化學品來追蹤。
「摻合物」意謂已藉由稀釋及/或混合添加劑與另一種化學品及/或水而產生之化學品。
「工業水系統」意謂以水作為其主要成分循環之任何系統。「工業水系統」之實例可包括冷卻系統、加熱系統、膜系統、造紙製程或如上定義循環水之任何其他系統。
「計量」意謂分配已知量之物質。一種「計量」物質之方式係以已知速率分配具有已知濃度特定成分之物質歷時一定時間段。另一種「計量」物質之方式係使用分析技術來確定已分配多少物質或物質成分。其他「計量」方式為熟習此項技術者已知。
「模組式貯槽」意謂能夠含有至少一種濃縮活性成分之可攜式可互換容器。理想地，「模組式貯槽」易於與用以實施本發明之當前系統連接及拆分，從而提供一種安全、可持續且便利之方式來處理該至少一種濃縮活性成分。
「封裝」意謂添加至工業水系統中之一或多種摻合物的群組。工業水系統之「添加劑封裝」典型地包括活性成分、追蹤劑、水及其他成分之若干種摻合物。
「參數」意謂可用以確定水處理系統之處理方案的可量測變 數。潛在「參數」之實例包括(但不限於)以下：溫度、濃度(包括pH及/或鹼度)、螢光、表面積、冶金學及熟習此項技術者已知之任何其他可量測變數。
「方案」意謂可包括以下之指令集合：濃度、流動速率、混合速率、溫度、體積、質量或熟習此項技術者已知之任何數目個其他標準。關於本發明，「方案」可控制將處理品混合及/或注入工業水系統之水中。可使用電子輸入-輸出裝置來建立及/或儲存「方案」，該電子輸入-輸出裝置可為電腦、PLC控制器或以適當軟體及/或韌體程式化之任何輸入-輸出裝置，其與指令通信以便以自動方式執行「方案」。另外，「方案」包括基於可開發出指令集合之物理模型、經驗模型、半經驗模型或模型組合之優化方法及技術。
「感測器」意謂一種量測參數且能夠輸出所量測參數之量測裝置。
「追蹤」意謂一種惰性螢光化學品以已知比例與添加劑封裝之活性組分混合以使得活性組分之濃度可經由使用螢光計來測定，從而監測惰性螢光化學品之螢光信號。舉例而言，對於以另一種化學品「追蹤」之染料而言，染料將以可量測濃度與另一化學品一起存在以使得可使用染料之螢光來量測染料之濃度，從而可測定另一化學品之濃度。
「水」意謂具有水作為主要成分之任何物質。水可包括純水、自來水、淡水、鹽水、水蒸汽及/或工業水系統中循環之任何化學品、溶液或摻合物。
使用量測及/或控制裝置(諸如3D TRASAR Technology)，使用者可確定適合使用者工業水系統之動態條件之添加劑摻合物或封裝之配方。舉例而言，使用者可確定特定工業水系統需要包含唑、分散劑聚合物、正磷酸鹽、膦醯基丁烷三甲酸(「PBTC」；視情況為其鹽)及膦基丁二酸寡 聚物(「PSO」)之添加劑封裝。本發明之具體實例將確定添加劑封裝成分之最佳濃度且將以下原材料加入容器中：水、經染料追蹤之磷酸、經第二染料追蹤之PBTC、甲苯基三唑(「TT」)、經第三染料追蹤之PSO及經標記聚合物分散劑。該等成分經水及/或溶劑稀釋且使用熟習此項技術者已知之一或多種技術混合。使用者可由重量量測、藉由螢光或吸收偵測之形式、體積或含量感測或藉由熟習此項技術者已知之任何其他方法來確定該等成分之濃度。
必要時隨後可藉由熟習此項技術者已知之任何方法將摻合添加劑封裝注入工業水系統中。當容器在某種程度上空乏時，必要時可由確定最佳添加劑封裝組成開始重複該製程。
本發明具體實例之另一實例允許將添加劑封裝之活性成分直接添加至工業水系統中而非摻合之後添加至工業水系統中。該具體實例為一種控制工業水系統處理之方法。該方法包含以下步驟：提供一種用於控制至少一種處理化學品之傳遞的設備，該設備包含至少一個感測器及執行方案之電子輸入/輸出裝置；使用該至少一個感測器量測工業水系統之參數；將所量測之參數中繼至該電子裝置；基於所量測之參數調整方案；根據所調整之方案將濃縮之處理化學品傳遞至工業水系統之液流中，該濃縮之處理化學品包含活性成分，必要時追蹤該活性成分，該活性成分具有一定濃度；重複量測、調整及傳遞；且視情況重複該等步驟以獲取參數之n值、活性成分之n值及/或濃縮之處理化學品之n值。
活性成分可與一或多種螢光染料同時注入，從而提供追蹤活性成分濃度之能力。將諸如電導率、腐蝕及/或沈積物監測之可用分析工具與螢光追蹤技術組合使用，可直接或間接量測活性成分之濃度。該等量測可控制且調整添加劑封裝。
舉例而言，可直接基於與標記聚合物之需求相關之即時量 測、使用螢光量測及反饋控制向工業水系統中添加結垢控制添加劑。結垢控制添加劑可替代地使用不同量測方案來確定結垢物質(例如碳酸鈣及/或磷酸鈣)之濃度。可藉由唑螢光直接監測及反饋控制來促進黃色金屬腐蝕抑制劑控制。可藉由監測工業水系統中添加劑封裝之活性成分的濃度來維持亞鐵金屬腐蝕抑制劑控制，或可使用系統自身之重要參數來預測該等抑制劑。該等參數可包括例如溫度、pH、鹼度等。需要監測之典型活性成分包括膦基丁二酸寡聚物及磷酸鹽。
藉由收集關於製程及流體特徵之資料以輸入最優化演算法中以便進行活性組分即時調整可達成用於直接注入之添加劑摻合物或劑量的最佳效能。最優化演算法可基於物理模型、經驗模型(諸如多重回歸、類神經網路、狀態空間、自動回歸等)或物理與經驗模型之組合。舉例而言，用於冷卻塔單元操作之特性化流體輸入資料可包括各種溫度讀數(周圍環境、入口、出口及池)、pH、鹼度、電導率、氧化還原電位(「ORP」)、濁度等，所有該等資料均可使用標準市售感測器來量測。將此與塔操作條件(諸如容量、循環次數、再循環速率、濕潤材料組成、補給水品質等)之輸入組合且使用模型軟體(例如用以預測礦物質結垢潛能之熱力學產品飽和計算)，測定最佳添加劑摻合物及/或劑量。
在調配添加劑摻合物中，濃縮之起始原材料可為液體或固體。類似地，用於將活性物直接注入製程液流中之起始材料可為濃縮液體或溶解固體。使用固體原材料具有易於處理之優勢，溢流風險較小且因重量減少而降低運輸成本。固體可為顆粒形式或粉末。固體形式之活性物需要添加水或其他溶劑來溶解固體，形成濃縮液體，隨後可分配。化學追蹤染料可各別地添加至液體濃縮物中或整合於活性固體中且在溶解於具有活性物之水中時釋放。藉由溶解固體製得之液體活性物之濃度基於所用活性固體之質量及為溶解固體所添加之溶劑體積可知。亦可使用測定濃度之其 他方法，諸如光學光譜法、pH、電導率等。若為液態，摻合則遵循類似於以液體濃縮活性物為起始物之相同方法。此外，活性固體之自動分配裝置可用以維持長時間分配濃縮液體活性物。亦可將液體與固體活性物組合使用。舉例而言，若活性物之消耗相對於其他物質而言較高且分配體積尺寸受到限制，則宜使用固體活性物以易於處理。
在一具體實例中，工業水系統係選自以下組成之群：冷卻塔水系統、石油井、井內成形、地熱井及任何其他油田應用、鍋爐系統、熱水系統、包含礦物質洗滌、漂浮及初選之礦物質製程用水、造紙製程、黑液蒸發器、洗氣器、空氣洗滌器、連續澆鑄製程、空調系統、冷凍系統、巴氏殺菌製程、水回收系統、水純化系統、膜過濾水系統、食品加工液流及廢水處理系統。
在一具體實例中，該至少一種感測器係選自以下組成之群：光學光譜量測，諸如螢光感測器、光譜螢光感測器、吸收及拉曼光譜量測系統(Raman spectroscopic measurement system)、腐蝕感測器、電導率感測器、pH感測器、溫度感測器、重量感測器、流動感測器、測力器、位準偵測器、濁度感測器、電學感測器、電化學感測器、聲學感測器、其多者、其組合、及其多者與組合。
在一具體實例中，參數係選自以下組成之群：腐蝕速率、結垢速率、沈積速率、熱傳遞速率、冷卻塔效率、化學品濃度、濃縮循環、懸浮固體量測、溶解固體量測、微生物活性率、化學品活性率、製程效能參數、產品效能參數、其多者、其組合、及其多者與組合。
在一具體實例中，該方法進一步包含在傳遞之前稀釋濃縮之處理化學品。該稀釋可在傳遞途中持續發生。該持續稀釋可使用諸如Nalco Pareto技術(可購自Nalco,Ecolab公司，1601 West Diehl Road,Naperville,Illinois 60563)之技術或藉由混合比基於文氏管(venture)直徑與入口孔尺寸的文 氏管(venturi)(諸如得自Hydra-Flex公司，680 East Travelers Trail,Burnsville,MN 55337之Chem-Flex注射器技術)來進行。
在一具體實例中，濃縮之處理化學品呈固體傳遞。
在一具體實例中，濃縮之處理化學品呈液體傳遞。
在一具體實例中，濃縮之處理化學品包含至少兩種活性成分。
在一具體實例中，濃縮之處理化學品另外包含染料，該活性成分經染料追蹤。
在一具體實例中，活性成分為經螢光部分標記之聚合物。
在一具體實例中，活性成分本身發螢光。
在一具體實例中，設備另外包含模組式傳遞系統。
在一具體實例中，方案包含基於選自以下組成之群之計算的演算法：第一原則、經驗觀測、其多者、其組合、及其多者與組合。舉例而言，演算法之類型可包括(但不限於)由以下組成之群：冷卻水演算法、鍋爐水演算法、腐蝕演算法、pH演算法、電導率演算法、溫度依賴性演算法、濁度演算法、水硬度演算法、結垢演算法、熱傳遞速率演算法、微生物活性演算法、化學品活性演算法、化學品需求演算法、其多者、其組合、及其多者與組合。
實施例：
以下實施例欲向熟習此項技術者說明本發明之若干具體實例及態樣。該等實施例不應理解為限制所允許申請專利範圍之範疇。該等實施例具預測性，且熟習此項技術者將意識到在任何單一實施例中所述之特徵在必要時均可併入任何其他實施例中。
實施例1：
第一實施例說明對於既定批次而言由以預定組成在儲存容 器中摻合之不同活性物集合組成之添加劑封裝的注入。一經製得添加劑封裝，隨後即可將其分配至製程液流中。在摻合步驟期間藉由控制分配至儲存容器中之個別活性物來調整添加劑封裝之組成。圖1中展示n組分傳遞系統之示意性佈局。用於調配摻合物之濃縮活性物由容器100、101、102及第n個容器103彼此分離。該等容器可為在化學上與濃縮活性物相容之任何適合材料(硬壁或撓性材料，例如聚合物袋)。該等容器可為模組，使得使用者可易於移除且以含有相同或不同活性物組分之容器替代，由此為添加劑封裝之組成提供增加之靈活性。摻合物係藉由使用流體分配裝置105經傳遞管路104自容器提取控制量之活性物而製得。所用流體分配裝置105可為典型用於液體之任何技術，包括(但不限於)機械抽汲、文氏管注射器、重力式饋料或位移方法(諸如直接對容器、氣囊系統加壓或漸進式腔室位移)。
將分配之活性流體輸送至配備有位準感測量測裝置108及109之混合槽106中，該位準感測量測裝置108及109在槽106達到目標設定點位準(諸如空、滿或觸發所分配流體變化之標準位準)時將信號輸送至控制器112。位準監測裝置可為安裝在混合槽106上離散位置處之簡單漂浮型位準開關或具有多個離散觸發點之感應式漂浮位準感測器。或者，可使用超音波或其他非接觸方法來量測連續範圍內之位準。其他接觸感測器或來自非接觸位準量測之警示信號可用作在添加劑摻合構築步驟期間監測及控制中間流體位準的方式。舉例而言，宜在分配活性流體來稀釋活性物之後、在添加第二活性組分之前向混合槽106中添加水或溶劑。水、溶劑或流體組合之添加係經噴嘴107添加至槽106中。噴嘴107可安置於混合槽106中之液位上方或定位於混合槽之底部或側面，且可包括噴射器噴嘴以促進紊流以便增強添加劑封裝之混合。
控制分配至混合槽106中之活性物的量係由控制器112來調 節。在最低位準處，控制器112控制且追蹤閥及感測器之順序(例如測力器、位準感測器、流量計、電化學感測器或其組合)以基於既定摻合物之預程式化程序構築添加劑摻合物。可藉由手動改變可控制分配裝置的設定及設定點值來調整添加劑摻合物。或者，控制器112可在包括製程操作條件及製程流體特性的較高功能位準下操作，從而最優化摻合物組成。此外，經由WIFI或Ethernet連接遠程接入控制器允許與控制器遠程通信來調整設定或下載其他資訊(例如水離子組成分析結果)以供用於最優化模型來確定及調整添加劑組成。
與用於將活性物分配至混合槽中之方法無關，需要一種監測活性物之分配量的方法來控制添加劑摻合物之所需最終組成。監測活性物之分配量的習知方法包括如圖1中說明之每個活性物容器均使用測力器110的直接重量量測、在已知時間段內對所分配液體進行體積流量計量，或以位準感測器量測液位變化。該等習知技術為適合的，只要感測器之動態響應及解析度與系統要求相匹配即可。舉例而言，若活性物之所需分配量僅為自10.0kg容器分配0.1g，則所分配流體之監測及控制需要高精確度質量或位準感測器具有足以準確量測及追蹤活性物之分配量的解析度。使用高精確度儀器監測活性物分配的成本高且在暴露於經歷溫度及濕度變化之工業環境時容易造成維護成本提高。另外，將測力器與相鄰震動源(諸如泵，其可向所量測之信號添加雜訊，導致精確度及準確性降低)分隔需要謹慎進行。
藉由針對應用確定動態範圍尺寸，可由標準測力器獲得所需之量測解析度。舉例而言，自1000g供應容器分配1g樣品比自10g供應容器分配1g樣品需要更高效能之測力器。然而，減少分配可用之活性物體積亦增加活性物必須置換之頻率。頻繁補充活性物為不利的，因為需要使用者與系統更多互動，在不補充系統之情形下增加了操作之機率且由於頻 繁置換可導致更高之運輸及封裝成本。
為延長補充濃縮活性物之間隔時間且維持用於分配小體積之高解析度量測，如圖2單一組分濃縮活性物次總成中所示之二級分配階段可解決此問題。對於指定劑量及維持時程而言，容器200相應地根據濃縮活性物201確定尺寸以持續可接受之時間段。濃縮活性物經分配裝置202分配至第二較小容器203中，該分配裝置202可為(但不限於)重力式饋料、機械泵或文氏管型裝置。使用來自測力器205之信號監測(當容器203需要補充時)以及控制加入製程中之活性物的量。藉由使用分配裝置207經轉移管路206抽取活性物來進行加料，該分配裝置207可為(但不限於)重力式饋料、機械泵或文氏管型裝置。所分配之活性物隨後可轉移至製程208、儲存於槽中以供後續使用或轉移至混合槽中以製造添加劑摻合物。
一種監測添加至槽106中之活性物之量的替代方式係基於監測活性物或以已知比例量與活性物混合之惰性螢光團的直接螢光。在此情形下，圖1中所示之泵117使來自槽106之添加劑經螢光計116循環。循環泵117亦促進摻合物之額外混合，其可藉由添加混合噴射器噴嘴而進一步增強。可使用三通電磁閥118自製程分離螢光計及添加劑混合步驟。添加劑封裝一旦準備分配，即開啟閥118將添加劑摻合物導向製程。
螢光計116上之增益設定可經自動調整而改變以設定螢光計動態範圍，以使得相同螢光計通道可用於摻合添加劑封裝(其與活性物相比具有高濃度)且監測來自稀釋製程液流中之活性物的螢光。或者，可使用具有預設增益之專用通道或感測器。在此情形下，使用單一激發源且使用一個針對添加劑摻合物之較高濃度範圍調整的感測器及針對較低濃度範圍調整之第二感測器來進行螢光監測，從而監測在製程中稀釋之添加劑。
為藉由不同波長螢光監測多種活性物，可使用分散性或非分散性螢光計。當使用非分散性螢光計時，對於所偵測之每一波長範圍均需 要具有適當帶通濾波器之專用激發源與偵測器總成。使用分散性系統使得在陣列偵測器上監測每一物質之發射螢光所需之偵測器數目得以簡化。為使得來自多種激發源之干擾及來自活性物或惰性染料之螢光最小化，可應用相敏偵測技術以及使用帶通濾波器。最後，監測來自高度濃縮活性物之螢光由於自我吸收及淬滅可能存在問題。在此情形下，反射螢光監測為較佳選擇，其中激發光線入射於介質上，而以反射模式收集所發射之螢光。舉例而言，可使用分叉纖維經纖維之一條分枝傳遞激發光線且收集經另一分枝導向分散性或非分散性偵測系統之發射螢光。
為說明使用添加劑摻合物之概念，呈現一種冷卻水單元操作實施例。表1列舉由以下三種活性物組成之添加劑摻合物的目標組分及濃度：用於控制腐蝕之THSP與TT及用於控制結垢之HEDP。在第一種方式中，藉由監測來自添加至活性物中之惰性追蹤螢光團之螢光信號且直接量測活性物之螢光來製造摻合物。對於此實施例而言，直接螢光監測TT及THSP係可能的；然而，對於HEDP監測而言，需要惰性水溶性螢光團作為追蹤劑，諸如芘磺酸，包括1,3,6,8芘四磺酸鈉鹽(「PTSA」)、8-羥基1,3,6-芘三磺酸鈉鹽及芘磺酸(單)鈉鹽。以已知濃度向HEDP中添加追蹤劑以產生與HEDP濃度成正比之螢光信號。在需要添加追蹤染料來監測活性組分之情形下，可在製造期間將追蹤染料與活性物預混合或在使用點時添加。如使用Nalco 3D TRASAR技術時典型所為，添加惰性染料(例如PTSA)與HEDP用以構築添加劑摻合物且用以設定基線劑量以監測製程。
實施例2：
在前述實施例中，多組分監測需要一種具有不同激發源波長及偵測通道之螢光計。本發明之一種替代方式係基於在依序添加不同活性組分之步驟期間監測來自一種組分之螢光。舉例而言，為構築表1中所列之添加劑封裝，可遵循表2中所列之步驟來製造1.0公升摻合物。使用THSP作為基線螢光信號，藉由量測THSP信號變化來構築添加劑封裝。由於THSP初始濃度高，因此如圖3中所示對於使用分叉纖維光學探針所收集之整合強度而言，螢光信號為非線性的。對於此實施例而言，一條纖維光學分枝供應經纖維傳播之365nm激發光線且離開浸入流體中之探針。離開探針之光線激發THSP分子，導致螢光發射收集於探針尖端，在探針尖端處一條纖維(或纖維束)將所發射之輻射輸送至光譜儀以供分析。由於高濃縮溶液存在淬滅及自我吸收，因此整合之螢光光譜在水中一定範圍之THSP濃度下展示如圖3中所示之非線性行為。因此，必須選擇螢光響應對濃度變化敏感之濃度範圍。
為基於THSP在水中之光譜響應構築1.0公升添加劑摻合物，研發表2中所列之步驟順序以預測由添加每種添加劑所產生之螢光響應。首先，將611ml水添加至混合槽106中，繼而部分添加100ml THSP。藉由分配裝置105或位準感測器108/109來控制添加至混合槽106中之THSP的量。在第一步驟中僅添加一部分THSP來稀釋THSP濃度，藉此使整合螢光響應移位至更具濃度敏感性之區域。
或者，若摻合物中無活性組分發螢光或所需濃度範圍內之螢光太弱，則隨後可添加惰性螢光團且用以設定基線信號。在任一情形下，添加至混合槽中之初始組分設定初始螢光信號以與添加每種活性組分時之信號變化相比較。螢光計116可具有設定增益值之專用通道來提供適合之動態範圍或可實施可變之增益螢光計通道以用於摻合添加劑封裝且監測製 程。添加TT(步驟3)因添加體積僅為28ml而導致0.04計數之小螢光信號增益。添加161ml HEDP(步驟4)進一步稀釋THSP，導致整合螢光信號增加。最後添加100ml THSP(步驟5)因在較高濃度下之自我吸收及淬滅而使整合螢光信號降低至0.49。表2中關於目標濃度位準所列之設定點值可程式化至控制器中以自動輸送控制信號以起始且停止活性組分之分配。
在步驟3中，TT之添加量較小，導致僅0.04之信號變化。信號變化小可能難以準確監測摻合物濃度。為改良摻合物準確性，藉由簡單稀釋濃縮TT來增強信號為一種增加添加之前與之後之可偵測差異的方式。舉例而言，由僅21%之濃縮TT起始需要添加56ml來達成最終1%之目標濃度。在此情形下，所得較高稀釋使得信號增加5%。
實施例3：
本發明之第三態樣為藉由監測與濃縮活性物摻合之二級螢光團組分(例如PTSA)之螢光來監測及控制添加至儲存槽中之活性物的量。由螢光計116(圖1)監測之來自PTSA之螢光提供活性物濃度之度量，此係因為PTSA與活性物之比例已知。舉例而言，為構築表1中之添加劑封裝，可首先向儲存槽中添加以PTSA追蹤之HEDP及額外稀釋水來設定對於完整添加劑封裝而言表示目標11%值之HEDP濃度的基線螢光信號計數。隨後藉由向濃縮活性物中選擇性地添加或不添加PTSA來達成對後續活性物濃度之控制。在此情形下，若所添加之第二活性物為不含PTSA之THSP，則使用經調節用於監測PTSA之螢光計所量測之信號將改變。取決於濃度水 平之衰減或增益量與THSP之添加量成正比。添加第三活性物(添加有PTSA之TT)隨後將導致螢光信號呈比例量增加。藉由選擇性地包括具有特定活性物之PTSA提供一種增加量測敏感度以控制摻合物濃度之方式。在此情形下，TT之濃度相對於HEDP及THSP而言較小，因此添加PTSA與TT有助於擴增添加與稀釋對摻合物之影響。可控制在製造添加劑摻合物之不同步驟添加之PTSA的添加以使得添加劑摻合物中之最終濃度在操作範圍內以供用作惰性追蹤染料而用於製程之添加劑劑量控制。
實施例4：
本發明之第四態樣為將化學品分配至如例如圖4中所示之根據相容化學(例如酸及鹼)分組之多個混合槽中且使多種組分反應以產生新的活性物。在圖4中說明之實施例中，展示兩組濃縮活性物。然而，該方式可擴展至具有n個濃縮化學品傳遞裝置之n個容器。化學分配濃縮活性物包含使用分配裝置305將流體輸送至容器306之步驟。所分配流體之濃度可藉由對活性組分或對添加至具有已知濃度濃縮活性物中之惰性螢光團進行直接螢光監測來監測。每一混合槽可使用專用之螢光計泵314，或具有多個非分散性或分散性通道之單一螢光計可量測活性物濃度，如圖4中所示。使用單一螢光計對活性物摻合物進行濃度監測需要在每一容器之間進行樣品流動轉換。對於圖4中所示之組態而言，經由控制電磁閥315進行兩個槽306之間之樣品轉換，其中若干該等閥以說明方式展示。
實施例5：
本發明之第五態樣為將濃縮活性物直接注入製程液流或池中。圖5中展示n組分系統之直接注入組態。在此實施例中，藉由同時或在離散時間自儲存容器400、401、402及n組分403抽取液體而將濃縮活性物注入製程液流中。藉由使用流體分配裝置405經傳遞管路404自容器抽取控制量之活性物以將活性物傳遞至製程液流406中來將活性物加入製程 中。所用流體分配裝置405可為典型用於液體之任何技術，包括(但不限於)機械抽汲、文氏管注射器、重力式饋料或位移方法(諸如對容器、氣囊系統直接加壓或漸進式腔室位移)。直接注入亦可為將固體注入液流中。注入點可位於共同製程液流(如圖5中所說明)、不同製程液流或同一製程液流之不同位置。另外，對於使用各種方法(諸如多埠選擇閥、多入口文氏管或組合歧管與電磁閥)添加不同活性物而言，可共用單一注入點。只要每種添加劑之比例可控，即可在多點同時進行添加劑注入控制。或者，添加劑注入可以定時順序進行，例如注入組分1、隨後注入組分2等，且其中活性物之注入順序可為變化或固定的。活性物注入亦可基於製程需求來控制。舉例而言，注入製程中之特定活性物的頻率及量可視製程操作條件及饋料特性而變化。藉由使分配系統與最優化方案相結合來對所注入活性物之頻率及量進行控制。
若解析度可接受，則可使用測力器410來對直接注入製程中之活性物的量進行監測。可藉由直接追蹤濃縮活性物之重量或使用如例如圖2中所示之較小體積之二級儲存容器、使用測力器來進行基於重量之監測，從而在濃縮活性物供應源為大體積容器時達成較高解析度之量測。亦可使用螢光計408來直接量測活性物之螢光或在另一流體(例如製程用水)存在下添加至活性物中之惰性追蹤螢光團之螢光。視欲監測之參數而定，理論上可使用若干種其他感測器中任一種，且本申請案中列舉若干彼等其他感測器。在此情形下，可能亦需要流量計407，其中流量計407及螢光計408監測活性物注入點下游之製程流體，使得使用者可基於隨時間變化之積分螢光信號來確定已添加至系統中之活性物的濃度。在注入點之後對添加劑進行直接螢光監測亦可充當警示監測器以確保添加劑經分配。
實施例6：
本發明之第六態樣為將化學品分配至儲存容器中以製造添 加劑封裝、將含有添加劑封裝之儲存容器運送至使用點且在使用點自儲存容器分配添加劑封裝。在此情形下，儲存容器為可移動的，以便將化學品分配系統製造之添加劑封裝運送至製程或分佈系統以供分配。任何上述傳遞系統或方法均可用於製造添加劑封裝。此方式可用於製造工廠之多個單元操作使用具有相同或不同濃度之同類組分的情形。舉例而言，在其整個設施中存在若干水冷卻塔受干擾之製造工廠可使用具有共同組分的添加劑封裝，此等共同組分由唑、分散劑聚合物、正磷酸鹽及膦醯基丁烷三甲酸組成。該等主要組分可為每一冷卻塔所共有，但濃度可不同。每一塔之最佳添加劑封裝可因塔年限、建造材料、操作條件等以及饋料速率而不同。添加劑封裝儲存容器之尺寸將取決於該製程之饋料速率及可變性，亦即調整添加劑封裝組分之濃度以維持最佳效能所需之頻率。最佳添加劑摻合物濃度可預程式化至指定塔或確定操作條件集合之控制器中，由使用者手動輸入或基於關於製程操作條件及饋料輸入特性所收集之資訊而自動調整。
現場安置摻合系統為調整供應至每一單元操作中之化學品之饋入濃度及類型提供靈活性，由此維持最佳效能。使用可移動容器將添加劑封裝運送至使用點使得使用者可相應確定容器尺寸。舉例而言，若需要經常改變化學品組分或濃度，則較小添加劑儲存容器有利於避免摻合過量之添加劑。較小之添加劑儲存容器亦具有占地面積減小之優勢，此在空間緊缺時為有利的。適當管理添加劑封裝儲存容器尺寸及補充頻率亦有助於減少對於某些添加劑組合而言可能發生之潛在儲存期穩定性問題。在該等情形下，通常添加其他化學品作為穩定劑。然而，適當尺寸之容器可縮短添加劑封裝之儲存期，從而在某些情形下減少對於穩定劑之需要。標準供應方式及在製造設施中摻合添加劑封裝及將添加劑封裝運輸至現場均無法解決由使用現場添加劑摻合系統所賦予之所有該等功能屬性。
一般而言，若加入製程中之活性物可使用螢光直接監測或若 使用TRASAR加料技術以惰性染料追蹤活性物，則可使用本文所述之所有不同系統組態。當使用TRASAR方法時，亦必須將已知量之染料添加至添加劑摻合物中或可經文氏管以已知稀釋比引入。在任一情形下，使用目標設定點位準(例如100ppm+/-10ppm，包含上限及下限)來控制添加劑之分配量。在不使用TRASAR技術之情形下，可使用分供及饋料方式或熟習此項技術者已知之任何方式。
在任何情形下，在使用點摻合添加劑或直接注入均具有即時定製控制添加劑組成之優勢。舉例而言，若補給水品質改變或冷卻塔正經歷較高腐蝕，則添加劑摻合物可現場調整、測試及再調整(若需要)。使用以活性物之摻合鼓形式供應的傳統添加劑封裝時，此方式不實用，其中調整組成的任何再調配成本高且耗時。
本文中提及之所有專利均以引用的方式併入本文中，無論在本揭示案正文中是否特定提及。
在本揭示案中，「一(a或an)」一詞被認為包括單數及複數。相反，對複數項的任何提及應包括單數(適當時)。
由上文可見，在不偏離本發明新穎概念之真實精神及範疇下可進行多種修改及變化。應瞭解，不希望或不應推斷出所說明之特定具體實例或實施例存在限制。依據隨附申請專利範圍，本揭示案希望申請專利範圍之範疇內涵蓋所有該等修改。
100‧‧‧容器
101‧‧‧容器
102‧‧‧容器
103‧‧‧第n個容器
104‧‧‧傳遞管路
105‧‧‧流體分配裝置
106‧‧‧混合槽
107‧‧‧噴嘴
108‧‧‧位準感測量測裝置
109‧‧‧位準感測量測裝置
110‧‧‧測力器
112‧‧‧控制器
116‧‧‧螢光計
117‧‧‧循環泵
118‧‧‧三通電磁閥

Claims (14)

  1. 一種控制工業水系統處理之方法，該方法包含以下步驟：提供一用於控制至少一種處理化學品之傳遞的設備，該設備包含至少一個感測器及一執行方案之電子輸入/輸出裝置；使用該至少一個感測器量測該工業水系統之參數；將所量測之參數中繼至該電子裝置；基於該所量測參數調整該方案；根據該所調整之方案將濃縮之處理化學品傳遞至該工業水系統之液流中，該濃縮之處理化學品包含活性成分，必要時追蹤該活性成分，該活性成分具有一定濃度；重複該量測、該調整及該傳遞；且視情況重複該等步驟以獲取參數之n值、活性成分之n值及/或濃縮之處理化學品之n值。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該工業水系統係選自由以下組成之群：冷卻塔水系統、石油井、井內成形、地熱井及任何其他油田應用、鍋爐系統、熱水系統、包含礦物質洗滌、漂浮及初選之礦物質製程用水、造紙製程、黑液蒸發器、洗氣器、空氣洗滌器、連續澆鑄製程、空調系統、冷凍系統、巴氏殺菌製程、水回收系統、水純化系統、膜過濾水系統、食品加工液流及廢水處理系統。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一個感測器係選自由以下組成之群：螢光感測器、光譜螢光感測器、光學吸收光譜感測器、光學拉曼光譜感測器(optical Raman spectroscopic sensor)、腐蝕感測器、電導率 感測器、pH感測器、溫度感測器、重量感測器、流動感測器、測力器、位準偵測器、濁度感測器、電學感測器、電化學感測器、聲學感測器、其多者、其組合、及其多者與組合。
  4. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該參數係選自由以下組成之群：腐蝕速率、結垢速率、沈積速率、熱傳遞速率、冷卻塔效率、化學品濃度、濃縮循環、懸浮固體量測、溶解固體量測、微生物活性率、化學品活性率、製程效能參數、產品效能參數、其多者、其組合、及其多者與組合。
  5. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該方法進一步包含在該傳遞之前自動稀釋該濃縮之處理化學品。
  6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中該自動稀釋係在該傳遞途中持續發生。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該濃縮之處理化學品係呈固體傳遞。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該濃縮之處理化學品係呈液體傳遞。
  9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該濃縮之處理化學品包含至少兩種活性成分。
  10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該濃縮之處理化學品另外包含染料，該活性成分經該染料追蹤。
  11. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該活性成分為經螢光部分標記之聚合物。
  12. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該活性成分本身發螢光。
  13. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該設備另外包含一模組式傳遞系統。
  14. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中該方案包含基於選自由以下組成之群之計算的演算法：第一原則、經驗觀測、其多者、其組合、及其多者與組合。
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