TW201838932A - 用於現場產生二氧化氯之方法 - Google Patents

Abstract

所揭示之方法大體上係關於使用二氧化氯處理製程水。具體言之，可異步地將反應物進料至一稀釋劑管線或一槽中，所述反應物可在所述稀釋劑管線或所述槽中混合及反應以形成二氧化氯。所述稀釋劑管線或所述槽中之二氧化氯含量水平可波動，進而阻止或減少微生物之生長。

Description

用於現場產生二氧化氯之方法

本發明大體上係關於一種使用用於現場生成二氧化氯之反應器處理製程水的方法。

工業用水系統易受各種類型之積垢影響。積垢可能以礦物積垢、生物積垢及通常此兩者之組合的形式出現。實際上，礦物積垢通常為生物感染提供固定器(anchor)及基板，且一些生物將礦石浸濾或分泌至工業用水系統表面上。

積垢可能由於多種機制而出現，所述機制包含空氣傳播及水傳播以及水形成之污染物的沈積、水滯、製程滲漏及其他因素。若任其發展，則積垢可能致使系統之操作效率降低、設備過早故障、生產力耗損、產品質量耗損且(特別是在微生物積垢之情況下)升高健康相關的風險。

生物積垢係由迅速擴散的微生物群落造成，所述微生物群落在水系統之任何潤濕或半潤濕表面上發育。一旦微生物存在於大體積水中，其便會於系統之固體表面上形成生物膜。

隨著微生物群落發育，由微生物分泌之胞外聚合物有助於形成生物膜。此等生物膜形成複雜的生態系統，所述生態系統建立用於濃縮養分之方式且為生長提供保護。生物膜可加速結垢、腐蝕及其他積垢過程。生物膜不僅 使系統效率降低，且亦為可包含病原菌之微生物增殖提供極佳環境。因此，儘可能最大程度地減少生物膜及其他積垢過程係重要的，以使過程效率最大化且使水傳播病原體引起之健康相關的風險最小化。

若干因素導致了生物積垢問題且控管其程度：溫度、pH值、有機及無機養分、諸如好氧或厭氧條件之生長條件，且在一些情況下，存在或不存在日光。此等因素影響可存在於水系統中之微生物的類型。

許多不同的先前技術方法已嘗試控制工業製程之生物積垢。最常用方法係對製程水施加殺生物化合物。所施加之殺生物劑在本質上可為氧化或非氧化的。由於諸如經濟及環境問題之若干不同因素，氧化殺生物劑可為較佳的。在工業用水系統之處理中，廣泛地使用氧化殺生物劑，諸如氯氣、次氯酸、溴衍生之殺生物劑，及其他氧化殺生物劑。

氧化殺生物劑之功效部分地取決於在水基質內存在構成需氯量或需氧化殺生物劑量之組分。消耗氯之物質包含但不限於：微生物、有機分子、氨及胺基衍生物；硫化物、氰化物、可氧化陽離子、紙漿木質素、澱粉、糖、油、如結垢及腐蝕抑制劑之水處理添加劑，等等。微生物在水及生物膜中之生長促成需氯量。已發現，習知氧化殺生物劑在含有高需氯量之水(例如厚重黏液)中無效。對於此類水，通常推薦非氧化殺生物劑。

在一些情況下，微生物可能適應殺生物劑處理之恆定含量水平。需要可提供抵抗細菌生長之環境的新方法。

在一些實施例中，提供一種用於在冷卻塔中處理製程水之方法，所述方法可包含以下步驟：判定製程水中之二氧化氯含量水平、製程水之氧化還原電位(ORP)，及製程水之pH值；經由第一進料管線將酸進料至稀釋劑管 線中之稀釋劑流或槽中之溶液中；經由第二進料管線將氯酸鹽進料至稀釋劑蒸汽或槽中之溶液中；及將稀釋劑流或槽中之溶液注入至製程水中。進料酸及進料氯酸鹽之步驟可為異步的。

在其他實施例中，揭示一種用於處理製程水之方法，所述方法可包含以下步驟：判定製程水中之二氧化氯含量水平；經由第一進料管線將酸進料至稀釋劑管線中之稀釋劑流或槽中之溶液中；經由第二進料管線將氯酸鹽進料至稀釋劑蒸汽或槽中之溶液中；及將稀釋劑流或槽中之溶液注入至製程水中。進料酸及進料氯酸鹽之步驟可為異步的。

前文已相當廣泛地概述本發明之特徵及技術優點，以便可更好地理解如下之詳細描述。下文將描述本發明之額外特徵及優點，所述額外特徵及優點形成本申請案之申請專利範圍之主題。本領域中熟習此項技術者應瞭解，所揭示之概念及具體實施例可易於用作修改或設計用於進行本發明之相同目的之其他實施例的基礎。本領域中熟習此項技術者亦應意識到，此類等效實施例不脫離如在所附申請專利範圍中所闡述的本發明之精神及範疇。

下文特定參考圖式描述本發明之實施方式，在所述圖式中：圖1展示將濃縮反應物進料至槽中之組態；圖2展示在將濃縮反應物進料至槽之前分別稀釋濃縮反應物之組態；圖3展示在將濃縮反應物進料至槽中之前將濃縮反應物混合且稀釋在一起之組態；圖4展示在將濃縮反應物進料至槽之前將濃縮反應物添加至稀釋劑流之組態；圖5展示將濃縮反應物添加至稀釋劑流之組態；且 圖6展示在將濃縮反應物進料至混合器中之前將濃縮反應物混合且稀釋在一起之組態；

下文描述各種實施例。實施例之各種元件的關係及功能可以參考以下詳細描述更好地理解。然而，實施例不限於下文所說明之彼等實施例。在某些情況下，可省去對於理解本文中所揭示之實施例並非必要的細節。

在一些實施例中，提供一種用於在冷卻塔中處理製程水之方法。方法可包含判定製程水之某些條件或屬性的步驟，所述條件或屬性諸如二氧化氯含量水平、氧化還原電位(ORP)，pH值、任何進料或注入流之流動速率，或任何槽中之液位。方法可包含經由第一進料管線將酸進料至稀釋劑管線中之稀釋劑流或槽中之溶液中。可經由第二進料管線將諸如氯酸鹽之另一反應物進料至稀釋劑蒸汽或槽中之溶液中。最後，方法可包含將稀釋劑流或槽中之溶液注入至製程水中。

在一些實施例中，方法可涉及異步地將酸及氯酸鹽進料至稀釋劑流或槽中。

異步進料意謂在離散時間段內，進料酸及進料氯酸鹽之步驟不重疊或不同時發生。異步進料可導致稀釋劑流或槽中之反應物混合。反應物之異步進料可導致槽或稀釋劑流中之二氧化氯濃度改變或成動態。改變的二氧化氯濃度對於殺死某些生物及形成生物難以適應之環境可為較理想的。

異步進料可使得系統較為安全，此係因為在受控之分批生產中不存在在連續反應中退出之「失控」反應之危險。

在一些實施例中，可根據「塊劑量」策略來實現試劑之異步流動。在塊劑量中，進料在一或多種試劑與濃縮進料之低劑量或無劑量之間交替。舉 例而言，在0時與24時之間延伸之24小時時段內，在0時與6時之間的某一點處，無一者被進料至系統中，接著可添加酸或氯酸鹽及過氧化氫達6小時，接著異步地添加酸或氯酸鹽及過氧化氫兩者達6小時。在此方案中，游離酸、氯酸鹽、過氧化氫及二氧化氯之濃度變化。塊劑量可以與特定形式之生物傳染之預期生長及持續性同步為目標。在一些實施例中，可每24小時時段進料多個塊劑量，所述時段穿插有無一者被進料至系統中之時間段。

在其他實施例中，方法包含經由第二進料管線進料過氧化氫。氯酸鹽及過氧化氫可在進料至稀釋劑流或槽中之前預混合。在一些實施例中，方法包含經由第二進料管線進料溶液，所述溶液含有約40wt%氯酸鈉及約8wt%過氧化氫。

在其他實施例中，酸可為硫酸。硫酸可處於水溶液中，在所述水溶液中，硫酸之量可為約78wt%。

在某些實施例中，稀釋劑流可為水。

在一些實施例中，橫截面之過渡並非自第一進料管線或第二進料管線至稀釋劑管線或槽成流線型。第一進料管線及第二進料管線之內壁可以約90度之角度與稀釋劑管線或槽之內壁相交。當過渡並非流線型時，相交之兩個流可較高效地混合。

在一些實施例中，酸及氯酸鹽可呈固體形式。當添加固體氯酸鹽時，可將過氧化氫單獨地進料於水溶液中。

在其他實施例中，當製程水之pH值處於或高於預定pH值設定點時，可將酸進料至稀釋劑流或槽中。製程水之pH值設定點可在約6至約9之間。可在冷卻塔中使用製程水，在冷卻塔中，不期望使pH值變得鹼性過高。

在某些實施例中，當製程水之氧化狀態低於預定ORP設定點或製程水中之二氧化氯含量水平低於預定二氧化氯設定點時，可將氯酸鹽進料至稀 釋劑流或槽中。ORP及二氧化氯之適當的設置點的選擇恰好在本領域中一般熟習此項技術者之知識範圍內。

在一些實施例中，方法亦可包含使稀釋劑流經過混合器。混合裝置可置放於稀釋劑管線上之任何地方。

在其他實施例中，當酸及氯酸鹽均存在於稀釋劑流或槽中之溶液中時，酸與氯酸鹽可反應以形成二氧化氯。酸、氯酸鹽及過氧化氫可反應以形成二氧化氯。即使可異步地進料反應物，所述反應物亦可在槽或稀釋劑流中混合且反應以形成二氧化氯。

在其他實施例中，稀釋劑流或槽中之溶液中的二氧化氯濃度可波動且改變。注入至製程水中之二氧化氯可為非恆定的。

在一些實施例中，可使用與電腦通信之ORP感測器來判定製程水之ORP，所述電腦將來自ORP傳感器之信號轉換成對應於製程水之ORP的數值。

在其他實施例中，可使用與電腦通信之pH計來判定製程水之pH值，所述電腦將來自pH計之信號轉換成對應於製程水之pH值的數值。

在某些實施例中，可使用與電腦通信之二氧化氯感測器來判定製程水中之二氧化氯含量水平，所述電腦將來自二氧化氯感測器之信號轉換成對應於二氧化氯含量水平之數值。

在一些實施例中，揭示一種用於處理製程水之方法。方法可包含判定製程水中之二氧化氯含量水平。方法可包含至少兩個進料管線：第一進料管線及第二進料管線。可經由第一進料管線將酸進料至稀釋劑管線中之稀釋劑流或槽中之溶液中。可經由第二進料管線將氯酸鹽進料至稀釋劑蒸汽或槽中之溶液中。方法亦可包含將稀釋劑流或槽中之溶液注入至製程水中。酸及氯酸鹽之添加係異步的。異步進料可如同如上文所描述一樣。

在一些實施例中，稀釋劑流或槽中之溶液可具有波動的二氧化氯 濃度。在任何給定時刻，反應物之比例可變化，此係由於可異步地將反應物進料至稀釋劑流或槽中。

在其他實施例中，由進料機構控管反應物中之至少一種之流動。進料機構可與一或多個形式之診斷設備資訊通信。診斷設備可量測且傳輸此類變數之量測值作為pH值、溫度、生物感染之量、生物感染之類型及一或多種物質組成之濃度。量測值可屬於待處理之系統之任何部分和/或進料管線之任何部分。在某些實施例中，可建構且配置進料機構以響應於接收到至少一個所傳輸之量測值而增大、減小或停止至少一種試劑之流動。

在一些實施例中，不產生氯氣。氯氣會形成不合需要的副產物。

在其他實施例中，槽可包含用以在槽中維持均勻溶液之混合器。稀釋劑管線亦可包含用以幫助將稀釋劑流與反應物摻合之混合裝置。

各圖表示用於所揭示方法之某些特徵之組態的某些實施例。各圖並不意欲限制上文所描述之實施例。

參看圖1，其展示可直接進料至槽13中之第一反應物10，諸如濃縮酸。諸如氯酸鹽或氯酸鹽及過氧化氫之溶液的第二反應物11可直接添加至槽13。稀釋劑管線12可將稀釋劑流進料至槽13中。注入管線14可將槽13中之溶液進料至製程水中。

圖2展示可將第一反應物10及第二反應物11添加至單獨的稀釋劑管線12之實施例。稀釋劑管線12接著將經稀釋之反應物攜載至槽13。反應物可在槽13中混合且反應以形成二氧化氯。在一些實施例中，稀釋劑管線12可包含管內混合器(未描繪)。

圖3展示第一反應物10及第二反應物11可在進入槽13之前混合在一起之實施例。在混合反應物之點處，稀釋劑管線12可在反應物被混合時稀釋反應物。

圖4展示將反應物10及11依序添加至稀釋劑管線12之實施例。在一些實施例中，將第二反應物11添加至稀釋劑管線12可先於添加第一反應物10。

圖5展示稀釋劑管線12包含混合裝置50及閥51之實施例。閥51可控制二氧化氯至製程水之流動。

圖6展示在混合裝置50及閥51之前的同一點處將反應物10及11添加至稀釋劑管線12之實施例。

實例

預示實例1

將製備兩種單獨的溶液。第一溶液將為於水中之濃度為約40%w/w的氯酸鈉溶液。此溶液亦將含有濃度為約8%w/w之過氧化氫。第二溶液將為於水中之標稱濃度為約78%的硫酸。此兩種溶液將充當用於產生二氧化氯之濃縮前驅物溶液。在實驗設置中，將兩種前驅物之稀釋溶液自濃縮前驅物稀釋於水中。將兩種前驅物之稀釋溶液添加至燒杯且使其混合以產生二氧化氯溶液。將以變化的量摻合稀釋前驅物，以模擬反應物化學品之間的莫耳比之變化。將使用諸如碘量滴定法之氧化劑監測技術來量測所產生之二氧化氯。

預示實例2

在此實例中，將製備兩種單獨的溶液。第一溶液將為於水中之濃度為約40%w/w的氯酸鈉。此溶液亦將含有濃度為約8%w/w之過氧化氫。第二溶液將為於水中之標稱濃度為約78%的硫酸。此兩種溶液將充當用於產生二氧化氯之濃縮前驅物溶液。在實驗設置中，將充當稀釋劑的已知量之水添加至反應容器。將已知量之兩種前驅物化學品添加至稀釋劑溶液。將使混合物混合以產生二氧化氯溶液。將以變化的量摻合前驅物，以模擬反應物化學品之間的莫耳比之變化。將使用諸如碘量滴定法之氧化劑監測技術來量測所產生之二氧化氯。

本文中所揭示及主張之所有組合物及方法均可根據本發明製備 及執行，無需過多實驗。儘管本發明可以許多不同形式實施，但在本文中詳細描述本發明之特定較佳實施例。本發明為本發明原理之範例，且並不意欲使本發明限於所說明之特定實施例。另外，除非明確相反地陳述，否則使用術語「一」意欲包含「至少一個」或「一或多個」。舉例而言，「一感測器」意欲包含「至少一個感測器」或「一或多個感測器」。

任何以絕對術語或近似術語給出之範圍意欲涵蓋兩者，且本文中所使用之任何定義意欲闡明且非限制。儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但特定實例中所闡述之數值應儘可能精確地報導。然而，任何數值均固有地含有因其對應測試量測值中發現之標準差所必然引起的某些誤差。此外，本文中揭示之所有範圍應理解為涵蓋其中包含的任何及所有子範圍(包含所有分數及整數值)。

此外，本發明涵蓋一些或所有本文中所描述之各種實施例的一些及所有可能之組合。亦應理解，本文中所描述之目前較佳實施例的各種改變及修改將對本領域中熟習此項技術者而言顯而易見。此類改變及修改可在不脫離本發明之精神及範疇的情況下且在不減少其預期優勢的情況下進行。因此，預期此類改變及修改由所附申請專利範圍涵蓋。

Claims (20)

1. 一種在一冷卻塔中處理製程水之方法，其包括：判定所述製程水中之一二氧化氯含量水平、所述製程水之一氧化還原電位(ORP)，及所述製程水之一pH值；經由一第一進料管線將一酸進料至一稀釋劑管線中之一稀釋劑流或一槽中之一溶液中；經由一第二進料管線將一氯酸鹽進料至所述稀釋劑蒸汽或所述槽中之所述溶液中；及將所述稀釋劑流或所述槽中之所述溶液注入至所述製程水中，其中進料所述酸及進料所述氯酸鹽係異步的。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括經由所述第二進料管線進料過氧化氫，且其中所述酸為硫酸，且所述稀釋劑流包括水。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中一橫截面自所述第一進料管線或所述第二進料管線至所述稀釋劑管線或所述槽之一過渡並非流線型的。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述酸及所述氯酸鹽呈固體形式。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中當所述製程水之所述pH值高於一預定pH值設定點時，進料所述酸。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中當所述製程水之氧化狀態低於一預定ORP設定點或所述製程水中之所述二氧化氯含量水平低於一預定二氧化氯設定點時，進料所述氯酸鹽。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括使所述稀釋劑流經過一混合器。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括當所述酸及所述氯 酸鹽均存在於所述稀釋劑流或所述槽中之所述溶液中時，使所述酸與所述氯酸鹽反應以形成二氧化氯。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中所述稀釋劑流或所述槽中之所述溶液包括一波動的二氧化氯濃度。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用與一電腦通信之一ORP感測器來判定所述製程水之所述ORP，所述電腦將來自所述ORP感測器之一信號轉換成對應於所述製程水之所述ORP的一數值。
11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用與一電腦通信之一pH計來判定所述製程水之所述pH值，所述電腦將來自所述pH計之一信號轉換成對應於所述製程水之所述pH值的一數值。
12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用與一電腦通信之一二氧化氯感測器來判定所述製程水中之所述二氧化氯含量水平，所述電腦將來自所述二氧化氯感測器之一信號轉換成對應於所述二氧化氯含量水平之一數值。
13. 一種處理製程水之方法，其包括：判定所述製程水中之一二氧化氯含量水平；經由一第一進料管線將一酸進料至一稀釋劑管線中之一稀釋劑流或一槽中之一溶液中；經由一第二進料管線將一氯酸鹽進料至所述稀釋劑蒸汽或所述槽中之所述溶液中；及將所述稀釋劑流或所述槽中之所述溶液注入至所述製程水中，其中進料所述酸及進料所述氯酸鹽係異步的。
14. 如申請專利範圍第13項之方法，其進一步包括經由所述第二進料管線進料過氧化氫。
15. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述酸為硫酸。
16. 如申請專利範圍第13項之方法，其中一橫截面自所述第一進料管線或所述第二進料管線至所述稀釋劑管線或所述槽之一過渡並非流線型的。
17. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述酸及所述氯酸鹽呈固體形式。
18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述稀釋劑流包括水。
19. 如申請專利範圍第13項之方法，其中所述稀釋劑流或所述槽中之所述溶液包括一波動的二氧化氯濃度。
20. 如申請專利範圍第13項之方法，其中使用一二氧化氯感測器來判定所述製程水中之所述二氧化氯含量水平。