TWI603922B - 電去離子裝置之消毒方法 - Google Patents

Description

電去離子裝置之消毒方法

本發明係關於一種併入一電去離子(EDI)裝置之水淨化系統；且更特定言之係關於一種給EDI裝置消毒之方法。

電去離子通常指的是一種用於藉由組合離子交換樹脂、離子交換膜及電而淨化液體之程序。在諸多產業中，水淨化系統之使用業已增多。特定言之，純水應用於諸多產業製程中。此等製程之一些包含：製造半導體晶片、電廠運營、石化應用及製造藥品。離子交換樹脂、逆滲透(RO)過濾、及電滲析技術已被用於降低一液體中的離子濃度。EDI裝置如今被普遍用作RO後處理以降低製造超純水之離子之濃度。

一EDI裝置通常包含一內部腔室，在該內部腔室中，陽離子可滲透膜及陰離子可滲透膜的交替配置界定隔室。稀釋隔室含有離子交換樹脂顆粒，其透過電場引致之水解離而重新產生。濃縮隔室可含有離子交換顆粒或惰性塑膠網片以維持膜分離及允許水流動。一所施加之電流引致從稀釋隔室穿過離子交換介質及離子可滲透膜至濃縮隔室中的離子遷移。流動穿過濃縮隔室之液體被廢棄或部分再循環。流動穿過稀釋隔室之淨化液體被恢復作為去離子液體產品。

水淨化系統之運行使EDI裝置沾染細菌及其他非所要物質。使用一消毒程序給EDI裝置消毒。一些消毒方法包括在一足以滅活EDI裝置中之任何微生物之溫度下通過可包含一化學物質之一消毒溶液。

給EDI裝置消毒之已知方法存在一些問題。已知方法需要外部設備(水供應器、加熱構件等)以給EDI裝置消毒。化學消毒溶液可含有與EDI裝置中的主動組件反應之化學物質。此可能導致組件劣化及EDI裝置可使用壽命的縮短。此等問題增加了水淨化系統之成本及複雜性。

鑑於上述原因，需要一種給一EDI裝置消毒之改良方法。該方法應減少對外部設備及消毒化學物質之需求。

根據本發明之一實施例，一種給一電去離子(EDI)裝置消毒之方法，該方法包括：提供包括一內部腔室之一EDI裝置，該內部腔室包括：鄰近內部腔室之一第一末端之一陽極隔室、鄰近內部腔室之一相對第二末端之一陰極隔室、及定位在陽極隔室與陰極隔室之間之複數個離子膜；停止至內部腔室之一流體供應；跨陽極隔室及陰極隔室供應一電力直至內部腔室內之一溫度處於一消毒範圍內；及控制電力以將內部腔室內之溫度維持在一消毒範圍內；其中在使流體供應最小化的同時，電力所產生之高溫給EDI裝置消毒。

根據本發明之一替代實施例，一種結合一去離子水製造系統給一電去離子(EDI)裝置消毒之方法，該方法包括：提供經組態用於製造去離子水之一水淨化系統，該水淨化系統包括一微過濾設備、一活性碳塔、或一逆滲透設備之至少一者；提供與水淨化系統整合之一EDI裝置，其中該EDI裝置包括一內部腔室，該內部腔室包括：鄰近內部腔室之一第一末端之一陽極隔室、鄰近內部腔室之一相對第二末端之一陰極隔室、及定位在陽極隔室與陰極隔室之間之複數個離子膜；調節一隔離閥以停止至內部腔室之一流體供應；供應一電力至內部腔室以產生內部腔室之溫度升高；決定內部腔室內之一溫度是否處於一消毒範圍內；及將溫度維持在消毒範圍內；其中電力給EDI裝置消毒。

本發明具有給一水淨化系統之一EDI裝置消毒之技術效果。本發明可應用於具有包括離子交換組件之一內部腔室之一EDI裝置。離子交換組件可包含但不限於鄰近內部腔室之一第一末端之一陽極隔室、鄰近一相對第二末端之一陰極隔室。內部腔室亦可包括定位在陽極隔室與陰極隔室之間之複數個離子選擇性膜。如本文所示及描述，本發明之實施例尋求在不具有消毒化學物質或一第二熱水供應的情況下給EDI裝置消毒。

本文揭示詳細例示性實施例。但是，對於描述例示性實施例之目的而言，本文所揭示之特定結構及功能細節僅為代表性。但是，例示性實施例可實施為許多替代形式，但不得解釋為受限於僅在本文中說明的實施例。舉例而言，而非限制而言，如圖1及圖2所示之水淨化系統100包括下列組件：一熱交換器105；一微過濾設備110；一活性碳塔115；一貯槽120；一泵125；一逆滲透設備130；及一EDI裝置140。本發明之實施例不旨在限於包括此等組件之所有之一水淨化系統100。實際上，本發明之實施例可應用於包括多於或少於上述組件之組件的其他水淨化系統100。

因此，雖然例示性實施例可為多種修飾例及替代形式，但是在圖式中其實施例之圖解說明僅舉例而言且將在本文中加以詳細描述。但是應瞭解，無意將例示性實施例限於所揭示之特定形式，而是相反，例示性實施例涵蓋屬於例示性實施例之範疇內之所有修飾例、等效例、及替代例。

應瞭解，雖然本文中術語第一、第二等可用於描述各種元件，但是此等元件不受此等術語限制。此等術語僅用於區分一元件與另一元件。舉例而言，在不脫離例示性實施例之範疇下，一第一元件可稱為一第二元件，且類似地，一第二元件可稱為一第一元件。如本文所使用，術語「及/或」包含相關列示項目之一者或多者之任何或所有組合。

現參考圖式，其中在數個圖式中各種數字代表相同元件，圖1係圖解說明一已知水淨化系統100之一示意圖。圖1可視為一已知組態之一水淨化系統100之一非限制實例。給水進入熱交換器105並藉由微過濾(MF)設備110處理且隨後藉由活性碳(AC)塔115處理。接下來，將給水從貯槽120經由泵125饋送至逆滲透(RO)設備130。若需要，藉由熱交換器135調節來自RO設備130之經滲透之水。接下來，藉由EDI裝置140處理給水。

一種給水淨化系統100消毒之已知方法可包括下列步驟。第一，出於消毒之目的，約華氏175度之熱水可從熱交換器105經由MF設備110、塔115、貯槽120、及泵125流動至RO設備130。

接下來，將EDI裝置140消毒。在此，周圍溫度下之水流動穿過熱交換器105、MF設備110、塔115、貯槽120、泵125、RO設備130、熱交換器135、及EDI裝置140。當水流出EDI裝置140之稀釋隔室時，熱交換器135以一指定速率加熱周圍水直至溫度達到約華氏175度。接下來，熱水流動穿過EDI裝置140達一指定浸泡時間。接下來，按指定速率冷卻熱水直至稀釋隔室之出口處的溫度為約華氏95度。

圖2係圖解說明根據本發明之一實施例之一水淨化系統100之一示意圖。本發明之實施例提供用於在不使用熱水供應及/或化學物質的情況下給EDI裝置140消毒之一系統。水淨化系統100之組件之大多數可與圖1所示之組件相同或類似。出於比較之目的，圖2之論述將集中於本發明之態樣及特徵。如圖2所示，本發明之實施例無需熱交換器135加熱用於給EDI裝置140消毒之水。如下文所述，在執行消毒程序的同時，一隔離閥145阻止水供應流動進入EDI裝置140中。

本發明之實施例使用電力以給EDI裝置140消毒。在此，一電供應裝置160可使用電阻加熱以加熱EDI裝置140之內部腔室。加熱可發生直至內部腔室達到一消毒溫度。

電阻加熱係穿過內部腔室之離子移動之結果。透過離子移動而產生之摩擦升高內部腔室內的溫度。隨著內部腔室之溫度升高，其中流體之黏性降低，摩擦力亦降低，且離子移動增強。此連同其他水分解現象可導致EDI裝置140之電阻之整體下降。考慮到電壓(V)與電流(I)及電阻(R)之乘積之比例關係，V=I*R，下列非限制實例表明本發明之一實施例中內部腔室之加熱效果。

■　最初，內部腔室之溫度為約攝氏20度，且電壓為約150伏。

■　施加一恆定電流且電壓變為電阻之指示。

■　當內部腔室內的水處於消毒溫度範圍中時，電壓下降至約100伏。

因此，可監測跨EDI裝置140之電壓降以決定內部腔室是否處於消毒範圍內。

溫度裝置(諸如但不限於熱電耦、電阻溫度偵測器(RTD)、或類似物)亦可決定何時已達到消毒溫度。溫度裝置之一第一實施例可包括一外部溫度裝置155，該外部溫度裝置155可決定EDI裝置140外之一表面上之溫度。此可視為表層溫度且可與內部腔室內之溫度關聯。溫度裝置之一第二實施例可包括內部溫度裝置150，其可決定內部腔室內之溫度。溫度裝置之一第三實施例可包括量測內部腔室內之水之溫度之一裝置，其與內部腔室內之溫度關聯。

在內部腔室維持消毒溫度達一浸泡時間後，可執行沖洗以移除收集自EDI裝置140之有機及無機雜質。

在本發明之一替代實施例中，一再循環系統165可與EDI裝置140整合。此特徵可增大消毒程序之效率。在再循環系統165之一實施例中，流動穿過EDI裝置140之一出口之排水返回EDI裝置140之一入口。

在本發明之另一替代實施例中，EDI裝置140可用作用於給水淨化系統100消毒之主要熱源。舉例而言但非限制而言，流出EDI系統100之一出口之水可處於消毒範圍內。此水可循環穿過需消毒之水淨化系統100之組件。

取決於水淨化系統100之大小及複雜性，可從EDI裝置140中獲得之熱可能不足以給一些組件消毒。在此，本發明之實施例可允許與一輔助加熱器170或類似物整合。此可包括一預先存在之外部熱源、一新外部熱源、或其組合之形式。在使用時，EDI裝置140可用作主要熱源且輔助加熱器170用作第二熱源；其等共同運行以提供足夠的熱以給水淨化系統100之組件消毒。

圖3係圖解說明根據本發明之一實施例之給一EDI裝置消毒之一方法300之一流程圖。該方法300之步驟可手動執行；經由一控制系統，或類似物自動執行；或經由手動步驟及自動步驟之組合執行。下文論述集中於方法300之步驟係經由一控制系統，或類似物自動執行之一應用。

如所瞭解，本發明可具體實施為一種方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用一完全硬體實施例、一完全軟體實施例(包含韌體、常駐軟體、微程式碼等)或組合軟體及硬體態樣之一實施例(本文中所有統稱為「電路」、「模組」、或「系統」)之形式。此外，本發明可採用一電腦可用儲存媒體上之一電腦程式產品之形式，電腦可用程式碼具體實施在媒體中。如本文所使用，術語「軟體」及「韌體」可互換，且包含儲存在記憶體(包含RAM記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、及非揮發性RAM(NVRAM)記憶體)中藉由一處理器而執行之任何電腦程式。上述記憶體類型僅為例示性，且因此不限於可用於儲存一電腦程式之記憶體之類型。可使用任何適當的電腦可讀取媒體。

電腦可用或電腦可讀取媒體可為(舉例而言但不限於)一電子、磁性、光學、電磁、紅外線、或半導體系統、設備、裝置、或傳播媒體。電腦可讀取媒體之更特定實例(非窮舉性清單)可包含下列內容：具有一或多個導線之一電連接、一攜帶式電腦磁碟、一硬碟、一隨機存取記憶體(RAM)、一唯讀記憶體(ROM)、一可擦除可程式化唯讀記憶體(EPROM)或快閃記憶體)、一光纖、一攜帶式光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、一光學儲存裝置、一傳輸媒體(諸如支援網際網路或內部網路之傳輸媒體)、或一磁性儲存裝置。注意電腦可用或電腦可讀取媒體甚至可為其上印有程式之紙張或另一適當媒體，因為程式可經由(舉例而言)紙張或其他媒體之光學掃描而被電子擷取，隨後編譯、解譯、或若需要另外以適當方式處理，且隨後儲存在一電腦記憶體中。在本文件之情況中，一電腦可用或電腦可讀取媒體可為可含有、儲存、傳達、傳播、或傳送供指令執行系統、設備或裝置使用或結合其等使用之程式之任何媒體。

如本文所使用，術語處理器指的是中央處理單元、微處理器、微控制器、精簡指令集電路(RISC)、應用特定積體電路(ASIC)、邏輯電路、可程式化邏輯控制器(PLC)、及能夠執行本文所述之功能之任何其他電路或處理器。

用於執行本發明之操作之電腦程式碼可用物件導向程式語言(諸如Java7、Smalltalk或C++、或類似語言)編寫。但是，用於執行本發明之操作之電腦程式碼亦可用習知程序程式語言(諸如「C」程式語言或一類似語言)編寫。程式碼可完全執行在使用者電腦上、部分執行在使用者電腦上，作為一獨立軟體封包部分執行在使用者電腦上及部分執行在一遠端電腦上或完全執行在遠端電腦上。在後一方案中，遠端電腦可透過一區域網路(LAN)或一廣域網路(WAN)、或可至一外部電腦之連接(舉例而言，透過使用一網際網路服務提供商之網際網路)而連接至使用者之電腦。

下文參考根據本發明之實施例之方法、設備(系統)及電腦程式產品之流程圖圖解及/或方塊圖描述本發明。應瞭解流程圖圖解及/或方塊圖之各方塊及流程圖圖解及/或方塊圖中方塊之組合可藉由電腦程式指令實施。此等電腦程式指令可提供給一公用電腦、專用電腦、或其他可程式化資料處理設備之一處理器以製造一機器，使得經由電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器執行之指令產生用於實施流程圖及/或(諸)方塊圖方塊中所指定的功能/動作之構件。

此等電腦程式指令亦可儲存在一電腦可讀取記憶體中。此等指令可指示一電腦或其他可程式化資料處理設備以特定方式發揮功能。此使得儲存在電腦可讀取記憶體中的指令製造一製造品，包含實施流程圖及/或(諸)方塊圖方塊中所指定的功能/動作之指令構件。電腦程式指令亦可載入至一電腦或其他可程式化資料處理設備中。此等指令可導致一系列操作步驟在電腦或其他可程式化設備上執行以產生一電腦實施的程序。在此，在電腦或其他可程式化設備上執行之指令提供用於實施流程圖及/或方塊圖方塊中所指定的功能/動作之步驟。

在步驟305中，方法300可能已決定需給EDI裝置消毒。存在許多方式來決定EDI裝置何時需要消毒。此等包含(但不限於)一時間間隔、時間表、或類似物；或量測水淨化系統中生物活性水準；或性能降低；或檢查EDI裝置組件。

再次參考圖3，在步驟310中，方法300可隔離至EDI裝置之流體供應。在此，可用限制流體流入EDI裝置中之方式調節一隔離閥、或類似物。

在步驟315中，方法300可起始消毒程序。在此，EDI裝置可實質排乾內部腔室內存在的流體。隨後，一電供應裝置提供跨內部腔室之陽極隔室及陰極隔室之電力。控制電力使得內部腔室內之溫度達到一消毒範圍。在此，電力可為流動穿過內部腔室之組件之電流之形式。在本發明之一實施例中，電流之量級可具有高至約20毫安/平方厘米之一範圍。

在步驟320中，方法300可決定內部腔室內之溫度是否處於一消毒範圍內。在本發明之一實施例中，內部腔室之溫度升高可從約華氏120度至約華氏212度。如所描述，本發明之實施例可使用一溫度裝置以決定內部腔室內之溫度。若溫度處於消毒範圍內，則方法300可繼續步驟325；否則方法300可返回至步驟315，其中可用使內部腔室之溫度升高之方式控制電供應裝置。

在步驟325中，方法300可開始一消毒保持，該保持可視為一浸泡時間，或類似物。消毒保持長度可部分與消毒溫度相關。一較高消毒溫度可能需要較短保持時間，且反之亦然。在本發明之一實施例中，保持時間可包括從約一小時至約六小時之一範圍。

在步驟330中，方法300可決定一消毒保持是否完成。在此，方法300可決定保持時間是否已過去。若消毒保持完成，則方法可繼續步驟335；否則方法可返回至步驟325。

在步驟335中，方法可決定是否應執行水洗。沖洗可移除消毒期間從EDI裝置中收集的所產生之有機及無機雜質。沖洗亦可冷卻內部腔室之組件。大致上，可執行沖洗直至TOC排水、排水溫度、或排出產品電阻率處於一可接受範圍內。若將執行沖洗，則方法300可繼續步驟340；否則方法可繼續步驟345。

在步驟340中，方法300可執行沖洗。隔離閥可被調節至允許流體(諸如但不限於水)進入內部腔室之一位置。在本發明之一實施例中，使用者可決定沖洗之持續時間。使用者亦可決定執行沖洗之流體之物理參數(溫度、壓力、流率)。

在步驟345中，方法300可視為完成。在此，水淨化系統可準備供正常操作或類似情況之用。

圖式中之流程圖及步驟圖圖解說明根據本發明之各種實施例之系統、方法及電腦程式產品之可行實施方案之架構、功能性及操作。在此方面，流程圖或步驟圖中之各步驟可代表包括用於實施(諸)指定邏輯功能之一或多個可執行指令之一模組、區段、或程式碼之部分。亦應注意在一些替代實施方案中，步驟中所註明的功能可不按圖式所註明之順序發生。舉例而言，取決於所涉及的功能性，連續展示的兩個步驟可實際上實質同時執行，或有時步驟可以相反順序執行。亦應注意方塊圖及/或流程圖圖解之各步驟、及方塊圖及/或流程圖圖解中之步驟之組合可藉由執行指定功能或動作、或專用硬體及電腦指令之組合之專用基於硬體之系統而實施。

如一般技術者將瞭解，可進一步選擇性地應用上文關於數個例示性實施例所描述之許多變化特徵及組態以形成本發明之其他可行實施例。業內人士將進一步瞭解即使下文數個請求項所包括或另外包括之所有組合及可行實施例旨在作為本申請案之部分，但未詳細提供或論述本發明之所有可行內容。此外，熟悉此項技術者可從上文對本發明之數個例示性實施例之描述中理解改良、變更及修改。本技術範圍內的此等改良、變更及修改亦旨在為隨附申請專利範圍所涵蓋。此外，應瞭解上文僅關於本申請案之所描述實施例且在不脫離如下列申請專利範圍及其等效物所界定之申請案之精神及範疇下，本文可進行許多變更及修改。

100．．．水淨化系統

105．．．熱交換器

110．．．微過濾設備

115．．．活性碳塔

120．．．貯槽

125．．．泵

130．．．逆滲透設備

135．．．熱交換器

140．．．電去離子(EDI)裝置

145．．．隔離閥

150．．．內部溫度裝置

155．．．外部溫度裝置

160．．．電供應裝置

165．．．再循環系統

圖1係圖解說明一已知水淨化系統之一示意圖；

圖2係圖解說明根據本發明之一實施例之一電淨化系統之一示意圖；及

圖3係圖解說明根據本發明之一實施例之給一EDI裝置消毒之一方法之一流程圖。

100．．．水淨化系統

105．．．熱交換器

110．．．微過濾設備

115．．．活性碳塔

120．．．貯槽

125．．．泵

130．．．逆滲透設備

140．．．電去離子(EDI)裝置

145．．．隔離閥

150．．．內部溫度裝置

155．．．外部溫度裝置

160．．．電供應裝置

165．．．再循環系統

Claims (20)

1. 一種給一電去離子(EDI)裝置消毒之方法，該方法包括：提供包括一內部腔室之一EDI裝置，該內部腔室包括：鄰近該內部腔室之一第一末端之一陽極隔室；鄰近該內部腔室之一相對第二末端之一陰極隔室；及定位在該陽極隔室與該陰極隔室之間之複數個離子膜；停止至該內部腔室之一流體供應；跨該陽極隔室及該陰極隔室供應一電力直至該內部腔室內之一溫度處於一消毒範圍內；及控制該電力以將該內部腔室內之該溫度維持在一消毒範圍內；其中在減少該流體供應的同時，該電力給該EDI裝置消毒。
2. 如請求項1之方法，其中控制該電力以維持該溫度之該步驟進一步包括決定一消毒保持是否完成。
3. 如請求項2之方法，其進一步包括在該消毒保持完成後沖洗該內部腔室之步驟。
4. 如請求項1之方法，其中供應該電力之該步驟導致該內部腔室內從約華氏120度至約華氏212度之一溫度升高。
5. 如請求項2之方法，其中該消毒保持之一時間間隔包括從約15分鐘至約六小時之一範圍。
6. 如請求項1之方法，其中該電力包括流進該內部腔室中之電流之形式。
7. 如請求項6之方法，其中一電流密度包括高至約20毫安/平方厘米之一範圍。
8. 如請求項1之方法，其進一步包括使用一溫度裝置決定該內部腔室內之該溫度之步驟。
9. 如請求項8之方法，其中該溫度裝置係位於該內部腔室內；並決定該內部腔室內之該溫度。
10. 如請求項8之方法，其中該溫度裝置量測該內部腔室內之該流體之一溫度。
11. 如請求項8之方法，其中該溫度裝置係位於該內部腔室之外部；並決定位於該EDI裝置之一外表面上之一表層溫度。
12. 如請求項6之方法，其進一步包括監測該EDI裝置之一電壓以決定該內部腔室是否處於該消毒範圍內。
13. 如請求項1之方法，其進一步包括在該腔室內再循環該流體。
14. 如請求項1之方法，其進一步包括提供經組態用於製造去離子水之一水淨化系統之步驟，該水淨化系統包括一微過濾設備、一活性碳塔、或一逆滲透設備之至少一者；其中該EDI裝置係整合在該水淨化系統內。
15. 一種結合一去離子水製造系統給一電去離子(EDI)裝置消毒之方法，該方法包括：提供經組態用於製造去離子水之一水淨化系統，該水淨化系統包括一微過濾設備、一活性碳塔、或一逆滲透設備之至少一者；提供與該水淨化系統整合之一EDI裝置，其中該EDI裝置包括一內部腔室，該內部腔室包括：鄰近該內部腔室之一第一末端之一陽極隔室；鄰近該內部腔室之一相對第二末端之一陰極隔室；及定位在該陽極隔室與該陰極隔室之間之複數個離子膜；調節一隔離閥以停止至該內部腔室之一流體供應；供應一電力至該內部腔室以產生該內部腔室之溫度升高；決定該內部腔室內之一溫度是否處於一消毒範圍內；及將該溫度維持在該消毒範圍內；其中在至該內部腔室之該流體供應實質減少的同時，該電力給EDI裝置消毒。
16. 如請求項15之方法，其進一步包括決定一消毒保持是否完成之步驟。
17. 如請求項16之方法，其進一步包括在該消毒保持完成後沖洗該內部腔室之步驟。
18. 如請求項15之方法，其進一步包括利用該EDI裝置以給該水淨化系統消毒之步驟。
19. 如請求項18之方法，其進一步包括下列步驟：a.調節該隔離閥以允許該流體供應流入該內部腔室中；b.將該流體從該內部腔室中排出；及c.使該流體再循環穿過該水淨化系統。
20. 如請求項19之方法，其進一步包括提供一輔助加熱器以協助加熱及維持該流體供應至該消毒範圍內。