使用阳离子交换树脂进行预处理来提高电化学去离子装置的性能的制作方法

使用阳离子交换树脂进行预处理来提高电化学去离子装置的性能的制作方法
【专利摘要】本发明公开有关对水进行处理的方法和系统。在某些实施方式中，处理系统包括电化学水处理系统、与电化学水处理系统以流体连通的再循环集中流、与包括酸性水并且其被配置用于与再循环集中流以流体连通的第一流动通道以及包括进料水并且其被配置用于与再循环集中流以流体连通的第二流动通道以流体连通的控流装置、以及与控流装置以流体连通的控制系统。所述处理系统可进一步包括与电化学水处理装置的第二入口和第二出口以流体连通的再循环稀释流。
【专利说明】使用阳离子交换树脂进行预处理来提高电化学去离子装置 的性能

【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及一种方法和设备，该方法和设备通过在包含电化学水处理装置的 处理系统中使用一种阳离子交换树脂来对水进行处理从而降低一种或多种液体流的pH。


【发明内容】

[0002] 在一个方面，本发明所公开的方法和系统提供一种水处理系统，其包括电化学水 处理装置、与电化学水处理装置的第一入口和第一出口以流体连通的再循环集中流、与含 有酸性水且被配置用于在流体中与再循环集中流以流体连通的第一流动通道以及与含有 进料水且被配置与再循环集中流以流体连通的第二流体以流体连通的控流装置、以及与控 流装置连通的控制系统。
[0003] 在另一个方面，处理系统进一步包括与电化学水处理装置的第二入口和第二出口 以流体连通的再循环稀释流。在一个方面，处理系统进一步包括至少一个电导率传感器，该 电导率传感器与再循环稀释流连通。此外，控制系统被配置用于，至少部分地基于再循环稀 释流测量的电导率，调节用于控流装置的功率。在某些方面，第一流动通道是与再循环集中 流以流体连通。
[0004] 在某些方面，处理系统进一步包括阳离子交换树脂装置，其与第一流动通道以流 体连通。在另一方面，处理系统进一步包括废弃物流，其与再循环集中流以流体连通。
[0005] 在另一方面，本发明所述的方法和系统提供了一种用来处理水的方法，所述水包 括使集中流再循环通过电化学水处理装置的第一入口和第一出口；使稀释流再循环通过电 化学水处理装置的第二入口和第二出口；测量至少一种再循环稀释流的特性；并且，至少 部分基于再循环稀释流的至少一个已测量的特性，对流入再循环集中流的含有酸性水的第 一流动通道进行控制。在另一方面，用于处理水的方法进一步包括，至少部分基于再循环稀 释流的至少一个已测量的特性，对流入再循环集中流的含有进料水的第二流动通道进行控 制。
[0006] 在另一方面，用于处理水的方法进一步包括测量进料流的至少一个特性。在某些 方面中，所述方法进一步包括，至少部分地基于进料流已测量的特性，对第一流动通道进行 控制。
[0007] 废弃物流.在另一个方面，用于处理水的方法进一步包括将部分再循环集中流排 到废弃物流中。
[0008] 在另一方面，用于处理水的方法进一步包括，通过与电化学水处理装置的第二入 口和第二出口以流体连通的存储系统的第一出口，形成产品流。在另一个方面，所述方法进 一步包括，至少部分地基于与存储系统的第一进口以流体连通的流体的至少一个已测量的 特性，对流到电化学水处理装置的流量进行控制。在另一方面，所述方法进一步包括测量产 品流的至少一个特性。在另一个方面，所述方法进一步包括，至少部分地基于产品流的至少 一个已测量的特性，控制到产品流的流量。
[0009] 在一个方面，本发明所述的方法和系统提供了一种用于提供净化水的方法，该方 法包括：使再循环稀释流穿过在电化学水处理装置中的至少一个消耗隔室的入口和出口； 测量再循环稀释流的至少一个特性；根据至少一个已测量的特性，计算再循环稀释流的 LSI ;确定上述已测量的LSI与目标LSI之间的差异；以及，至少部分地基于在已测量的LSI 与目标LSI之间的差异，对控流装置中的流动通道进行控制。在一个方面，所述方法进一步 包括：使再循环集中流穿过电化学水处理装置中的至少一个集中隔室的入口和出口。在另 一个方面，所述方法进一步包括：提供一种与再循环集中流以流体连通的酸性水流，并且， 至少部分地基于上述已测量的LSI与目标LSI之间的差异来控制到再循环集中流的含有酸 性水流的流动通道。
[0010] 本发明所述的系统和方法的优势和特点，以及这些和其他的目的，将通过下文引 用的描述和附图而变得显而易见。此外，应当理解的是，在本发明中所描述的多个实施方案 的特征并不互相排斥，并且能够以多种组合和排列存在于本发明中。
[0011] 附图简要说明
[0012] 本发明所描述的系统和方法的非限制性实施方案将通过举例的方式进行描述，并 且可选地，根据附图进行描述。在下述描述中，关于下述附图，在此描述了本发明中所述的 系统和方法的多种实施方案，其中：
[0013] 附图1是常规处理系统的工艺流程图，该常规处理系统不具备阳离子交换媒介装 置；
[0014] 附件2是依据本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方案的处理系统的工 艺流程图；
[0015] 附图2A指的是在附图2中所示的工艺流程图，其中，依据本发明所述的系统和方 法的一个或多个实施方案，用粗线突出显示了特定的净化液体流动通道；
[0016] 附图2B指的是附图2中所示的工艺流程图，其中，根据本发明所述的系统和方法 的一个或多个实施方案，用粗线突出显示了特定的净化液体流动通道；
[0017] 附图3指的是在依据本发明所述的系统和方法以及对照处理系统的一个实施方 案的处理系统期间进行的比较研究的图示说明；
[0018] 附图4是一种处理系统的工艺流程图，其依据本发明所述的系统和方法的一个或 多个实施方案；以及
[0019] 附图5指的是在本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方案中进行的优化 研究的图示说明。

【具体实施方式】
[0020] 对于一些应用而言,例如工业应用、商业应用、居住应用或家庭应用，这些应用可 能并不期望水中含有硬性物质，例如钙和镁。对于家庭洗衣和洗涤而言，硬质水会需要更多 的肥皂和合成洗涤剂，同时，硬质水能够促使管道、锅炉、和工业装置中形成水垢。由钙和 镁、以及多种其他的金属的化合物所形成硬度，是具有地下水的区域的地质情况的主要性 能。当水流经土壤和岩石时，在水中会溶解相当少量的镁，并且将它们保存在溶液中。而溶 解到水中的钙和酶是量中最常见的矿物质，这种矿物质会使水"变硬"，此外铁、锶、和锰通 常也是常见的会溶解到水中的成分。水的硬度包括三种类型的测量值：格令每加仑（gpg)、 毫克每升（mg/L)、或者百万分率（ppm)。硬度通常表示同等数量的碳酸钙（CaC03)。1格令硬 度等于17. lmg/L硬度、或者17. lppm硬度。用于水硬度的分类的典型参考线为：含有Omg/ L至60mg/L的碳酸|丐归类为软水；61mg/L至120mg/L的碳酸|丐归类为中等硬度水；121mg/ L至180mg/L的碳酸钙归类为硬水；并且，超过180mg/L的碳酸钙则将归类为非常硬的水。
[0021] 碱度和硬度都是水质的重要成分。碱度指的是，在达到指定的pH之前，酸性（氢 离子）水能够吸收（缓冲）的量的测量值。总碱度指的是存在于水中的碱的数量，例如，碳 酸氢盐、碳酸盐、磷酸盐、和氢氧化物。硬度指的是二价盐，例如，钙、镁、和铁的总浓度，但不 对这些元素的哪一个或哪几个是硬度的来源进行准确鉴别。
[0022] 离子交换指的是在固体（例如，离子交换树脂）与液体（例如，水）之间离子的可 逆交换。由于离子交换树脂可作为"化学海绵"，因而它们能够理想地适用于从水及其他液 体中有效地去除污染物。离子交换技术常用在去除水中矿物质以及水质软化、废水回收、以 及其它的水处理工艺中。离子交换树脂也常被用于各种专门的应用中，例如，化学加工、制 药、采矿、食品、和饮料加工。
[0023] 硬水含有超过约60ppm的碳酸钙，并且在流经水软化器进行使用之前通常已经过 处理。典型地，所述水软化器是可再充电离子交换型的水软化器，并且是用以钠化物的形式 存在的阳离子树脂以及以氯化物形式存在的阴离子树脂装满。当水通过树脂床时，硬度的 主要提供者（例如，钙和镁的物质）被交换为钠。通过这种方式，所述水可以通过水软化系 统进行软化，其原因在于二价阳离子的浓度被降低，特别是钙和镁离子的浓度被降低。
[0024] 在水软化系统中，硬性离子是与电荷相反的离子种类以离子键地形式进行连接， 所述电荷相反的离子种类可混合在离子交换树脂的表面。所述离子交换树脂最终通过离子 键连接的硬性离子种类而变得饱和，并且因此必须对保护的离子交换树脂进行再生。所述 再生包括使用更易溶解的离子种类（例如，氯化钠）来取代已连接的硬性物质。连接到离 子交换树脂上的硬性物质可通过钠离子进行取代，并且所述的离子交换树脂再次准备用于 之后的水软化步骤。但是，对于每个当量的钙被移除，就需要将等量的钠添加到净化水中。 因此，虽然所述水被软化，但是一些消费者可以发现用钠离子进行取代的硬度是不可取的。 此外，当对这些离子交换床进行充电时，所得的盐水必须加以处置，并且常常排出到污水处 理系统中，在无水处理系统中可使所述盐水变得可重新进入地下水。最近，在某些地区，将 盐水排放到生活污水的污水处理系统中或排放到环境中是被管制的或者是被禁止的。
[0025] 其他的软化水的方法包括反渗透装置的应用，该反渗透装置能够提供高纯度的 水，但是通常情况下其是在缓慢地速率下进行的，并且需要使用高压泵。此外，很多的反渗 透薄膜会由于溶解材料（例如氧化硅）的存在而被污染，而且在井水中通常会存在氧化硅。
[0026] 饮用水的特性通常与高度纯化的水有关。但是，只要所述的水没有微生物污染，那 么最好的饮用水可以不一定是最高的化学纯度。例如，已经提纯至高电阻率（例如，高于大 约1兆欧姆（megaOhm))的水，可能会因为缺少离子浓度从而对于材料（例如，铜）变得"饥 饿"并且因而具有腐蚀性，而这些材料可能会应用于水管路系统中。此外，添加到水中有利 的或者需要的化学物质（例如，氟化物和氯化物）可能会随着不需要的物质一起被清除，从 而导致可能需要对所述的水进行重新加强。在一些地区，为了符合健康和安全规定，要求最 低水平的钙含量，并且因此能够从水源中清除超过例如90%或99%的钙的高度提纯系统 就可能是不合适的。
[0027] 电化学水处理装置的性能，特别是在硬水应用中，受限于有硬性离子（例如当和 镁）所产生的沉淀。当水超过了溶解极限，那么硬性离子（例如钙和镁）会以晶体形式析 出。确定上述溶解极限的其中一种方法是Langelier饱和指数（LSI)。所述Langelier饱 和指数（有时还可称为：Langelier稳定指数）指的是一种计算出的量值用于预测水的碳 酸钙稳定性。LSI可以根据一种标准方法进行计算，例如ASTM D 3739。所得到的值就可指 出所述水是否会沉淀、溶解、或是处于碳酸钙平衡状态。
[0028] Langelier饱和水平类似于使用pH作为主变量的饱和的概念。LSI可表示为在实 际系统pH与饱和pH之间的差异。LSI可以理解为所需的是水平衡的pH变化。具有1. 0的 LSI的水位超过饱和度一个PH单位。pH降低一个单位将使得所述的水平衡。这种情况的 产生是由于以CO,形式存在的总的碱性部分由于pH的降低而减少。当LSI > 0时，水为 非常饱和的，并且易于沉淀出CaC03的水垢层。当LSI = 0或者接近于0时，水是CaC03饱 和的（处于平衡状态）。CaC03的水垢层既不会沉淀也不会溶解。水质、温度的变化、以及 蒸发都能够改变所述指数。当LSI < 0时，水是没有饱和的，并且易于使固态CaC03溶解。
[0029] 那么LSI是负数，并且这种水具有非常有限的产生水垢的可能性。如果所述的实 际pH超过了饱和pH，此时LSI则是正值，并且是CaC0 3过饱和的，那么这种水具有形成水垢 的倾向。当正的指数数值增加时，产生水垢的可能性也增加。
[0030] LSI数值还依赖于温度，当水的温度升高LSI数值将会更加正的。这种情况特别是 在使用井水的情况下具有影响。当水最初离开井时水的温度通常显著地低于所述井所供应 的建筑内部的水的温度，或者是显著低于进行LSI测量的实验室或者处理单元内的水的温 度。所产生的温度的升高能够致使产生水垢，特别是在热水加热器中。相反地，降低水温的 系统将会具有较少的水垢。
[0031] 电化学去离子单元包括电渗析（ED)、反向电渗析（EDR)、电去离子（EDI)、电容去 离子、连续电去电离（CEDI)、以及可逆连续电去电离（RCEDI)。
[0032] 电去离子（EDI)是可用于去除矿物质、纯化、或者处理水的方法之一。EDI是一 种能够从流体中移出可电离的物质的方法，该方法使用电学活性媒介和电势来改变离子传 输。所述电学活性媒介可运行从而交替地收集和释放电离的物质，或者用来通过离子的或 电子的置换机制来连续促使离子的迁移。EDI装置可包括具有永久或者临时电荷的媒介，并 且可被配置用于引起电化学反应，该电化学反应旨在获得或提高性能。这些装置还可包括 电学活性薄膜，例如半渗透离子交换或双极膜。
[0033] 连续电去电离（CEDI)指的是这样的一种过程，其中主要的尺寸参数是通过媒介 的传递，而不是媒介的电离能力。一种CEDI装置包括一个或多个电活性半渗透阴离子和阳 离子选择薄膜。在这些薄膜之间的间隔被设置为用于构建具有入口和出口的液流隔室。外 部电源应用在薄膜建议及隔室的边界从而施加一种横向直流电场。
[0034] 电容去离子（CapDI)装置被用于从一种媒介（例如，硬水）中移出离子材料，通过 将电压应用于一对具有纳米级尺寸的孔的电极上从而使这对电极极化。其使得离子材料被 吸附到上述一对电极的至少一个的表面上。在所述电容去离子（CapDI)装置中，将低直流 电压应用于上述的一对电极上，并且含有溶解的离子的媒介随后在两个电极间流动，溶解 在媒介中的阴离子被吸附并且集中于正极上，并且溶解在媒介中的阳离子被吸附并且集中 于负极上。当反方向提供电流时，例如，通过电学上的使两个电极短路，所述集中的离子就 可从正极和负极释放出来。由于所述电容去离子（CapDI)装置不能够使用高电位差，因而 能量转换效率是高的。由于离子吸附到电极上，所述电容去离子（CapDI)装置可去除有害 离子以及硬性组分。由于所述电容去离子（CapDI)装置不能够通过使用化学制品用来使电 极恢复，因此，所述的电容去离子（CapDI)装置的环境影响具有相对较低。
[0035] 在电化学水处理流程中的潜在的问题之一是具有形成不溶性钙或镁沉淀物的风 险。当在高浓度的Ca 2+和/或Mg2+条件下，同时是在高pH值时，可形成这些沉淀物。因此， 在电化学水处理装置的集中隔室中，由于硬性离子浓度的升高，或者是其中的水被移出但 没有降低硬性离子浓度，所以使得LSI增加。许多电化学水处理装置被设计用于将所述LSI 维持在大约0至2的数值范围内。为了维持上述数值，所述集中隔室中需要更多的水，因而 导致较大量的废水。因而导致了在运转电化学水处理装置时的低效现象。
[0036] 通常，电化学水处理装置被设计用于移除尽可能多的离子。对于许多工业和商业 应用而言，这种高度提纯的水是有利的；但是，这种水平的纯度可能对于其他的应用而言是 不期望的，例如，家庭用水供水系统，其中某些水平的钙含量可能是有利的。此外，高度提纯 的水可能是具有腐蚀性的，并且可能易于侵蚀通常存在于配水系统内的铜管。某些配水系 统可能包括铅焊接接头，同时，重金属（例如铅）也可能通过上述管道过滤到水中。
[0037] 如在本发明中使用的，就水或流体而言的术语"处理的"涉及的是低TDS、低LSI的 水和/或低电导率的水。在本发明所公开的一些实施方式中，低电导率的水具有大约180 微西门子每厘米（yS/cm)至大约300微西门子每厘米（yS/cm)的TDS。如在本发明中使 用的，低LSI的水具有小于大约2的LSI，优选的为限于大约1的LSI，并且更为优选的为低 于〇或大约为〇的LSI。
[0038] 如在本发明中使用的，与任何装置有关的短语"处理装置"或者"提纯装置"或者 "设备"，都可用于从被处理的流体中移除或者减少任何不需要的物质的浓度水平。适当的 处理装置的实例包括，但不限于，离子交换树脂装置、反渗透装置、电去离子装置、电渗析装 置、超滤（ultrafiltration)装置、微滤（microfiltration)装置、以及电容去离子装置。
[0039] 如在本发明中使用的，短语"电化学水处理装置"涉及任何数量的电化学水处理装 置，非限制性实施例包括，但不限于，电去离子装置、电渗析装置、电容去离子装置、以及它 们的组合，并且包括，当他们不是不一致或不是与本发明所述的系统和方法的装置和/或 技术的原理相反的时候，可以根据本发明中所述的系统和方法的原理使用所述装置。
[0040] 如在本发明中使用的，"硬度"涉及的是一种由于在水中存在高价阳离子而形成 的状态，高价阳离子例如钙、镁、或者其它金属，这种状态对水的清洁能力以及水的"感觉 (feel) "产生不利的影响，并且可能会提高水垢产生的可能性。硬度通常通过测量钙和镁物 质的浓度进行定量。在某些实施方式中，不期望的物质可以包括硬性离子物质。
[0041] 如在本发明中使用的，术语"系统产率"还涉及了处理系统回收率，意思是废弃物 相对于产品的量。可通过使用下述的计算方法来确定系统产率/回收率：
[0042] 系统产率=【产品体积八废弃物体积+产品体积）】*100
[0043] 如在本发明中使用的，与本发明所述的方法和系统相关的术语"监测"涉及任何行 动，其包括检测、测量、计算、以及其他任何行为，其包含用于获得与操作或者过程有关的信 息的试验信息或者数据或者其它任何测量。
[0044] 电学电导率（EC)指的是水能够"负载"电流的量，并且，间接地指出在水中溶解的 固体或者离子的量。去离子水具有非常低的电导率值（几乎为0);因此，在水中出现较多 的溶解的固体和离子，那么所述的水能够传导更多的电流。与温度传感器连接的电导探针 能够测量出液体的电阻。淡水通常可反映出在微西门子每厘米单位（μ s/cm)中的电学电 导率。
[0045] 总溶解固体量（TDS)指的是流动的带电离子的总量，其包括溶解在给定量的水中 的溶解的矿物质、盐、或者金属，以毫克每单位体积水（mg/L)为单位进行表达，也可以成为 百万分率（ppm)来表示。TDS是与水的纯度和性质以及水纯化系统有关，并且影响所有消费 的、居住用的、或者使用的水，不论是有机物还是无机物。术语"溶解的固体"指的是溶解在 水中的任意矿物质、盐、金属、阳离子或者阴离子，并且包括除了纯水（H 20)分子和悬浮的固 体之外存在于水中的任何物质。通常情况下，所述总溶解固体浓度指的是在水中的阳离子 和阴离子的总和。百万分率（ppm)指的是任意离子相对于水的重量对重量比率。TDS是基 于水的电导率（EC)，同时纯水几乎不具备导电性。
[0046] 本发明所述的系统和方法涉及水处理或提纯系统，以及为工业、商业、居住的、以 及日常设施提供处理过的水的方法。本发明提供一个或多个实施方式用于描述将水用作流 体，但是并不局限于此。例如，当指的是对水进行处理时，人们可以相信，根据本发明所述的 系统和方法，也能够对其它的流体进行处理。此外，当指的是系统的组件或者指的是与水或 水的性质相关的调整、修改、测量、或者操作的方法时，本发明所述的处理系统和装置可认 为是在实例中可适用的。用来被处理的流体还可能是这样一种流体，该流体是一种包含水 的混合物的流体。
[0047] 在一个方面，本发明所述的系统和方法提供了经由各种各样水源类型得到的纯化 的或者处理过的水。可能的水源包括井水、地表水、城市用水、以及雨水。所述处理过的产 品可能用于一般性的使用、或者用于人类食用或其他家庭用途，例如，洗浴、洗烫、以及清洗 碗碟。
[0048] 在另一方面，本发明所述的系统和方法能够被操作用于降低产生任何水垢或者污 垢的可能性，所述水垢或者污垢是在生产处理过的水的时候生成的。在处理系统包括其组 件（例如泵、阀门、和流体管道）中，通过将具有高度倾向于产生水垢的流动的液体替换为 具有较低至几乎没有倾向于形成水垢的液体（例如具有低LSI的水），从而对水垢或者污垢 的形成进行抑制。
[0049] 根据本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方式，所述的处理系统收到来自 水源的水，并且随后使其通过处理过程序，从而产生具有目标特性的产品流。所述处理系统 依据至少一个或多个处理装置可具备水存储系统，非限制性实施例包括：电化学水处理装 置、反渗透装置、电渗析装置、离子交换树脂装置、电容去离子装置、微滤装置、和/或超滤 装直。
[0050] 根据一个或多个实施方式，本发明所描述的系统和方法提供了添加氢离子（Η+)到 水中，其有助于降低处理过的水的腐蚀性。添加到水中的氢其本身可通过溶解的氢的可检 测的增加或氧化物浓度所产生的降低来表示。同时，其也可能提供期望的抗氧化特性。本 发明所述的方法和系统的优点包括，例如，从系统中排出更少体积的废水，由于防止了水垢 形成而增强了过程组件（例如，阀门、管道、传感器、以及处理装置）的防护。进一步的优点 包括从某些过程组件上去除水垢的能力，以及减少一种或多种与处理系统相关的维护成本 的能力。
[0051] 在一方面，本发明提供了用于控制至少一个集中回路的LSI的系统和方法，通过 允许具有已流过阳离子交换树脂装置的水与集中回路补充水流体连通，所述集中回路再循 环通过阳离子交换树脂装置。
[0052] 在某些方面，所述再循环集中回路具有至少大约2的目标LSI，优选的至少大约1 的目标LSI，并且更为优选的至少或者大约0的目标LSI。在某些方面，所述再循环集中回 路具有大约2的目标LSI。
[0053] 在另一方面，本发明所述的系统和方法由于减少由处理系统允许离开的离子负载 从而提供了净化水。此外，作为处理过程结果的废水排放的总量可能显著地少于常规处理 过程排出的量，例如，废水排放可能少于25%，少于20%，或者少于10%的处理过的水的总 体积。
[0054] 在另一方面，本法明所述的系统和方法至少部分基于存储在一个或多个存储系统 中的水的导电性，从而控制补进料水水源至再循环集中流。在一方面，如果存储在一个或多 个存储系统中的水的导电性超过大约400 μ S/cm，那么再循环集中流的导电性会通过至少 一部分酸性水流的添加而被降低，所述酸性水流已经流经阳离子交换树脂装置。在另一方 面，如果存储在一个或多个存储系统中的水的导电性低于大约400 μ S/cm，那么酸性水流会 通过旁通管，并且进料水会作为补进料水用于再循环集中流。在某些方面，控制补进料水水 源至再循环集中流是至少部分基于存储于一个或多个存储系统中的水的硬度。在另一方 面，制补进料水水源至再循环集中流是至少部分基于与水处理系统流体连通的进料水的碱 度。在某些实施方式中，当存储于一个或多个存储系统中的水的硬度时在大约8gpg至大约 lOgpg的范围内，并且与水处理系统流体连通的进料水的碱度低于大约200ppm(或者没有 明显高于200ppm)的时候，所述酸性水流会通过旁通道，并且所述进料水被作为补进料水 用于再循环集中流。
[0055] 在某些方面，以具有1. 14的LSI值为特征的水具备下述特征：pH为7. 4、钙硬度为 860ppm、碱度为860ppm、温度为20°C。在另一方面，以具有1. 14的LSI值为特征的水具备 下述特征：pH为8. 0、钙硬度为400ppm、碱度为860ppm、温度为20°C。
[0056] 在一个方面，本发明所述的系统和方法提供了一种处理水的方法。所述方法可包 括使至少一部分集中流再循环通过电化学水处理装置，将部分已经通过阳离子交换系统的 水引导至再循环集中流，并且，根据预先设定的排放方案排出部分集中流。
[0057] 在另一方面，本发明所述的系统和方法用以将水引导进入电化学水处理装置中， 从而产生再循环稀释流。
[0058] 在某些非限制性实施方式中，本发明所述的系统和方法包括一种电化学水处理装 置。所述电化学水处理装置非限制性实例包括电去离子装置、反向渗透装置、离子交换树脂 床、电渗析装置、电容去离子装置、双极性膜脱盐装置、以及它们的任何组合。
[0059] 本发明所述的处理系统的一个或多个实施方式包括一种或多种流体控制装置，例 如泵，阀门，调节阀，管道，连接器，控制器，能源，以及它们的任何组合。
[0060] 根据一个或多个实施方式，本发明所述的处理系统进一步包括一个或多个泵。用 于抽取和/或再循环流体的各种泵可与处理系统结合应用。所述泵可以在粗粒系统的一个 或多个组件的内部和/或外部，和/或可以以另外的方式与处理系统结合。所述泵的非限 制性实例包括电动泵、气动泵、以及液压泵。所述泵能够通过能源进行驱动，所述能源可以 是任何常规能源，例如，汽油驱动电动机、柴油驱动电动机、太阳能电动机、电力电动机、以 及它们的任何组合。
[0061] 根据一个或多个实施方式，本发明所述的方法和系统进一步包括一个或多个阀 门。根据一个或多个实施方式，适用于控制的阀门的非限制性实施例包括，但不限于，止回 阀、闸门阀、旁通阀、电磁阀、其他类型的液压阀、其他类型的气动阀、安全阀、以及他们任意 的组合。适合的阀门包括单向阀和/或多路阀。在某些非限制性实施方式中，所述阀门可 以是导向阀、旋转阀、球形阀、隔膜阀、蝶形阀、翼形阀、旋启式止回阀、瓣阀、闭锁式止回阀、 提升式止回阀、以及他们任意的组合。所述阀门可以是手动致动（例如，由操作者进行的致 动），和/或液压致动、气动致动，或者以其他方式致动，包括通过一种过程控制器或者控制 系统进行的控制制动。所述阀门可以是一种开/关型阀门，或者可以是一种比例型阀门。
[0062] T在本发明所述的系统和方法的一些实施方式中，所述处理系统进一步包括一个 或多个传感器或者监测装置，其被配置用于测量水的至少一种性质，或者测量所述处理系 统的运行状态。传感器的非限制性实例包括成分分析仪、pH传感器、温度传感器、电导传感 器、压力传感器、以及流量传感器。在某些实施方式中，所述传感器提供了经读出、或者其他 方式感知出的实时的检测结果、所关注的性质或者状态。适用于在一个或多个实施方式中 使用的传感器的一些非限制性实例包括光量传感器、磁传感器、射频识别（RFID)传感器、 霍尔效应传感器，以及他们任意的组合。
[0063] 在一个或多个实施方式中，RFID天线可被用于提供关于处理系统的位置信息或者 其他方面的信息，例如一种或多种水特性。所述RFID天线可检测到目标信息，并且相关的 RFID天线控制处理器能够将所述信息传输到系统处理器中，从而给出一种内联的实时过程 控制方法。
[0064] 在本发明所述的系统和方法的某些非限制性实施方式中，所述处理系统进一步包 括一种用于检测流体流量的流量计。对于适用于本发明所示处理系统的某些方面的流量 计，其一个非限制性实例是霍尔效应力量及。适用于所述处理系统某些方面的流量计的其 他非限制性实例包括机械流量计，该机械流量计包括一种机械驱动螺翼式涡轮流量计。 [0065] 本发明的一个或多个方面包括一种控制系统，其被安排或被配置用于接收来自处 理系统中的一个或多个传感器的一个或多个信号。所述控制系统可进一步被配置用于将一 种或多种输出或控制信号提供至处理系统的一个或多个组件。一个或多个控制系统可通过 使用一种或多种计算机系统进行实施。所述计算机系统可以是，例如，一种多用途计算机， 该多用途计算机例如哪些基于Intel PENTIUM?型处理器、Motorola PowerPC? 处理器、Sun UltraSPARC?处理器、Hewlett-Packard PA-RISC?处理器、或任何其 他类型处理器或它们的组合的计算机。任选地，所述计算机系统可包括PLC、专门编程的计 算机系统、专用硬件例如专用集成电路（ASIC)、或用于分析系统的控制器。
[0066] 在一些实施方式中，所述控制系统可以包括一种或多种处理器，所述处理器与一 个或多个存储设备相连接，所述存储设备可包括，例如，磁盘驱动存储、闪速存储设备、RAM 存储设备，或者用于存储数据的其他装置的任意其中一个或多个。所述一个或多个存储设 备可被用于在处理系统和/或控制子系统的运行期间存储程序和数据。例如，所述存储设 备不但可用来存储与在一段时间内参数相关的历史数据，还可用于存储当前的运行数据。 可将包括执行本发明实施方式的程序代码的软件，存储在计算机的可读和/或可写的非易 失性记录媒介上，然后再将其复制到一个或多个存储设备从而可通过一个或多个处理器进 行实施。所述程序代码可以多种编程语言的任意一个进行编写，所述编程语言例如梯形图、 Java、Visual Basic, C 语言、C# 语言、或 C++ 语言、Fortran 语言、Pascal 语言、Eiffel 语 目、Basic语目、COBOL语目、或任意的多种它们的组合。
[0067] 控制系统的组件可通过一种或多种互联机制进行联接，其可包括一个或多个总 线，例如，在被集成到同一装置中的组件之间；和/或一种或多种网路，例如，在位于单独分 离装置上的组件之间。所述互联机制使得通信，例如数据、指令，能够在系统的组件之间进 行交换。
[0068] 所述控制系统可进一步包括一个或多个输入装置（例如，键盘、鼠标、追踪球、传 声器、触摸式屏幕），以及一个或多个输出装置（例如，打印装置、显示屏幕、或者扬声器）。 此外，所述控制系统可包含一个或多个接口，其可连接至连通网路，其他的或者作为该网络 的一种选择，其可以是通过所述控制系统的一个或多个组件构成的。
[0069] 根据一个或多个实施方式，一个或多个输入装置可包括一个或多个传感器，用于 测量在处理系统中的流体的一个或多个参数。或者，可将传感器、计量阀和/或泵、和/或所 有这些组件连接到一个连通网路中，其可有效地耦合至控制系统上。例如，传感器可被配置 为输入装置，其直接地连接到控制系统上。此外，用于处理组成部分的一个或多个输入源的 计量阀和/或泵可被配置为输出装置，其可连接至所述控制系统上，并且它们中的任何一 个或多个都可与其他辅助的计算机系统或组件耦合从而与连通网路另一边的控制系统连 通。这样的配置允许一个传感器位于与另一个传感器显著间隔的位置，或者可使任意的传 感器位于与任何子系统和/或控制器显著间隔的位置上，同时仍然可在其之间头功数据。
[0070] 在某些实施方式中，计算机可耦合至服务器上，并且可耦合至多个不同的输入装 置上。所述输入装置可包括，例如，一种无线通讯装置（例如，一种无线射频识别（RFID)天 线），一种或多种传感器，一种具有虚拟键盘的触摸式屏幕，以及一种或多种监测装置。根据 本发明的目的，属于"监测"可被定义为包括，以一种非限制性方式，例如阅读、观察、评价、 识别等的行为。此外，RFID天线、任何传感器、和/或触摸式屏幕可被配置用于同时作为 输入装置和/或输出装置进行操作。所述触摸式屏幕是可选择的，并且可任选地包括其他 益智的输入装置，例如，键盘、鼠标、触摸板、控制杆、遥控装置（不论是无线的还是使用线 的）、追踪球、移动装直、等等。
[0071] 在某些非限制性实施方式中，计算机可被无线地耦合至服务器以及RFID天线以 及一个或多个另外的传感器上。所述RFID天线可接受来自RFID装置（例如标签装置）的 输入信息，所述RFID装置安全或以其他方式与处理系统的一个或多个组件相连通，并且在 一个或多个水处理再循环期间收集的其他的监测信息可补充到所述RFID装置中。当所述 RFID装置借助RFID天线相连通时，可将任何编程到RFID装置中的信息下载到计算机上，并 且移动至服务器中。所述RFID装置还可包括一种加密装置。
[0072] 所述控制系统可包括一种或多种类型的计算机存储媒介，例如可读的和/或可写 的非易失性记录媒介，在其中可存储信号用于定义由一个或多个处理器执行的程序指令。 所述存储或者记录媒介例如可以是一种磁盘或者闪存。在操作过程中，所述处理器可导致 数据从存储媒介中读入到内存装置中，所述数据例如执行本发明一种或多种实施方式的编 码，该内存装置允许通过一个或多个处理器以至更快的存取这些信息。所述内存装置是一 种易失性的、随机存取内存，例如一种动态随机存取内存（DRAM)、或静态内存（SRAM)、或者 任何其它适用装置，这些装置可促进信息在一个或多个处理器之间的相互传递。
[0073] 在某些实施方式中，所述处理系统还可包括一种控制器，用来调节、监测、或者管 理所述处理系统的至少一种操作参数及其组件。控制器可包括一种基于微处理器的装置， 例如一种可编程逻辑控制器（PLC)或者一种分布式控制系统，其可接受或者发送输入和输 出信号值处理系统的一个或多个组件中。在某些实施方式中，所述控制器可管理在一种开 环或者闭环控制方式中的所述处理系统的操作条件。例如，所述控制器，在开环控制下，可 想处理系统提供信号从而对水进行处理，并且没有测量任何操作条件。所述控制器还可在 闭环控制下对所述操作条件进行控制，从而任意一个或多个操作参数可根据测量的（例如 通过传感器）操作条件进行调节。在另一个实施方式中，所述控制器可进一步包括一种通 信系统，例如，一种远程通讯装置，用来将测量的操作条件或者操作参数传送或者发送至远 程站中。
[0074] 所述控制器或其组件或其分部，在分布式控制系统中可选择地作为一种专用系统 或者作为一种专用可编程逻辑控制器（PLC)使用。此外，应当理解的是，本发明的一个或多 个技术特征或者方面可应用于软件、硬件、或固件，及其任意的组合。例如，可通过一个或多 个控制器执行的一种算法的一个或多个片段可在不同的计算机上完成，这样反过来又可通 过一个或多个网路连通。
[0075] 根据附图1-5对本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方式进行描述。在这 些附图中，加黑的、粗体线强调了某些典型的路径，通过这些路径液体可根据所描述的液体 回路或液体流进行流动。
[0076] 附图1是处理系统的操作流程图，其中不具备阳离子交换介质装置。所述处理系 统包括一种再循环集中流，其流体连接到电化学水处理装置19的至少一个出口上。例如， 所述再循环集中流可连接到歧管出口（未显示），所述歧管出口可聚集离开隔室的液体，例 如，所述电化学水处理装置19的消耗隔室或者收集隔室。所述再循环集中流还可以通过如 附图1所示的泵34以及阀门1和2连接到电化学水处理装置19的一个入口和一个出口上。
[0077] 附图2是处理系统的操作流程图，其依据本发明所述的包含一个或多个流体回路 的系统和方法的一个或多个实施方式。在流体回路中所示的进料流5将水从一种水源提供 或者流体连通至处理系统40中。所述水源的非限制性实施例包括饮用水源，例如城市用 水、井水；非饮用水源，例如，含盐源或海水；预先处理的纯水；以及它们的任意组合。在一 些情况下，一种处理系统，例如进化系统和/或除氯系统，在所述处理系统含有上述进料流 之前，对水进行处理。所述进料流可含有溶解的盐类或离子的或可电离的物质，其包括钠、 氯化物、氯、钙离子、镁离子、碳酸盐、硫酸盐、或者其他不溶解的或部分溶解的物质或溶解 的气体，例如二氧化硅和二氧化碳。所述进料流还可包含其他物质，例如氟化物、氯酸盐、和 溴化物。
[0078] 根据一个或多个实施方式，处理系统40板块一种流体分配系统。所述分配系统 包括可流体连通的组件，用以提供在处理系统的组件之间流体连通，例如，提供在净化水之 间的连通，由存储装置24到产品流23。所述分配系统可包括任意布置的管道、阀门、三通、 泵、歧管、以及它们任意的组合，用以提供穿过处理系统40的流体连通，以及使用者可用的 穿过一个或多个产品流或存储装置的流体连通。在某些实施方式中，所述分配系统进一步 包括一种住户或住宅用水分配系统，包括但不限于，与一个或多个使用端的连接，例如水槽 水龙头、淋浴头、洗衣机以及洗碗机。例如，处理系统40可连接到住户的冷水、热水、或二者 的分配系统上。泵及真空源可与流体分配系统的各种组件流体连通，用于通过对液体施加 压强来控制液体流的目的。这种加压的液体流可进一步包括一种稳压器，其中可更容易地 对上述压强进行控制。流体还可由于重力引起流动。
[0079] 流体回路可进一步包括一种旁通阀27,用于允许液体通过管道6和发明25c，从而 与产品求23连通；或者,相反地，用于允许液体通过阀门25a,流量计26,和预过滤器7。旁 通阀27通过操作使得流体由进料流5经过管道6 (并且因此绕过处理系统），或者用于使进 料流经过处理系统的一个或多个组件。
[0080] 预过滤器装置7可是一种预过滤器或者雨中预处理装置，其目的在于：在将水进 一步引入到处理装置40的一个或多个组件之前，将任何不符合需要的物质的部分从水中 移除。预过滤器装置的非限制性实施例包括，例如，碳或木炭过滤器，其可被用于移除至少 部分的任意氯（包括活性氯），或者用于移除任何可能阻塞或妨碍在处理系统工艺流程中 任何组件的操作的物质。其他预处理装置的实施例包括，但不限于，离子交换装置，机械过 滤器，以及反渗透装置。预处理系统可被设置在操作系统40的任何位置上。例如，在通过电 化学水处理装置19进行处理之后，进入到存储系统24的水可能包含少量的氯，或者不再含 有氯（或者其他任何替代消毒剂）。为了维持在存储系统24中的残留氯的水平，所述水可 以与来自进料流5的未净化水进行混合。优选地，加氯的水可以以这样一种速率进行添加， 该速率指适合于产生含有足够用于抑制细菌学活性的氯的混合水的速率。活性氯指的是包 含一种物质的氯，这种物质可显示出抗微生物活性。在本发明中，有效氯浓度被定义为一种 活性氯化合物的浓度，活性氯化合物例如是次氯酸钠、活性氯化合物可抑制存储系统24中 细菌（例如大肠杆菌）的增长。因此，在存储系统24中进料水和处理过的水进行混合依据 的比例可以根据一些影响因素来确定，影响因素包括电化学水处理装置19的效率、所需的 有效氯浓度、存储系统24中含有的水被消耗的速率、存储系统24的温度、以及进料水的水 源和特性。预处理装置还可以是，例如，一种微粒过滤器、通气装置、或者降氯过滤器，并且 可包括并联的或一系列的多个装置，或者大量装置。预处理装置7可被设置在存储装置24 的上流或下流，或可被设置于电化学水处理装置19的上游，以便在存储系统24中使至少一 些氯的物质保留并且在水进入所述电化学水处理系统19之前可将这些氯移除。
[0081] 根据本发明所述的系统和方法的某些实施方式，处理系统40还可包括一种探针 或传感器，例如，一种水特性传感器、其具有在处理系统40中测量至少一种物理性质的能 力。例如，所述传感器可以是一种装置，其可测量水的电导率、pH、温度、压强、成分、和/或 流速。所述探针或传感器可被安装或设置在处理系统40内，用于测量一种特别优选的水特 性。例如，探针或传感器29c，可以是一种水的电导传感器，其安装在或以其他方式放置在与 存储系统24连通的流体中，以便其对水的电导率进行测量。根据上述内容可提供一种适用 于产品流23的水的特性的表征。在另一个实施方式中，所述探针或传感器可在处理系统40 中包括以各种配置或安排的一系列或一组传感器。这组传感器可被安装、安排、或连接到控 制器上，以便所述控制器能够间歇地或连续地对例如在存储系统24中的水的特性进行监 测。这种安排可允许处理系统40的性能进一步得到优化。
[0082] 根据本发明所述的系统和方法的某些实施方式，处理系统40可包括一种多组传 感器的组合，其在整个处理系统40的液体流或其他组件中的各个位置。例如，所述探针或 传感器可以使一种测量来自进料流5的流速的流量传感器，并且可进一步包括对处理系统 40操作状态进行监测的（pH)酸度计、浊度计、成分分析仪、温度传感器、以及压力传感器的 任意一个或多个
[0083] 流体回路可进一步包括连接存储系统24,通过导管16，、阀门28b、和入口 30。存 储系统24可存储或累积来自进料流5的水，并且还可用于为产品流23存储来自导管21的 净化水，并且进一步可提供水到电化学水处理装置19中。据本发明所述的系统和方法的某 些实施方式，存储系统24包括水槽、容器或蓄水池，其具有用于流体流动的入口和出口，例 如入口 30和31，以及出口 32和33。在某些非限制性实施方式中，所述存储系统包括一种 水槽，其具有24加仑的体积容量。在另一些实施方式中，所述存储系统包括一种水槽，其具 有80加仑的体积容量。入口 30是流体连通道到进料流5,并且出口 32是流体连通至产品 流23。由存储系统24的至少一个出口 32至产品流23的流动通道22可进一步包括一种闸 式阀门25b、流量计35、以及一个或多个传感器，例如离子电导探针29c。
[0084] 在某些非限制性实施方式中，当离子电导探针29c探测到的电导率值在一种确定 的预设值之上时，例如，在大约400 μ S/cm之上，那么再循环集中再循环补进料水把破口来 自酸性液体流10的水。当离子电导探针29c探测到的电导率值在一种确定的预设值之下 时，例如，在大约400 μ S/cm之下，那么再循环集中再循环补进料水包括来自进料补进料水 流11的水。
[0085] 在某些非限制性实施方式中，存储系统24可包括一些水槽或容器，并且每一个水 槽或容器，依次，可具有几个位于不同位置的入口。类似地，出口 32和33可设置在位于不 同位置的每个容器上，除了其他方面之外，依据用于产品流23的要求和流速，电化学水处 理装置19的容量或效率，以及存储系统24的容量或相持率。存储系统24可进一步包括多 种组件或元件，其可完成所期望的功能或可避免不希望的影响。例如，水槽或容器可具有 内部组件，例如挡板，其可设置用来使任何停滞的内部流体流或区域瓦解。在一些实施方式 中，存储系统24进一步包括一种热交换器，用于加热或冷却所存储的流体。例如，存储系统 24可包括一种安装有加热线圈的容器，其相对于在容器中的流体温度而言，可具有在高温 下的一种加热流体。所述加热流体可以是在具有加热炉或其他热发电机组的闭合回路流中 的热水，以便使得所述加热流体的温度在加热炉中升高。反过来，加热流体通过热传递使容 器流体的温度升高。其他辅助或另外的组件的实施例包括，但不限于，安全阀，其被设计用 于缓解在存储系统中的内部压强。根据本发明的进一步实施方式，处理系统可包括至少两 个水槽或容器，或者在一个或多个水槽或容器中的两个区域，它们中的每个都可能是，至少 部分是，与另一个流体地分离。例如，所述处理系统可包括两个容器，其流体连接到进料流 上，并且流体连接到一个或多个处理装置上。所述两个水槽或容器可通过管道和阀门相互 流体地分离，从而使得当第二个移开用于例如维护或清洁时，第一个可与一个或多个处理 装置一起投入运行。根据本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方式可知，水槽或蓄 水池系统是连接到热交换器上，或热连通于热交换器上，并且，可选择地连接到流体处理装 置上。所述流体处理装置可以是电化学水处理装置、反渗透装置、离子交换树脂床、电渗析 装置、电容去离子装置、或他们的组合。
[0086] 在某些实施方式中，进入电化学水处理装置19的液体可通过阀门2导向到管道21 以及存储系统24。其次，存储系统24可存储或累积来自进料流5的水。因此，存储系统24 不仅可包含来自管道21的净化水，而且包含了来自进料流5的未处理过的或者最低限度处 理过的水。可对存储系统24进行配置，以便使这两种水源能够混合，或者作为选择地，上述 两种水源可以分离，例如，其中一个水源可进入到存储系统24的底部并且以活塞流的方式 向上流至出口 32或出口 33。
[0087] 在某些非限定性的实施方式中，液体回路中包括一个或多个电化学酸化装置，例 如，阳离子交换装置9,其包括一种阳离子交换树脂。在某些非限制性实施方式中，阳离子交 换装置9的性能可以通过预处理进行提升，预处理包括氯的去除。例如，依据市属规定的净 化水供应可供应至进料流5,并且在进入阳离子交换树脂装置9之前经过预过滤装置7,其 可以是，例如，氯降低过滤器，比方说碳过滤器或其他的预处理装置。
[0088] 酸性阳离子交换树脂的pKa数值被定义为与酸性树脂接触的水的pH，因此，在HA 形式中功能基团的数量比在A-形式中功能基团的数量多10倍。弱酸的阳离子交换树脂 具有的值为3 < pKa < 9,并且具有例如羧酸功能基团。强酸的阳离子交换树脂具有的值 为pKa < 3,并且具有例如磺酸功能基团。强酸的阳离子交换树脂的非限制性实施例包括： MBERJET?1000H，1200H，1500H，AMBERLITE?IR 120H，DOWEX? M0N0SPHERE?650C(H)， 650HXC(H) ,650HXC NG(H),575C NG (H) , 650CUPW (H) , 650C NG (H) , DOWEX? MARATH0N?650C(H), C, C-10, DOWEX? HCR-W2, DOWEX? HGR-W2, DOWEX? HGR NG(H)，（其都为 Dow Chemical 公司的商品），PUR0FINE?PFC100H，PUR0FINE C100DLH, C100EH，C100H，（其都为 Purolite 公司的商品），以及 USRESIN? C-8LB(US Resin 公司的 商品）。
[0089] 离子交换树脂通常可分为两种类型。一种类型是凝胶型树脂，其没有大孔，并且另 一种类型是包含大孔的多孔树脂。如果凝胶型树脂和多孔树脂具有相同类型的交换基团， 那么所述凝胶型树脂和多孔树脂就在其性能方面具有显著差异。弱酸的离子交换树脂可 能会经历超过他们应用标准的体积的大幅增加，这会在某些应用方面中产生各种各样的问 题。
[0090] 在某些非限制性实施方式中，处理系统40包括一种可再生的阳离子交换装置。所 述可再生的阳离子交换装置包括一种含有以氢原子形式存在的阳离子交换树脂的芯。当 阳离子交换材料达到其消耗点或接近消耗时，所述阳离子交换材料可能易于通过一种强酸 或弱酸进行再生，以便交换之前吸附到针对氢离子的阳离子交换材料的活性位点上的碱金 属或碱土金属。阳离子交换柱的再生或者可以相对于常规操作流动方向而言以顺流流动方 向，或者以逆流流动方向，通过所述阳离子交换柱；或者可选择地，其可被脉冲进行。其次， 在再生之前进行一种逆流洗涤步骤，以便用于去除任何在操作期间存在于溶液中的颗粒物 质。随着再生，更好地对阳离子交换材料进行清洗，从而使得在以常规方式进行操作交换装 置之前，其基本不含有过量的再生剂。
[0091] 本发明所述的系统和方法提供了在处理系统40中的一种液体再循环，其允许集 中流可以通过电化学水处理装置19流到再循环回路。所述再循环集中流提供了在三通电 磁阀3、四通电磁阀1、电化学水处理装置19的一个或多个集中组件、以及四通电磁阀2之 间的流体连通。流体连通可进一步由管道15、管道12、管道13、以及管道14来提供。在某 些实施方式中，可将流体连经过管道15、管道12、管道18、以及管道20提供到再循环集中 流。在某些实施方式中，再循环集中流可与阳离子交换树脂装置9流体连通。在某些实施 方式中，离开阳离子交换树脂装置的酸性水以流体连通，并且包括一部分再循环集中流，因 而可充当酸性集中补充水流10。在另一个实施方式中，进料流5以流体连通，并且包括部分 再循环集中流，因而可充当集中补充水11。在这种安排下，再循环集中流将绕过阳离子交换 树脂装置。在某些实施方式中，再循环集中流是与排出阀4流体连通，在那儿流体可离开处 理系统。在某些实施方式中，离开电化学水处理装置19的集中流可进到管道14和管道15 中，并且可流向排出阀4,在那儿可将部分集中流不断地或间歇地排到废弃物中。
[0092] 本发明所述的系统和方法提供了在处理系统40中的液体再循环，其允许稀释流 可以通过电化学水处理装置19流到再循环回路。再循环稀释流提供了在四通电磁阀1、四 通电磁阀2、电化学水处理装置19中一个或多个耗损隔室、以及存储系统24之间的流体连 通。流体连通进一步可由导管17、导管18、导管20、以及导管21来提供。在某些实施方式 中，流体连通可经由导管17、导管13、导管14、以及导管21提供到再循环稀释流中。
[0093] 在某些实施方式中，一个或多个阳离子交换树脂装置要么是位于一个或多个电化 学水处理装置的上游区域，要么是位于其下游区域。由于通过所述阳离子交换树脂装置，可 将水的pH可能会降低，并且形成具有较低LSI的水。所述较低LSI，其可降低至少于0 (不 产生水垢的），可减少所述水产生水垢的可能性，并且因此提供了较低的维护、较高的水回 收、增加的寿命、以及一般而言，一种更可靠的处理系统。
[0094] 在某些非限制性实施方式中，本发明所述的过程和方法包括电池阀。所述电磁阀 可以使一种一通阀或者是多路阀，包括三通阀和四通阀。所述电磁阀可以是开/关性的阀 门、成比例类型的阀门、以及它们的组合。将三通电磁阀3用于通道转换方式的功能设置于 进料流5和阳离子交换树脂装置9的下游这一侧。电磁阀3的第一个端口是与管道12流 体连接，管道12中就从电化学处理装置19的至少一个出口流出的液体。电磁阀3的第二 个端口与离开阳离子交换树脂装置的酸性集中补充水10流体连接。电磁阀3的第三个端 口与包含进料11的集中回路补充水流体连接。管道12与四通电磁阀1流体连接。电磁阀 1的第一个端口给管道13提供流体，包括与电化学水处理装置19的至少一个入口流体连 通的液体。第二个四通电磁阀2位于电化学水处理装置19的一个或多个出口的下游区域。 电磁阀2的第一个端口为管道15提供流体。电磁阀2的第二个端口接受来自管道14的流 体，包括与电化学水处理装置19的至少一个出口流体连通的液体。
[0095] 在一个或多个实施方式中，控制系统是与三通电磁阀相连通，例如三通电磁阀3。 所述三通电磁阀是一种现有领域所共知的阀门，其可使与阀门装置流体连通的两个流入流 体中的其中一个指向一个出口。当电磁阀3处于"关闭"位置时，来自包括进料流11的集 中回路补充的流体是终端的。因此，电磁阀3可被用于使来自集中回路补充进料流11的流 体或者来自阳离子交换装置10的酸性流体流向管道12。对其中的集中补充进料流10或 11的准确选择将包括可通过控制系统一个或多个组件控制的集中流。
[0096] 处理系统40可进一步包括一种液体再循环，其可使管道21、电化学水处理装置19 的一个或多个出口、以及存储系统24之间流体连通。电磁阀2的第三个端口由管道20提 供流体，包括来自电化学水处理装置19的至少一个出口的流体。在某些实施方式中，电化 学水处理装置的出口包括离子消耗的水，其来自电化学水处理装置19的一个或多个消耗 隔室。电磁阀2的第四个端口是与管道21流体连通，并且可进一步包括传感器，例如，离子 电导探针29a。管道21是与存储系统24的至少一个入口 21流体连通。存储系统24的出 口 33为管道17通流体，管道17与电磁阀1的第三个端口流体连通。管道17可进一步包 括一个或多个传感器，例如，离子电导探针29b。电磁阀1的第四个端口为管道18提供流 体，其条件是与电化学水处理装置19的至少一个入口流体连通。管道18可进一步包括一 个或多个泵，用来帮助将流体引导至电化学水处理装置19的一个或多个入口中。
[0097] 本发明所述的系统和方法进一步提供了一种处理系统，其中可将电化学水处理装 置的液体成分用含有低LSI的液体进行替换或补充，从而抑制水垢的形成。正如这里所应 用的，低LSI的水具有小于大约2的LSI值，优选的，小于大约1，并且更优选的，大约0。 [0098] 在一些实施方式中，本发明所述的系统和方法提供了液体，例如水，其具有低电导 率。在本发明所公开的某些实施方式中，低电导率的水具有大约180 μ S/cm至大约300 μ S/ cm的电导率。在某些实施方式中，低电导率的水具有大约180 μ S/cm的电导率。在某些另 外的实施方式中，低电导率的水具有大约220 μ S/cm的电导率。甚至在某些另外的实施方 式中，低电导率的水具有大约280μ S/cm的电导率。在某些另外的实施方式中，低电导率 的水具有大约300 μ S/cm的电导率。所述低电导率的水可以为在大约180 μ S/cm与大约 300 μ S/cm之间的任意的电导率，或者在这些数值中的任意范围的电导率。
[0099] 在某些实施方式中，当在存储系统中的水电导率值为300 μ S/cm时，酸性补充流 将被忽略，那么进料水会提供下述特征：20gpg总硬度、550ppm TDS、1050 μ S/cm电导率。
[0100] 本发明所述的系统和方法进一步提供了一种处理系统，其中控制器可提供一种信 号，该信号趋势阀3,以便使流体流动可基于多个操作参数进行调整。这些参数包括，但不 限于，来自进料流5的水的特性、在存储系统24中的水的特性、在再循环稀释流中的水的特 性、以及它们的组合。其他的参数可包括离开存储系统24的水的特性、提供给产品流23所 必须的水的需求、电化学水处理装置19的操作效率或能力、与电化学水处理装置19有关的 操作参数、阳离子交换装置9的操作效率或能力、以及它们的组合。具体测量参数可包括， 但不限于，水电导率、pH、浑浊度、组成成分、温度、压强、流速、以及它们的组合。
[0101] 在一个实施方式中，控制器接受到来自一个或多个传感器的信号，从而所述控制 器能够对处理系统40的操作参数进行监测。例如，电导传感器能够设置在存储系统24中， 从而所述电导率可通过控制器进行监测。在一个或多个实施方式中，控制器接收到来自一 个或多个传感器的信号，从而所述控制器能够对再循环稀释流的操作参数进行监测，例如， 电导率。在操作过程中，控制器可增加、降低、或以其它方式调整由电源到处理系统一个或 多个组件的电压、电流，或它们二者。控制器包括算法，其可基于系统中流动的液体的一个 或多个测量特性来改变处理系统40的操作参数。例如，在一些实施方式中，控制器可提高 或降低或以其他方式调整电化学水处理系统19的操作周期，例如，反转外加电场的周期以 及相关的流体流动。
[0102] 在本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方式中，控制器可反转由电源到电 化学水处理系统19的外加场的方向，其是依据预先确定的安排或依据操作状态，例如水特 性，或其他任何在处理系统中的操作参数。例如，当测量参数达到一个设定值时，控制器可 被配置用于反转应用于电化学水处理装置19的电场的极性。在另一个实施方式中，本发明 所述的系统和方法提供了一种控制器，其能够增加、降低或以其他方式调整再循环时间，基 于，例如，测量的水特性，比方说，但是不限于此，总溶解固体量、水质、电导率、或者它们的 组合。所述再循环可包括在电场反转之间的期间，其是连同相关改变、反转、或在电化学水 处理装置19中流动的流体替换一起。
[0103] 控制器是能够被配置的、或是通过编程可配置的、或可以自动调整，从而其能够使 操作系统40的使用寿命、效率、或操作成本的降低最大化。例如，控制器可包括一种微处理 器，其具有用户可选择的设置点，或自动调整的设置点，其可调整到电磁阀3、阳离子交换树 脂装置9、通过再循环集中回路的流速、以及到排出阀4的流速的外加电压、电流、或他们二 者。
[0104] 根据本发明所述的系统和方法的另一个实施方式，控制器通过包括自适应或预测 算法来对处理系统的操作进行控制，自适应或预测算法能够监测需求和水质，并且调整处 理系统40的任意一个或多个组件的操作，包括阳离子交换树脂装置9。例如，控制器可以在 住宅应用清晨的几个小时期间的净化水的高需求预测方面是具预测性的，从而提供服务于 莲逢头的广品流23。
[0105] 根据本发明的一个或多个实施方式，当将阳极和阴极的极性转换，那么集中和消 耗隔室的功能则也将会被转换。在某些非限制性实施方式中，应用了极性变换系统或技术， 并且在之前所描述的流是能够进行转换的，从而使得离开电化学水处理装置以及进入管道 21和存储系统24的消耗离子流会如集中回路以及包含离开电化学水处理装置的消耗离子 流那样进行运行。例如，当极性以第一模式运行时，再循环稀释流包括由存储系统24的出 口 33流出，通过管道17和管道，以及通过电化学水处理装置19的消耗隔室，并且之后通过 管道20和管道21重新进入到存储系统24的入口 31中的流体。相应的再循环集中流包括 流过管道13且通过电化学水处理装置19的集中隔室并且之后流到管道15、管道12、以及 管道13的流体。当极性以第二模式进行运行时，再循环稀释流包括由存储系统24的出口 33流出，通过管道13和管道14,并且流过电化学水处理装置19,并且之后通过管道10和管 道21重新回到存储系统24的入口 31中的流体。相应的再循环集中流包括流过管道18以 及通过电化学水处理装置19,并且之后流到管道20、管道15、以及管道12的流体。逆转极 性再循环可依据一些影响因素，包括时间、进料流特性、温度、净化水质、期望的水质、水利 用率、以及它们的组合。
[0106] 在某些非限制性实施方式中，射频识别（RFID)可被利用用于提供在处理系统40 中的某些特性和状态的即时检测。在某些实施方式中，当流体运输通过处理系统时，多数内 联识别特征读取器或者光学传感器被配置用于追踪或识别这些流体的某些特性或状态。所 述RFID可与一个或多个额外的传感器进行连接，所述传感器例如流量计。例如，一种嵌入 式的特征可放置于阳离子交换树脂装置9的芯中，并且用于与流量计结合，从而确定多种 特性或状态，例如，在阳离子交换树脂中存在的、在芯中剩余的有效体积，以及在芯内被消 耗并需要进行替换之前所剩余的天数。
[0107] 在某些非限制性实施方式中，电磁阀1和电磁阀2可驱动用于提供液体用于由存 储系统24到电化学水和处理装置19进行处理，并且将处理过的液体转移到存储系统24 中。在一些安排中，液体再循环可包括结合部分，以便使处理过的液体能够与将要理考任意 电极隔室的液体进行混合。在另一个实施方式中，液体再循环可进一步包括结合到以及来 自存储系统24的部分，以便，例如，使理考电化学水处理装置19的消耗隔室的处理过的液 体能够转移到存储系统24中并且与来自进料流5的处理过的液体进行混合。所产生的混 合物质可递送至产品流23,并且可选地，以并联或串联流路径递送至电化学水处理装置19 的电极隔室。
[0108] 根据本发明所描述的系统和方法的另一个实施方式，控制器，通过一个传感器或 一系列传感器，能够监测或测量水存储系统24的至少一种水质，并且还可测量流入产品流 23的流速。控制器可根据测量出的特性来调节电化学水处理装置19和/或电磁阀3的操 作参数。在本发明所述的系统和方法中的一个或多个实施方式中，至少一个或多个传感器 对进料流5和/或在存储系统24中的水的至少一个特性进行测量。
[0109] 在某些非限制性实施方式中，电磁阀2和电磁阀2可被驱动用于提供从电化学水 处理装置19的一个或多个消耗隔室到电化学水处理装置19的至少一个电极隔室的流体连 通。
[0110] 在某些实施方式中，存储系统24与进料流5的下游部分进行结合，并且流体连通 至IJ，例如以再循环回路方式，电化学水处理装置19上。例如，来自进料流5的水可流入入口 30,并且与包含于存储系统24中的主体水相混合，并且流至产品流23或通过出口 33离开， 并且通过电磁阀1流到电化学水处理装置19中用来处理或除去任何不需要的物质。在某 些实施方式中，离开电化学水处理装置19的净化水可通过入口 31进入存储系统24从而与 来自进料流5的水进行混合。通过这种方式，在存储系统24以及去电离子装置19以及进 料流5之间能够形成一种回路，其可起到用于补充经由产品流23离开的水的方法的功能。
[0111] 附图2A涉及附图2所示的工艺流程图，用粗线条突出显示的液体流动路径包含再 循环集中回路，其中所述集中回路补充水包括由阳离子交换树脂流出的酸性水。当离子电 导探针29b检测到在确定的预设数值之上的电导率值时，例如，在大约400 μ S/cm之上，那 么再循环集中回路补充水包括来自酸性液体流10的水。当离子电导探针29b检测到在确 定的预设数值之下的电导率值时，例如在大约400 μ S/cm之下，那么再循环集中回路补充 水包括来自进料补充水流11的水。对液体再循环进行举例说明，其中包括通过电化学水处 理装置19的一个或多个出口的离开集中流的流体进入管道14和四通电磁阀2的第二个端 口。集中流离开阀2的第一个端口，并且进入管道15。管道15与三通电磁阀3的第一个 端口和管道12流体连通。在这个实施方式中，三通电磁阀3具有允许再循环集中回路补充 水能够含有由阳离子交换树脂装置9离开的酸性液体流10的功能。所述酸性集中回路补 充水离开阀3的第一个端口，并且进入管道12,在那里其进一步流向四通电磁阀1的第二 个端口。集中流离开阀1的第一个端口进入管道13,在那里其流入电化学水处理装置19 的一个或多个入口中。这种安排能够提供净化水、低电导率以及低TDS/总硬度至电化学水 处理装置19的一个或多个电极隔室中和/或一个或多个消耗隔室中，所述电化学水处理装 置19通过管道将其递送到存储系统24中。这种安排还可使集中水、高电导率以及高TDS/ 总硬度的水进行再循环至电化学水处理装置19的一个或多个集中隔室中。可对流体再循 环进行安排，以便流体流动通道能够以串联或以并联的方式通过电极和/或集中隔室。此 夕卜，流体再循环能够被安排，以便使得当排出阀4打开时，离开阳离子减缓树脂装置的酸性 水与废弃物流是流体连通的。这种方式会允许酸性集中回路补充水可以含有废弃物流的至 少一部分，从而导致减少水垢形成。
[0112] 在某些方面，控制器，通过一个或多个传感器，能够监测和/或测量在存储系统24 中水的水质，并且还可监测和/或测量流到产品流23的液体的流速或水质。并且随后给予 上述测量的特性对电化学水处理装置19的操作参数和/或阀1、阀2以及阀3进行调节。 例如，当存储系统的电导率达到超出40 μ S/cm的数值时，那么控制器能够驱动阀3至"打 开"位置，从而允许酸性流体流10可以含有集中回路补充水。此外，当在存储系统中水的电 导率为400 μ S/cm以下时，那么控制器可驱动阀3使其位于"关闭"位置，从而允许进料补 充流11可以包含集中回路补充水。
[0113] 附图2B是附图2所示的工艺流程图，用粗线突出显示的液体流动通道其中绕过了 阳离子交换树脂装置9。在这个实施方式中，三通电磁阀具有使离开阳离子交换树脂9的酸 性流体流10绕道，并且允许再循环集中回路补充水可以包含来自流体流11的进料水的作 用。这种安排能够用于提供：在一个或多个处理再循环结束时，并且，此外，在反转的清洁再 循环之前，对清洁再循环进行冲洗，从而保护阳离子交换树脂装置的交换能力。
[0114] 对集中回路的冲洗可通过将进料补充流11传递通过电磁阀3和电磁阀1，并且之 后通过电化学水处理装置19的电极和/或集中隔室来进行。可以完成冲洗，以便流体流动 通道能够以串联或以并联的方式通过电极和/或集中隔室。此外，净化水，来自存储系统 24,能够在进入电化学水处理装置19之前，流经管道17、阀1、以及管道18。通过这种方式， 净化水可被使用，除进料水之外，用于冲洗集中流。
[0115] 还可以绕过阳离子交换装置9,从而对情况进行调节，其中酸性水反之则并不需要 集中补充水。在某些实施方式中，当存储在存储系统24中的水具有低于一种预设数值的 电导率值时，例如，预设数值在大约400 μ S/cm，不需要添加酸性水，因为在低浓度下，在电 化学水处理装置中的去除率是较低的，并且因此进料水足以维持再循环集中流的LSI为在 1.2数值以下。这也有助于维护阳离子交换树脂的交换能力。在这种情况下，当存储在存储 系统24中的水具有超过预设数值的电导率值时，例如400 μ S/cm，那么可将离开阳离子交 换树脂装置的酸性流体添加到集中回路中，有限地基于，例如，在使废弃物流的酸性，以及 随后的LSI降低。
[0116] 也可以绕过阳离子交换树脂装置9,从而调节"安全模式"的情况。例如，阳离子交 换树脂可以被消耗，并且需要维护。在某些实例中，传感器，例如，RFID天线，将检测交换树 脂的状态，并且将所述信息传递到控制系统中。所述控制系统能够，例如，随后关闭三通电 磁阀3,从而进料流11包含及肿瘤的补充水。在本发明所述的系统和方法的某些非限制性 实施方式中，产量恢复率为从大约80%至大约85%。在另一个非限制性实施方式中，所述 产量恢复率为大于90%。在某些其他的实施方式中，计时器或流量器可被用于确定阳离子 交换媒介的有效性和/或能力。
[0117] 根据本发明所述的系统和方法的进一步实施方式，进料补充水11和酸性补充水 10都被允许以一定比例流入再循环集中流。其可通过，例如，用流量限制器来代替三通电磁 阀来实现。所述流量限制器允许在集中流中的进料补充水浴酸性补充水之间比例的改变及 控制，例如，20 %来自酸性补充流并且80 %来自进料补充流。或者50 %来自酸性补充流并 且50%来自进料补充流。
[0118] 根据本发明所述的系统和方法的进一步实施方式，消毒和/或清洁装置组件可与 处理系统同时应用。所述消毒或清洁系统可包括任意的装置，该装置能够使任何微生物 (例如细菌）遭到破坏或致使失活，至少部分地使微生物遭到破坏或失活，该微生物（例如 细菌）可聚集在处理系统任意组件上。清洁或消毒系统的实施例不但包括那些可引入消毒 剂或消毒化合物，例如卤素、卤素-供体、酸或碱的系统，还包括可使处理系统的湿组件暴 露于能够卫生处理的热水温度中的系统。进一步根据本发明所述的系统和方法的实施方 式，处理系统可包括末期或后期处理系统或子系统，其可在递送到使用点之前提供流体的 最终净化。这种后期处理系统的实施例包括，但不限于，那些将流体暴露于光学照射或紫外 线照射、和/或臭氧的系统，或通过微量过滤或超过率去除不需要化合物的系统。因此，根 据本发明所述的系统和方法的一个或多个实施方式，处理系统可用于家庭服务和安装，例 如，安装在洗涤槽下，并且提供净化水，其可在递送到使用点（例如水龙头）之前，通过暴露 于紫外线照射来进行处理。
[0119] 进一步根据本发明所述的实施方式，处理系统可包括系统和技术，这些系统和技 术允许处理装置任何组件的消毒。例如，处理系统可被暴露于消毒溶液或消毒剂中。所述 消毒剂可以为任意材料，该材料能够使至少一部分任何活微生物遭到破坏或至少可使其失 活，活微生物例如细菌，其存在于处理系统的任意组件或子系统中。消毒剂的实施例可包括 任意的碱、酸、或消毒杀菌剂，例如可破坏或是细菌失活的卤素或卤素-供给化合物、过氧 化物或过氧化物-供给化合物。所述消毒剂可通过任何适当的装置或技术引入到处理系统 中。例如，可将氯引入到存储系统中。氯能够通过来自消毒剂储藏池的次氯化物的注射进 行引入，消毒剂储藏池可流体连接到处理系统的任意适当的部分。氯化的水可进一步进行 再循环通过处理系统的至少一部分，从而使系统的湿部分暴露于消毒剂中。
[0120] 根据另一个实施方式，排出水，其包括例如离开排出阀4的水，可被用于辅助用途 以便用于或提供额外或二次效益。例如，排出水可用于提供，例如灌溉水，用于住宅、商业、 以及工业应用，例如，用于灌溉，用于再循环利用，或用于收集的或集中的盐类的回收。
[0121] 在又一个实施方式中，处理系统包括一种混合系统，其可流体地连接到流体分配 系统和存储系统的至少其中之一。混合或共混系统可包括与流体分配系统的一个或多个连 接，以及与进料流的连接。所述混合系统可提供，例如，未净化水与净化水的流体混合，从而 形成可供应给产品流的服务用水。例如，混合系统可包括至少一种T型汇流器、混合水槽和 /或室，或两者都含有，其可使存储系统的出口以及进料流流体连通。在某些情况下，混合 系统可包括一种阀，其可控制任何未净化水流、净化水流、以及任何其他流到产品流中的流 的流动。在另一个实施方式中，所述阀可以是一种定量阀，其可根据预设比例使净化水与未 净化水混合。在另一个实施方式中，所述阀可通过控制器进行驱动，其是基于，例如，流速、 水质、以及与产品流相关的具体供给为依据。例如，如果产品流要求应用低硬度水，那么控 制器能够调节非净化水的量，如果有的话，其能够通过在使用测量混合水流电导率的传感 器的闭合回路控制中驱动阀门使其与净化水进行混合，该阀门可调节未净化水的流速。在 另一个实施方式中，根据产品流的要求，所述阀能够调节净化水的流速，净化水将与未净化 水进行混合。在另一个实施方式中，处理装置可被操作用于达到设定点，该设定点比任何一 种或多种产品流所要求的都低，从而净化水与未净化水的任意混合都可产生能够满足每种 产品流的具体要求的服务用水。那些通用技术应当了解，处理系统可以是可调节的，从而可 适应任何需求的变动以及水质要求的改变。例如，本发明所述的系统和方法能够产生低LSI 的水，其将可用于处理系统，总的来说，在扩展的空转期间。在一些实施方式中，低LSI水能 够用于从系处理系统的湿组件，其能够降低产生水垢的可能性，并且应当增加独立组件，以 及处理系统整体的使用寿命。根据一些实施方式，本发明所述的系统和方法提供了产生具 有低电导率的净化液体的条件，净化液体例如水。处理系统可包括流体再循环，其为电化学 水处理装置的电极隔室提供净化的或者，在一些情况下，软化的水，或者，在另一些情况下， 提供低电导率的水，和/或低LSI的水。
[0122] 在本发明所述的系统和额方法的另一个实施方式中，处理系统40包括用于调节 流体流动的一个或多个流量调节器。例如，流量调节器可调节经由排出阀4排放到废弃物 流的流体的量或体积。根据本发明所述的系统和方法的另一个实施方式，流量调节器是一 种阀门，其根据一种预设安排能够间歇地打开或关闭一段预设的时间，从而允许流过预设 的体积。流动的流体的量或体积是能够进行条件或改变的，其是通过，例如，改变流量调节 器位于打开或关闭的频率，或者通过改变流量调节器位于打开或关闭期间的持续时间。在 一个实施方式中，流量调节器能够通过控制器进行控制或调节，通过。例如，一种驱动信号。 因此，在本发明的一个实施方式中，控制器将一个驱动信号，例如一种无线电、电流、或气压 信号，提供至具有例如发动机或隔膜的驱动器中，这种驱动器可使流量调节器打开并且关 闭。通过阀或流量调节器调节的流体可以是在处理系统40的任意再循环或流中的任何流 体。
[0123] 在一个或多个非限制性实施方式中，阳离子交换树脂装置可用于改变进料水的一 个或多个特性，例如降低pH。此外，进料水的一个或多个测量的特性可用于确定再循环集中 回路的一个或多个特性，例如，LSI。在某些实施方式中，在再循环集中流中酸性的或进料补 充流的应用控制了在再循环集中流中水的特性，例如，通过降低LSI。另外的安排及组合，例 如，基于对进料水和在存储系统中包含的水二者的测量控制再循环集中流的一个或多个特 性，也认为是在本发明所述的系统和方法的范围内。
[0124] 实施例
[0125] 本发明所述的系统和方法将通过下述实施例进行进一步阐述，这些实施例本质上 是用于说明而不是为了对本发明公开范围的限制。
[0126] 实施例1
[0127] 根据本发明所述的系统和技术的一个或多个实施方式的处理系统，如附图2示意 图所示，评估其针对控制操作系统的性能，控制操作系统如附图1示意图所示。通过比较研 究来对清洁15加仑体积的进料水所产生的废弃水的体积评估。所述系统还对其在再循环 集中流中维持低LSI (< 1.2)的能力进行评估。提供给这两个系统的进料水所含有的成分 是一致的，都具有大约550ppm的TDS水平、20gpg的硬度，以及大约7. 4的pH。水槽总体较 为30加仑，并且水的初始电导率为约958 μ S/cm。
[0128] 在下述条件下，CEDI装置对水进行处理：
[0129] 模块：HydroDI? 产品编号 HN109,购买自 Hydronovation Inc.公司
[0130] 25个单元对-连续运行的低流量小堆
[0131] 隔室尺寸：3"χ?Γ'
[0132] 外加电压：50 Volts (DC)
[0133] 再循环集中和产品排出流速：1加仑/分钟
[0134] 再循环集中LSI值：1.4
[0135] 排出/废弃连续排出流速：小于3加仑/分钟
[0136] 在下述条件下，用阳离子交换树脂装置处理水：20"x 4. 5"阳离子H+形式滤芯（强 酸阳离子滤芯）（AQUALINE?，工业序列号SACBB20H，由Systematix USA公司生产）。在处理 系统中适用的离子电导率探针符合Mettler Toledo公司电导率传感器的型号200。所使用 的三通电磁阀为ASCO?，型号8320G196。当水槽中的水检测的电导率升高到400μ S/cm 的数值之上时，那么集中回路补充水来自于酸性补充流。相反地，当水槽中的水检测的电导 率下降到400 μ S/cm的数值之下时，那么集中回路补充水来自进料补充流。测试运行的终 点设置在180 μ S/cm，其相当于大约4gpg。平均来说，得到这些结果所需的时间量为大约两 个小时。
[0137] 附图3通过图形阐述了上述两个处理系统的废水体积（分别对应于附图2和附图 1所示的工艺流程图）。左边的Y轴及相对应的曲线指的是，对于上述处理系统二者而言， 在实验过程中水槽中水的电导率的变化。右边的Y轴及相对应的曲线指的是，在测试运行 期间产生的废水体积。
[0138] 不使用阳离子交换树脂媒介的回收率为62. 5% (相当于9加仑的废水体积），而 使用了阳离子交换媒介所产生的回收率为大约80% (相当于3。9加仑的废水体积）。据 此可以预测出超过90%的回收率是能够实现的。
[0139] 上述结论指出，当没有树脂媒介可供使用时，在集中回路中维持低的LSI需要产 生较高体积的排出废水。相比之下，三通电磁阀的存在允许系统绕过交换媒介（并且因此 再循环集中流补充水是获自进料管线），此时水槽电导率下降到400 μ S/cm。
[0140] 实施例2
[0141] 实施例2的系统产率测试
[0142] 依据附图1所示的处理系统，通过实施一种算法的应用对其进行优化，从而控制 排出阀4的打开和关闭。所述算法将在水槽24中水的电导率、电化学水处理装置19的离子 去除率、进料流5的物理性质、以及在再循环集中回路水中的目标离子浓度（在最后15分 钟再循环时确定的）考虑在内。当排出阀4打开时，其允许部分集中回路拍到废水中。同 时，集中回路可由进料集中补充水11重新装满。同时采用了硬的进料集中补充水和软的进 料集中补充水进行实验。
[0143] 执行单一基于时间的算法，此时，将排出阀打开3. 3秒，并且然后关闭26. 7秒，而 不考虑进料的电导率、电化学水处理装置的离子去除率、或者水槽水的电导率。所述基于时 间的算法产生自1.4(相当于水槽中水的电导率值增加到400yS/cm以上）到0.8(相当于 水槽中水的电导率值降低到400 μ S/cm以下）的不同的集中回路LSI值。所述基于时间的 算法产生50 %的回收率，不论是针对硬水进料还是软水进料。
[0144] 将上述单一基于时间的算法与一种算法进行比较，该算法将考虑到水槽24中水 的电导率、电化学水处理装置19的离子去除率、进料流5的物理性质、以及集中回路中的 目标离子浓度。这种多因素算法导致维持在大约1. 2(相当于水槽中水的电导率为大约 400yS/cm)数值的集中回路LSI值。所述多因素算法将回收率值提高到64%。
[0145] 在另一项研究中，软水（混床树脂）交换装置被配置用于处理进料集中补充水。进 入的进料的硬性离子交换为Na+，但是所述软水交换装置并不会对集中流的pH有影响，因此 集中回路水的LSI值不具有显著地改变。
[0146] 另一项研究是在将一种弱酸阳离子交换树脂装置配置用于处理进料集中补充水 时进行的。这种配置可用于确定的进料水形式。
[0147] 在一项进一步的研究中，水槽水可作为集中回路补充水使用。结果显示出系统回 收率或产率没有显著改善，并且，事实上，对于相同量的水清洁而言这种处理系统必须运行 一段较长持续时间段。不受理论的约束，这种类型的配置可用于其他的应用，例如，当进料 具有高硬度特征时。
[0148] 实施例2测试运行
[0149] A使用一种强酸阳离子交换树脂装置来酸化进料水，其随后作为补充水用于再循 环集中回路。一种水处理系统，其依据附图2所示并且包括阳离子交换装置9(AQUALINE? 工业系列强酸性阳离子交换芯蓝盒20"x4. 5")，该水处理系统可用于产生酸性集中补充水， 并且将其置于与三通电磁阀3流体连通的位置上。三通电磁阀3可被配置用于操作，以便 当排出阀4打开时，来自阳离子交换装置9的酸性水10进入到集中回路中，从而降低pH并 且维持低LSI值。止回阀28a、止回阀28b、以及止回阀28c被配置用于允许流体的定向控 制，但是可能不需要可供选择的设置。此外，再循环稀释流离开水槽24,进入管道17,并且 在离开管道20并且进入阀2至管道21之前，流经阀1、管道18、以及去电离子装置19。来 自稀释流的离子进到再循环集中回路中。
[0150] 附图4阐述了一种可选择的水处理系统，其与附图2类似，但是其中具有流体连接 到流量限制器37(-种多向闸阀）的阳离子交换装置9。这种处理方法允许以一种固定比 率同时将进料补充水11和酸性补充水10流到再循环集中流中。流量限制器37允许对进料 补充水与酸性补充水之间的比例进行变化和控制，例如，20%来自酸性补充流，同时80%来 自进料补充流；或者，50%来自酸性补充流，二50%来自进料补充流。流入集中回路中的交 换（H+)水的量和进料水的量（所述水绕开了阳离子交换装置），是通过一种内联水量累加 器进行确定。所述进料流具备下述成分：550ppm的TDS水平、7. 3-77. 4的pH值、大约2gpg 的硬度值、以及200ppm的碱性值。总水槽体积为24加仑，使用挡板式水槽。
[0151] 在下述条件下，在电化学去离子装置中处理水：
[0152] 模块：HydroDI? 序列号 HN108 获自 Hydronovation Inc.公司。
[0153] 模块尺寸：25个单元对
[0154] 模块的单元体积：9" x2. 5"
[0155] 外加电压：50Volts(DC)
[0156] 再循环集中和产品排出流速：1加仑/分钟
[0157] 再循环集中回路水的一些物理性质，例如，pH、TDS、电导率、温度，可在最后的15 分钟再循环内使用冲洗样品进行估算。在所述15分钟再循环期间，来自稀释流的例子进入 到集中流中。在15分钟之后，用进料水对所述集中流进行冲洗，该进料水相比于再循环集 中流而言具有较低的电导率和硬度值。正规的冲洗为大约12秒的持续时间，随之的排出阀 4流出的伴随流速为大约1加仑/分钟。电化学处理装置19的离子集中一侧的冲洗要求 在对极性进行反转之前，用于避免具有高度集中水的存储水槽24中水的污染。在最后15 分钟再循环时开始测量可用来确定再循环集中回路的LSI。一旦全部的水槽体积达到大约 180 μ S/cm的期望目标电导率水平，那么可确定系统产率/回收率。当确定了系统产率/回 收率完成情况后，就可检测废水的体积。将产品体积固定为15加仑，并且将排出打开的顺 序规划为维持在72. 5%的系统产率。
[0158] 进行一项基准测试，并且所得结果显示出在不使用阳离子交换装置情况下的水处 理系统的系统产率/回收率为大约64%，同时具有大约1. 2-1. 3的LSI值。对于在集中回 路中LSI值的标准操作点为大约1. 2。所述基准测试是与附图4所阐述的水处理系统作比 较，其中流量限制器37用于将在集中回路补充水中的进料水变换为H+交换的水。附图5 用图形阐述了使具备排出水的LSI的酸性补充水的体积增加的效果。Y轴对应于最大和平 均计算的LSI值；并且，X轴对应于在每15分钟运行过程中，由阳离子交换装置进入到集中 回路中的水的量（总废水的百分体积）。最大的LSI是依据在15加仑测试期间得到的三个 最高pH/TDS读数进行计算。结果显示，通过为集中回路提供低pH水，所述集中回路LSI可 能被显著地降低。
[0159] 附图5显示了当将系统产率固定为72. 5%且允许改变LSI时，再循环集中回路 LSI与精料水的组成成分之间的关系。结果显示出，再循环集中回路水的LSI能够通过改变 进入到集中回路中的酸性水的量得到控制，但是并不会增加废水体积或者模块清洁速率。 上述结果可在附图中显示出，通过将LSI值强制为0并且保持72. 5%的系统产率。所述结 果显示出，当20%的再循环集中回路补充水是来自阳离子交换装置时，可以得到72. 5 %的 系统产率以及1. 2的LSI值。此外，当80%的补充水是来自阳离子交换装置时，LSI值会降 至0 (但是此时仍然维持72. 5 %的系统产率）。低LSI值的优势在于，模块能够维持在不产 生水垢的环境下，因而明显地降低了水垢形成的可能性，这种可能性的降低不仅是指模块 中，还指其他的系统组件（例如，阀门和管道）中。
[0160] 使用附图2中所示的设置进行随后的实验。当20%的集中回路补充水来自阳离子 交换装置时，可得到75%的系统产率预计1. 2-1. 3的LSI值。据估计，回收率超过80 %是 能够实现，此时可仍然维持1.2的LSI值。当100%的集中回路补充水是来自阳离子交换装 置时，可以得到93%的系统产率（相当于15gpg)。在必要的时候，来自阳离子交换装置的 酸性水能够用于使模块稳定或去除水垢。酸性水具有从模块中的薄膜以及树脂上去除某些 有机物的能力，因而可防治这些污染物的堆积。模块清洁的进行可以在，例如，要求进行的 时候进行，或者模块清洁可通过编程用以依据一种触发事件发生，例如，根据系统性能以及 操作参数。
[0161] 系统产率的增加意味着，数量明显较低的激活周期对于排出阀和三通电磁阀是必 要的，因为较长的再循环时间与排出次序没有关系，根据已经在其他处理系统中出现的情 况可知。
[0162] 当系统组件中的薄膜和水垢成为问题时，例如在电容去离子处理系统中成为问题 时，阳离子交换树脂的应用还可以与ED(电渗析）模块一起使用，并且，其还可应用到其他 的硬度去除系统中。此外，为了减少树脂的使用，可以将在每次再循环最后的冲洗设置为仅 仅绕过阳离子交换装置。针对其中的强酸树脂媒介不存在或者被消耗无法使用的情况，也 可以绕过阳离子交换装置，以便提供一种"安全模式"。在这种"安全模式"下，系统产率将 会落回到大约65%。
[0163] 本领域技术人员应理解，本文描述的参数和配置是示例性的，且实际参数和/或 配置将取决于使用本发明的系统和技术的具体应用。通过使用不超过常规实验，本领域技 术人员也应认识到或能够确定本发明的具体实施方案的等效物。因此应理解，本文描述的 实施方案仅以举例的方式提供，且在所附权利要求书和其等效物的范围中，并且可用具体 描述的方式以外的方式来实践本发明。
【权利要求】
1. 一种水处理系统，包括： 电化学水处理装置； 再循环集中流，该再循环集中流与电化学水处理装置的第一入口和第一出口以流体连 通； 控流装置，该控流装置与包括酸性水并且其被配置用于与再循环集中流以流体连通的 第一流动通道以及包括进料水并且其被配置用于与再循环集中流以流体连通的第二流动 通道以流体连通；以及 控制系统，该控制系统与控流装置以流体连通。
2. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括与电化学水处理系统的第二入口和第二出 口以流体连通的再循环稀释流。
3. 根据权利要求2所述的系统，进一步包括与再循环稀释流连通的至少一个电导率传 感器。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中控制系统被配置用于，至少部分地基于再循环稀 释流测量的电导率，来调节用于控流装置的功率。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中所述第一流动通道是与再循环集中流以流体连 通。
6. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括与第一流动通道以流体连通的阳离子交换 树脂装置。
7. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括与再循环集中流以流体连通的废弃物流。
8. -种用于处理水的方法，该方法包括： 使集中流再循环通过电化学水处理装置的第一入口和第一出口； 使稀释流再循环通过电化学水处理系统的第二入口和第二出口； 测量再循环的稀释流的至少一个特性；以及 至少部分地基于所述再循环稀释流的至少一个测量的特性，对到再循环集中流的包含 酸性水的第一流动通道进行控制。
9. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括：至少部分地基于所述再循环稀释流的至 少一个测量的特性，对到再循环集中流的包含进料水的第二流动通道进行控制。
10. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括测量进料流的至少一个。
11. 根据权利要求10所述的方法，进一步包括：至少部分地基于进料流的至少一个测 量的特性，对第一流动通道进行控制。
12. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括将部分再循环集中流排出到废弃物流。
13. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括通过存储系统的第一出口形成一种产品 流，存储系统与电化学水处理装置的第二入口和第二出口以流体连通。
14. 根据权利要求13所述的方法，进一步包括：至少部分地基于以第一入口连通到所 述存储系统的流体的至少一个测量的特性，控制到电化学水处理装置的流量。
15. 根据权利要求14所述的方法，进一步包括测量产品流的至少一个特性。
16. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括：至少部分地基于产品流的至少一个测 量的特性，控制到产品流的流量。
17. -种用于提供净化水的方法，该方法包括 是再循环稀释流穿过电化学水处理装置中的至少一个消耗隔室的入口和出口； 测量再循环稀释流的至少一个特性； 根据至少一个已测量的特性，计算再循环稀释流的LSI ; 确定上述已测量的LSI与目标LSI之间的差异；以及 至少部分地基于在已测量的LSI与目标LSI之间的差异，对控流装置中的流动通道进 行控制。
18. 根据权利要求17所述的方法，进一步包括使再循环集中流穿过电化学水处理装置 中的至少一个集中隔室的入口和出口。
19. 根据权利要求18所述的方法，进一步包括提供一种与再循环集中流以流体连通的 酸性水流，并且，至少部分地基于上述已测量的LSI与目标LSI之间的差异来控制到再循环 集中流的含有酸性水流的流动通道。
【文档编号】C02F1/00GK104203832SQ201380016848
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2012年1月30日
【发明者】安尼尔·D·吉哈, R·梅赫米 申请人:海德罗诺威什公司