用于工业应用的离子交换树脂的集成的酸再生的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于离子交换树脂的集成酸再生的方法和系统，其用于清洁应用。公开了设计用于使用处理过的、软化的、酸性水源中的各种清洁应用中的酸性树脂。公开了在清洁应用中使用通过可酸再生的离子交换树脂而生成的软化的酸性水的各种方法以有利地减少处理过的表面上的斑点、成膜和结垢，减少和/或消除了对聚合物、阀剂和/或漂洗助剂的需要，使用在酸性水排出物中生成的质子而触发在各种清洁应用中有用的事件。
【专利说明】用于工业应用的离子交换树脂的集成的酸再生
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于离子交换树脂的酸再生的方法和集成的装置，该离子交换树脂用于各种工业清洁应用。特别地，酸再生的树脂系统被集成到在任意的清洁应用中使用的器皿清洗机器或者其他在线清洁机器，该酸再生的树脂使用水源来提供显示出相对低的总溶解固体(TDS)的软化的酸性水源。还公开了各种使用通过可酸再生的离子交换树脂而生成的软化的酸性水的方法。另外，根据本发明的方法和装置的有利之处还在于，减少处理过的表面上的斑点和成膜、阻止处理过的表面上的结垢、减少洗涤剂源中所需要的聚合物和阀剂(threshold reagent)、以及使用在酸性水排出物中生成的质子来触发在本文中所公开的各种清洁应用中有用的事件。
【背景技术】
[0002]各种用于降低水的硬度的水处理方法已众所周知并且被商业化应用。洗涤剂和其他清洁剂经常包含多种组分以提高洗涤剂的清洁活性，包括例如抵消水的硬度的影响的组分。已知硬水通过在表面成膜并与洗涤剂和其他清洁组分反应这两者来降低清洁效力，使得它们在清洁过程中功能降低。本领域的技术人员实施了各种抵消和/或消除水硬度的方法，包括例如将螯合剂或者多价螯合剂以足以处理硬度离子的量加入到去污组合物中，和/或通过离子交换而软化水源。离子交换可以用于用结合于水软化单元中的树脂床上的钠或其他离子交换水中的例如钙和镁的硬度离子。
[0003]各种离子交换方法已经为本领域技术人员熟知。最经常的是，水穿过交换树脂以将硬度离子钙和镁粘附在软化器中的树脂上。然而，当该树脂饱和之后就需要使用大量的溶解在水中的氯化钠来再生该树脂。这种再生工艺具有很多已知的缺陷，即，需要使用用于冲洗该树脂的盐水溶液和来自于所添加的氯化钠的氯化物。因此，当水软化器再生时它们产生包括大量的钠的废物流，对于处置它们的系统例如下水道系统产生负担。生成的废物带来很多关于下游水的再使用的问题，包括例如水的再使用应用，如饮用水的用途和农业。另外，传统的水软化剂会增加排放的表面水中的含盐量，这已经成为某些地区的环境问题。这些和其他的商业上可获得的水软化方法的限制在美国专利申请系列号12/764，621、题目“用于控制水硬度的方法和装置”中已经更加详细地进行了阐述，其所有的内容在此清楚地通过引用而合并在本文中。
[0004]因此，要保护的发明的一个目的是开发改进的用于再生离子交换树脂的方法和集成的系统，其用于在线的公共机构的和工业的应用，例如器皿清洗机器。
[0005]本发明的进一步的目的是开发用于使用可酸再生的离子交换树脂来为各种公共机构的和工业的应用进行水的预处理，从而减少在清洁组合物(例如洗涤剂)中的聚合物和阀剂的需求的系统和方法。
[0006]本发明的进一步的目的是通过应用由集成的可酸再生的离子交换系统而生成的软化的酸性水来改进器皿清洗结果。
[0007]本发明的更进一步的目的是开发在器皿清洗机器或其他在线清洁机器中应用处理过的水源中的质子来触发事件的方法，所述事件例如树脂再生、分配另外的洗涤剂和/或其他清洁助剂，等。
[0008]更进一步，本发明提出用于通过使用可酸再生的离子交换树脂来处理水源从而降低器皿清洗应用中的结垢的方法和系统。
[0009]更进一步，本发明提供方法和系统，其用于在器皿清洗应用中使用酸再生的离子交换树脂来为改进的器皿清洗降低TDS，包括降低斑点和/或膜形成。
[0010]发明简述
[0011]在本发明的一个方面，一种采用由酸再生的离子交换树脂以用于生产酸性软化水源的的集成系统，包括:用于提供水源的入口 ；水处理池，其中，所述入口与所述水处理池流体连通；容纳在所述水处理池内的水处理组件，其中，所述水处理组件包含至少一种离子交换树脂，该离子交换树脂能够通过交换所述树脂上的质子和所述水源中的溶解的阳离子而生成处理过的水源，所述阳离子包括水硬度离子和总溶解固体，其中，所述离子交换树脂为酸性形式或者为惰性金属形式；出口，其中所述出口与所述水处理池流体连通；腔室，制件放置于其中用于清洁；在所述出口和所述腔室之间流体连通的处理过的水的输送管线；清洗槽，其中，所述清洗槽与将清洗剂分配到所述清洗槽内的分配模块流体连通；清洗剂输送管线，与所述清洗槽和所述腔室流体连通；酸输送管线，与所述水处理池流体连通，其中，酸再生剂被输送到所述水处理池用于再生所述离子交换树脂。在一个方面，处理过的水源是软化的、酸性的和总溶解固体(TDS)低的水，该水具有低于约2格令的硬度等级和低于约6 的 pH。
[0012]在本发明的另一方面，一种使用酸再生的离子交换树脂来处理用在的清洁应用中的硬水的方法，包括:将在器皿清洗机器中使用的硬水源与水处理组合物接触，其中，所述水处理组合物包括至少一种离子交换树脂，其中，所述离子交换树脂通过交换所述树脂上的质子与所述水源中的溶解的阳离子而生成处理过的水，所述溶解的阳离子包括水硬度离子和总溶解固体，其中，所述离子交换树脂是酸性形式或惰性金属形式，并且其中所述离子交换树脂使用酸而再生；在器皿清洗机器中生成处理过的水源；以及将处理过的水源提供到腔室中，制件放置于腔室中用于清洁；其中，所述处理过的水源是软化的、酸性的和总溶解固体(TDS)低的水，该水具有低于约2格令的硬度等级和低于约6的pH。
[0013]虽然公开了多个实施方案，从下面表明和描述了本发明的说明性的实施方案的详细的叙述，本发明的另外的其他的实施方案对于本领域的技术人员是明显的。因此，所述附图和详细说明被视为实质上是说明性的而不是限制性的。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1A-1B表示可以被改装到系统中以在各种清洁应用中使用酸再生离子交换树脂的装置的实施方案。
[0015]图2表示根据本发明的用酸再生剂来再生离子交换树脂的装置的实施方案。
[0016]图3A-3B表示使用层状的离子交换树脂床(3A)和混合层状离子交换树脂床(3B)来处理水源的本发明的实施方案。
[0017]图4表示在器皿清洗系统中的集成的酸再生离子交换树脂装置的示例性的示意图。
[0018]图5表示根据本发明的在器皿清洗系统中的集成的酸再生离子交换树脂装置的再生的示例性的示意图。
[0019]图6表示根据本发明的实施方案的酸再生的离子交换树脂的容量相对于处理过的水的pH的图。
[0020]图7表示根据本发明的实施方案的酸再生的离子交换树脂的容量相对于处理过的水的硬度的图。
[0021]图8表示在水的硬度处理方面层状的弱酸性离子交换树脂床(单种树脂)的容量相对于层状的弱酸性离子交换树脂与强酸性离子交换树脂床的图。
[0022]图9表示层状弱酸性离子交换树脂床(单种树脂)相对于层状的弱酸性离子交换树脂和强酸性离子交换树脂床的PH相对于容量(加仑)的图。
[0023]图10A-10B表示根据本发明的实施方案的使用强酸再生剂进行再生所产生的酸性树脂所实现的pH的图。
[0024]图11表示根据本发明的实施方案采用图10A-10B的示例性的酸再生剂的树脂再生后的处理过的水的硬度的图。
[0025]图12表示根据本发明的实施方案采用各种合适的酸再生剂的树脂的pH的图。
[0026]图13表示根据本发明的实施方案采用图12的各种合适的酸再生剂的树脂再生后的处理过的水的硬度的图。
[0027]本发明的各种实施方案将会参考附图进行详细阐述，在附图中贯穿几个视图相似的标号代表相似的部分。对各种实施方案的参考并不限制本发明的保护范围。本文中示出的附图并不构成对根据本发明的各种实施方案的限制，而是用于对本发明的示例性的说明。
【具体实施方式】
[0028]本文公开涉及用于使用集成的可酸再生的离子交换树脂为在线清洁系统即器皿清洗应用预处理水的方法和系统。用于在器皿清洗应用中获得和施用软化的酸性水的本文的方法和系统或装置相对于以减少水的硬度为目标的常规的水软化系统和/或装置具有许多优点。例如，本发明提供很多意想不到的下游有利点，包括例如:改善水质和器皿清洗结果，减少在使用硬水的器皿清洗应用中经常采用的洗涤剂、其它的聚合物和/或清洁组分的消耗量、防止在处理过的表面上结垢、形成斑点和/或成膜。另外，使用根据本发明而生成的集成的酸性软化水在器皿清洗应用中或其他在线清洁应用中引发下游事件、包括例如:在器皿清洗机器中树脂的再生和/或另外的清洁组分的分配的方法、系统和装置，具有多种优点。
[0029]本发明的实施方案不限于用于在器皿清洗机器中获得和施用软化的酸性水的特定方法、系统和装置，其可以变形并被本领域的技术人员理解。应进一步理解的是，本文使用的所有术语仅为了描述特定实施方案，而不意欲以任何方式或范围进行限制。例如，如本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个(种)”和“该(所述)”可包括复数指代，除非上下文另有明确说明。进一步地，所有单位、前缀和标号可以其SI可接受的形式表示。说明书中提到的数值范围包括定义范围的数字，并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0030]定义
[0031]为了使得本发明更容易理解，首先定义某些术语。除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明实施方案所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。可以在本发明实施方案的实践中使用与本文所描述的那些类似、对本文所描述的那些进行修饰的、或与本文所描述的那些等价的许多方法和材料而无需过多的实验，本文描述了优选的材料和方法。在描述和要求保护本发明实施方案时，将根据下面阐明的定义使用以下术语。
[0032]本文所使用的术语“约”是指数值量的偏差，其可例如通过用于在现实世界中制备浓缩物或使用溶液的典型测量和液体处理工序而产生；通过这些工序中的偶然误差而产生；通过用于制备所述组合物或实施所述方法的成分的制造、来源或纯度的差异而产生，等。对于源自特定起始混合物的组合物来说，术语“约”还包括因不同的平衡条件而不同的量。不论是否用术语“约”修饰，权利要求书均包括数量的等同方式。
[0033]本文所使用的术语“助洗剂(builder) ”、“螯合剂”、“多价螯合剂”是指以具体的摩尔比率与水硬度离子(来自于清洗水、正被清洗的污染和底物)形成络合物(可溶或者不可溶)的化合物。可以形成水溶性络合物的螯合剂包括三聚磷酸钠、EDTA、DTPA、NTA、柠檬酸盐、及其类似物。可以形成不可溶的络合物的多价螯合剂包括三磷酸钠、沸石A、及其类似物。本文所使用的术语“助洗剂”、“螯合剂”、“多价螯合剂”是同义的。
[0034]本文所使用的术语“缺乏有效量的螯合剂(或助洗剂/多价螯合剂)”是指这样的组合物、混合物、或成分，其包含太少量的螯合剂、助洗剂或多价螯合剂而不能够可测量地影响水的硬度。
[0035]本文所使用的术语“清洁”是指实施或帮助:去除污染、漂白、减少微生物的种群、或其结合。
[0036]本文所使用的术语“消毒剂”是指使用A.0.A.C Use Dilut1n Methods, OfficialMethods of Analysis of the Associat1n of Official Analytical Chemists, paragraph955.14 and applicable sect1n, 15th Edit1n, 1990 (EPA Guideline 91-2)中所描述的工序杀死包括最常见的病原微生物的所有营养性细胞的试剂。本文所使用的术语“高水平消毒”或“高水平消毒剂”是指，除了高水平的细菌孢子，基本上杀死所有的有机体的化合物或组合物，并且利用美国食品和药物管理局批准作为灭杀剂(sterilant)出售的化学杀菌剂而起作用。本文所使用的术语“中等水平消毒”或“中等水平消毒剂”是指，用美国环保局(EPA)注册为杀结核菌剂的化学杀菌剂来杀死分枝杆菌、大部分病毒和细菌的化合物或组合物。本文所使用的术语“低水平消毒”或“低水平消毒剂”是指，用EPA注册为医院用消毒剂的化学杀菌剂来杀死一些病毒和细菌的化合物或组合物。
[0037]本文所使用的术语“微生物(microorganism) ”是指,任何非细胞或单细胞(包括菌落的)有机体。微生物包括所有的原核生物。微生物包括细菌(包括蓝细菌)、孢子、地衣、真菌、原生动物、朊病毒、类病毒、病毒、噬菌体和一些藻类。本文所使用的术语“微生物(microbe) ”是微生物的同义词。
[0038]本文所使用的术语“卫生消毒剂(sanitizer)”是指，将细菌污染物的数量减少到公共卫生要求所判断的安全水平的试剂。在实施方案中，在本发明中使用的卫生消毒剂能提供至少99.999%的减少(5-对数级的减少)。这些减少可以使用Germicidal andDetergent Sanitizing Act1n of Disinfectants, Official Methods of Analysis ofthe Associat1n of Official Analytical Chemists, paragraph 960.09 and applicablesect1n, 15th Edit1n, 1990 (EPA Guideline 91-2)中阐明的工序进行评价。根据该文献，卫生消毒剂应该在室温25+/-2°C下在30秒之内针对一些试验的有机体提供99.999%的减少(5-对数级的减少)。
[0039]为了本专利申请的目的，当微生物种群被减少至少约50%时，或通过用水清洗实现明显更高的效果时，实现成功的微生物减少。微生物种群的减少越大，提供保护的水平越大。
[0040]抗菌“杀(-cidal) ”或“抑(-static) ”活性的差异(即描述效力的程度的定义)，以及用于测量该效力的官方试验室规程，对理解抗菌剂和组合物的关联性而言是需要考虑的事项。抗菌组合物可影响两种微生物细胞破坏。第一种是致命的、不可逆转的作用，导致微生物细胞的完全破坏或者丧失能力。第二种细胞破坏是可逆转的，使得如果使该有机体去除了上述试剂，那么它又可以繁殖。前者称之为杀菌而后者为抑菌。根据定义，卫生消毒剂和消毒剂是提供抗菌或者杀菌活性的试剂。与此相对，防腐剂则通常被描述为抑制剂或抑菌组合物。
[0041]本文所使用的术语“溶解的水硬度”或“水硬度”是指，以离子形式溶解在水系统或者水源中的硬度矿物质，即Ca++和Mg++。溶解的水硬度不是指，当其为沉淀状态时的硬度离子，也就是当水中的钙和镁的各种化合物超过溶解度极限，这些化合物以各种盐例如，举例而言碳酸钙和碳酸镁沉淀出来时的硬度离子。
[0042]本文所使用的术语“阀剂”是指，抑制水硬度离子从溶液中结晶，但不需要与水硬度离子形成具体的络合物的化合物。这将阀剂与螯合剂或多价螯合剂区分开来。阀剂包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、烯烃/马来酸共聚物、以及类似物。
[0043]本文所使用的术语“器皿”指的是物品，如食用和烹饪厨具、盘子和其他硬质表面如淋浴器、水槽、马桶、浴缸、台面、窗户、镜子、运输车辆和地板。“器皿”经常由各种塑料组成，包括但不限于聚碳酸酯聚合物(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)和聚砜聚合物(PS)。另一种示例性塑料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
[0044]本文所使用的术语“器皿清洗”或“对器皿清洗”是指清洗、清洁或漂洗器皿。器皿也指由塑料制成的物品。
[0045]本文所使用的术语“水”或“水源”是指，能够与本发明的方法、系统和装置一起使用的任意的水的来源。适合于在本发明中使用的示例性的水源包括但不限于，来自于市政水源或私有水系统的水，例如公共水供应或井。所述水可以是城市给水、井水、由市政水系统供给的水、由私有水系统供给的水、和/或直接来自于所述系统或井的水。所述水也可以包括来自于使用过的水的池的水，例如用于储存再循环水的再循环池、储存槽、或者其任意组合。在一些实施方案中，所述水源并不是工业过程水，例如产自浙青回收操作的水。在其他的实施方案中，所述水源不是废水流。
[0046]本文所使用的术语“水溶性”是指，能以大于lwt-%的浓度溶解于水中的化合物或组合物。本文中使用的术语“微溶”或“微水溶”是指，仅以至0.l-l.0wt-%的浓度溶解于水中的化合物或组合物。本文所使用的术语“基本不水溶”或“不水溶”是指，仅以至小于0.lwt-%的浓度溶解于水中的化合物。例如，因为其在冷水中的水溶性(wt-% )约为0.00062，在热水中为约0.00860，氧化镁被认为是不溶的。其他与本发明的方法一起使用的不溶的化合物包括例如:在冷水中水溶性为0.00090在热水中为0.00400的氢氧化镁，在冷水中水溶性为0.00153在热水中为0.00190的文石，以及在冷水中水溶性为0.00140在热水中为0.00180的方解石。
[0047]本文所使用的术语“重量百分比”、“以重量计的百分比”、“重量以及其变形是指，作为如该物质的重量除以组合物的总重量并乘以100得到的物质浓度。应理解此处使用的“百分比”、等意在与“重量百分比”、“Wt% 等同义。
[0048]本发明的实施方案
[0049]根据本发明的方法、系统和装置的实施方案，提供可酸再生的离子交换树脂用于预处理用于清洁应用的水。优选地，具有带有羧酸官能团的聚合物基体的树脂被用于捕获水硬度离子，随后使用酸来再生该树脂，以再使用于生成用于清洁应用的软化的酸性水。令人惊奇地是，本发明提供了本发明的方法、系统和装置的各种排出水的新颖的使用方式。特别地，尽管从再生步骤来的排出物被送到废物流和/或来自于运行循环的排出水是酸性软化水并且可以在各种清洁应用中用于清洗或漂洗。尽管机理的理解对于实施本发明不是必要的而且本发明并不限制于任何的特殊的作用机理，然而认为在一些实施方案中，根据本发明而获得的有利点是由于从水硬度离子到所述树脂上的交换产生质子。
[0050]根据本发明的进一步的实施方案，所述方法、系统和装置提供新颖的监控水源的机理。与监控和/或测量在水源中水的硬度离子相反，可以使用常规的PH测量来触发清洁应用中的各种事件。例如，PH测量(S卩，由质子/酸性水的增加而引起)可以用于触发水处理组件或装置的树脂的再生的步骤，和/或改变在特定清洁应用中清洗或漂洗表面所需要的洗涤剂消耗量。可选地，进入的硬水的pH可以与处理过的酸性软化水进行比较，其中pH的差异(differential)可以用于监控工作系统。
[0051]本发明通过如下方式克服了商业上可获得的水软化方法的缺陷，即，通过提供用于再生树脂的改进的方法和提供来自于系统的处理过的排出物的清洁利点，即，在各种清洁应用中质子有助于清洁效力。另外，本发明提供了预料不到的、要求降低的量的聚合物、阀剂/试剂和/或其他洗涤剂组合物中的组分的有利点。在进一步的预料不到的应用中，本发明有备于消除进入到清洁应用中的化学输入，例如酸性漂洗助剂。
[0052]本领域的技术人员基于本文中公开的本发明的方法和系统的公开将会确定其他的有利点、使用和/或应用。这样的实施方式也被并入到本发明的范围之内。
[0053]用于水处理的装置和系统
[0054]在一些实施方案中，本发明涉及集成有本文中公开的酸再生的离子交换树脂以用于清洁应用中的软化的酸性水的在线使用的装置和/或系统。所述装置和/或系统适用于控制水的硬度。在一些方面，本发明的所述装置和/或系统包括基本不水溶的树脂材料。优选地，本发明的装置和/或系统不从水中沉淀出物质(例如阀剂)。不限定于本发明的特定理论，所述装置和/或系统导致质子从树脂上释放而换取将水硬度离子结合到树脂上，这引起PH的改变(即酸性软化水)，即由于从树脂上生成了质子而导致的pH降低。更优选地，所述装置和/或系统不会增加处理过的水源的总溶解固体(TDS)。
[0055]在一些方面，本发明的所述装置和/或系统包括集成到清洁应用中的水处理组合物或水制备系统(在后文中，该术语也同义地使用)，所述清洁应用例如，举例来说为器皿清洗机器。所述水处理组合物可以是各种物理形式。在实施方案中，所述水处理组合物包括离子交换树脂。
[0056]离子交换树脂
[0057]根据本发明的所述装置和/或系统的离子交换树脂可以是各种物理形式，包括例如片、珠、膜或类似的形式。在一些实施方案中，所述离子交换树脂是基本不水溶的树脂材料。在一些实施方案中，所述离子交换树脂是酸性阳离子交换树脂。如本文所公开的，各种树脂材料可与本发明的装置一起使用，以通过交换离子交换树脂上的质子与在水源中溶解的阳离子来处理水源，所述阳离子包括水硬度离子和总溶解固体。
[0058]在一些实施方案中，所述树脂材料包括酸性阳离子交换树脂。所述酸性阳离子交换树脂可以包括弱酸性阳离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、和/或它们的结合(经常称为层状的树脂系统或床，如本领域的技术人员的理解那样，其可以进一步包括层状的混合树脂系统或床。)
[0059]在实施方案中，所述离子交换树脂是具有聚苯乙烯基体和磺酸官能团的强酸性交换树脂。在另外的实施方案中，离子交换树脂可以具有:带有磺酸官能团的聚苯乙烯、带有磺酸官能团的聚苯乙烯、及其混合物。
[0060]适用于本发明的弱酸性阳离子交换树脂包括但不限于，带有羧酸官能团的交联的丙烯酸、带有羧酸官能团的交联的甲基丙烯酸、及其混合物。在一些实施方案中，树脂聚合物还具有另外添加的共聚物。所述共聚物包括但不限于丁二烯、乙烯、丙烯、丙烯腈、苯乙烯、偏二氯乙烯、氯乙烯、及其衍生物和混合物。
[0061]在优选的实施方案中，所述离子交换树脂是具有聚丙烯酸共聚物基体和羧酸官能团的弱酸性交换树脂。优选地，所述离子交换树脂具有带有包括羧酸的官能团的表面。可选地，所述离子交换树脂具有包括包含磺酸的官能团的表面。
[0062]在一些实施方案中，所述树脂材料是丙烯酸聚合物，其为水源提供具有约150-约100，000的分子量的聚丙烯酸酯材料。在另外的实施方案中，所述树脂材料为水源提供具有相对低分子量例如低于约20，000的分子量的聚丙烯酸酯材料。并不根据本发明而受限，所有提及的分子量的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0063]在一些实施方案中，所述树脂包括具有附着在活性位置的H+离子的弱酸性阳离子交换树脂。在另外的实施方案中，所述树脂包括具有附着在活性位置的羧酸官能团的弱酸性阳离子交换树脂。
[0064]各种商业上可获得的弱酸性阳离子交换树脂是可获得的，包括但不限于，Amber I ite? IRC 76 (陶氏化学公司);Dowex? mac-3 (陶氏化学公司)，以及各种另外的树脂。另外的关于合适的树脂材料和系统的描述，包括另外的商业上可获得的树脂，公开于美国专利申请系列号12/764，621、名称为“用于控制水硬度的方法和装置(Methods andApparatus for Controlling Water Hardness) ”中，其全部的内容通过引用而清楚地在此并入本文中。
[0065]本发明的一个可选的实施方案是，使用阴离子交换树脂。并不希望受限于本发明的特定理论，阴离子交换树脂的使用会通过获得软化的碱性水源而提供有利点。
[0066]如本领域的技术人员会确定地，所述树脂材料可以任何形状和尺寸来提供，包括珠状、棒状、盘状、或多于一种形状的结合。在一些实施方案中，所述树脂材料选自由凝胶型树脂结构、大孔型树脂结构、及其结合所组成的组。并不希望受限于任何特定理论，认为树脂颗粒尺寸会影响树脂材料控制水硬度的能力。例如，在一些实施方案中，所述树脂材料可以具有约0.5mm-约1.6mm的颗粒尺寸。在其他的实施方案中，所述树脂材料可以具有5.0mm大小的颗粒尺寸。所述树脂材料还可以包括颗粒尺寸的混合，即大颗粒和小颗粒的混合。不会根据本发明而受限，所有提及的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0067]另外的被认为会影响树脂材料控制水硬度的能力的因素包括但不限于，颗粒尺寸分布、交联的量、以及所使用的聚合物。在一些实施方案中，交联的聚合物(例如丙烯酸)为约0.5%交联-约25%交联。在其他的实施方案中，聚合物为低于约8%的交联、低于约4%的交联、或低于约2%的交联。不会根据本发明而受限，所有提及的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0068]在一些实施方案中，树脂控制水硬度的能力受是否具有窄的颗粒尺寸分布例如均匀性系数为1.2或更小、或宽的(高斯)颗粒尺寸分布例如均匀性系数为1.5-1.9的影响。不会根据本发明而受限，所有提及的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0069]另外，认为树脂的选择性可被修饰，以使得树脂相对于另一种离子而更亲和于一种离子。例如，包含在树脂中的交联的量和聚合物的类型被认为会影响树脂的选择性。相对于其他的离子而针对特定离子的选择性亲和在如下情况中可以是有利的，其中针对特定离子例如铜的高亲和力对树脂本身也许是破坏性的、例如污染或毒害。所述树脂材料可以通过多种机理、包括但不限于通过离子力或静电力而结合阳离子。
[0070]酸再生剂
[0071]适用于根据本发明的装置和/或系统的离子交换树脂的再生的酸再生剂对于从树脂上移除水硬度离子是必需的。根据本发明，可以采用各种酸再生剂以为树脂提供质子，从而恢复软化和酸化需要处理的水的容量。在一个方面，所述再生剂是酸。根据本发明的示例性的酸包括盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、柠檬酸、乙酸、甲磺酸和甲基磺酸。在一些方面，酸再生剂为强酸。在其他的方面，酸再生剂为弱酸。在另外的方面，酸再生剂可以为无机和/或有机酸。在另外的方面，所述再生剂为酸性盐。示例性的酸性盐包括硫酸脲和硫酸氢钠。在优选的方面，所述再生剂为硫酸脲。
[0072]在一个方面，所述酸再生剂被以商业上可获得的浓缩形式容纳在储存池中。浓缩物优选具有低于约5、优选低于约2、优选低于约1、更优选低于约O的pH。不会根据本发明而受限，所有提及的PH范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。例如，具有约-3至约I的pH的浓缩的硫酸脲可以用作本发明的离子交换树脂的浓缩的酸再生剂。优选地，所述酸再生剂在经过所述离子交换树脂之前进行稀释。这允许使用浓缩的酸再生剂，这尤其是减少了运输的负担和成本。在一个方面，酸再生剂相对于稀释剂(例如水)的稀释比例为约1:1-约1:20，优选为约1:2-约1:20。不会根据本发明而受限，所有提及的稀释比例范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0073]在一个方面，所述酸再生剂与所述树脂接触一段时间，从数分钟到约90分钟，优选从约I分钟到约60分钟，更优选从约5分钟到约30分钟。
[0074]在本发明的一个方面，在再生循环中使用的酸再生剂的浓度将依赖于所采用的酸再生剂的类型。在一些实施方案中，用于为离子交换树脂提供酸再生剂的溶液中所使用的酸的浓度为，再生的所需要的酸获取(access of acid)的约I % -约20%，约2% -约10%或约5% -约10%。不会根据本发明而受限，所有提及的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。另外，需要从离子交换树脂中去除的硬度的量会影响用于本发明的再生步骤的酸再生剂的量。
[0075]示例性的水制备系统
[0076]本发明的装置和/或系统可以容纳在各种水制备系统内以用于在清洁系统中在线使用，而为清洁和/或漂洗提供酸化的水源，所述清洁应用例如为器皿清洗机器。在本发明中使用的水制备系统或装置20的例子示于图1A-1B，其可以包括、由以下组成和/或基本由以下组成:用于向处理池26提供水源的入口 22 ;包含水处理组合物28 (例如离子交换树脂)和待处理的水源29的处理池；提供来自于所述处理池26的处理过的酸性水31的出口 24 ;以及用于为清洁系统32即器皿清洗系统内的特定应用提供处理过的酸水的处理过的水的输送管线30。
[0077]根据本发明的各种方法，水源29经过离子交换树脂28，来自于水源29的水硬度阳离子(例如钙离子和镁离子)附着于离子交换树脂28，置换质子进入处理过的水源，产生酸性软化水31。
[0078]本发明的装置和/或系统设计用于使用酸再生剂的再生。一旦离子交换树脂28到达枯竭点(其中，来自于水源的多价硬度阳离子已负载于树脂上，使得发生不充足的阳离子交换或不能进一步发生阳离子交换)，那么酸再生剂就用于从所述阳离子交换树脂去除所述多价硬度阳离子。这样的再生的示例性的实施方案示于图2，其中，水制备系统或装置20还包括、由以下组成和/或基本由以下组成:含有酸源44的壳体或储存池42和用于向处理池26提供酸源44的输送管线46。输送管线46连接酸源44和水源47，以生成更稀的酸源48来再生离子交换树脂28。稀释的酸源48随后被泵入处理池26以经过离子交换树脂28并且使得水硬度阳离子置换来自于稀酸源的质子，从而再生枯竭的离子交换树脂并且生成包含有硬度离子的水的废水源50，废水源50将会从水制备系统或装置20中移除。
[0079]如本发明的说明书所提出地，离子交换树脂的再生可以被各种事件触发。在实施方案中，由于被某一事件触发的系统内的大气压，来自于储存池42的浓缩的酸源44与水源结合。触发事件，本文中指的是对于离子交换树脂的再生，可以包括例如:预定的再生循环，其基于以下内容的设定的量(也就是阈值水平)和/或以下内容的测定值和目标量，包括例如离子交换树脂所处理的水的体积，根据本发明的在处理过的水中和/或待处理的水源中的TDS水平，处理过的水的pH、自之前的离子交换树脂的再生开始的清洁事件/循环的次数；等。
[0080]如图2所示,再生步骤在相反方向上移动液体分别穿过所述的入口和出口，22和24，即与图1A-1B中所描述的当离子交换树脂28用于去除水硬度而生成软化的酸性水的方向相反。有利地，这在最小化入口/出口和输送管线的数量方面减少了水制备系统或装置20的复杂性。在另外的实施方案中，从再生步骤来的废物产品(也就是含硬度离子的水50)可以被添加到水源29中以用于后续的根据本发明的方法的处理。
[0081]分别如图3A-3B所示，本发明的装置和/或系统还可以采用层状的树脂床和/或层状的混合树脂床。在本发明的实施方案中，层状的树脂床包括多于一个的酸性阳离子交换树脂。例如，如图3A所示，水制备系统或装置20可以包括、由以下组成和/或基本由以下组成:用于向第一处理池26(容纳有第一离子交换树脂28)提供水源的第一入口 22 ;用于向第二处理池26提供来自于第一处理池26的处理过的酸性水31的第一出口 24 ;用于向第二处理池26 (容纳有第二离子交换树脂28)提供处理过的水源的第二入口 22 ;用于向处理过的水的输送管线30提供处理过的酸性水的第二出口。从本发明的描述应当理解，可以采用复数个树脂床，例如多于两个的处理池26和多于两个的离子交换树脂28。如图1B所提出的，本发明的各种实施方案均可以用于在清洁应用32中输送处理过的酸水。
[0082]在进一步的实施方案中，如图3B所示，水制备系统或装置20可以包括层状的混合树脂床，其包括、由以下组成和/或基本由以下组成:用于向第一处理池26 (容纳有第一离子交换树脂28)提供水源的第一入口 22 ;用于向第二处理池26提供来自于第一处理池26的处理过的酸性水的第一出口 24 ;用于向第二处理池26 (容纳有第二离子交换树脂28，其中所述第二离子交换树脂不同于容纳在第一处理池中的离子交换树脂，或者其中所述第二离子交换树脂含有多于一种的离子交换树脂，其中一种离子交换树脂可与容纳于第一处理池的离子交换树脂相同)提供处理过的水源的第二入口 22 ;用于向处理过的水的输送管线30提供处理过的酸性水的第二出口。
[0083]在图3A-3B中所示的层状的酸性阳离子交换树脂可以包括:弱酸性阳离子交换树脂的组合、强酸性阳离子交换树脂的组合、和/或弱酸性阳离子交换树脂与强酸性阳离子交换树脂这两者的组合的组合。
[0084]在一些实施方案中，处理过的水的输送管线30被并入到清洗和/或清洁系统32的内部，例如图4所示的器皿清洗系统。示例性的清洗机器32是用于清洁各种餐具和厨房物体、例如但不限于餐馆、自助餐馆和面包房中所用的罐和平底锅的“器皿清洗”机器。通过器皿清洗机器32清洗的物体在本文中称作“制件”。制件在制件架上被供给到器皿清洗机器32，其被放置于清洗机器32的清洗腔室78的内部。根据本发明，可采用这些和其他类型的器皿清洗机器。
[0085]在示例性的实施方案中，集成的水制备系统或装置20可以包括:用于向处理池26 (容纳有离子交换树脂28)提供水源的入口 22 ;用于向水输送管线30提供来自于处理池26的处理过的酸性水以在器皿清洗系统32中、即该系统的清洗腔室78的内部进一步使用的出口 24。进一步地如图4所示，器皿清洗系统32提供了多条输送管线60和62，用于泵送液体穿过该系统内部的独立的管线。还包括另外的输送管线，用于泵送流体至系统的各个部分，包括进入系统和离开系统，例如如图5中进一步公开的输送管线92、94和96。另夕卜，在特定的清洗系统中还可以并入另外的储存槽，例如水储存槽82(如图5所示)。这样的示例性的附图是根据本发明的器皿清洗清洁系统32的非限定的示例。
[0086]在图4所示的示例性的实施方案中，具有两条输送管线60和62，以分别提供漂洗流体(即，没有或者没有另外的漂洗助剂64的处理过的酸性水31)和清洗流体(即，洗涤剂溶液70)穿过清洗腔室78内的多个喷洒臂66，68。多个喷洒臂66，68将喷水(或其他流体)80分配到系统的清洗腔室78内。喷洒流体80的输送在图4示为输送漂洗流体；但是这样的喷洒流体80可进一步穿过清洗腔室内的其他喷洒臂输送。喷洒臂可以通过多种机构(图中未示出)可操作地安装在清洗腔室的内部，所述机构包括:例如可操作的安装在绕着纺锤的轴旋转的纺锤上。如图4所示，喷洒臂由压力驱动；然而，也可以采用其他的用于控制清洁系统32的喷洒臂66、68的实施方案，这些实施方案包含在本发明的保护范围之内。例如，如图5所示，所述系统的漂洗臂可以由泵84控制。两种设计都适于本发明的清洁系统。
[0087]在一个方面，清洗流体由水和容纳于系统内的清洗槽72中的洗涤剂和/或其他聚合物源70组成。这样的系统可以采用清洗泵74将洗涤剂和/或其他聚合物溶液70作为喷洒流体80输送穿过系统的喷洒臂68 (该喷洒在图4中未示出)。在一个方面，器皿清洗系统32可以包括在输送管线中使用用于输送加热的酸性水32的辅助加热器76，以用于清洁应用的漂洗步骤。辅助加热器76 (包括在任何储槽和输送管线中)的使用是任选的并且是实施方面的事情。
[0088]在一个方面，器皿清洗系统32可以使用在入口处(例如驱动的三通阀)采用泵的联合的输送管线，来减少集成系统所需要的泵的数量。有利地，这允许使用单泵来施用多于一个的水和/或化学源到清洁应用32。例如，漂洗助剂的输送可以采用系统内的另外的槽；然而，这样的输送管线可以采用泵，以与例如根据本发明的处理过的酸性水31共用进入喷洒臂的入口，使得所述系统内的输送管线的数量最小化。
[0089]在进一步的方面，器皿清洗系统32可以包括在系统内使用另外的处理池26。更进一步的方面可以包括使用另外的水处理装置。所述另外的水处理装置可以包括例如碳过滤器、反渗透过滤器、水软化器等。接下来，处理过的水可以再次作为清洁应用的源而提供，例如在器皿清洗应用32中使用。期望用另外的水处理装置处理过的水通过水输送管线30、60而输送到系统的喷洒臂66。本领域的技术人员会确定,可以与本发明的水制备系统或装置20 —起采用一个或者多个另外的水处理装置。另外，所述一个或者多个另外的水处理装置可以在水源根据本发明的方法处理之前或者处理之后与水制备系统或装置20 —起使用。就其本身而言，在使用另外的水处理装置之前，使用离子交换树脂28来处理水源的水制备系统或装置20的构造，是本发明的非限制性的实施方案。在更进一步的可选的实施方案中，没有另外的水处理装置与本发明的水制备系统或装置20 —起使用。
[0090]在本发明的方面，在清洁应用中的一个或者多个槽可以通过使用各种泵、槽和喷嘴选择来优化用于该特殊的流体(例如处理过的酸性水、洗涤剂溶液、漂洗溶液等)。
[0091]在一些实施方案，将集成的水制备系统和装置20 (包括容纳有离子交换树脂28的处理池26)并入到清洗和/或清洁系统32，这可以采用另外的槽和流体输送管线以用于根据本发明的方法再生离子交换树脂28。如图5所示的非限制性的实施方案，用于所示的器皿清洗清洁系统32的集成的水制备系统或装置20，进一步采用再循环的方法来再生离子交换树脂。结果是，对于这样的清洁系统需要采用另外的输送管线、输入管线和泵。
[0092]使用再循环方法而再生离子交换树脂的系统进一步包括水储存槽82和漂洗泵84作为清洁系统32的组件。水储存槽82可以在形状、尺寸和/或清洁系统32内的方向上变化。水储存槽82对于在清洁系统32中保持处理过的水31很快可用是有用的。如其所示，处理过的水源通过输送管线30、60直接被传输到水储存槽82。但是，在可选的实施方案中，水输送管线30可以直接将处理过的水传输到水储存槽82。在另外其他的实施方案中，水输送管线30和/或62可以直接将处理过的水直接传输到位于清洗腔室78内的一个或者两个系统的喷洒臂66、和/或水储存槽82。
[0093]在图5所示的本发明的实施方案中，水储存槽82进一步地流体连接于泵84，以控制储存在水储存槽82中的处理过的水流入直接位于清洗腔室78内的系统的喷洒臂66。还可以采用漂洗输送管线86 (在采用水储存槽82来输送所述处理过的酸性水到喷洒臂，例如66，而不是将来自于处理池26的处理过的酸性水31直接输送时)。
[0094]在本发明的另外的方面，在离子交换树脂再生的过程中，水储存槽82可以是酸再生剂90的添加源。酸再生剂90通过酸再生剂输送管线88供给到清洁系统32中，该酸再生剂输送管线88与水储存槽82流体连通。在指定的、再生所述系统的处理池26内的离子交换树脂的时间，水储存槽82会填充酸再生剂90和水源(保留在水储存槽中的处理过的水或者未处理过的水)的组合。在一个方面，还包括:用于向水储存槽提供水源的另外的输送管线92。这在本文中可以称作未处理过的水的供应输送管线92。然后，在水储存槽82填充有期望浓度的酸再生剂(已用水源稀释过)时，泵84就会控制稀释的酸再生剂穿过稀释的酸再生剂输送管线96而流入容纳有离子交换树脂28的处理池26。然后，离子交换树脂28再生，产生废物源或排出物。该排出物可以通过废物输送管线94从处理池26中排掉，例如直接输送排出物到设备中的排水沟的管线。
[0095]图5所示的本发明的非限制性的实施方案并没有示出所有的可能存在的进入到清洁系统的输入源或管线。例如，漂洗助剂64和洗涤剂溶液70的输入源没有示出，但是理解为包含在图5所示的清洁系统32的范围之内。
[0096]尽管在图4-5的系统中没有示出，但是所述器皿清洗系统或其他清洁系统可以并入针对任意流体槽(例如26，72)的自动的槽倾泻和填充装置(dump and fill)。该特征使得从流体槽及因而从所述系统排出和填充全部或者部分的体积。例如，在器皿清洗机器的实施方案中，清洗槽72可以自动响应于清洗槽72中的变化、例如清洗槽的污染而排出或者填充。流体槽的排出和填充的使用会进一步采用带有或者不带有传感器的阀门。
[0097]在并不一定示出于图4-5的其他的实施方案中，处理过的水的输送管线30可以将处理过的水31提供到清洗和/或清洁系统32中的另外的水处理装置38。另外的水处理装置38可以包括例如碳过滤器或反渗透过滤器。用另外的水处理装置38处理的水然后可以通过清洁应用32的内部的另外的水输送管线40连接。本领域的技术人员可以确定，可以与本发明的水制备系统或装置20 —起采用一个或者多个另外的水处理装置。另外，所述一个或者多个另外的水处理装置可以在水源根据本发明的方法用水制备系统或装置20处理之前或者处理之后采用。就其本身而言，在使用另外的水处理装置38之前，使用离子交换树脂28来处理水源的水制备系统或装置20的构造，是本发明的一个非限制性的实施方案。在更进一步的可选的实施方案中，没有另外的水处理装置与本发明的水制备系统或装置20一起采用。
[0098]在一些实施方案中，在出口和处理过的水的输送管线之间并没有过滤器。在其他的实施方案中，在出口和处理过的水的输送管线之间具有过滤器。另外，流动控制装置40，例如阀门或者其他用于控制置于其中待输送的液体的流动和压力的机构，可以提供于处理过的水的输送管线30上，以控制清洗系统内部的处理过的水31的流动。在可选的实施方案中，水源和/或处理过的水这两者的流速可以通过流动控制设备来控制。
[0099]在一些实施方案中，水处理池26可以是任何能够保持水处理组合物(例如离子交换树脂)28的池子。池子26可以为例如槽、筒(cartridge)、各种物理形状或尺寸的过滤床、或柱。在其他的实施方式中，树脂材料可以附着或者粘附在固体基底上。所述基底可以包括但不限于，流动通过过滤器型的平板或纸。所述基底还可以为能够被流体化的颗粒。
[0100]本发明的装置和/或系统可以包括一个或者多个水处理池26。例如,可以使用包含相同或者不同的水处理组合物28的两个、三个或四个处理池。所述一个或者多个处理池可以以任意排列提供，例如它们可以串联或者并联提供。在一些进一步的实施方案中，整个处理池可以是可拆卸的且可被替换的。在其他的实施方案中，处理池可以构造成使得包含在处理池内部的水处理组合物可以是可拆卸且可被替换的。
[0101]处理池可以包括用于向处理池提供水的入口、和用于向期望的清洁应用、例如器皿清洗机器提供处理过的水的出口。在一些实施方案中，入口位于池子的顶部，并且出口位于池子的底部，如图3所示。在可选的实施方案中，入口位于池子的底部，并且出口位于池子的顶部。这使得水向上流动穿过包含在处理池内的水处理组合物。在更进一步的实施方案中，入口和出口可以位于池子的顶部的，如图1-2所示。然而如本领域的技术人员会确定地，处理池的布局和/或设计和/或在水制备系统或装置内部的处理池的摆设和方向，是可以改变的，而且可以适应于特定的公共机构的或工业应用来供使用。
[0102]在一些实施方案中，处理池包括水处理组合物的搅拌床。用于搅拌组合物的方法包括例如，穿过柱的水流、通过流体化、机械搅拌、空气喷射、喷射流(educator flow)、折流板、流动阻隔器、静态搅拌器、高速流动回洗、再循环、及其组合。处理池可以进一步包括在包含于其中的组合物上方的顶部空间，以允许更为流化的床。在一些实施方案中，树脂材料具有的密度稍微高于水的密度，以最大化树脂材料的流体化和/或搅拌。
[0103]在一些实施方案中，入口可以进一步包括压力喷洒喷嘴或者喷射喷嘴(educatornozzle)。喷洒喷嘴可以将水以增加的力提供到处理池。该增加的压力可以增加水处理组合物的搅拌并且可以使树脂循环通过喷射喷嘴。在一些实施方案中，喷洒喷嘴将水以约5英尺/分钟-约200英尺/分钟的速率提供到处理池。
[0104]如本文所公开的，在保持本文所公开的对于水处理的功能以提供软化的、酸性水源的同时，根据本发明容纳有所采用的树脂的处理池可以在其设置、方向、形状和/或尺寸上变化。例如，在本发明的一个方面，对于处理池和/或树脂可以采用较长的或者较窄的壳体，以最大化或者增加水源与树脂系统的接触时间。在本发明的另一个方面，处理池和/或树脂可以长度较短和/或较宽，以使得具有相对短的水源与树脂系统的接触时间，和/或使得流速和/或系统内部的压力降最大化。根据本发明的一个方面，对于处理池和/或树脂的壳体的形状和尺寸是可调整的和/或可修改的，以平衡水源与阳离子交换树脂的接触的时间量。作为本领域的技术人员，在本发明公开的基础上会理解，水源和交换树脂的该接触时间还会影响处理过的酸性水源的性质，例如水的酸化的程度、TDS的量和/或硬度离子的去除程度。
[0105]另外的功能性的组
[0106]在一些实施方案中，另外的功能性的组分可以与容纳在处理池内部的水处理组合物(例如离子交换树脂)一起包含在水制备系统中。所述另外的功能性的组分可以包含在处理池和/或水处理组合物中，或者它们可以从外部源例如另外的功能性的组分的入口而被供给到处理池。
[0107]另外的功能性的组分可以在水源进入到处理装置之前直接添加到待处理的水源中。可选地，另外的组分可以在水源穿过离子交换树脂之前加入到处理池中。
[0108]适于与本发明的装置和/或系统一起使用的另外的功能性的组分包括，对水处理方法、待处理的水源、或其任意结合带来有利性能的任何材料。适合的另外的功能性的组分的示例包括，表面活性剂，优选显示出润湿性能的表面活性剂(例如漂洗添加剂来增加薄片性(sheeting))、卫生消毒剂和/或灭菌剂(例如提供卫生消毒性漂洗)、酸性洗涤剂、酶洗涤剂及其类似物。
[0109]根据本发明的处理水源的方法
[0110]在一些方面，本发明提供在清洁应用、例如器皿清洗机器中控制水硬度并生产酸性软化水源的方法。根据本发明的方法，生产出具有小于约2格令(grain)的硬度并且具有小于约7的pH、更优选小于约6的pH的酸性软化水。随后，所述酸性软化水可以用在清洁应用之中。
[0111]针对控制水硬度的方法也可以理解为包括:用于在处理过的表面上减少结垢(scaling)、积垢(buildup)和/或污染(soiling)的方法,其中根据本发明的酸性软化水施用于清洁应用中。另外，本发明的方法还可以理解为包括保护设备、例如工业设备免于相同的结垢和/或污染，并且通过将软化酸性水施用于需要处理的表面而提供提高的清洁效力。每个相同的方法在如下方面也是有效的:由于酸性软化水而减少常规的去污组合物的使用；和/或减少在下游的清洁工艺中具体化学品的需求，例如包含阀剂、螯合剂或多价螯合剂或含磷的那些化学品。
[0112]本文所公开的方法可以包括:将水处理组合物(例如酸再生的树脂材料)与水源、即硬水源接触。在一些实施方案中，水处理组合物包含在处理池和/或水制备系统中。接触的步骤可以包括但不限于，使水源流过或者穿过水处理组合物(例如离子交换树脂)。如本领域的技术人员可以确定地，水源的接触时间依赖于多种因素，包括例如水源的pH、水源的硬度和水源的温度。
[0113]如本领域的技术人员在不付出过多的试验的条件下就可以施用地，水源可以各种流速施用(即水源与树脂的接触)。例如，在优选的实施方案中，穿过本发明的系统的流速为约0.5-约50加仑/分钟。在其他的实施方案中，流速为低于约8加仑/分钟，低于约40加仑/分钟，低于约100加仑/分钟，低于约200加仑/分钟，或约100-约1500加仑/分钟，或约160-约1400加仑/分钟，或约400-约1200加仑/分钟。作为进一步的例子，在一些实施方案中，本发明的装置的流过速度为约低于约I立方英尺/分钟，低于约5-约200立方英尺/分钟，约20-约175立方英尺/分钟，或约50-约150立方英尺/分钟。不会根据本发明而受限，所有提及的流速范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0114]作为进一步的例子，常规的离子交换设备设计用于流速为约0.3-约3.0英尺/分钟的水流速度。该流速对于允许来自于水的离子扩散到树脂的表面上而发生离子交换工艺的时间是重要的。不会根据本发明而受限，所有提及的流速范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0115]任选地，在一些实施方案中，所述方法包括在接触水处理组合物(例如树脂)的步骤之前加热水源。任何加热水源的方式均可以与本发明的方法和装置一起使用。在一些实施方案中，水被加热到约30°C -约100°C的温度。所有提及的温度范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0116]在一些方面，根据本发明的水处理还将冷的、硬水源提供到水制备系统。在使得水源和水处理组合物(例如树脂)接触和加热之后，获得处理过的、软的、酸性水并可以用于各种本文中所公开的应用用途。尽管并不意在限定于本发明的任何特定理论，不过，来自于树脂的质子(例如来自于弱酸性离子交换树脂上的羧酸基团的H+)与水源中的水硬度离子交换而提供所述处理过的、软的、酸性水。
[0117]优选地，根据本发明控制水硬度和生产酸性软化水源，这得到具有低于约7的pH、更优选低于约6的pH的处理过的水源。不会根据本发明而受限，所有提及的pH范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0118]处理过的水源优选具有低于约3的水硬度、更优选低于约2格令、更优选低于约I格令、进一步更优选为约O格令。不会根据本发明而受限，所有提及的水硬度范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0119]根据本发明的方法，水处理组合物的树脂可以与水源接触，直到枯竭点，S卩，由于使足量的水源流过它，因此负载有多种多价硬度阳离子。在一些实施方案中，多种多价离子包括但不限于，水源中存在的钙和镁。并不希望限定于任何特定理论，认为随着水流过树月旨，水中的钙和镁离子将会附着在树脂上，将质子置换进入到处理过的水源中，产生酸性软化水。
[0120]在树脂枯竭的点，例如不再能够与水源中的水硬度离子交换质子，该树脂根据本文中公开的方法来再生。根据本发明，离子交换树脂使用酸即酸再生剂而再生。根据本发明，酸再生剂将质子提供到树脂上以恢复根据本发明软化和酸化需要处理的水的容量。在一个方面，酸再生剂是强无机酸或者酸性盐。优选的再生离子交换树脂的实施方案使用硫酸脲作为酸再生剂。
[0121]所述酸再生剂与枯竭树脂的接触可为从数分钟到约90分钟，优选从约I分钟到约60分钟，更优选从约5分钟到约30分钟。不会根据本发明而受限，所有的范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0122]根据本发明的方法，在再生步骤中的排出水可以在废物流中处理，如图5所示，使用例如输送管线94将产生于离子交换树脂的再生步骤的溶液送到排水沟或其他废物流中。但是，随后，在正常的运行循环中的排出水(例如处理过的水)再次为酸化软化的水并且可以根据本文中公开的各种方法来使用。
[0123]根据本发明的树脂的再生可以基于获自于本发明的装置和/或系统的测量值而发生。在可选的实施方案中，根据本发明的树脂的再生可以基于测量的时间量的流逝和/或处理过的水的体积而发生。
[0124]使用酸性软化水来触发事件的方法
[0125]本发明的方法、装置和/或系统可以用于各种目的。例如，根据本发明的酸性软化水的生成可以用于触发水制备系统或其他装置或系统中的不同的事件。特别地，从硬度离子交换到树脂上而产生的质子可以被监控或者测量，以在根据本发明的水制备系统、其他装置和/或系统中触发不同事件。
[0126]根据本发明的测量值和/或监控不同于各种用于侦测变化和/或测量系统中的水硬度的商业传感器。例如，美国专利号7，651，663、题目为“使用水硬度传感器的器具和其操作的方法”，通过引用将其全部内容并入本文中，根据水源中的硬度离子(例如Ca2+、Mg2+)的量测量水硬度。根据本发明，所述方法、装置和/或系统并不测定水的硬度。与这些类型的测量离子例如钙和镁的浓度的量热的或荧光分析相反，本发明测量来自于水处理系统的输出和/或排出物，测量从离子交换树脂释放的质子。
[0127]在一些方面，质子的监控或测量通过来自本发明的水制备系统或其他装置或系统的输出的常规的PH测量值测量来实现。传感器作为合适的测量设备的例子可以用于测定pH。根据另外的实施方案，用于测量pH的监控或测量设备可以通过使用电极、参考电极和/或固态设备来测定PH而采用。例如，可以采用pH测量回路，例如pH传感器、其包括测量电极、参考电极和传感器，前置放大器和分析器或发射机。根据本发明，这些之中的任一均是合适的测量设备的例子。
[0128]在另外的方面，进入的(例如未处理的)包括硬度离子的水源的pH，可以与从根据本发明的水制备系统、其他装置和/或系统离开的处理过的酸性软化水比较。在该实施方案中，PH的差异可以用于各种目的，包括监控工作系统。在实施方案中，测量pH的差异可以侦测PH的差异中的减少，触发可适用的事件、例如离子交换树脂的再生，添加与处理过的水一起使用的洗涤剂和/或漂洗添加剂或其他清洁剂。测量PH的差异经常是有用的，因为水硬度的可变性依赖于所采用的水源，而众所周知注入水的硬度等级不是恒定的。因此，由于本发明的方法采用PH的差异的测量，所以水硬度的变化不再对用途应用不利，因为所述装置和/或系统能够对该差异进行监控和针对该差异进行调整(例如，通过本文公开的各种事件的触发)。
[0129]本文所公开的离子交换树脂的再生，可以通过本文公开的各种事件和/或测量值来触发。在一个方面，离子交换树脂的再生可以通过测量系统中的TDS来触发，其应依赖于输入到系统中的特殊的水化学品。例如，在本发明的一个方面，离子交换树脂从水源去除约70% -约100%的TDS。在优选的方面，离子交换树脂从水源去除约80% -约100%的TDS、或约90% -约100%的TDS。因此，在事件中从处理过的水源中除去TDS降至低于约70%、或约80%、或约90%，这样的未处理的水和处理过的水源之间的TDS差异的测量，可以触发离子交换树脂的再生。
[0130]在另外的方面，离子交换树脂的再生可以通过水源和/或处理过的水的pH测量来触发。例如，处理过的水源的PH增加大于约7，可以触发离子交换树脂的再生。并不限定于本发明的特定理论，离子交换树脂可能会在约4.9-约5的pH枯竭，所以当处理过的水源的PH增加到约7或者大于7，离子交换树脂将不再从树脂贡献质子来酸化和软化水源。相应地，尚子交换树脂的再生被触发。
[0131]根据本文公开的使用酸性软化水来触发事件的方法，本领域的技术人员知晓各种用于监控和/或测量所述PH的手段。因此，本发明的范围并不根据用于监控和/或测量的方法而受限。常规的测量技术包括使用传感器。优选地，传感器被配置成输出信号到控制器。传感器可以包括基板和设置在基板上的传感元件。传感元件与所述装置和/或系统中的水流接触；优选地，所述传感元件与进水(例如未处理的)水流和排出(例如处理过的酸性软化)水这两者都接触。
[0132]根据使用根据本发明的装置和/或系统和/或方法而触发的事件包括例如:分配洗涤剂、漂洗助剂和/或其他清洁组合物；改变根据本发明的方法清洗或漂洗表面所需的洗涤剂的消耗量；离子交换树脂的再生；本文中所公开的处理过的水的生成的开始和/或停止等。事件的触发通过测量步骤来引发，然后与控制器通信以接收信号。然后，控制器触发根据本发明的装置和/或系统的期望的事件。
[0133]采用酸性软化水的方法
[0134]本发明的方法、装置和/或系统可以在线方式用于各种清洁应用而采用酸性软化水。因此，本发明的装置可以被用于控制水硬度和/或降低结垢和/或增加清洁效率和/或降低由高TDS水引起的斑点和成膜和/或减少或消除清洁用的另外的化学流(例如聚合物、阀剂等)的使用。意外地，根据本发明，酸性软化水中的质子有助于在清洁应用中的处理过的水源的清洁性能。
[0135]本发明的系统和使用该系统的方法可以被并入到任意的系统或器具中，该系统或器具使用水源和需要使用水处理系统进行水处理例如酸化和/或软化。特别地，本发明的系统和装置可以被并入到任意的器具或设备中，该器具或设备可以提供将会从使用本发明的装置的处理中获益的水源，所述处理包括酸化和/或软化中的一个或两个。
[0136]器皿清洗应用
[0137]在一些方面，本公开包括将酸性软化水用于低温器皿清洗和卫生消毒的方法。例如，处理过的酸性水在自动清洗机器中生成，并且处理过的水的输送管线在系统中提供输送。本文公开的装置并入到清洗机器中，使得在机器中的各种泵和/或输送管线出于一个或多个目的而共享，和/或所述装置容纳于所述清洗机器。适于与本发明的装置和方法一起使用的示例性的自动清洗机器包括但不限于，自动器皿清洗机器、车辆清洗系统、仪器清洗机、就地清洁系统、食品处理清洁系统、瓶子清洗机和自动洗衣机。可选地，所述处理过的水可以用于手动清洗系统。任何可从根据本发明的方法处理过的水的使用中获益的自动清洗机器或者手动清洗工艺都可以使用。
[0138]在一些方面，本公开包括将酸性软化水用于器皿清洗应用的方法，包括例如在各种使用酸性配方的器皿清洗应用中所公开的那些，包括美国专利号8，114，222,8, 092，613、7，942，980和7，415，983，美国专利申请系列号13/474，771 (代理律师案卷号2899USU1)、13/474，765 (代理律师案卷号2897USU1)、13/474，780 (代理律师案卷号2900USU1)和13/112,412(代理律师案卷号2901US01)，包括其引用的所有文献，这些文献通过引用的方式将其全文并入本文中。对于使用处理过的酸性水的特别合适的应用是，在酸性漂洗循环中使用。例如，处理过的酸性水可以具有或者不具有另外的水漂洗步骤地通过漂洗臂与另外的酸性组合物一起分配，以降低最终漂洗的pH。在另外的用途应用中，处理过的酸性水可与碱性洗涤剂和步骤以交替的方式使用而改善污染去除。
[0139]在一些方面，适于将本发明的系统用于水调节和/或清洁和/或漂洗的水的来源的洗碗机(dishmachine)的非限制性的例子公开于例如美国专利申请系列号—(代理律师案卷号2973USU1)、题目为洗碗机，其全部的内容在此清楚地通过引用的方式并入本文。可以具有并入于其中的用于再生酸性水的本发明的系统的洗碗机的进一步的例子包括美国专利号 8，202，373,8, 092，613,7, 942，978,7, 871，521,5, 609，174,4, 826，661、4，690，305,4, 687，121,4, 426，362和美国专利号再版32，763和32，818中，其全部的内容在此清楚地通过引用的方式并入本文。洗碗机的一些非限制性的例子包括:门式机(doormachine)或罩式机(hood machine)、运送机(conveyor machine)、台下机器(undercountermachines)、玻璃清洗器、飞行器(flight machine)、罐和平底锅机器、用具清洗器和消费者洗碗机(consumer dish machine)。洗碗机可以是单槽或多槽机器。
[0140]门式洗碗机，也称为罩式洗碗机，是指商业上的洗碗机，其中污染的盘子放在支架上，随后所述支架被移动进入洗碗机。门式洗碗机一次清洁一个或者两个支架。在这样的机器中，支架是固定的而清洗和漂洗臂是移动的。一个门式机包括两组臂，一组清洗臂和漂洗臂，或一组漂洗臂。门式机可以是高温或低温机器。在高温机器中盘子用热水进行卫生消毒。在低温机器中盘子被化学卫生消毒剂进行卫生消毒。门式机可以为再循环机器或倾泻和填充机器(dump and fill machine)。在再循环机器中,洗漆剂溶液被再利用，或在清洗循环中“再循环”。洗涤剂溶液的浓度在清洗循环之间被调整，使得保持足够的浓度。在倾泻和填充机器中，清洗溶液在洗涤循环中不再再使用。新的洗涤剂溶液会在下一个清洗循环之前加入。门式机的一些非限制性的例子包括艺康Omega HT7Hobart AM-14，艺康ES-2000，Hobart LT-1, CMA EVA-200，美国盘子服务 L-3DW 和 HT-25，Autochlor A5, Champ1n D-HB和 Jackson Tempstar。
[0141 ] 根据本发明，在器皿清洗机器中的清洁应用的温度也可以根据洗碗机而变化，例如如果洗碗机是一个消费者洗碗机或公共机构洗碗机。在消费者洗碗机中的清洁溶液的温度典型的是约110° F(43°C )-约150° F (66°C )，漂洗高达约165° F(71°C)。在美国在高温公共机构洗碗机中的清洁溶液的温度典型的是约150° F(660C )_约165° F(74°C )，漂洗为约180° F(82°C)_约195° F(91°C )。在美国在低温公共机构洗碗机中温度典型的是约120° F(490C )_约140° F(60°C )。低温洗碗机经常包括用卫生消毒溶液的至少第三十秒钟的漂洗。在亚洲在高温公共机构洗碗机中的温度典型的是约131° F(55°C)_约136。F(58°C )，最终漂洗为 180° F(82°C)。
[0142]公开的使用酸性软化水的方法，还可以用于罐和平底锅清洗机、用具清洗机、玻璃清洗机和/或运送机。运送机指的是指商业上的洗碗机，其中污染的盘子放在支架上，所述支架在运送器上移动通过洗碗机。运送机连续地清洁污染的盘子的支架而不是一次清洁一个支架。这里的歧管(manifolds)典型的是固定的或摆动的而支架移动通过机器。运送机可以是单槽或多槽机器。运送机可以包括一个预清洗部分。运送机可以是高温或低温机器。最后，运送机主要地再循环洗涤剂溶液。一些运送机的非限制性的例子包括=EcolabES-4400, Jackson AJ-100, Stero SCT-44,以及 Hobart C-44 和 C-66。
[0143]将本发明的系统并入到各种清洁应用、例如器皿清洗机器中，有利地降低了在特定设施或特定地点的水处理的需求。也就是说，与处理进入到特定的设备的所有的水相反，将所述水处理系统并入到机器中确保只有在所述机器中使用的水源被处理，所述所有的水可不需要处理来产生软化的、酸性的水。
[0144]在示例性的方面，本发明的方法特别适用于器皿清洗应用，该清洗应用采用至少一个根据本发明的处理过的水源，并带有清洗剂(例如洗涤剂)用于在所采用的特定的机器内清洁制件。在一个方面，至少一种清洁产品或清洗剂在清洁应用的清洗阶段被施用于制件。所述清洗剂典型的是清洁剂，其通过在系统的洗涤槽中的水中溶解一种或多种化学产品而形成。广泛使用术语化学产品以没有限制地包括任何形式的洗涤剂、肥皂、或者任何用于清洁和/或卫生消毒的其他产品。
[0145]在本发明的一个方面，并入有水处理池的特定的清洁应用包括:至少一个用于提供水源的入口 ；水处理池，其中所述入口与所述水处理池流体连通；容纳在所述水处理池内的水处理组件，其中，所述水处理组件包含至少一种离子交换树脂，该离子交换树脂能够通过交换所述树脂上的质子和所述水源中的水硬度离子而生成处理过的水源，其中所述离子交换树脂是酸性形式或者惰性金属形式；出口，其中所述出口与所述水处理池流体连通；腔室，制件放置于其中用于清洁；在所述出口和所述腔室之间流体连通的处理过的水的输送管线；清洗槽，其中所述清洗槽与将清洗剂分配到所述清洗槽的分配模块流体连通；清洗剂输送管线，与所述清洗槽和所述腔室流体连通；以及酸输送管线，与所述水处理池流体连通，其中酸再生剂被输送到水处理池用于再生离子交换树脂。所述系统还可以包括与所述水处理池流体连接的另外的水处理装置和水输送管线。更进一步，所述系统还可以包括:测量设备，用于获得来自于所述水处理池、所述水源和/或所述处理过的水源的PH和/或质子浓度测量值，和控制器，用于接收测量值和触发事件。
[0146]在本发明更进一步的方面，其中并入了水处理池中的特定的清洁应用还可以包括至少一个泵，配置成泵送所述处理过的水源、所述清洗剂和/或另外的清洁剂和/或漂洗剂进入所述腔室。所述系统的更进一步的方面还可以包括辅助加热器，用于将所述处理过的水源、包含在清洗槽中的所述清洗剂、漂洗剂和/或另外的清洁剂加热到至少预定的温度。另外，另外的输送泵和管线可以包含在特定的清洁系统中，用于另外的化学产品(例如漂洗助剂、卫生消毒剂等)的输送。应当理解，这样的另外的特定清洁系统的组件也可以类似地被排除。例如，在本发明的实施方案中，清洁系统32不需要使用辅助加热器76。
[0147]本发明的方法并不限制清洁、漂洗和/或卫生消毒步骤的特定的序列。例如，所述清洁方法可以包括至少一个清洗阶段，在该清洗阶段中清洗剂被分散到清洗腔室。清洗剂可以在清洗槽中自至少一种化学产品和水的结合而形成，随后其适用于在清洗腔室中疏松处理的制件表面的污染，并且对该制件进行卫生消毒。另外，至少一种漂洗剂可以在腔室内、在一个或者多个漂洗阶段中施用于该制件。在任意的漂洗阶段数中分散到腔室内的漂洗剂，洗掉在一个清洗阶段后所述制件上残留的任意污溃和清洗剂残余。漂洗剂典型的是连同一种或者多种润湿和/或卫生消毒剂的水。在本发明的方面，在漂洗阶段所使用的水可以是生成于本发明的离子交换树脂的处理过的水源。
[0148]应当理解，所述各种系统可以进一步采用一个或者多个储槽以用于收集清洗剂、漂洗剂和/或其他的在本文公开的清洁工艺的步骤中分配到所述腔室的化学产品。这些可以包括例如清洗储槽和/或漂洗储槽。在其他的方面，系统中可以采用单个储槽。
[0149]各种清洁阶段和/或漂洗阶段可以被重复任何数量的次数，发生在各种温度下和/或时间段，这并不限制要求保护的发明的范围。例如，在清洁工艺中每个清洗和/或漂洗阶段发生的时间的长度可以依赖于很多因素，例如，并不构成限制，目标卫生消毒水平、目标水利用、目标能量利用和期望的正由机器清洁的制件上的污染水平。
[0150]洗衣和其他应用
[0151]在另外的方面，本发明的公开包括:将本发明的系统并入到洗衣机中以将酸性软化水用于洗衣应用的方法。例如，酸性的处理过的水可以在自动织物清洗机器中在预处理、清洗、酸化(souring)、软化和/或漂洗阶段生成和使用。
[0152]在特定的实施方案中，本发明还可以以各种方式结合并入到清洗机器中。在一些实施方案中，处理池可以用于供给处理过的水至洗衣机的清洗系统内和/或到漂洗系统。在一些实施方案中，处理池可以在洗衣系统的内部用于供给处理过的水和洗涤剂的混合物。
[0153]在更为另外的方面，本发明的公开包括在各种另外的工业和家庭应用中使用所述酸性软化水的方法。所述水处理方法和装置可以被用在住宅环境或商业环境，例如在酒店、旅馆、医院。除了所述器皿清洗(例如清洗餐具和厨具器皿和盘子)和洗衣应用，例如本发明的水处理方法、系统或装置可以用于车辆护理应用，例如处理用过的水来预漂洗，例如碱性预浸泡和/或低PH预浸泡、清洗、擦亮和漂洗车辆；工业应用，例如冷却塔、锅炉、包括换热器的工业设备；原地清洗清洁系统(CIP)和非原地清洁系统(COP);以及其他的其中可以并入本发明的系统而提供在线的处理过的酸化水的应用，包括公开在共同的未决申请系列号—(代理律师案件号为2991USU1)、题目是用于工业应用的离子交换树脂的酸再生中的那些应用，其全部内容通过引用并入本文。
[0154]在另外的方面，根据本发明使用处理过的酸性水源减少或者消除在特定的清洁应用中的另外的化学流的使用(例如聚合物、阀剂等)。优选地，根据本发明使用处理过的酸性水源允许使用具体的环境友好的去污组合物，例如基本上不含或者不含助洗剂、螯合剂、多价螯合剂和/或含磷物质的那些去污组合物。
[0155]根据本发明的采用酸性软化水的各种使用方法，可以与任意去污组合物结合使用。例如，清洁组合物、漂洗剂组合物和/或干燥剂组合物可以与处理过的水结合而形成使用溶液。待清洁和/或漂洗的制件随后与所述使用溶液接触。示例性的洗涤剂组合物包括器皿清洗洗涤剂组合物、洗衣洗涤剂组合物、CIP洗涤剂组合物、环境清洁组合物、硬表面清洁组合物(例如那些用于台面或地板的组合物)、机动车清洗组合物和玻璃清洁组合物。示例性的漂洗剂组合物包括那些用于减少在表面上例如玻璃上的条纹或成膜的组合物。示例性的干燥剂组合物包括脱水组合物。在车辆清洗工业中，包括脱水的步骤经常是合意的，在该脱水步骤中，片剂(sheeting agent)或珠剂施用在车辆的外部。
[0156]但是，根据优选的实施方案，由于处理过的水的提高的清洁效力，处理过的酸性水的使用减少和/或消除了对额外清洁组合物(例如聚合物、阀剂等)的需要和/或减少了总体的洗涤剂消耗量。所以，在一些实施方案中，与本发明的方法一起使用的去污组合物包括如下的洗涤剂，即其基本上不含螯合剂、助洗剂、多价螯合剂和/或阀剂，例如氨基羧酸、浓缩的磷酸盐(phosphate)、膦酸酯(phosphonate)、聚丙烯酸酯、或类似物。不希望限定于任何特定理论，认为由于本发明的方法和装置减少了水源中硬度离子的负面作用，所以当与洗涤剂一起使用时，有着基本上减少或者消除了的在洗涤剂组合物中包含螯合剂、助洗剂、多价螯合剂或阀剂以处理硬度离子的需要。
[0157]例如，使用根据本发明的方法而处理过的水源，这增加了常规洗涤剂的效力。众所周知，硬度离子与肥皂和洗涤剂结合而形成结垢或浮渣。另外，硬度离子限制肥皂和洗涤剂形成的肥皂泡的量。不希望限定于任何特定理论，认为通过降低这些硬度离子的量，这些不利的副作用的量可以被减少。
[0158]在一些用途实施方案中，由于使用处理过的酸性水源用于清洁应用，大幅降低了洗涤剂消耗量，包括例如至少5%的洗涤剂消耗量的降低，至少10%的洗涤剂消耗量的降低，至少20%的洗涤剂消耗量的降低，或至少25-30%的洗涤剂消耗量的降低。并不根据本发明而受限，所有提及的洗涤剂消耗量的降低的百分数范围包括定义范围的数字并且包括在所定义的范围内的每个整数。
[0159]如本领域的技术人员可以确定地，在一些实施方案中，去污组合物可以包括其他的添加剂，包括常规的添加剂，例如漂白剂、固化剂或溶解度调节剂、消泡剂、抗再沉积剂、阀剂、稳定剂、分散剂、酶剂、表面活性剂、美化增强剂(例如颜料、香料)、以及类似物。辅助剂和其他添加剂成分可以根据正制造的组合物的类型来改变。应该理解这些添加剂是任选的，并不需要包含在清洁组合物中。当包括它们时，它们以提供特定类型的组分的有效性的量而被包括。
[0160]本领域的技术人员会认识到或者使用不超出常规的试验就能够确定本文中所描述的具体工序、实施方案、权利要求和实施例的很多等同方式。这样的等同方式也被视为在本发明的保护范围之内并且被本文附属的权利要求书所覆盖。贯穿本申请所引用的所有的参考文献、专利或者专利申请的内容，在此通过引用的方式而并入本文。本发明将通过下面的实施例进一步阐述，其也不应该被理解为进一步的限定。
[0161]在本说明书中的所有的公开文本和专利申请都显示了本发明所属【技术领域】的普通技术水平。以等同于就像每个单独的公开文本或者专利申请被具体并单独地通过引用而显示的程度，所有的公开文本和专利申请在此通过引用而并入。
[0162]实施例
[0163]本发明的实施方案将在下面的非限制性的实施例中进一步解释。应当理解这些实施例虽然表明了本发明的特定的实施方案，但是仅以示例的方式给出。从上面的讨论和这些实施例，本领域技术人员可以确定本发明的本质特征，在不脱离其精神和范围的情况下，可以对本发明的实施方案进行各种改变和修改，以使其适应各种用途和条件。因此，从前述的说明可以看出，除了那些本文所示和描述的实施方案之外，本发明的实施方案的各种修改对本领域技术人员而言是非常明显的。这些修改也意在落入了附属的权利要求书的范围之内。
[0164]实施例1
[0165]前面的实验表明，使用通过常规的方法软化的、通过可消耗的洗涤剂和/或漂洗添加剂酸化的水，会改进器皿清洗结果。当常规的离子交换树脂枯竭时，水不再被软化并且盐水被典型地用于再生该树脂。除非增加包含助洗剂、螯合剂或聚合物的另外的洗涤剂浓度并使用另外的漂洗添加剂，不再被软化的水经常会导致差的清洗结果。
[0166]显示在器皿上结垢的证据的实验使用碳酸盐500ppm、75循环测试而进行。表I量化了根据该实验的处理过的器皿的结果，其中玻璃杯IA仅用硬水(17格令/加仑硬度水)处理并且玻璃杯IB使用根据本发明的酸性软化水处理。在处理过的器皿表面上生成的结垢通过照片显示并且根据分级量表(如下)进行目视测量。
[0167]采用的75循环测试使用在Hobart AM-14器皿清洗机器上的六个10 oz.Libbey玻璃杯和四个塑料的平底杯(tumbler) (SAN =苯乙烯丙烯腈)和17格令的水(I格令=17ppm)而实施。Hobart AM-14器皿清洗机器的规格包括:洗槽体积:60L ;漂洗体积:4.5L ；清洗时间:40秒；漂洗时间:9秒。
[0168]起初，玻璃杯根据确保从玻璃表面去除所有的膜和异物的程序清洗。开始所述75循环测试。在每个循环完成之后，机器被适当的补充剂量(自动的)，以维持起始浓度。玻璃杯和平底杯干燥过夜，然后使用强光源对膜蓄积进行分级。(1-无膜，2-痕量膜，3-轻量膜，4-中等膜，5-重度膜)。如表I所示，玻璃杯IA (硬水-17格令)被评为等级5，显示出重度膜。玻璃杯IB显示的根据本发明而处理的玻璃杯(酸性软化水)被评为等级1，显示出无膜。
[0169]表I
[0170]
评价的玻璃杯~[?[Tb
膜蓄积5?
[0171]实施例2
[0172]显示在器皿上去除蛋白质的证据的实验使用洗涤剂APEXNC100ppmC Ecolab? )和7循环蛋白质去除测试来进行。表2表示根据该实验的处理过的器皿的结果，其中玻璃杯2A仅用硬水(5格令/加仑硬度水)处理，玻璃杯2B使用根据本发明的酸性软化水处理。在处理过的器皿表面上生成的结垢通过照片显示并且根据分级量表(如下)进行目视测量。
[0173]实施了所采用的7循环蛋白质测试以提供评价公共机构洗碗机中的玻璃成膜、斑点和污染的去除的泛型方法。清洁测试玻璃杯在公共机构洗碗机中清洗。洗涤剂或漂洗助剂的性能通过阻止水的斑点或成膜形成于塑料平底杯和Libbey玻璃平底杯，及从塑料平底杯和Libbey玻璃平底杯的去除污溃而测量。根据此实验，软化酸性水的使用性能(与5格令硬水相反)得到评价。
[0174]清洁的Libbey玻璃杯用于每个测试产品并且新的塑料平底杯用于每个实验。食品污染为制备的食品污染。所述洗碗机填充有测试的水源(根据玻璃杯2A-2B的描述)并且打开加热器。对于高温机器，最后的漂洗温度调整到180° F。玻璃杯和塑料平底杯被污染并置于160° F的烘箱中8分钟。在玻璃杯干燥过程中，器皿清洗机器装入120g预先准备好的污染(对应于储槽中的2000ppm的食物污染)。污染的玻璃杯/塑料平底杯被放置在再沉积玻璃杯/塑料平底杯的旁边的支架上。启动清洗机器并且玻璃杯经历自动循环。当循环结束，玻璃杯的顶部用干毛巾擦拭。所述污染的程序被重复进行。在每个循环的开始，适当量的洗涤剂和食物污染被加入到清洗槽弥补漂洗稀释。所述步骤被重复直到完成七个循环。
[0175]使用脱污迹的方法来评价结果,其采用Coomassie Blue R Stain溶液相对于白色的背景目视评价玻璃杯。首先，使用Coomassie Blue R Stain溶液污染玻璃杯,并用脱污迹溶液(在蒸馏水中的甲醇和乙酸)彻底漂洗。然后，每个玻璃杯在相对于白色背景的可视区域进行目测分级，其中残留的蛋白质保留为蓝色污迹。(1-无蛋白质；2-20%的玻璃表面覆盖有蛋白质；3-40%的玻璃表面覆盖有蛋白质；4-60%的玻璃表面覆盖有蛋白质；5-大于80%的玻璃杯表面覆盖有蛋白质)。如表2所示，玻璃杯2A(硬水-5格令)被评为等级2，显示20%的玻璃表面覆盖有蛋白质。玻璃杯2B显示的根据本发明而处理的玻璃杯(酸性软化水)被评为等级1，显示在玻璃杯上无蛋白质。
[0176]表2
[0177]
评价的玻璃杯|2B
膜蓄积2I
[0178]实施例3
[0179]测试了商业上可获得的弱酸性树脂相对于的水pH的容量。测试了 Amberl ite?IRC 76离子交换树月旨(可以从Rohm and Haas Company商业获得)。Amberl ite? IRC76离子交换树脂是具有带有羧酸官能团的聚丙烯酸共聚物的商业上可获得的弱酸性树脂的一个例子。这种特定的树脂的特征在于体积变化小于常规的弱酸性树脂，并且可以H+、Na+、或NH4+形式使用，并且还可以用于去除水中的碳酸氢盐硬度。已知该树脂对水中的氯(影响树脂的寿命和性能)是敏感的。该树脂的运行容量是分析、温度和水的服务流速的函数。该树脂易于用稍微过量于化学计量的量的强酸来再生。
[0180]平均而言，用在离子交换水软化应用中的常规的弱酸性树脂设计用于2.6英尺的床深度、约2-约20加仑/分钟的水处理速率。不过,本领域的技术人员可以改变水处理速率，包括例如约0.5-约50加仑/分钟。
[0181]用于测试离子交换树脂的容量的构造使用的流速为约5-10加仑水/分钟，并且在系统中消耗低于I立方英尺的树脂。另外，各种监控设备被用在所述系统中，以测量流速、水硬度(例如通过滴定法测量的硬度离子)、所述系统内的压力(例如有效的漂洗所需要的假定的测量，优选压力测量值为约20psi)、排出物的pH(例如电极测量)和TDS(例如用于TDS的ICP分析方法)。
[0182]图6表示根据本发明的实施方案的酸再生离子交换树脂的容量相对于处理过的水的PH值的图。最好的结果获自于pH为低于约6的树脂。优选地pH小于约7。
[0183]实施例4
[0184]测试了商业上可获得的弱酸性树脂相对于水的硬度的容量。测试了Amber I i te^ IRC 76离子交换树脂(可以从Rohm and Haas Company商业获得)。Amberl i te(W IRC 76离子交换树脂是具有带有羧酸官能团的聚丙烯酸共聚物的商业上可获得的弱酸性树脂的一个例子。这种特定的树脂的特征在于体积变化小于常规的弱酸性树脂，并且可以H+、Na+、或NH4+形式使用，并且还可以用于去除水中的碳酸氢盐硬度。已知该树脂对水中的氯(影响树脂的寿命和性能)是敏感的。该树脂的运行容量是分析、温度和水的服务流速的函数。该树脂易于用稍微过量于化学计量的量的强酸来再生。
[0185]用于测试离子交换树脂的容量的构造使用的流速为约5-10加仑水/分钟，并且在系统中消耗低于I立方英尺的树脂。另外，各种监控设备被用在所述系统中，以测量流速、水硬度(例如通过滴定法测量的硬度离子)、所述系统内的压力(例如有效的漂洗所需要的假定的测量，优选压力测量值为约20psi)、排出物的pH(例如电极测量)和TDS(例如用于TDS的ICP分析方法)。
[0186]图7表示根据本发明的实施方案的酸再生离子交换树脂的容量相对于处理过的水的硬度的图。最好的结果获自于水硬度为低于约2格令的树脂系统。
[0187]实施例5
[0188]评价了层状树脂床系统以评估使用多于一种的酸性阳离子交换树脂对于处理过的水的硬度的影响。使用了 4710g的Dowex? MAC-3弱阳离子交换树脂(可以从陶氏化学公司商业获得)以形成使用两种弱酸性阳离子交换树脂的层状床，例如如图3A所示。Dowex? MAC-3 LB树脂是具有羧酸官能团的商业上可获得的弱酸性树脂的一个例子。MAC-3WAC树脂被填充到两个连接的19英寸X 5英寸直径的容纳管。3575克的Dowex?MAC-3弱阳离子交换树脂(可以从陶氏化学公司商业获得)和1235克的Dowex?Marathon-C(H形式)强阳离子交换树脂(可以从陶氏化学公司商业获得)用于形成的混合层状床，例如如图3B所示。所述阳离子交换树脂被填充到两个连接的19英寸X5英寸直径的容纳管。
[0189]硬水(17格令)以约0.8加仑/分钟的受控速率提供到如图3A-3B所示的层状的树脂床系统。测量从第二处理池的出口出来的水的硬度和pH。提取水样以测试相对于容量的PH水平。
[0190]图8表示层状床系统的容量的图。如图所示，层状的弱酸性再生的离子交换树脂提供了具有约0.5-1格令的软化水，而弱酸性再生的离子交换树脂和强酸性再生的离子交换树脂的层状的混合床提供了具有O格令的硬度的软化水。使用采用强酸性阳离子交换树脂的层状混合床提供了更大的水硬度的降低，尽管单独使用时其降低水硬度的总体能力较低。但是，使用层状的弱酸性再生的离子交换树脂而软化的水提供了提供PH降低了的软化水的另外的有利点，这可提供另外的清洁有利点。
[0191]如图所示，每个层状床显现出的软化效力能维持至少约150加仑的处理过的水。然后，在约150-200加仑之间，该树脂变得枯竭并且不能继续充分去除水的硬度。根据本发明的方面，对于此实施例中的评价过的水处理装置，在约150加仑的处理过的水之后，将需要采用酸再生。
[0192]图9表示pH相对于层状床系统的容量的图。如图所示，随着系统的容量的测试，该层状的弱酸性离子交换树脂床(即，采用单种树脂)导致较弱地酸化的处理过的水源。即，在大于约200加仑的处理过的水，单种树脂层状床的pH开始增加到大于约4，而层状的混合树脂床系统维持着具有约3-约3.5的pH的稳定的酸化的水。
[0193]实施例6
[0194]分析了根据本发明的实施方案的酸再生剂的使用。单种弱酸性树脂床，例如实施例4所公开的，通过使用本文中公开的各种酸再生剂而再生。发现了再生工艺起初由热力学控制。具有足够低PH的再生剂会驱使工艺越过能垒，在开始的几分钟表现出快速的pH降低。随后，所述再生工艺由动力学控制。这要求使用再生剂足够的时间(例如约5-约90分钟)，以驱使完成树脂再生。
[0195]如图10A-B所示，要求使用强酸性再生剂(HCL 0.38M(图10A)、HCL 1.8M(图1OB))以充分降低弱酸性树脂中的pH。根据本发明的实施方案，用在再生循环中的酸再生剂的浓度将依赖于所采用的酸的摩尔浓度(molarity)。在一些实施方案中，对于再生来说，在溶液中使用的用于将酸再生剂提供到离子交换树脂的酸的浓度为约I % -约20 %，约2% -约 10%，或约 10%。
[0196]在所述树脂被再生之后，如图10A-B所示，可以再次使用示例性的运行循环(即，用酸再生的树脂处理硬水)以提供处理过的酸化水源。如图11所示，使用图10B所示的强酸性再生剂为更长的运行循环提供优异的处理容量。
[0197]实施例7
[0198]根据实施例6的结果，评价另外的酸再生剂的使用。采用了如下的酸再生剂并以所采用的各种酸的当量进行了报告:1.2eq硫酸、1.2eq硫酸脲、1.2eq盐酸、1.2eq MSA和1.4eq柠檬酸。图12表示在利用各种酸再生剂的再生步骤中所述树脂的pH降。有利地，在该实施例中所采用的各种酸的当量的使用，考虑了各种波动因素，包括例如系统的尺寸、所需去除的硬度量等。
[0199]如图12所示，在所述树脂被再生之后，基于各种酸再生剂的使用，采用示例性的运行循环(即，用酸再生的树脂处理硬水)以确定运行循环的效力，其通过处理过的水源的水硬度而测量。如图13所示，各种酸再生剂的运行循环为至少100加仑处理过的水提供具有约I或低于约I的硬度的处理过的酸性水。
[0200]由此描述了各项发明，但很明显的是其还可以以很多方式改变。这样的改变不应被视为脱离了本发明的精神和范围，并且所有这些改变意在包含在权利要求书的范围之内。
【权利要求】
1.一种采用由酸再生的离子交换树脂以用于生产酸性软化水源的集成系统，包括: 用于提供水源的入口； 水处理池，其中，所述入口与所述水处理池流体连通； 容纳在所述水处理池内的水处理组件，其中，所述水处理组件包含至少一种离子交换树脂，该离子交换树脂能够通过交换所述树脂上的质子和所述水源中的溶解的阳离子而生成处理过的水源，所述溶解的阳离子包括水硬度离子和总溶解固体，且其中，所述离子交换树脂为酸性形式或者为惰性金属形式； 出口，其中所述出口与所述水处理池流体连通； 腔室，制件放置于其中用于清洁； 在所述出口和所述腔室之间流体连通的处理过的水的输送管线； 清洗槽，其中，所述清洗槽与将清洗剂分配到所述清洗槽内的分配模块流体连通； 清洗剂输送管线，与所述清洗槽和所述腔室流体连通； 酸输送管线，与所述水处理池流体连通，其中，酸再生剂被输送到所述水处理池用于再生所述离子交换树脂； 其中所述处理过的水源是软化的、酸性的且总溶解固体(TDS)低的水，该水具有小于约2格令的硬度等级和小于约6的pH。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子交换树脂是弱酸性阳离子交换树脂和/或强酸性阳离子交换树脂。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子交换树脂是具有聚丙烯酸共聚物基体和羧酸官能团的弱酸性交换树脂或者是具有聚苯乙烯基体和磺酸官能团的强酸性交换树脂。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述离子交换树脂是选自由以下物质组成的组中的酸性交换树脂:具有羧酸官能团的交联的丙烯酸、具有羧酸官能团的交联的甲基丙烯酸、具有磺酸官能团的聚苯乙烯、具有磺酸官能团的聚苯乙烯、及其混合物。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述水处理池流体连通的另外的水处理装置和水输送管线。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括: 测量设备，用于从所述水处理池、所述水源和/或所述处理过的水源获得PH和/或质子浓度和/或总溶解固体的测量值，和 控制器，用于接收所述测量值和触发事件。
7.根据权利要求1所述的系统，还包括: 至少一个泵，配置成泵送所述处理过的水源、所述清洗剂和/或另外的清洁和/或漂洗剂进入所述腔室。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括: 辅助加热器，用于将所述处理过的水源、包含在清洗槽中的所述清洗剂，漂洗剂和/或另外的清洁剂加热到至少预定的温度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述清洗剂与水和/或另外的化学制品在所述清洗槽中结合。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，稀释系统与所述处理过的水的输送管线流体连通，所述输送管线与所述水处理池的所述出口流体连接， 其中，所述处理过的水的输送管线将所述处理过的水在进入所述腔室之前输送至所述稀释系统。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括: 水储存槽，与所述处理过的水的输送管线流体连通，以及 与所述水储存槽和所述清洗槽流体连通的泵， 其中，所述水储存槽是用于保留处理过的水源的池。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，与所述水处理池流体连通的所述酸输送管线由泵控制，所述泵控制来自于再循环再生清洁系统中的水储存槽的稀的酸再生剂的输送。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括:与所述水处理池流体连通的废物输送管线， 其中，所述废物输送管线将来自离子交换树脂的再生的排出废物源除去。
14.根据权利要求12所述的系统，还包括: 与所述酸输送管线和/或所述水储存槽流体连通的未处理水的输送管线，以提供水源以形成稀的酸再生源而用于离子交换树脂再生。
15.一种使用酸再生的离子交换树脂来处理用在清洁应用中的硬水的方法，包括: 将用在稀释系统或器皿清洗机器的硬水源与水处理组合物接触，其中，所述水处理组合物包含至少一种离子交换树脂，其中，所述离子交换树脂通过交换所述树脂上的质子和所述水源中的溶解的阳离子而生成处理过的水，所述溶解的阳离子包括水硬度离子和总溶解固体，其中，所述离子交换树脂是酸性形式或惰性金属形式，且其中所述离子交换树脂使用酸而再生； 在器皿清洗机器中生成处理过的水源；以及 将所述处理过的水源提供到腔室中，制件放置于腔室中用于清洁； 其中，所述处理过的水源是软化的、酸性的和总溶解固体(TDS)低的水，该水具有小于约2格令的硬度等级以及小于约6的pH。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述离子交换树脂为选自由以下物质组成的组的弱酸性阳离子交换树脂:具有羧酸官能团的交联的聚丙烯酸、具有羧酸官能团的交联的聚甲基丙烯酸、及其混合物，和/或选自由以下物质组成的组的强酸性阳离子交换树脂:具有磺酸官能团的聚苯乙烯、具有磺酸官能团的聚苯乙烯、及其混合物。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述离子交换树脂为采用至少两种所述阳离子交换树脂的层状床系统。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，还包括: 测量所述水处理组合物、水源和/或处理过的水源中的PH和/或质子浓度和/或总溶解固体，和 由于获得的测量值而触发事件。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，从所述处理过的水源获得pH和/或质子浓度和/或总溶解固体测量值，或者其中，从所述水源和所述处理过的水源获得有差异的PH和/或质子浓度和/或总溶解固体的测量值。
20.根据权利要求18所述的方法，其中， 所述触发的事件选自于以下事件组成的组:再生所述水处理组件的树脂、改变加入到所述处理过的水源中的洗涤剂或其他化学品添加、及其结合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述树脂的再生被触发，并且包括提供酸再生剂到所述树脂、用来自于酸再生剂的质子置换所述树脂上的水硬度离子和生成再生步骤排出水。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述排出水被送至废物流。
23.根据权利要求15的方法，其中，所述器皿清洗机器包括: 用于提供水源的入口； 水处理池，其中所述入口与所述水处理池流体连通； 容纳在所述水处理池内的水处理组件； 出口，所述出口与所述水处理池流体连通； 腔室，制件放置于其中用于清洁，或稀释系统； 在所述出口和所述腔室或稀释系统之间流体连通的处理过的水的输送管线，其中，所述稀释系统与清洗槽流体连通； 清洗槽，其中，所述清洗槽与将清洗剂分配到所述清洗槽的分配模块流体连通； 清洗剂输送管线，与所述清洗槽和所述腔室流体连通；以及 酸输送管线，与所述水处理池流体连通； 其中，酸再生剂被输送到所述水处理池用于再生所述离子交换树脂。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述器皿清洗机器还包括至少一个泵，其配置成泵送所述处理过的水源、所述清洗剂和/或另外的清洁和/或漂洗剂进入所述腔室。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述器皿清洗机器还包括辅助加热器，用于将所述处理过的水源、包含在清洗槽中的所述清洗剂、漂洗剂和/或另外的清洁剂加热到至少预定的温度。
26.根据权利要求15所述的方法，还包括:使器皿清洗机器的清洗腔室中的制件或表面与处理过的水源接触。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括将所述处理过的水源与洗涤剂或其他清洁组合物结合，以形成用于接触所述制件或表面的使用溶液。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述处理过的水源减少清洁应用的洗涤剂的总消耗量和/或减少所述洗涤剂中的聚合物和阀剂的使用。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述处理过的水源的使用改进清洁效力，该清洁效力通过相比于不使用处理过的水源的使用洗涤剂的清洁，在制件和表面上斑点和成膜的减少和/或阻止结垢来测量。
30.根据权利要求15所述的方法，还包括使用酸再生剂在枯竭时再生离子交换树脂。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述酸再生剂是有机或无机酸，并且所述酸再生剂用来自于所述酸再生剂的质子置换树脂上的水硬度离子和总溶解固体。
【文档编号】B01J49/00GK104159672SQ201280061475
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月13日
【发明者】T·P·埃佛逊, L·温, L·坦, P·沃斯, M·托特施恩格 申请人:艺康美国股份有限公司