带有过滤组件的edi浓缩物循环回路的制作方法

专利名称：带有过滤组件的edi浓缩物循环回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及水净化系统。更具体地，提供了一种水净化系统，其中浓缩物流出物流被过滤以除去诸如生物污物的杂质，得到用于电去电离(electrodeionization)作用单元的浓缩室的过滤的浓缩物流出物流。
背景技术：
许多工业应用需要具有很小的离子和别的杂质浓度的高纯化水。例如，在生产电子微芯片时必须使用高纯化水，矿物杂质能导致缺陷。高纯化水用于发电工业以最小化管道内部水垢的形成，这样确保了内部良好的热转移以及通过热交换系统的自由水流。高纯化水的使用减少了热交换系统的水管中水垢和沉积物的形成，这样延长了必要的维护程序之间的时间间隔。热交换系统的必要的维护程序之间的时间间隔应当尽可能的长。延长必要的维护程序之间的时间间隔在核电系统中特别重要，它需要复杂和昂贵的关闭和启动程序以及遵守辐射安全协议。
存在几种关于水净化的技术方法，包括离子交换树脂的使用。然而，周期性再生离子交换树脂的需要要求泵、管、阀的复杂结构以及相应大的投资成本和维护费用的控制以及使用必须作为化学废物处理的再生化学品。
对于水净化一种可选的方法是电渗析。电渗析单元可以包括带正电的阳极、带负电的阴极以及插入阳极和阴极之间的交替的浓缩室和稀释室。众所周知电极之间建立的电场使得带负电的阴离子向阳极扩散以及带正电的阳离子向阴极扩散。浓缩室和稀释室被室分离膜分开。室分离膜可以包括，例如，阴离子交换膜或阳离子交换膜。阴离子交换膜在靠近阳极的那边界定了稀释室，允许阴离子通过而阻止阳离子的通过。阳离子交换膜在靠近阴极的那边界定了稀释室，允许阳离子通过而阻止阴离子的通过。使得直流电在阳极和阴极间流动以从稀释室移走离子并在浓缩室浓缩离子。可以持续向稀释室供应水的稀释进料物流，并且浓缩进料物流可以持续供应给浓缩室。相对于稀释进料物流，流出稀释室的产物物流被净化，包含比稀释进料物流更低浓度的离子；产物物流可以被进一步净化或提供给工业过程使用。流出浓缩室的浓缩物流出物流包含比浓缩进料物流更高浓度的离子，它可以被循环使用或排放到废物单元中。电渗析单元不需要使用再生化学品。电渗析单元由Ionics，Incorporated ofWatertown，Massachusetts生产。
通过水净化系统可以消耗能量，例如，在增加水供应物流的压力以驱使其渗透通过过滤出杂质的膜的过程中，或者在对电极施加直流电以驱使离子进入电渗析单元中的浓缩室的过程中。在电渗析单元中，众所周知稀释室、浓缩室或这二者两端的大电阻即小电导可以导致供应的大部分电能耗散为热而没有驱使很多离子的移动。通过例如循环浓缩物流出物流到浓缩室入口或对浓缩进料物流添加盐来确保浓缩室中离子的大浓度从而增加浓缩室两端的电导，这样可以降低制备单位体积净化水所需的电能。
稀释室两端的小电导的问题用电去电离作用单元解决。电去电离作用单元的基本设计与电渗析单元类似。然而，电去电离作用单元的稀释室包含能增加稀释室两端的电导的离子交换珠。离子交换珠具有带正电和带负电的部位；即使当稀释进料物流的电导很低时，这些部位也促进了通过稀释室的离子的有效迁移。
电去电离作用单元可能需要周期维护来清洁已经变脏和离子通过已经受阻的室分离膜。这种清洁可能需要关闭水净化系统数小时或数天。除了与清洁操作相关的成本外，关闭时间可以，例如，导致依赖于净化水的生产过程的中断，需要投资于用于净化水的大存储容量或需要投资于辅助水净化系统。清洁使室分离膜退化，可能导致需要频繁替换昂贵的膜。杂质如由多价离子如Ca2+和Mg2+和反离子形成的水垢的沉积可以使室分离膜变脏。其它杂质如生物污物的沉积可以污染室分离膜。
如上所述，浓缩进料物流应当包含大浓度的离子，以便浓缩室两端的电导大。在一个确保浓缩室中大浓度的离子的方法中，水净化系统包括一个泵，它把离开电去电离作用单元的浓缩室的浓缩物流出物流循环回浓缩室中。子系统，包括泵、将泵连接到浓缩室入口和出口的管线以及浓缩室，可被称为浓缩物回路。包括浓缩物回路的水净化系统的例子描述于Sato的美国专利6,565,726 B2中。当通过所施加的直流电把离子从稀释室驱使入浓缩室时，浓缩物回路(包括浓缩室)中的离子浓度增加。最终，浓缩室中大浓度的离子可导致浓缩室两端的大电导。然而，当电去电离作用系统首次启动时，浓缩室中可能仅有很小的离子浓度；在启动时为了增加浓缩室中流体的电导率以及浓缩室两端的电导，可以在开始时把作为离子源的盐注射入浓缩物回路。注射的盐可以是单价盐，也就是说，这样的盐，其中结合而形成盐的离子是单价的，例如氯化钠。
从稀释室驱使入浓缩室的多价离子能够在浓缩物回路中累积。当累积的多价离子的浓度变得足够大时，多价离子和相结合的反离子能在与浓缩室相邻的室分离膜的那一侧上沉淀为水垢，这样就污染了膜。细菌和其它生物能在浓缩物回路中生长。生物污物(biologicalfoul)例如生物(organisms)和由生物产生的化合物能沉积在室分离膜上并污染它。来自浓缩物回路的排出物流(bleed stream)能够用来除去来自浓缩物回路的杂质。浓缩物回路中连续排出的流体可以被向浓缩物回路连续供应附加流体的补充物流来补充。浓缩物回路中的杂质减少到生物污物、水垢和其它杂质在室分离膜上的累积不大于预先确定的可接受速率的水平，这可能需要大流速的排出物流和大流速的补充物流。流出电去电离作用单元的产物物流的流速(可以称之为EDI产物物流)与供应物流的流速(它为稀释进料物流和补充物流提供水)之间的比率可以为0-1；比率越接近1，水净化系统利用供应物流的水越有效率。在水净化系统中包括排出物流和补充物流降低了EDI产物物流的流速与供应物流的流速之间的比率。过滤作为补充物流提供的供应物流中的水以最小化把诸如生物、其它生物污物和多价离子的杂质引入浓缩物回路中，这可能是必需的。例如，在Tessier等的美国专利6,056,878中，图3举例说明了反渗透渗透物被提供给稀释室并作为补充水提供给浓缩物回路。反渗透膜过滤出多价离子和细菌；结果是，与如果使用未过滤的供应水时的速率相比，在浓缩物回路中使用反渗透渗透物可以降低室分离膜的污染速率。不过，虽然补充物流可能不包含或仅包含少量的细菌和其它生物，但是很难保持完全的无菌，在美国专利6,056,878图3中举例说明的系统没有办法消除在浓缩物回路中生长的生物。用于补充物流中的水的过滤也代表着附加的投资成本。例如，在美国专利6,056,878图3中所举例说明的系统中，使用用作补充水的反渗透渗透物，对于给定的EDI产物物流体积流速，与如果不使用反渗透单元渗透物作为补充水相比，这需要更大容量的反渗透单元。
可以把防垢剂注入浓缩进料物流以防止或延迟多价离子和相结合的反离子沉积为水垢。防垢剂注射装置提高了投资和维护成本并增加了水净化系统的体积和重量。可以把能够杀死细菌和其它生物的抗菌剂注射入浓缩进料物流中，但是抗菌剂必须最终被作为废物处理，而且抗菌剂注射装置提高了投资和维护成本。某些抗菌剂也可能降低水净化系统中一些组件的寿命。例如，氯气能起到抗菌剂的作用，但是它能使电去电离作用单元的稀释室中的室分离膜和离子交换树脂劣化。紫外光装置可以辐照浓缩物回路中的流体来杀死细菌和其它生物；然而，紫外光装置和抗菌剂都不能消除被杀死的生物的残骸。
在一个替换方法中，在包含电去电离作用单元的水净化系统中不使用浓缩物回路。作为替换，浓缩进料物流中的流体被连续供应给浓缩室，并且仅仅通过浓缩室一次，没有流体循环。因为在一次通过的系统中浓缩进料物流中的新鲜流体被连续供应给浓缩室，浓缩室中杂质(例如多价离子和诸如细菌的生物污物)的浓度可以很低。一次通过系统可以比包含浓缩物回路的系统需要更少频率的室分离膜的清洁。Electropure，Inc.of Laguna Hills，California生产一种一次通过单元，Electropure EDI。
然而，传统的一次通过系统把一部分供应物流提供给稀释室，剩余部分提供给电去电离作用单元的浓缩室，它很耗费水并且具有低的EDI产物物流的流速与供应物流的流速之间的比率。高速率的耗费水提高了传统一次通过系统的运行费用。如果供应物流在供应给稀释室和电去电离作用单元的浓缩室之前被过滤(例如通过反渗透单元)，对于给定的EDI产物物流的流速，所需的过滤器容量和相关的投资成本可能高于包括浓缩物回路的系统。因为从稀释室驱使入浓缩室的离子不循环回浓缩室，可能需要连续地把作为离子源的盐注射入传统一次通过系统的浓缩进料物流。注射盐的需要导致增加的与盐注射装置相关的投资和维护成本。对于给定的EDI产物物流的流速，传统的一次通过系统中比包含浓缩物回路的系统中更大的供应物流水的流速可以导致传统的一次通过水净化系统不如包含浓缩物回路的水净化系统环境友好。
Sato等的美国专利公开2002/0125137 A1的图1举例说明了一种系统，其中一部分EDI产物物流被作为浓缩进料物流供应给电去电离作用单元的浓缩室。该系统和传统的一次通过水净化系统的类似之处在于浓缩物流出物流被作为废物处理，不循环回浓缩室。因此美国专利公开2002/0125137 A1的图1举例说明的系统看起来没有有效利用供应物流的水。
因此仍然存在对水净化系统尚未满足的需要，它能在必须清洁电去电离作用单元的室分离膜以除去累积的生物污物之前运行很长时间，并且它的环境友好之处在于具有大的EDI产物物流的流速与供应物流的流速之间的比率。

发明内容
因此本发明的一个目的是提供水净化系统，它们能在必须清洁电去电离作用单元的室分离膜以除去累积的生物污物之前运行很长时间，并且它们的环境友好之处在于具有大的EDI产物物流的流速与供应物流的流速之间的比率。
本发明的水净化系统的一个实施方案包括电去电离作用单元和浓缩物过滤膜。电去电离作用单元可以制备EDI产物物流，并且可以包含用来接收稀释进料物流的稀释室以及用来接收浓缩进料物流和输出浓缩物流出物流的浓缩室。浓缩物过滤膜可以从电去电离作用单元的浓缩物流出物流中除去生物污物以获得过滤的浓缩物流出物流。电去电离作用单元的浓缩室能接收过滤的浓缩物流出物流。生物污物可能包括细菌、原生生物、原生动物(protazoa)、藻类、真菌、酵母、花粉、多细胞机体的组分细胞、生物片断、亚细胞器、细胞壁、生物中存在的化合物、生物产生的化合物、蛋白质、蛋白质片断、多醣、纤维素以及分子量大于或等于大约150道尔顿的包含碳的分子。浓缩物过滤膜可以包含于具有错流(cross-flow)构型的浓缩物过滤单元中或包含于具有平推流(plug-flow)构型的浓缩物过滤单元中。电去电离作用单元的浓缩室能接收来自补充供应源的补充物流。废物单元能接收来自浓缩室的排出物流。
水净化系统的另一个实施方案包括侧面物流过滤膜和废物单元。侧面物流过滤膜能把来自浓缩室的一部分浓缩物流出物流分离成侧面渗透物流和侧面废料物流，废物单元能接收基本上所有的侧面废料物流，浓缩物过滤膜能接收侧面渗透物流。或者，侧面物流过滤膜能把来自浓缩物过滤膜的一部分过滤的浓缩物流出物流分离成侧面渗透物流和侧面废料物流，废物单元能接收基本上所有的侧面废料物流，浓缩室能接收侧面渗透物流。侧面物流过滤膜可以包含微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜或这些的任意结合。
水净化系统的一个实施方案包括补充物流供应源。浓缩室可以接收来自补充物流供应源的补充物流，并且EDI产物物流可以具有大于或等于稀释进料物流和补充物流的总流速的97％的流速。浓缩物过滤膜可以接收补充物流供应源的补充物流，并且EDI产物物流可以具有大于或等于稀释进料物流和补充物流的总流速的97％的流速。
根据本发明的水净化系统可以包含用来过滤在稀释室和浓缩室之间通过的物质的室分离膜。在一个实施方案中，室分离膜的清洁需要最多每年一次。
合适的室分离膜可以包含微滤膜、超滤膜、纳滤膜或这些的任意结合。根据本发明的水净化系统可以包含防垢剂注射装置、抗菌剂注射装置、碱金属氢氧化物注射装置、盐注射装置或这些注射装置的任意结合。防垢剂注射装置能把防垢剂注射入浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中；抗菌剂注射装置能把抗菌剂注射入浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中；碱金属氢氧化物注射装置能把碱金属氢氧化物注射入浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中；以及盐注射装置能把盐注射入浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中。水净化系统可以包含用来把溶解的或夹带的气体从浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中分离出来的气体转移膜，用来辐照浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流的紫外光装置，和/或用来软化浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流的离子交换单元。
根据本发明的水净化系统可以包含用来增加通过浓缩物过滤膜表面的浓缩物流出物流的流速的循环泵。电去电离作用单元可以包含逆流的电去电离作用单元。
在根据本发明的水净化方法中，电去电离作用单元产生EDI产物物流和浓缩物流出物流。能够从浓缩物流出物流中除去生物污物以获得过滤的浓缩物流出物流。可以把过滤的浓缩物流出物流提供给电去电离作用单元的浓缩室。可以把来自浓缩物流出物流的一部分和/或过滤的浓缩物流出物流的一部分的杂质除去以获得侧面渗透物流。可以把侧面渗透物流提供给浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流。EDI产物物流可以具有大于或等于稀释进料物流的流速的97％的流速。可以把补充物流提供给浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流。除去的生物污物可以排放到废物单元中。可以把排出物流从浓缩物流出物流和/或过滤的浓缩物流出物流中取出，并可以把排出物流排放到废物单元中。可以选择大于或等于稀释进料物流的流速的90％的EDI产物物流的流速。


图1是根据本发明一个实施方案的水净化系统的示意图。
图2是根据本发明一个实施方案的水净化系统的示意图，它包含侧面物流过滤膜、侧面渗透物流、侧面废料物流、废物单元、补充物流和补充物流供应源。
具体实施方案下面详细讨论本发明的实施方案。在描述实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本发明并不是要限定于这样选择的特定术语。相关领域技术人员知道可以使用其它等价组件以及未脱离本发明精神和范围开发的其它方法。本文中所引用的对比文件作为参考全部引入，如同其各自单独引用。
在根据本发明的水净化系统的一个实施方案中，如图1所示，显示了用来产生净化水的EDI产物物流4的电去电离作用单元2。稀释室6可以接收稀释进料物流8。浓缩室10可以接收浓缩进料物流12并且可以输出浓缩物流出物流14。浓缩物过滤膜16可以除去来自电去电离作用单元2的浓缩物流出物流14的生物污物和诸如胶体和微粒的其它杂质，以获得过滤的浓缩物流出物流18。电去电离作用单元2的浓缩室10可以接收过滤的浓缩物流出物流18。泵48可以位于，例如，浓缩物流出物流14或过滤的浓缩物流出物流18处。
生物污物可能包含活的或死的生物。这种生物可能包括，例如，细菌、原生生物、原生动物、藻类、真菌、酵母、花粉或多细胞机体的组分细胞。生物污物也可能包含，例如，诸如亚细胞器或细胞壁的生物片断。生物污物可能包含生物中存在的化合物或者生物产生的化合物，例如，蛋白质、蛋白质片断、多醣或纤维素。生物污物可能另外包含，例如，分子量大于或等于大约150道尔顿的包含碳的分子。
浓缩物过滤膜16可以包含于浓缩物过滤单元32中。浓缩物过滤单元32可以具有错流构型或平推流构型。浓缩物过滤单元32也可以具有结合了错流构型和平推流构型的方面的构型。例如，浓缩物过滤单元32可以被设计成通常在平推流构型下运行，然而为了清洁浓缩物过滤膜16的表面也能够切换到错流构型。
本发明的水净化系统可以包含补充物流供应源42。水净化系统可以接受来自补充物流供应源42的过滤水、粗过滤水或未过滤水作为补充物流44。据信浓缩物过滤膜16能除去可能被引进补充物流44的诸如生物污物的杂质。如果足够洁净的水作为补充物流44引入，那么补充物流44可以在浓缩物过滤膜16后面引入，也就是说，补充物流44可以被引入到过滤的浓缩物流出物流18中或浓缩室10中。这样，浓缩物流出物流14、过滤的浓缩物流出物流18、浓缩物过滤膜16或浓缩室10能接收补充物流44。EDI产物物流4可以具有大于或等于稀释进料物流8和补充物流44的总流速的97％的流速。
废物单元40可以接收来自过滤的浓缩物流出物流18或来自浓缩物流出物流14的排出物流50。废物单元40可以接收来自浓缩物过滤膜16或来自浓缩室10的排出物流50。
如图2所示，水净化系统可以包括侧面物流过滤膜34，它能把一部分过滤的浓缩物流出物流18分离成侧面渗透物流36和侧面废料物流38。侧面废料物流38可以作为排出物流；废物单元40能接收基本上所有的侧面废料物流38。浓缩室10或浓缩物过滤膜16能接收侧面渗透物流36。
侧面物流过滤膜34可以包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜，或它们的任意结合。被侧面物流过滤膜34除去的杂质可以通到侧面废料物流38中。通过在侧面废料物流38中浓缩杂质，可以降低在除去杂质时被排放以防止例如浓缩室10中杂质超过一定水平的水的流速。通过降低在诸如侧面废料物流38的排出物流中排放的水的流速，降低了本应在补充物流44中添加的水的流速，因此，在制备单位体积的EDI产物物流4时，降低了水的总耗费。侧面物流过滤膜34可以用来除去来自过滤的浓缩物流出物流18的单价盐和其它杂质。虽然为了维持通过浓缩室10的高电导率，可能期望浓缩室10中提高的单价盐浓度，但是浓缩室10中的单价盐浓度不应超过一定水平。侧面物流过滤膜34可以，例如，包含能除去单价盐的反渗透膜。或者，侧面物流过滤膜34可以把一部分浓缩物流出物流14分离成侧面渗透物流36和侧面废料物流38；浓缩物过滤膜16可以接收侧面渗透物流36，而废物单元40可以接收侧面废料物流38。
电去电离作用单元2可以包括使稀释室6和浓缩室10分隔的室分离膜46。如果诸如生物污物的物质在室分离膜46上累积(例如，在相邻于浓缩室10的室分离膜46的那一侧上)，累积的物质能限制通过膜46的离子的流动，并且对电去电离作用单元2的运行有不利影响。例如，如果诸如生物污物的物质累积，那么残留在EDI产物物流4中的杂质浓度可能增加，或者可能必须降低稀释进料物流8的流速和因此EDI产物物流4的流速，以保持EDI产物物流4中的低杂质浓度。如果诸如生物污物的物质在相邻于浓缩室10的室分离膜46的那一侧上累积，那么与通过浓缩室10的流体的给定流速有关的压降可能增加。那么，在浓缩室10的两端，在用来接收浓缩进料物流12的浓缩室10入口与用来输出浓缩物流出物流14的浓缩室10出口之间，可能需要施加更大的压差以维持流速。维持流速所需的更大的压差可能导致更大的动力消耗。被供应了诸如地表水(例如所有溶解的固体的浓度为大约5ppm到大约200ppm的地表水)的反渗透膜能过滤诸如溶解的固体、细菌和其它生物污物的杂质；可以把过滤水供应给稀释流8和补充物流44。
然而，即使补充物流44被供应的是通过反渗透膜过滤的水，生物污物还是能渗透或迂回通过反渗透膜并污染浓缩室10。例如，生物污物能通过反渗透膜中的缺陷，该反渗透膜上的缺陷或者开始就存在或者是由对其损害造成的，或者通过反渗透膜周围密封的漏洞。一旦存在于浓缩室10中，生物污物可以累积，例如，诸如细菌的活生物污物能再生和繁殖。浓缩室10中活生物污物的再生可能是个问题，因为可能把氯气和其它抗菌剂从稀释进料物流8和补充物流44中除去以避免室分离膜46的化学降解。结果是，需要对室分离膜46进行周期性清洗，这可能高成本和不便的过程。室分离膜46很贵，在必须替换它们前只能清洗有限次数。在使水从浓缩室循环回浓缩室的传统水净化系统中，室分离膜可能需要频繁清洁。然而，由于浓缩物过滤膜16能除去生物污物和其它杂质，本发明的水净化系统中的室分离膜46可能需要比传统水净化系统中的室分离膜低得多的清洁频率。例如，传统水净化系统中的室分离膜所需的清洁频率可以是本发明水净化系统中的室分离膜46所需的清洁频率的大约2到大约4倍。例如，当把来自给定来源的水通过反渗透膜过滤并将其作为补充物流提供给传统水净化系统中的浓缩进料物流时，传统水净化系统的电去电离作用单元中的室分离膜可能需要每年清洁大约2-4次。相反，当把来自同一来源的水通过反渗透膜过滤并将其作为补充物流44提供给本发明的水净化系统时，电去电离作用单元2中的室分离膜46可以需要每年至多清洁一次。
浓缩物过滤膜16可以包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜，或它们的任意结合。例如，Capfil超滤膜UFC M5型，由X-Flow B.V.，Vriezenveen，Netherlands生产，标称截留分子量为150,000-200,000道尔顿。GE Water Technologies of Trevose，Pennsylvania生产的过滤器的例子包括DS-E-500微滤膜，标称孔径为0.04微米；PW系列超滤膜，标称截留分子量为10,000道尔顿；PT8040F超滤膜，标称截留分子量为6,000道尔顿；以及DS-51纳滤膜，标称截留分子量为150-300道尔顿(对于不带电荷的有机分子)。HYDRAcap中空纤维超滤组件，由Hydranautics，Oceanside，California生产，其标称截留分子量为150,000道尔顿，它能以平推流，也称为直进流(direct flow)或“死端”流(″dead-end″flow)，方式操作，也能在错流方式下运行。
本发明的水净化系统也可以包括一个或多个附加组件。例如，水净化系统可以包括防垢剂注射装置，它能把防垢剂注射到浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18中。防垢剂的例子包括硫酸、盐酸、聚丙烯酸、聚(丙烯酸-共-磺酸盐/酯)、膦酸盐/酯防垢剂、六偏磷酸钠、EDTA络合剂、CDTA络合剂、酰氨基丁二酸螯合剂、亚硫酸氢钠，以及这些防垢剂与其它防垢剂的结合。
水净化系统可以包括抗菌剂注射装置。抗菌剂注射装置可以把抗菌剂注射到浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18中。
水净化系统可以包括氢氧化钠注射装置。氢氧化钠注射装置可以把氢氧化钠注射到浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18中。注射的氢氧化钠与溶解在水中的二氧化碳反应生成仍然留在溶液中的碳酸钠和碳酸氢钠，其在电去电离作用单元2中不产生水垢或污垢。
水净化系统可以包括用来把盐(例如，诸如氯化钠的单价盐)注射到浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18的流体中的盐注射装置。盐注射装置可以确保浓缩室10中最低的盐浓度。浓缩室10中充足的盐浓度可以在浓缩室10两端获得大电导。
可以用带有气体转移膜的气体转移单元把溶解的或夹带的气体从水中除去。例如，这种气体转移单元能除去二氧化碳。气体转移单元能够接收过滤的浓缩物流出物流18，从过滤的浓缩物流出物流18中分离溶解的或夹带的气体，然后向电去电离作用单元2的浓缩室10供应去气的被过滤的物流。或者，气体转移单元可以接收浓缩物流出物流14，从浓缩物流出物流14中分离溶解的或夹带的气体，然后向浓缩物过滤膜16供应去气的经处理的物流。
水净化系统可以包括紫外光装置。该装置能在过滤的浓缩物流出物流18进入电去电离作用单元2的浓缩室10前用紫外光辐照过滤的浓缩物流出物流18。或者，紫外光装置能在浓缩物流出物流14进入浓缩物过滤膜16前用紫外光辐照浓缩物流出物流14。
离子交换单元能接收过滤的浓缩物流出物流18，软化过滤的浓缩物流出物流18的流体。然后可以把软化的被过滤的物流供应给电去电离作用单元2的浓缩室10。例如，离子交换单元能接收过滤的浓缩物流出物流18，它来自包括微滤或超滤膜的浓缩物过滤膜16。认为离子交换树脂把诸如碳酸钙或碳酸镁的盐转化成更可溶的钠盐，这样减少了朝向电去电离作用单元2的浓缩室10的室分离膜46的表面的水垢和污垢。或者，离子交换单元能接收浓缩物流出物流14，软化浓缩物流出物流14的流体；然后可以把软化的被过滤的物流供应给浓缩物过滤膜16。
水净化系统可以包括再循环泵，用来增加通过浓缩物过滤膜16的表面的浓缩物流出物流14的流速。再循环泵的入口可以例如与浓缩物过滤膜16的上流流体连接并接近浓缩物过滤膜16的表面；再循环泵的出口可以例如与浓缩物流出物流14流体连接。
在一个实施方案中，电去电离作用单元2具有逆流构造，也就是说，浓缩室10中的流体在与稀释室6中的流体流动方向相反的方向流动。对于给定的室分离膜46的面积，每单位时间从稀释室6转移到浓缩室10的离子物质的质量对于逆流构造比对于并流构造更大。
在根据本发明的一个净化水的方法中，EDI产物物流4和浓缩物流出物流14是用电去电离作用单元2制备的。可以把生物污物从浓缩物流出物流14中除去以获得过滤的浓缩物流出物流18。除去的生物污物可以作为废物排放出去。可以把过滤的浓缩物流出物流18供应给电去电离作用单元2的浓缩室10。
可以从过滤的浓缩物流出物流18的一部分中除去杂质以获得侧面渗透物流36，可以把侧面渗透物流36供应给过滤的浓缩物流出物流18和/或浓缩物流出物流14。可以从浓缩物流出物流14中除去杂质以获得侧面渗透物流36，可以把侧面渗透物流36供应给浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18。可以把补充物流44供应给浓缩物流出物流14或过滤的浓缩物流出物流18。
EDI产物物流4可以具有大于或等于稀释进料物流8的流速的97％的流速。
可以从浓缩物流出物流14和/或过滤的浓缩物流出物流18中取出排出物流，并可以把排出物流作为废物排放。
一种方法可以包括选择EDI产物物流4的流速的步骤，所选择的流速大于或等于稀释进料物流8的流速的90％。例如，可以选择补充物流44的流速和排出物流的流速(诸如侧面废料物流38的流速)以达到此比率。
本说明书中阐释和讨论的实施方案仅用来教导本领域技术人员发明人所知的制造和使用本发明的最佳方式。本说明书中的任何内容都不应被理解为用来限定本发明的范围。所提供的全部实施例都是示意性的，而不是限定性的。在不脱离本发明的情况下，如基于上述教导本领域技术人员所理解的，可以对上述本发明的实施方案进行调整或变化。因此应当明白的是，在权利要求和它们的等同替换的范围内，除了特别说明的之外，可以实施本发明。
权利要求
1.一种水净化系统，包括用于产生EDI产物物流的电去电离作用单元，该单元包括用来接收稀释进料物流的稀释室和用来接收浓缩进料物流并输出浓缩物流出物流的浓缩室；以及用来除去来自电去电离作用单元的浓缩物流出物流的生物污物以获得过滤的浓缩物流出物流的浓缩物过滤膜，其中电去电离作用单元的浓缩室与过滤的浓缩物流出物流流体连接。
2.权利要求1的系统，其中生物污物选自细菌、原生生物、原生动物、藻类、真菌、酵母、花粉、多细胞机体的组分细胞、生物片断、亚细胞器、细胞壁、生物中存在的化合物、生物产生的化合物、蛋白质、蛋白质片断、多醣、纤维素以及分子量大于或等于大约150道尔顿的包含碳的分子。
3.权利要求1的系统，其中浓缩物过滤膜被包含于具有错流构型的浓缩物过滤单元中。
4.权利要求1的系统，其中浓缩物过滤膜被包含于具有平推流构型的浓缩物过滤单元中。
5.权利要求1的系统，另外包含能把来自浓缩室的一部分浓缩物流出物流分离成侧面渗透物流和侧面废料物流的侧面物流过滤膜；以及用来接收基本上所有的侧面废料物流的废物单元，其中浓缩物过滤膜能接收侧面渗透物流。
6.权利要求1的系统，另外包含能把来自浓缩物过滤膜的一部分过滤的浓缩物流出物流分离成侧面渗透物流和侧面废料物流的侧面物流过滤膜；以及用来接收基本上所有的侧面废料物流的废物单元，其中浓缩室能接收侧面渗透物流。
7.权利要求6的系统，其中侧面物流过滤膜包括选自微滤膜、超滤膜、纳滤膜或反渗透膜中的至少一种的膜。
8.权利要求6的系统，另外包含补充物流供应源，其中浓缩室能接收来自补充物流供应源的补充物流，以及其中EDI产物物流可以具有大于或等于稀释进料物流和补充物流的总流速的97％的流速。
9.权利要求6的系统，另外包含补充物流供应源，其中浓缩物过滤膜能接收来自补充物流供应源的补充物流，以及其中EDI产物物流可以具有大于或等于稀释进料物流和补充物流的总流速的97％的流速。
10.权利要求1的系统，另外包含用来过滤在稀释室和浓缩室之间通过的材料的室分离膜，其中室分离膜需要每年至多清洁一次。
11.权利要求1的系统，其中浓缩物过滤膜包含选自微滤膜、超滤膜或纳滤膜中至少一种的膜。
12.权利要求1的系统，另外包含至少下述之一防垢剂注射装置，用来把防垢剂注射入浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个，抗菌剂注射装置，用来把抗菌剂注射入浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个，碱金属氢氧化物注射装置，用来把碱金属氢氧化物注射入浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个，或盐注射装置，用来把盐注射入浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个。
13.权利要求1的系统，另外包含气体转移膜，用来分离来自浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个的溶解的或夹带的气体。
14.权利要求1的系统，另外包含紫外光装置，用来辐照浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个。
15.权利要求1的系统，另外包含离子交换单元，用来软化浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个。
16.权利要求1的系统，另外包含再循环泵，用来增加通过浓缩物过滤膜表面的浓缩物流出物流的流速。
17.权利要求1的系统，其中电去电离作用单元包括逆流电去电离作用单元。
18.一种水净化系统，包括用于产生EDI产物物流的电去电离作用单元，它包括用来接收稀释进料物流的稀释室和用来接收浓缩进料物流并输出浓缩物流出物流的浓缩室；用来除去来自浓缩物流出物流的生物污物以获得过滤的浓缩物流出物流的浓缩物过滤膜；补充物流供应源；以及废物单元，其中浓缩室能接收来自补充物流供应源的补充物流，其中废物单元能接收来自浓缩室的排出物流，以及其中浓缩室能接收过滤的浓缩物流出物流。
19.权利要求18的系统，其中浓缩物过滤膜被包含于具有错流构型的浓缩物过滤单元中。
20.权利要求18的系统，另外包含包含反渗透膜的侧面物流过滤膜，它能把一部分过滤的浓缩物流出物流分离成侧面渗透物流和侧面废料物流，其中废物单元能接收基本上所有的侧面废料物流，以及其中浓缩室能接收侧面渗透物流。
21.一种净化水的方法，包含步骤用电去电离作用单元制备EDI产物物流和浓缩物流出物流；从浓缩物流出物流中除去生物污物以获得过滤的浓缩物流出物流；以及把过滤的浓缩物流出物流供应给电去电离作用单元的浓缩室。
22.权利要求21的方法，另外包含步骤从浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个的一部分中除去杂质以获得侧面渗透物流；以及把侧面渗透物流供应给浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个。
23.权利要求22的方法，其中EDI产物物流具有大于或等于稀释进料物流的流速的97％的流速。
24.权利要求21的方法，另外包含向浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个供应补充物流的步骤。
25.权利要求21的方法，另外包含向废物单元排放除去的生物污物的步骤。
26.权利要求21的方法，另外包含步骤从浓缩物流出物流或过滤的浓缩物流出物流中的至少一个取出排出物流；以及向废物单元排放排出物流。
27.权利要求21的方法，另外包含选择EDI产物物流的流速大于或等于稀释进料物流的流速的90％的步骤。
全文摘要
一种水净化系统，包括浓缩物过滤膜(16)和电去电离作用单元(2)。把来自电去电离作用单元(2)的浓缩物流出物流在浓缩物过滤膜(16)中过滤；过滤的浓缩物流出物流被供应给电去电离作用单元的浓缩室(10)。
文档编号C02F1/469GK101094813SQ200580045566
公开日2007年12月26日 申请日期2005年10月27日 优先权日2004年10月29日
发明者W·E·哈斯, A·P·奎恩 申请人:通用电气流动水公司