使用电容去离子系统去除离子的制作方法

使用电容去离子系统去除离子的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方案提供使用流通式电容器从进料水流中除去离子的方法和用于进行该方法的控制器。为离开该流通式电容器的处理水流建立水性质浓度的目标值或将要除去的水性质浓度的固定去除百分比。测量进入该流通式电容器的进料水流中的水性质浓度的进料值。控制该流通式电容器的安培数与穿过该流通式电容器的流速以从进料水流中除去离子以达到水性质的所需去除率。
【专利说明】使用电容去离子系统去除离子
[0001]发明背景
[0002]本申请涉及用于使用电化学处理的水处理的系统、装置和方法。
[0003]电容去离子可用于从水中除去带电荷的成分如离子，在电容去离子系统中，水流通过一个或多个包括极化电极对的流通式电容器。为了在水通过电极之间时处理该流，在电极之间建立电压电位。该电压电位使得水中的成分被吸引到并至少暂时保持在电极之一上，而令相对净化的水离开该电容器。
[0004]在一段时间的处理后，电极变得将被成分饱和，以使得该电极不再能有效地从水流中除去成分。为了再生该流通式电容器的容量，可以将流通式电容器设置为排放捕获的成分。通常，通过去除该电压电位或通过在与处理过程中建立的电压电位相反的方向上临时施加电压电位，由此从电极上释放该成分，而进行排放。在排放过程中，携带该成分的流出水通常送入废水管道。
[0005]发明概述
[0006]本发明的一些实施方案提供了使用具有至少一对彼此隔开以容纳水流并配置为在该电极对与水之间转移离子的电极的流通式电容器从进料水流中去除离子的方法。为离开该流通式电容器的处理水流建立水性质浓度的目标值。测量进入该流通式电容器的进料水流中的水性质浓度的进料值。基于进料值计算将要从该进料水流中除去的水性质浓度的量以达到处理水流中水性质浓度的目标值。控制该流通式电容器的安培数与穿过该流通式电容器的流速以便从进料水流中除去离子以达到处理水流中水性质浓度的目标值。
[0007]本发明的一些实施方案提供了从进料水流中除去离子的方法，其使用使用具有至少一对电极的流通式电容器，所述电极彼此隔开以容纳水流并配置为在该电极对与水之间转移离子。建立从流经该流通式电容器的进料水流中除去的水性质浓度的固定去除百分t匕。测量进入该流通式电容器的进料水流中的水性质浓度的进料值。控制该流通式电容器的安培数与穿过该流通式电容器的流速以从进料水流中除去离子以达到从进料水流中除去水性质浓度的固定去除百分比。
[0008]本发明的一些实施方案提供了用于实施上述方法的一者或两者的控制器。
[0009]附图描述
[0010]图1是根据本发明的一个实施方案的具有流通式电容器和液压气动储罐的电容去尚子系统的不意图。
[0011]图2是根据本发明的另一实施方案的具有流通式电容器和常压储罐的电容去离子系统的不意图。
[0012]图3是流通式电容器的示意图。
[0013]图4是包含流通式电容器的容器的局部横截面侧视图，其中该容器具有配置为选择性引导(route)水穿过该流通式电容器的连接于其上的阀，并且该阀实现由图1和2的多个单独的阀的一些所提供的各种功能。
[0014]图5是显示根据本发明的方法的一种形式的具有流通式电容器的电容去离子系统的一般操作的工艺流程图。
[0015]图6是描述在一个操作循环的实例过程中该流通式电容器的电流与电压值的图。
[0016]图7是描述根据本发明的方法的一个方面的处理循环的工艺流程图。
[0017]图8是描述根据本发明的方法的一个方面的再生循环的工艺流程图。
[0018]发明详述
[0019]在详细解释本发明的任何实施方案之前，要理解的是本发明在其应用中不限于在下面的说明书中列举或在下面的附图中描述的构造细节与组件布置。本发明可以具有其它实施方案，并可以以各种方式实践或实施。同样，要理解的是本文中所用的措辞和术语用于描述目的而不应视为限制。在本文中使用“包括”、“包含”或“具有”及其变体指的是涵盖其后列举的项目及其等价物以及其它项目。除非另行规定或限定，术语“安装”、“连接”、“支持”和“偶联”及其变体是概括地使用的，并涵盖直接和间接的安装、连接、支持和偶联。此外，“连接”和“偶联”不限于物理或机械的连接或偶联。
[0020]提出下列讨论以使得本领域技术人员能够做出和使用本发明的实施方案。对所述实施方案的各种修改对本领域技术人员显而易见，并且本文中的通用原则可以在不离开本发明的实施方案的情况下应用于其它实施方案和用途。因此，本发明的实施方案并非意在限于所示实施方案，而是符合与本文中公开的原则和特征一致的最宽范围。参照附图阅读下面的详细描述，其中，不同的图中相同的元件具有相同的附图标记。该附图(并非一定按比例)描述了所选的实施方案并且并非意在限制本发明的实施方案的范围。熟练的技术人员将认识到本文中提供的实施例具有许多可用的替代方案，它们落在本发明的实施方案的范围内。
[0021]图1和2分别描述了不具有和具有常压储罐163的电容去离子系统10、110。这些电容去离子系统10、110设计为接收进料水并与其它任选处理方法一起利用电容去离子对该水进行处理以便从水中除去成分。这种类型的系统可用于例如处理水以改善水质用于特定用途，或从水流中回收有价成分(例如金属)。因此，虽然描述了用于水处理的系统，本文中描述的系统与方法可用于任何其中可以使用流通式电容器的应用。
[0022]此外，虽然图1和2描述了使用多个阀引导水穿过系统10、110，其它阀布置也可使用，例如如图4中所示的连接到流通式电容器上的单一阀布置，其中单一阀实现图1和2中的多个阀的功能。
[0023]现在回到图1和2的说明，在各电容去离子系统10、110的入口一侧上，进料水入口 12、112向流通式电容器26、126选择性提供用于过滤和去离子的水。在显示的实施方案中，水流从进料水入口 12、112经由具有依次安置于其上的铁过滤器14、114、碳和/或沉淀物预过滤器20、120以及入口隔离阀16、116(当开启时)的入口管道流至流通式电容器26、126。对于图1的电容去离子系统10，还存在安置在铁过滤器14与预过滤器20之间的可用于保持系统10中压力的泵17。该泵17或压力源可以以其它布置不同地放置或连接到系统10，且因此，所示实施方案仅仅是系统10的一种可能构造。该入口管线还包括安置在入口隔离阀16、116与流通式电容器26、126之间的多个指示器和传感器，包括压力传感器
18、118，电导率指示器22、122以及流量传感器25、125。
[0024]进料水入口 12、112与流通式电容器26、126之间的多个元件是任选的。例如，该铁过滤器14、114和/或该预过滤器20、120可能不存在，且进料水入口 12、112可能直接偶联到入口隔离阀16、116上或与入口隔离阀16、116直接连通。同样，如果需要的话，该铁过滤器14、114和/或该预过滤器20、120可以由另一预处理方法替代或补充。
[0025]如参照图3在下文中更详细地描述的那样，该流通式电容器26、126能够通过从水中除去带电荷成分将水去离子，并能够周期性排放收集的成分以再生该流通式电容器26、126的容量。
[0026]在流通式电容器26、126的出口一侧，水流从出口管线52、152离开该流通式电容器26、126并穿过多个组件以最终到达处理水出口 76、176或排水口 58、158。该处理水出口 76、176可以将处理过的水提供到例如住宅管道系统，而排水口 58、158适于在流通式电容器26、126的离子排放、清洗、或再生过程中处置富含杂质或富含成分的水。在其中该系统用于从水流中回收成分(如金属)的某些实施方案中，来自排水口 58、158的水不被处置而代之以收集以便进一步加工。
[0027]在电容去离子系统10、110中，流通式电容器26、126的出口管线52、152在一个方向上分支到排水口 58、158并在另一方向上分支到处理水出口 76、176。在图1和2中显示的实施方案中，通过支路后的控制阀的构造决定来自出口管线52、152的水的流动路径。在去往排水口 58、158的路径上并在出口管线52、152中的支路后，存在排水口控制阀56、156，其在开启时令出口管线52、152与排水口 58、158流体连通。在由出口 52、152至处理水出口 76、176的路径上并在支路后，存在处理水控制阀62、162，其在开启时允许水流向处理水出口 76、176。在图1和2的实施方案中，将仅开启这两个阀的一个，而另一个将关闭。
[0028]两条管线提供使一些或所有水绕过流通式电容器26、126转移的路径。这些管线的第一根是共混管线88、188，其可用于将已经穿过该流通式电容器26、126的处理水与已经绕过该流通式电容器26、126的未处理水选择性共混以便输送到处理水出口 76、176。该共混管线88、188在流量传感器25、125和流通式电容器26、126之前从入口管线的一部分上分支并与流通式电容器26、126和处理水控制阀62、162之后的处理水出口管线重新连接。沿着共混管线88、188，存在共混阀90、190，其可用于选择允许穿过共混管线88、188的水的流动。
[0029]第二绕行管线是手动旁路管线84、184，其可用于在入口隔离阀16、116关闭时完全绕过该流通式电容器26、126和共混管线88、188。在图1和2中显示的实施方案中，该旁路管线84、184在碳和沉淀物预过滤器20、122之后从入口管线上分支并在流通式电容器26、126下游提供该水。沿着该旁路管线84、184可以存在手动旁路阀86、186，当不使用该手动旁路管线84、184时该阀86、186关闭。如果要绕行或绕过系统10、110以便在电源故障时进行维修或重新引导水，随即关闭入口隔离阀16、116(在一些实施方案中，水出口隔离阀，如图1中的阀74，也可以关闭)并打开手动旁路阀86、186以引导水绕过该系统的流通式电容器部分。
[0030]现在回到电容去离子系统10、110的出口一侧的说明，可以看出，在处理水控制阀62,162的下游，电容去离子系统10、110的布置不同。最值得注意的是，图1显示了仅具有液压气动储罐72的电容去离子系统10，而图2显示了还具有常压储罐163的电容去离子系统 110。
[0031]首先来看图1中缺少常压储罐的实施方案，可以存在任选的泵(未显示)，该泵泵送已经穿过处理水控制阀62 (意味着一部分水已经被流通式电容器26处理过)和/或穿过共混管线88的水。上游泵17可以提供系统压力源。该水在下游经管线输送至接收并储存加压水的液压气动储罐72。压力传感器可以连接到液压气动储罐72上以监控液压气动储罐72中的空气腔室中的空气或水压力。按照需要，该液压气动储罐72在压力下将水输送至处理水出口 76。此外，压力传感器66和电导率指示器68连接到处理水控制阀62与出口隔离阀74之间的管线上，所述出口隔离阀74位于液压气动储罐72与处理水出口 76上游。
[0032]在图2的构造中，该电容去离子系统110包括常压储罐163。穿过处理水控制阀162、共混管线188和/或手动旁路管线184的水进料到该常压储罐163中，在这里水可以临时储存。电导率指示器168可以偶联到从处理水控制阀162和共混管线188进料该常压储罐163的管线上。该常压储罐163可以包括一个或多个水平传感器或开关165、167，其确定是否已经实现在罐163中的最低水面和/或是否已经达到在罐163中的目标最高水面。这些水平开关165、167也可用于确定穿过该流通式电容器的流速126是否为额定或高。常压储罐163的一个益处是该罐163可能够储存相对大体积的处理水以便可以向使用或管道系统的连接点按需供应更大量的处理水，即使是在该系统不能实时处理足够量的水和/或提供特定品质的水时。
[0033]来自储罐163的水随后可供应到泵164，该泵164将水穿过单向阀向下游泵送至任选的液压气动储罐172。如果存在液压气动储罐172的话，那么压力传感器170可以连接到液压气动储罐172上并可以传感该液压气动储罐172的空气腔室中的空气或水压力。该压力传感器170可以向泵164提供信号，指示是否需要泵送更多的水以保持罐172中的压力。在显示的特定实施方案中，还存在位于泵164和液压气动储罐172下游但位于处理水出口176前的隔离阀174之前的任选的紫外(UV)处理系统175。
[0034]尽管在图2中显示了液压气动储罐172，可以通过替代使用例如变速泵或另一可变压力源以保持基本恒定的压力。
[0035]图3示意性描述了用于水的电容去离子的流通式电容器26。该流通式电容器26可以类似于流通式电容器126，并且图3的描述仅意在提供对流通式电容器的布置的一般理解。穿过电容器的实际的流可以包括为简化说明起见从示意图中省略的各种密封件、接头、传感器等等。
[0036]该流通式电容器26包括个体流体处理室28的堆叠27，其包含在具有水入口 30和水出口 31的外壳29中。配置该流通式电容器26以使得，为了将水从流通式电容器26的水入口 30送至水出口 31，水必须穿过个体处理室28的堆叠27。在堆叠27中，水在处理过程中被去离子，或在排放或再生过程中接收成分。堆叠27中的各个室28包括一个或多个下列元件的组合:电极对32、阳离子膜35、阴离子膜36和通常由塑料网制成的流动间隔件37。虽然阳离子和阴离子膜可用于在电极上提供改善的成分附着和储存，该膜不是必需的，并且可以在没有它们的情况下制造该室。此外，该电极可以构造成具有两部分电极构造，包括碳吸附电极层和集电器。
[0037]在图3中显示的实施方案中，这些室元件各自具有与其它层平行安置的相对薄层形式，该薄层以第一电极/阳离子膜/间隔件/阳离子膜/第二电极/阴离子膜/间隔件/阳离子膜的重复方式一个堆叠在另一个上面。在最后的阳离子膜之后，可以存在另一第一电极并可以重复该方式。由于带电荷成分的任何通量(flux)因第一与第二电极之间产生的电压差而发生，电极层可以形成堆叠27的最底层和最顶层。
[0038]为了更好地理解下面对流通式电容器26的描述，应理解的是，图3是穿过流通式电容器26的一个示例性实施方案的中心所取的横截面侧视图。各个室元件通常是具有对齐以形成中心流柱38的中心开口的薄平面层。因此，对任何给定层，在中心流柱38左侧和右侧上的室元件是同一层的一部分。此外，水能够在容器或外壳29内部与该堆叠27的室元件的外周之间流动。这意味着在示意图左侧和右侧上在外壳29与堆叠27之间的区域是彼此流体连通的。
[0039]在图3中，箭头通常描述穿过该流通式电容器26的向前流动模式。尽管显示了向前流动方向，在一些情况或操作循环中，水可以在相反方向上运行穿过该流通式电容器26。在一些实施方案中，为了在该流通式电容器26中实现所需流动模式，存在多个水入口或结构，其能够有助于穿过该堆叠27中流动间隔件37的平稳水流动模式或其它合意的水流动模式。存在用于定位、电连接和/压缩堆叠27中一些或所有室元件的另外的结构元件。
[0040]同样如图3中所不,该流通式电容器26包括许多电极对32。在一个实施方案中，各电极对32包括第一电极33 (其在处理过程中充当阴极)和第二电极34(其在处理过程中充当阳极)。该电极33和34可以由高表面积导电材料如活性炭、炭黑、碳气凝胶、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯或其混合物构造而成。在一些实施方案中，该电极33和34可以作为单独的层放置在集电器的顶部，或者可以直接涂布到集电器上。
[0041 ] 第一电极33和第二电极34相对于彼此构造并电连接以便在二者之间建立电压差或电位。流通式电容器26中的第一电极33可以彼此连接，并随后连接到电源上。类似地，流通式电容器26中的第二电极34可以彼此连接并随后连接到电源上。尽管在图3的示意图中并未显示，该电极可以在其外边缘处使用彼此接触的外周片或使用其它形式的连接件彼此连接。该堆叠27将排布以使得最邻近的电极为不同类型(即，第一电极将安置在第二电极之间，反之亦然)。在一些实施方案中，各个电极组可以彼此交错排布以便彼此串联放置多个电极对。
[0042]不考虑电极的具体电排布和连接，在操作过程中，这些第一和第二电极33与34可以彼此不同地带电以便建立跨电极对的电压电位。该电压电位可用于朝向电极将带电荷成分从水中抽取出来(例如在处理过程中)或将收集的成分释放回到水中(例如在再生、排放或清洗过程中)。
[0043]阳离子膜35和阴离子膜36分别相邻于第一电极33和第二电极34安置。该阳离子膜35和阴离子膜36充当可以放置在电极33和34与布置在中心的流动间隔件37之间的电荷屏障。本文中及所附权利要求书中所用的术语“电荷屏障”指的是可以保持电荷并且对离子为可透过或半透过的材料层。具有与电荷屏障中相同的电荷符号的离子不能穿过该电荷屏障到相应的电极上。结果，存在于与电荷屏障相邻的电极隔室中并具有与电荷屏障中的电荷相同的电荷符号的离子至少暂时地保持或截留(trapped)在电极隔室中。电荷屏障可允许提高离子去除效率并降低用于离子去除的整体能耗。
[0044]最后，该塑料网流动间隔件37安置在阳离子膜35和阴离子膜36 (以及相应的电极对32)之间。该网状间隔件37具有类似于窗格的图案，且还具有一些在高度尺寸(高度尺寸通常垂直于穿过该间隔件37的流动方向)上比其它部分更高的部分，以使得当间隔层在两个其它层如阳离子膜35和阴离子膜36之间略微压缩时，水能够或被允许跨间隔件37层并在相应的电极对33和34之间流动。
[0045]图3仅仅是流通式电容器26的简化示意图，并且并未显示可以是该流通式电容器26的部分的所有机械组件。例如，流通式电容器有可能包括数十或成百上千个电极对以提供用于将可用量的处理水去离子的适当表面积量。此外，虽然仅描述了单个堆叠，可以构造室组件的多个模块或塔盘(tray)。在一些实施方案中(如图4中显示的模块)，含有多个电极对的塔盘可以在彼此上叠放，并且单独或总体压缩该塔盘。
[0046]此外，尽管并未显示在图3的示意图中，可以压缩该堆叠的各个层以控制室组件之间的间隔量，由此建立水可以流经该堆叠27时穿过的横截面面积。该压缩可以以多种方式实施。在一种实施方案中，在流通式电容器顶部处的压力板可以在垂直于流体流经该堆叠27的方向的方向上压缩该室组件。此类压力板能够通过机械紧固(例如，使用可以拧紧或松开以调节压缩力的螺纹螺杆元件)施加可变的压缩力。在其它实施方案中，该堆叠可以分成多个部分，如在模块中，各部分可以单独地压缩。
[0047]在一般操作中，水流经由位于外壳29底部侧壁上的水入口 30进入流通式电容器26。此时，水能够流经该外壳29与该堆叠27之间的一些体积。一些施加的压力差(可能通过水连续流入至该流通式电容器26建立)将然后能够导致迫使水穿过该堆叠27的间隔件37并进入中心柱38，在该位置处水向上流动并流出水出口 31。通过在电极对32之间建立电压差，带电荷的成分如离子可以在流经该间隔件37的水与阳离子和阴离子膜35与36之间转移。下面将更详细地描述该室的控制与操作的具体细节。
[0048]图4描述了电容去离子系统410的一部分的一个实施方案，包括位于容纳流通式电容器426的容器404的顶部的阀402。在该实施方案中，该阀402在单一位置处偶联到容器404上，使得水可以通过单独的通道从该阀402流入该容器404和由该容器404返回到该阀402。可以穿过容器404建立流路，其中在该容器的相同开口处提供入口通道和出口通道。
[0049]在图4中，箭头用于描述穿过系统410的该部分的水的向前流动。箭头显示了以下流动:从阀402进入该容器404的腔室480、在容器壁与流通式电容器426之间、穿过该流通式电容器426、沿流通式电容器426的中心柱438向上、沿压缩该流通式电容器426的堆叠的压缩元件484的中心柱482向上、并使该流返回至该阀402以便引导至处理水出口或排水口。该向前流动仅为描述目的，并且流动的具体方向与用于导引该流动的结构可以与所述的不同。
[0050]该阀402是实现多种水引导功能并消除对图1和2中所示多个单独阀的需要的控制阀组件。例如，该阀402可以具有多种状态(posit1n)，包括以下状态:(I)工作状态:其中将从入口管线至该阀的所有水引导到容器404中、穿过该流通式电容器426并随后引导至处理水出口(如出口 76、176) ； (2)共混状态:其中将一部分从入口管线进入阀402的水引导至容器404中并穿过该流通式电容器425，同时来自入口管线的水的剩余部分并未引导穿过该流通式电容器426而是与通过该流通式电容器426的水重新组合以共混处理和未处理的水；(3)排水状态:其中将水引导穿过该流通式电容器426并随后引导至排水管至排水口(如排水口 58、158);以及(4)关闭状态:其中阀402的出口关闭以使得水不继续基本上流过该阀402或该流通式电容器426。
[0051]图1和2进一步描述了与该流通式电容器26、126和该电容去离子系统10、110的许多组件电连通的处理器或控制器78、178。该控制器78、178连接到许多传感器上，该传感器包括压力传感器18、118，电导率指示器22、122，流量传感器25、125，压力传感器66，电导率传感器68、168和水平传感器或开关165、167。该控制器78、178还连接到多个阀上，包括排水口控制阀56、156，处理水控制阀62、162和共混阀90、190。该控制器78、178还可以连接到用于该流通式电容器26、126的电源上。本领域普通技术人员将容易地认识到以下事实:控制器78、178可以潜在地包括一个或多个处理器、微处理器、可编程逻辑控制器、或其它合适的软件与硬件配置。此外，在替代实施方案中，该控制器可以连接到其它系统元件上或不连接到一些所述系统元件上。此外，该控制器78、178可以提供或连接到用户界面上以便监控水性质(或水性质浓度)、监控系统功能、调节用于系统控制的设定点、回顾操作历史和提供诊断。
[0052]例如，参照图1，该控制器78在存在时可以控制水向该液压气动储罐72的输送。当一个或多个压力传感器感知到液压气动储罐72中的空气或水的压力在较低设定点以下时，该控制器78打开该控制阀62，开启泵17的向前操作，并开启用于流通式电容器26的电源(条件是流通式电容器26不需要再生，如下文中更详细地描述的那样)直到液压气动储罐72中的空气或水压力达到压力的较高设定点。如果该流通式电容器26需要再生，那么该控制器78将关闭该控制阀62，并去除和/或逆转电源提供给流通式电容器26的电荷。当将要将再生模式过程中去除的离子经由排水口 58排放时，该控制器78打开排水口控制阀56。
[0053]该控制器178还可以如图2中所示控制水向系统110的常压储罐163的输送。该控制器178可以连接到常压储罐163上的低水平传感器165和高水平传感器167。当高水平传感器167感知常压储罐163中的水位在其设定点以下时，该控制器178打开控制阀162并开启用于流通式电容器126的电源(条件是该流通式电容器126不需要再生)直到该常压储罐163中的水位达到该水平传感器167的上限设定点。如果该流通式电容器126需要再生，该控制器178可以暂时关闭控制阀162，去除和/或逆转电源提供给流通式电容器126的电荷，并打开控制阀156，因此在再生循环过程中除去的离子经由排水口 158排出。如果常压储罐163中的水位落到该低水平传感器165的下限设定点以下，并且流通式电容器126不能满足需求，那么控制器178开启共混阀190直到常压储罐163中的水位达到该低水平传感器165的上限设定点，对特别高的水需求暂时绕行该流通式电容器126。在这种情况下，电导率传感器168可监控进入常压储罐的水以确保水品质不超过不可接受的程度。
[0054]水平传感器165、167可用于测量和调节穿过该流通式电容器26、126的水的流动。在一些实施方案中，存在可用于进行此类操作或测量的一个或多个水平传感器或开关。
[0055]此外，该控制器78、178可以使用测定的品质(例如压力和电导率)和相关逻辑以进行各种操作并提供用于例如开启和/关闭阀、引导水流完全或部分穿过系统的各个管线以及运行或调节该流通式电容器的运行参数的指令。
[0056]现在解释该电容去离子系统10、110、410的一些实施方案的深层结构，将更详细地描述该系统10、110、410的一般操作和该系统10、110、410的各个操作循环。
[0057]一般操作
[0058]在典型操作过程中，该电容去离子系统10、110和流通式电容器26、126在四种主要操作模式之间循环:待机模式:其中基本不由流通式电容器26、126处理水流；处理模式:其中流通式电容器26、126从穿过其的水流中除去带电荷成分，再生模式:其中流通式电容器26、126消除或排放收集的带电荷成分以恢复容量用于进一步处理，和清洗模式:其中维护该流通式电容器26、126以防止结垢和长期循环的其它潜在效果。该系统10、110可以基于多项标准配置为在待机、处理、再生和清洗模式之间切换，所述多项标准包括但不限于对水的需求(在附加的液压气动储罐或常压储罐中或在更大的管道系统中)、检测的进料水和处理水性质(例如水压力、水电导率等等)和测定的系统参数值(例如与该流通式电容器的运行相关的性质)。
[0059]为了简化理解用于该应用的系统操作，将最详尽地描述这四种主要运行模式。该系统不仅限于描述的操作模式，该系统也不一定需要包括本文中详细描述的所有四种操作模式。该系统可以包括其它操作模式，例如诊断模式。同样，该系统可以包括如下功能:在电源故障期间包括故障检测和/或允许系统运行。系统的运行可以手动控制(例如以用户直接指令)或自动控制(例如根据预先制定的程序)。当自动控制该系统时，其将受控制器78,178指导，其能够感知系统10、110中的条件并指示或控制该系统10、110的各组件的运行。
[0060]将更详细地描述该系统的具体运行。应理解的是，描述该系统或流通式电容器的运行的任何语言，不管是否具体提及该控制器，应解读为有可能采用或通过该控制器进行。例如，如果该系统描述为监控电流值。可以通过该控制器实现该监控功能。同样，当该系统或流通式电容器操作改变时，可以由该控制器提供指令。
[0061]电流调节操作
[0062]电容去离子系统中的操作的基本原理在于，通过在电极之间受控和选择性施加电压差，带电荷的成分可以在水与流通式电容器的电极(和/或膜)之间转移。由于电压差或电压电位是离子转移的“驱动力”，现有的系统主要集中于控制或调节电压差以运行该电容去尚子系统。
[0063]公开了电容去离子系统的控制操作的方法以及用于电容去离子系统的控制器。公开的方法与控制器尤其利用了不同于常规系统中可以找到的运行流通式电容器的模式。然而，常规系统目的在于调节跨电极建立的电压电位，本文中描述的方法与控制器依赖于控制和监控电流。通过在运行时间上对电流或其它值进行积分，电容去离子系统可以以使得更准确地反映该电容器的实际状态的方式运行。
[0064]本文中描述的方法、系统和控制器将新的和独特的不同方法应用于电容去离子系统的操作。本发明的一些实施方案的方法、系统和控制器监控并调节在该系统操作过程中该流通式电容器的电流，替代了在离子或带电荷成分的转移过程中控制和保持电极之间的特定电压电位或差值。由于带电荷的粒子的通量与电流和发生的处理或排放量直接相关，电流调节控制是一种可用的经此运行和测量电容去离子系统运行的代理手段(proxy)。尽管施加电压以便在该流通式电容器中产生跨电极的电位，选择施加的电压以便在该循环中的给定点处在该流通式电容器中获得特定电流。在其中在流通式电容器中保持恒定电流的情况下，这意味着由于电极趋于饱和，电压发生变化，且必须建立更大的电压电位以保持恒定电流。
[0065]通过电流调节操作(与电压调节操作相反)实现的优点尤其在于通过在单次操作周期长度上对传输(transfer)的电流进行积分,可以确定已经收集在电极和/或其相应膜上或从电极和/或其相应膜上排放的离子或带电荷成分的合计量。该安培-秒值或“安培总和(ampsum)”(其为在时间上积分的安培数值)可以与该流通式电容器的已知或计算的总可用容量进行比较以确定何时流通式电容器的电极对已经饱和(即达到它们的可用处理极限)或脱饱和(即达到一个点，在该点处大部分或全部离子或带电荷成分已经排放)。
[0066]因此，电流调节操作提供了尚未实现的方法以控制电容去离子系统的操作，并提供了经此能获得电容去离子系统的优异效率的量度。通过使用电流调节操作，该系统可以配置为当发生最小的或不发生离子或带电荷粒子转移时不继续施加电压差。这例如防止了在已经达到该流通式电容器的饱和点时以处理模式继续施加电压差。
[0067]替代直接监控和积分电流以确定循环的持续时间和流通式电容器的容量，可以使用水性质、值、特性或参数(或其组合)。例如，通过测量水流的电导率或去除的电导率(通过比较由该流通式电容器处理之前和之后的水)并在循环持续时间上积分该值，可以间接地测定在该流通式电容器中使用的容量的量。因此，在本发明的方法的一些实施方案中，“电流”测量和计算可以潜在地被其它测定的水品质或性质，如电导率或硬度替代。此类特性、值或参数(即部分取决于水中的离子数量的水的电导率)与电流相关联至如此程度，以至于它们可以充当操作的良好代理手段。
[0068]图5显示了根据本发明的一个实施方案的电流调节操作的方法500。但是要认识至|J，可以控制另一参数，例如水性质(例如电导率)，替代了测量和调节电流。根据方法500，在步骤502中确定流通式电容器的加和电流容量。该加和电流容量对应于该系统的可用容量。打个比方，该加和电流容量对应于该电极可以支持的离子或带电荷成分的量，其方式可以确定海绵吸收水的量的方式(凭经验或通过计算)相同。
[0069]该加和电流容量可以例如基于电容去离子系统的品质和特性(例如使用物理和化学值和/或设计参数，如模块数量、堆叠尺寸、电极对数量、室面积和表面性质)理论计笪
ο
[0070]或者，该加和电流容量可以通过观察或测量来确定。例如，该系统可以以处理模式运行直到该流通式电容器达到饱和点或水达到性质极限(这可以通过比较输入和输出的水的电导率来确定，因为电导率与水中的离子数量相关)。该流通式电容器随后设定为再生，直到从该电极/膜上驱走所有离子和带电荷成分。在处理或再生过程中，电流可以在时间上积分直到不传输或几乎不传输额外的电流。测定值对应于可用的加和电流容量。
[0071]在一些实施方案中，该系统可以使用两种方法和/或持续周期性重新计算或重新确定该加和电流容量。例如，该系统初始可以使用理论值运行，随后开始监控处理或排放循环以进一步精确化该加和电流容量值。在其它实施方案中，该系统可以持续或周期性地监控排放或再生循环以重新确定或修订用于各后继处理循环的加和电流容量。在再其它实施方案中，该系统可以持续或周期性地监控处理循环以重新确定或修订该加和电流容量。该流通式电容器可以经多个操作循环运行，直到达到或接近平衡容量。
[0072]可以允许该系统和控制器在排放与处理循环之间的不平衡状态下运行，使得在各处理循环中储存比后继排放循环中排放的更多能量，直到足够的容量用于实现最佳再生循环。随后，该系统可以在将要大致相等的各循环中排放能量与储存能量之间的平衡下运行。
[0073]在电容去离子系统中，该加和电流容量通常为每堆叠大约1000安培.秒至2200安培.秒，各堆叠的电极对面积可以为大约5800平方厘米。但是，也可以使用具有更高或更低容量的系统。容易理解的是，设计参数可以影响特定系统的加和电流容量。
[0074]一旦按照步骤502确定加和电流容量，随后可以按照步骤504开始该流通式电容器的操作循环。该操作循环可以是例如处理模式、再生模式或清洗模式。
[0075]该操作循环不需要在确定该加和电流容量后立即开始。例如，在确定该加和电流容量后，系统可以处于待机模式直到需要处理水。此外，该操作循环不需要完全连续。例如，可以基于对水的需要开始处理模式，随后临时停止，直到需要更多水。
[0076]一旦操作循环已经开始，控制器按照步骤506监控电流并随操作循环时间对该电流进行积分以确定监控的电流值。在操作循环过程中，监控的电流值按照步骤508与加和电流容量进行比较以决定是否如下操作:(I)如果未达到终点条件，继续以特定操作模式运行，在这种情况下该系统按照步骤506继续监控电流并随后按照步骤508再次比较加和电流容量与监控电流值，直到已经达到端点条件；或(2)如果已经达到端点条件，按照步骤510结束该操作循环。导致该操作循环在端点处终止的条件在一个实施方案中可以是当该加和电流容量等于监控电流值时。在一些实施方案中，这可能意味着积分和计数该监控电流值直至加和电流容量。在其它实施方案中，这可能意味着加和电流容量减去该监控电流值直到所得值等于零。
[0077]一些离子或带电荷成分可以在处理过程中牢固地连接到电极和/或膜上。结果，也可以存在这样的逻辑，如果已经基本达到端点，虽然尚未达到，仍允许循环终止。例如，在一段时间排放后，相对较小百分比的带电荷粒子可能因其附着强度而仍未与电极和/或膜分离。系统和控制器可以配置为如下:如果加和电流值在例如端点的5%以内并基本保持在该加和电流下一段预定长度时间的话即可终止该循环。此类逻辑可以防止当转移因流通式电容器容量变化而变得无效(或甚至不可能)时系统以特定操作模式变得锁死。
[0078]在一些实施方案中，该系统可能经受局部处理循环，并随后在规定的休止时间后，进入排放循环以便仅排放收集的电荷量。在这些实施方案中，可以将放电过程中的监控电流容量与在先处理循环中的最终监控电流容量进行比较。此类操作可用于在长期不使用或待机过程中将流通式电容器恢复至其全部容量。
[0079]在持续需要超过该流通式电容器的总可用容量的处理水的过程中，在处理模式和再生模式之间的切换可以基于该加和电流容量与该监控电流值的比较。例如，当需要水时，系统可以以处理模式运行，直到监控电流值等于加和电流容量。此时，系统可以确定在没有首次排放收集的离子与成分的情况下不进行进一步的可用处理。因此，该系统可以切换至再生模式，其中离子将从流通式电容器中排放直到加和电流容量与监控电流值的比较显示由于已经到达循环的端点(即所有离子或带电荷粒子已经排放)，可以停止该再生循环。
[0080]或者，可以采用固定时间再生循环，替代了在再生过程中比较加和值与容量值。当使用固定时间时，对于排放该成分时的速率进行某些假设，当有效时这可以简化该再生循环。例如，如果该系统设定为20安培，并且再生循环运行90秒的固定持续时间，随后(假定成分从电极上有效地转移到水中)可以假定重新获得了 1800安培-秒的容量。
[0081]可以将该控制器编程，以使得在一定条件下(例如相应于高成分含量的高测定输入或输出水电导率，并且流通式电容器具有充分但不完全的再生)可以令该系统返回到处理模式而没有完全完成该排放/再生循环。再次，由于系统的电流调节控制提供了该流通式电容器的可用容量的精确量度，可以在系统操作中使用如此的复杂逻辑，这在此前是不可得的，或其中该可用容量充其量是一种猜测。
[0082]图6显示了其中电流和电压历经时间或在操作循环过程中操作循环的一个实施方案。上图610描述了历经时间的电流，下图612描述了历经时间的电压电位或差值。
[0083]如上图610中所示，电流-时间线614描述了随循环时间的电流测量值，其在虚线所示时间616处终止。电流或安培数在该循环的至少第一部分上保持恒定，直到其在第二部分处在接近循环终点时开始逐渐降低。但是，在一些实施方案中，该电流可以在整个循环上保持恒定(例如在具有1800安培?秒容量的系统中，处理循环可以在20安培下90秒)。
[0084]电流可以保持恒定的一个原因是在该循环持续上提供离子与带电荷粒子的相对恒定的通量。但是在一些实施方案中，可以就实际运行条件调节电流，所述实际运行条件例如进料水条件(如电导率和流速)的变化。例如，如果流经该流通式电容器的水的流速提高，可合意的是提高该电流以提高电极和/或膜与水之间的粒子与带电荷粒子的通量。同样，观察到的水的电导率的显著变化(指示不同量的离子或带电荷成分)可以支配电流或安培数水平的提高或降低以获得或保持处理水中的所需水性质或水性质浓度。还可以基于处理水性质或水性质浓度，如处理水电导率来设定或调节该电流或安培数水平。
[0085]仍参照上图610，阴影面积618对应于该循环的总安培?秒或安培总和(即历经时间的电流积分)。如上所述，在该循环的整个过程中，由循环开始时的零时间至该循环中的当前时间所取的积分是监控电流值，随后将该监控电流值与加和电流容量比较以确定循环的终点或时间。线616是终止时间，由零时间至终止时间的安培数曲线下的积分(显示为阴影面积618)同样对应于特定系统的加和电流容量。
[0086]如下图612中所示，电压-时间线620用于描述随循环时间的电压。如果该电流或安培数保持恒定，那么电压必须在该循环的持续过程中提高以保持恒定的离子流通速率。这可以是，例如，由于电极和/或膜被离子或带电荷成分饱和时所施加的电压的有效性降低。在整个循环过程中的一些点处，有可能的是，基于该系统的功率限制达到最大电压差。当此情况发生时，电压将达到恒定水平的峰值，离子或电荷的通量开始降低，因为恒定电压随时间进一步推展有效性降低。
[0087]可以使用公式将该电容去离子系统的电容量转化为以mEq(毫当量)计的离子容量，反之亦然。此类公式可用于将安培总和信息转化为可用信息，该可用信息通过控制器传送给最终用户。
[0088]待机模式
[0089]当系统不转移离子时，其可置于待机模式。在待机模式中，该电容去离子系统10、110处于以下状态:水既不流入也不流出该系统10、110(或至少不以要求处理水的显著量流入或流出)。由于没有水主动流经该流通式电容器26、126，不需要从水中抽取成分(如在处理过程中所发生的那样)或从电容器中冲洗成分至水中(如在再生或清洗过程中所发生的那样)。甚至在该稳态条件下，可以跨电极对32施加一定量的电压差，以使得成分不会迁移出阳离子膜35和阴离子膜36并进入保持在流通式电容器26、126中的水中。
[0090]当系统处于待机状态时，除了防止结垢外，施加的电压电位有助于防止启动时的低劣水质。这是由于离子不太可能迁移到流通式电容器中的静置水中。在特别长的待机时间后，系统可以配置为将预定体积的水送至排水口以确保送至处理出口的初始体积水不会在停滞在流通式电容器或另一部分上游管道中时变得富含杂质或成分。
[0091]处理模式
[0092]当需要处理水且水流经该流通式电容器26、126时，系统10、110可以进入处理模式或纯化模式。在处理模式中，至少一部分水或溶液穿过该流通式电容器26、126，并在法向上施加电压电位以使得离子和表现出电荷吸引力的化合物或粒子被吸引到电极对32上。这些成分被从水流中抽取出，并穿过该阳离子膜35与阴离子膜36，并被捕集在碳电极33、34上。水流(现在一部分成分被除去)以可与进入流通式电容器26、126的水相比的纯净状态离开该流通式电容器26、126，并可以将处理水引导至处理水出口 76、176。
[0093]许多变量会影响处理过程中从水中除去离子与带电荷成分的速率和数量，包括但不限于在电极对32上建立的电压电位(以及相关安培数，其事实上是电容器的调节部分)、水流经该流通式电容器26、126所处的流速、穿过该流通式电容器26、126的流动模式、入口水品质、以及膜和/或电极被该成分饱和的程度。可以使用一个或多个阀调节该流速，可以在模块配置和/或运行条件所确定的最小限度和最大限度内变化，并可以至少部分基于对处理水的需求。通过控制器78、178确定该流通式电容器的安培数。
[0094]作为一般规则，当流速降低和/或安培数提高时，在穿过该流通式电容器的水与电极之间，每单位体积转移更多的离子或带电荷成分。相反，当流速提高和/或安培数降低时，每单位体积的水将转移更少的离子或带电荷成分。
[0095]图7中描述了一种处理方法700。根据方法700，可以根据步骤702首先对处理的水建立目标水性质(或水性质浓度)或电导率、或者水性质(或水性质浓度)或电导率的固定去除百分比。随后，根据步骤704测量水的一些性质，如进料水的电导率(尽管也可以使用其它品质)。由于该电容去离子系统除去了离子和带电荷粒子以便将水纯化至所需水性质，控制器随后能够在步骤706中测定流通式电容器中必须从进料水中除去的电导率的量以实现目标水性质(即处理过的水的电导率)或去除百分比。基于待除去的电导率，该控制器可以根据步骤708控制该流通式电容器的电流或安培数，和穿过该流通式电容器的水的流速以便在处理过的水流中实现所需的所得性质。可以测量处理过的水的电导率以证实离子和带电荷成分的有效去除。这可限制实现的处理水平。例如，过于纯净的水会造成住宅管道的问题，并在室中造成过大的阻力，这会导致处理所需的高电压和较低效的处理。
[0096]一旦计划或选择特定的水性质或去除百分比，考虑到进料水的性质(例如电导率)，可以计算相应于可以在处理循环中完全处理的水量的体积。此类体积可以通过考虑加和电流或该流通式电容器的总可用容量(这代表了可以从水中接收的电荷量)和将要从水中除去的电导率量(这相应于每单位体积的水为实现所需水性质而要去除的离子或带电荷成分的量)来确定。在一些装置或进入点中，可接受的是假定进料水电导率将保持相对恒定，并且因此该控制器可以使用该计算体积作为确定处理循环长度的基础。在此类条件下，可以根据流速调节或改变安培数以持续去除每单位体积处理水的特定电荷，以使得在已处理计算体积的水时将处理循环设定为结束。
[0097]根据该方法的一些实施方案，穿过该系统的流速可以通过在一些情况下随处理水需求的改变来确定。可以通过监控液压气动水罐中的压力和/或常压储罐中的水箱水位提供对水的需求。如果压力或水位降低至特定阈值水平以下，通常提高对处理水的需求。有可能的是，可以观察到作为二元条件(即需要处理更多的水或并非如此)的需求，或者可以存在各种水平的水需求，无论分步或连续，基于观察到的压力或水平传感器值。例如液压气动储罐中压降的程度或量可用于确定水需求的程度。此外，一个或多个流量传感器可用于确定对水的需求。
[0098]在低需求情况下，该系统通常满足对处理水的需求。在此类情况下，可以指示该流通式电容器仅将水处理至目标水性质或去除百分比以节约能量和流通式电容器的容量，或可以指示将水处理至尽可能纯净。此外，在一些情况下，处理水可以再循环一次或多次以便从水中进一步去除成分。
[0099]在高需求情况下，待处理的水的流速可以超过该流通式电容器将水处理至所需性质的能力。当这种情况发生时，系统可以将水处理至可能的程度并允许处理水低于所需品质或纯度。可以优选不为了满足使用需求的点而以足够量提供水。可以通过允许系统在低于为提供设计去除百分比所计算的电流的处理电流或安培数下运行来降低去除率。同样，为了防止该流通式电容器的室超过其最大运行电压，可以限制进料水电导率或其它测定性质的目标变化。该控制器可以设定为如果超过预定或计算的处理体积、超过过循环时间长度和/或已经达到最大电压时终止该处理循环。
[0100]还可以设想，改变循环中的流速可以有助于疏通或去除处理过程中的结垢和/或污垢。特别地，在使用前储存水的情况下，可能有益的是在较高和较低值之间循环该流速以改变流动模式和水施加在流通式电容器表面上的剪切力。
[0101]此外，可以使用或考虑处理循环的各个方法以调节该系统的加和电流容量。例如，在处理循环期间，可以确定达到最大电压的时间。历经多个循环该时间的降低可以指示流通式电容器中容量的损失。作为再一个实施例，在达到最大电压前实现的加和电流容量的百分比可用于确定系统容量的损失。随着达到最大电压之前所用系统容量百分比降低，该流通式电容器的可用容量也如此。基于任一这些观察到的条件，可以调节该系统的加和电流容量和/或触发该再生循环。
[0102]在处理模式的另一实施方案中，可以测量处理水电导率(相对于进料水电导率)以确定是否调节该流通式电容器的安培数。假定进料水品质相对恒定，可以接受的是仅基于测定的处理水电导率或上或下调节安培数。此类调节可适于精确调节待除去的电导率，即使在其中进料水电导率未知的情况下。
[0103]在其它实施方案中，除了水电导率之外的水性质可用作确定运行该流通式电容器所处的安培数的基础。例如，水的PH值或碱度可以用作监控的水性质。
[0104]此外，在处理水纯度据信接近最小可接受水性质或在目标水性质以下连续运行的情况下，该系统可以设置为警报或存储该情况作为故障条件。这可以提醒用户系统中的缺陷以及需要维修系统或系统的特定尺寸不能在使用时持续满足对处理水的需求。
[0105]再生模式
[0106]一旦电极在处理模式过程中变得被离子饱和，该电极33、34可以在再生循环过程中容量再生。在再生过程中，该电极对32短路或电压电位逆转，并且离子(和表现出电荷吸引力的化合物或粒子)被驱使离开该电容器的电极33、34和/或膜35、36。该方法在流动间隔件37中形成富含杂质或成分的浓缩溶液，其随后通常经排水口 58、158从流通式电容器26、126中水力排放。携带排放成分的水将被导引至废水输出或排水口 58、158，直到释放基本所有成分，或恢复目标容量(尽管一些成分可能过于牢固地粘附到电极和/或膜上，以至于不容易脱离)。一旦该流通式电容器26、126的一些或全部容量恢复，则该流通式电容器26、126再次准备好用于以处理模式去除离子或杂质。
[0107]由该电极释放的离子可以包括硬度离子，如钙，和碱度离子，如碳酸根和碳酸氢根离子。如果在废水中这些离子的浓度变得过高，这些离子可在间隔件37上沉淀并形成结垢。流通式电容器中的结垢会堵塞水流路也可能污染电极，特别是阴极。这可以不利地影响该流通式电容器的性能或甚至导致该流通式电容器停止工作。虽然周期性的再生和清洗有助于改善该系统的可用寿命，其应当理想地以不由形成结垢损害该系统的长期性能的方式运行。
[0108]在一些实施方案中，为了改善再生循环的效率，该再生模式可以用清洁的水、纯化的水和/或化学品进行以清洗该系统。但是，在最基础的实施方案中，进料水可以充当用于排放尚子的运输剂。
[0109]在一些形式的再生的过程中，该系统或控制器可以将再生循环过程中的监控电流值(即排放离子的安培总和)与在先处理循环的最终监控电流值或该流通式电容器的加和电流容量相比以确定如上所述的再生循环的终点。该再生循环的监控电流值是在时间上的电流积分，其对应于再生循环期间从流通式电容器转移到水流中的带电荷成分的量。
[0110]在一些实施方案中，该再生模式可以开始，并且在再生模式中的所有步骤可以基于时间和/或基于通过(不限于此)电导率、pH、0RP(氧化还原电位)、离子选择电极或其它手段测定的水性质方面的变化来开始或终止。此外，进料水硬度、pH、碱度和电导率的一者或多者可以测量并用作计算最大排放电导率的基础，在所述最大排放电导率下结垢的可能降低。
[0111]虽然在再生循环过程中净离子通量将由电极和/或膜进入排放水流，该电流或安培数以及流速可以在循环长度上改变。例如，再生循环可以具有其中电极短路、其中电极设定为反向极性和甚至其中电极临时设定为正极性的状态。此外，可以在量级(低流速和高流速)与方向(向前、反向和不流动)方面调节流速。在一些实施方案中，为了减少水的使用但保持流量(flow)，水可以至少在一定程度上在再生过程中再循环穿过该流通式电容器。
[0112]可以按照图8中描述的方法800控制排放水中离子或带电荷成分的浓度以减少结垢的可能和/或提供收集的离子与带电荷成分的时间有效排放。如处理一样，可以控制流速和安培数以调节离子和带电荷成分转移到水中所处的速率和暴露于该离子通量的水的体积。
[0113]按照方法800，可以按照步骤802确定目标水性质(例如排放流的最大杂质水平)或成分的添加百分比。随即可以在其接收在流通式电容器中之前按照步骤804测量进料水中的这种性质(例如水的电导率)。按照步骤806，目标水性质和测量的进料水性质可以进行比较以确定每单位体积进料水可添加的性质量(如离子形式的电导率)以提供具有目标水性质的排放流或感兴趣的水性质的添加百分比。基于该计算值，可以按照步骤808改变穿过该流通式电容器的流速和/或该流通式电容器的安培数以在流通式电容器中由电极和/或膜向排放流中添加杂质。
[0114]因此，在该方法的一个实施方案中，通过控制排放安培数或安培数设定点，测量进料水电导率或其它水性质参数，由排放安培数计算粒子转移速率、计算控制排放水浓度所需的流速以及使用阀或其它方法控制水流以实现对流速、浓度和/或转移到排放水中的杂质的量的控制。类似地，可以基于计算的离子转移速率根据排放水速率和测定的进料水电导率或其它水性质参数通过调节电流或电流设定点来改变该浓度和/或量。可以基于进料水电导率和离子排放速率使用公式计算再生中用于稀释的流速。
[0115]根据再生的一种实施方案，多个流速可用于节约水同时防止水中的离子和/或成分的浓度超过过最大容许浓度。离子和成分进入水中的通量初始可以高并随后在再生循环长度上降低。这意味着流经该流通式电容器的水可以初始以高流速提供以接收和输送初始的高离子通量水平。当离子通量降低时，该流速可以降低，因为每单位时间需输送出该流通式电容器的离子更少。因此，在再生循环结束时，水可以比循环开始时更长时间地滞留在该流通式电容器中，且不接近排放水的最大可接受杂质含量。
[0116]在再生模式的某些实施方案中，水的流速可以脉冲化以减少用水量或提供可变流速以抑制结垢。如上文相关于处理模式所述，切换高和低流速可用于在再生过程中疏通或去除结垢和/或防止污垢。
[0117]在再生模式的其它实施方案中，在离子和带电荷杂质排放过程中流动可以暂时反转。如果流动反转的话，可以在流通式电容器的上游安置排水口，以反向流动的富含杂质或成分的水可以在流通式电容器之前从系统中除去。
[0118]该控制器可以限制再生模式过程中流通式电容器操作的各个方面。例如，再生流速可以在最小限度和最大限度变化，其由模块配置决定并由阀配置的控制。此外，再生模式可设定为基于多个因素而终止，所述因素包括过长的时间、过度的安培数、或监控电流值与最终处理监控电流值或系统的加和电流容量的比较。同样，这些条件可以如上文建议的那样用于改变该流通式电容器的加和电流容量。
[0119]此外，该控制器可以配置为确保流速不在最小再生流速以下，所述最小再生流速设定为确保在整个室内的水分布。如果流速在再生过程中变得过低，会产生高度浓缩排放水的局部区域，这可导致例如在流动间隔件上的不合意结垢。
[0120]清洗模式
[0121]如上文中简要提到的，一旦附着到电极和/或膜上，一些离子可能不能容易地去除。去除这些粒子所需要的可以多于标准排放循环。尽管已经发现更高的离子负载实际上改善了转移过程中离子转移的动力学，但是太多牢固附着的离子对系统的容量可具有负面影响。
[0122]因此，该系统可以偶尔进入清洗模式，其中，该系统经受更为时间密集型的再生过程。这些可以包括具有更大电压差或脉冲电压的更长再生模式、可变流速、使用清洁剂或其它工艺变化以去除难以从电极/膜上脱离的离子。
[0123]该系统和控制器可以设定为当满足多个条件的一个或多个时自动进入清洗模式，所述条件包括但不限于已进行阈值数量的循环、已经处理阈值处理体积的水、系统已经保持待机一段时间、在流通式电容器上观察到显著高的压降、一天的时间或时间窗发生，以及观察到容量的损失。
[0124]如果该系统不能在清洗过程中将系统容量恢复到特定水平，该系统可以设定为提供容量损失警报。此类警报可以有助于最终用户确定何时需要更换组件或以其它方式进行维护。
[0125]本领域技术人员将要理解，虽然已经结合特定实施方案与实施例在上文中对本发明进行了描述，本发明不需要限制于此，并且大量其他实施方案、实施例、用途、由该实施方案、实施例和用途进行的修改和偏离意在被所附权利要求涵盖。本文中引用的各专利和出版物的全部公开内容经此引用并入本文，如此类专利或公开各自单独地经此引用并入本文那样。
[0126]在下列权利要求书中列举了本发明的各种特征与优点。
【权利要求】
1.从进料水流中去除离子的方法，其使用具有至少一对电极的流通式电容器，所述电极彼此隔开以容纳水流并配置为在电极对与水之间转移离子，所述方法包括: 建立离开该流通式电容器的处理水流的水性质浓度的目标值； 测量进入该流通式电容器的进料水流的水性质浓度的进料值； 基于进料值计算将要从该进料水流中除去的水性质浓度的量以达到处理水流中水性质浓度的目标值； 控制该流通式电容器的安培数与穿过该流通式电容器的流速以从进料水流中除去离子以达到处理水流中水性质浓度的目标值。
2.权利要求1的方法，其中该安培数是将要从进料水流中除去的离子的量的函数。
3.权利要求2的方法，其中离子的量与将要从进料水流中除去的水性质浓度的量相关。
4.权利要求2的方法，其中该安培数进一步是流速的函数。
5.权利要求1的方法，其中该水性质浓度与电导率相关，并且测量的进料值是电导率。
6.权利要求1的方法，其进一步包括基于该流通式电容器的电压极限限制在给定流速下将要除去的水性质浓度的量。
7.权利要求1的方法，其中该流速基于在连接到该流通式电容器的系统中对水的系统需求。
8.权利要求7的方法，其中该系统需求通过测量系统中的水压和罐水位的至少一者来测量。
9.权利要求7的方法，其中，当对水的系统需求超过流通式电容器的在特定需求流速下从该进料水流中除去水性质浓度的量能力时，降低将要从进料水流中除去的水性质浓度的量。
10.权利要求1的方法，进一步包括以下步骤:测量离开该流通式电容器的处理水流的水性质浓度并且在该水性质浓度的测量值不同于目标值时，改变安培数与流速的至少一者的控制。
11.权利要求1的方法，进一步包括给定该流通式电容器的加和电流容量，计算可以处理的进料水流的体积，并基于该加和电流容量和流速建立处理循环的持续时间。
12.权利要求1的方法，其中当达到该流通式电容器的最大电压时建立处理循环的终点。
13.权利要求1的方法，其中在该循环持续时间过程中改变流速以抑制结垢。
14.权利要求1的方法，其中通过将流通式电容器在处理循环持续时间中的监控电流容量与预先建立的该流通式电容器的加和电流容量相比来建立处理循环的终点。
15.权利要求14的方法，其中当达到流通式电容器的最大电压时建立处理循环的终点，并将系统的加和电流容量调节至最大电压下的监控电流容量。
16.权利要求1的方法，其中在已经处理预定体积的进料水流和达到循环持续时间的至少一者时，建立该处理循环的终点。
17.权利要求1的方法，其中该流速具有最大流速和最小流速。
18.配置为实施权利要求1的方法的控制器。
19.从进料水流中除去离子的方法，其使用具有至少一对电极的流通式电容器，所述电极彼此隔开以容纳水流并配置为在电极对与水之间转移离子，所述方法包括: 建立将要从流经该流通式电容器的进料水流中除去的水性质浓度的固定去除百分比； 测量进入该流通式电容器的进料水流中的水性质浓度的进料值； 控制该流通式电容器的安培数与穿过该流通式电容器的流速以从进料水流中除去离子以达到从进料水流中去除水性质浓度的固定去除百分比。
20.权利要求19的方法，其中该安培数是要从进料水流中除去的离子的量的函数。
21.权利要求20的方法，其中离子的量与将要从该进料水流中除去的水性质浓度的固定去除百分比相关。
22.权利要求20的方法，其中该安培数进一步是流速的函数。
23.权利要求19的方法，其中该水性质浓度与电导率相关，并且测量的进料值是电导率。
24.权利要求19的方法，其进一步包括基于该流通式电容器的电压极限限制在给定流速下将要除去的水性质浓度的量。
25.权利要求19的方法，其中该流速基于在连接到该流通式电容器的系统中对水的系统需求。
26.权利要求25的方法，其中该系统需求通过测量系统中的水压和罐水位的至少一者来测量。
27.权利要求25的方法，其中当对水的系统需求超过流通式电容器在特定需求流速下从该进料水流中除去离子的量的能力时，降低将要从进料水流中除去的离子的量。
28.权利要求19的方法，其进一步包括如下步骤:测量离开该流通式电容器的该处理水流的水性质浓度并且当该水性质浓度的测量去除百分比值不同于目标固定去除百分比时，改变安培数与流速的至少一者的控制。
29.权利要求19的方法，其进一步包括给定该流通式电容器的加和电流容量，计算可以处理的进料水流的体积,并根据该加和电流容量和流速建立处理循环的持续时间。
30.权利要求19的方法，其中当达到该流通式电容器的最大电压时建立处理循环的终点。
31.权利要求19的方法，其中在该循环持续时间过程中改变流速以抑制结垢。
32.权利要求19的方法，其中通过将流通式电容器在处理循环持续时间中的监控电流容量与预先建立的该流通式电容器的加和电流容量相比来建立处理循环的终点。
33.权利要求32的方法，其中当达到流通式电容器的最大电压时建立处理循环的终点，并将系统的加和电流容量调节至最大电压下的监控电流容量。
34.权利要求19的方法，其中在已经处理预定体积的进料水流和达到预定循环持续时间的至少一者时，建立该处理循环的终点。
35.权利要求19的方法，其中该流速具有最大流速和最小流速。
36.配置为实施权利要求19的方法的控制器。
【文档编号】C02F1/42GK104169224SQ201280060769
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年10月29日 优先权日:2011年10月27日
【发明者】D·J·埃弗贝克, R·M·塔伦, B·A·波德科尔 申请人:滨特尔民用水处理有限责任公司