电去离子净化装置内吸附介质的再生的制作方法

专利名称：电去离子净化装置内吸附介质的再生的制作方法
电去离子净化装置内吸附介质的再生 发明领域本发明总的涉及通过电净化净化液体的方法、系统和装置，更 具体而言，涉及用含吸附介质的电净化装置净化含矿物、盐、离子、 有机物等的液体的方法、系统和装置，所述吸附介质可在电去离子 装置内再生。相关技术讨论能用电场净化液体的装置常被用来处理含溶解的离子物类的水 和其他液体。两类电净化装置为电渗析装置和电去离子装置。在这 些装置内有由阴离子和阳离子选择性膜隔开的浓缩和稀释室。施加 的电场使溶解的离子迁移通过阴离子和阳离子选择性膜，结果使稀 释室的液体中离子减少，而浓缩室的液体中富集迁移来的离子。通 常，稀释室中的液体是需要的("产品"液体)，而浓缩室中的液体是被 废弃的("废品，，液体)。在电去离子装置中，稀释和浓缩室通常也含吸 收介质如离子交换树脂。电去离子装置内的离子交换树脂可作为离 子迁移的通道，和/或离子交换树脂可用作膜间增大了电导率的桥梁 以促进电去离子装置内离子的运动。 一旦离子交换树脂为吸附的离子物类所饱和，离子交换即达到平衡；因此，吸附到树脂上的离子 的浓度将不再发生净变化。通常，要延长离子交换树脂的使用寿命， 需要进行预处理步骤(如"预软化，，)以降低进入液体内能引起结垢或污 染发生的物类的浓度。关于电去离子装置另外的描述已在例如 Giuffrida等的美国专利4,632,745、 4,925,541和5,211,823; Ganzi的 美国专利5,259,936和5,316，637; Oren等的美国专利5,154,809以及 Towe等的美国专利6,235，166中公开。
在某些已知的操作制度中，电净化装置有时可通过使装置暴露 于较低浓度的酸、盐水或碱的溶液中而得到清洗。通常，仅当装置 因例如树脂的污染而被堵塞或不能达到预期的水纯度时才进行清 洗。设计这样的清洗仅仅是为了给电净化装置清堵而恢复其运行。 但这样的零星的清洗制度几乎不能(如果有的话)实现树脂的再生。发明简述本发明总的涉及电净化含物类如矿物、盐、离子、有机物等的 液体的方法、系统和装置。本发明的主题有时涉及相关产品、特定 问题的可选解决方案和/或 一 个或多个系统和/或物品的多种不同用途。在一組实施方案中，所述方法包括提供在至少一个室内包含吸 附介质的电去离子装置和在吸附介质达到其对至少 一 种选定目标物 类的最大吸附能力之前再生电去离子装置的至少一个室内的至少部 分吸附介质的步骤。在另一组实施方案中，所述方法包括以下步骤提供含吸附介 质的电去离子装置，所述吸附介质包含吸附于其上的至少 一 种目标 物类；使所述吸附介质暴露于包含第一浓度的再生剂物类的第一脱 附液体中；和使所述吸附介质暴露于包含第二浓度的所述再生剂物 类的第二脱附液体中，所述脱附液体能从吸附介质除去第二目标物 类。在另一方面，本发明包含一个系统。在一组实施方案中，所述 系统包括构造为含吸附介质的电去离子装置和构造为通过向所述电 去离子装置中引入液体而促进相当大部分的吸附到所述吸附介质上 的目标离子脱附的控制器。下面通过结合附图对本发明的各种非限制性实施方案进行详细 描述，本发明的其他优势和新特征将是显而易见的。若本说明书与
通过引用结合进本文中的文件存在冲突和/或不一致的公开，以本说 明书为准。附图简述本发明的非限制性实施方案将参照附图通过实例予以描述，所 述附图是示意性的，且不是按比例绘制的。在图中，所示的各个相 同或近似相同的部件通常由一个数字代表。为明了起见，未对每一 个图中的每一个部件均加以标记，且在示意对于本领域技术人员理 解本发明来说不是必要时，也未对本发明的每一个实施方案的每一 个部件均进行示意。

图1示意了按本发明的一个实施方案的电净化装置；图2A和2B示意了电去离子装置内的离子运动；图3示意了按本发明的一个实施方案的电净化装置的实例；图4示意了按本发明的另一实施方案的电净化装置的实例；图5示意了按本发明的一个实施方案的本发明的电去离子装置的进液和产品流中Ca"浓度随时间的变化；图6示意了各种物类从在本发明的电去离子装置中净化的液体中的去除；图7示意了在本发明的电去离子装置中Ca"的去除随时间的变化；图8示意了在电去离子装置运行第9天时在本发明的一个实例 电去离子装置中净化的液体中盐的去除；图9示意了在电去离子装置运行笫17天时在本发明的一个实例 电去离子装置中净化的液体中盐的去除；图10示意了有和无介质再生时在本发明的一个实例电去离子装 置中Ca"的去除；图11示意了按本发明的一个实施方案的电净化装置的实例；图12示意了按本发明的另 一实施方案的电净化装置的实例；
图13示意了按本发明的另一实施方案的电净化装置的实例； 图14示意了按本发明的另一实施方案的电净化装置的实例； 图15示意了按本发明的另一实施方案的电净化装置的实例； 图16示意了在按本发明的一个实施方案的电去离子装置中盐的去除随时间的变化；图17示意了在按本发明的另一实施方案的电去离子装置中盐的去除随时间的变化；图18示意了本发明的一个实施方案，其中，在若干运行/再生周期后，对目标物类剩余的吸附能力分数随时间的变化；和图19示意了本发明的另一实施方案，其中，在若千运行/再生周期后，对目标物类剩余的吸附能力分数随时间的变化。发明详述本公开总的涉及电净化含物类如矿物、盐、离子、有机物等的 液体的方法、系统和装置，包括制造、提升方法以及这类方法、系 统和装置的使用。本发明的一个方面提供了电净化装置。所述电净 化装置可含电去离子装置。电去离子装置可以任何适宜的方式运行， 例如连续或基本连续、间歇、按需等。有时，电去离子装置的运行 中可伴随周期性的极性反转，如Gallagher等的美国专利5,558,753 中所述，其通过引用结合到本文中。本发明另一方面提供了在电净 化装置内再生介质的方法和设计、构造以实施这类方法的系统。例 如，在某些实施方案中，本发明的电净化装置内所含介质的再生通 过使介质暴露于一种或多种洗脱溶液(例如盐溶液)中和/或通过使介 质暴露于选定洗脱条件下而从介质选择性地脱附离子、有机物和/或 其他物类来实现，这将在下面更详细地描述。再另一方面，本发明择性地除去一种或多种离子、有机物和/或其他物类的方法，例如通 过选择性地从溶液中除去能易于沉淀和/或引起结垢或污染发生的一
种或多种离子或有机物等。再另一方面，本发明提供了用电净化装 置以连续或半连续方式处理含离子、有机物和/或其他物类的溶液并 同时也进行装置内所含介质的再生的方法。本文中用到的"电净化"装置能用能影响和/或诱导(直接或间接) 液体内所溶解和/或悬浮的物类的输运或迁移的电场净化含一种或多 种溶解和/或悬浮其中的物类(例如离子)的液体以至少部分实现液体 和所述物类的分离。待通过电净化装置除去的溶解和/或悬浮于液体 中的一种或多种物类在本文中有时也称作"目标"物类(下文有进一步 描述)。电净化装置为包括一个或多个电净化装置以及任选与电净化 装置有关的其他单元如管、泵、罐、控制系统、发电/供电/配电系统 等(另外的实例在下面讨论)的装置。电净化装置的非限制性实例包括 电渗析装置和电去离子装置。本文中用到的术语"电渗析"和"电去离 子"的定义同本领域内所用的其惯常定义。电渗析装置通常具有若干 用来稀释或浓缩液体溶液中离子和/或其他物类的室。电去离子装置与电渗析装置相似；但在装置内的一个或多个室中也含固体"介质"(例如吸附介质，如离子交换介质)。所述介质通常能通过例如吸附/脱附 收集或释放离子和/或其他物类。所述介质可带永久和/或临时电荷并 有时可起到促进设计以获得或增强电去离子装置性能(例如分离、化 学吸附、物理吸附、分离效率等)的电化学反应的作用。介质的实例 包括但不限于呈例如颗粒、纤维、膜等形式的离子交换介质。这类 物质是本领域众所周知的，易于从市场上买到。本文中用到的"目标物类，，为溶解和/或悬浮于液体中的希望用电 净化装置从进液中除去以得到产品溶液的物类。通常，电净化装置本发明的特定电净化装置从液体中除去的目标物类的实例包括某些 离子物类、有机分子、其他弱离子化物质和有机物(有时)。希望除去 的目标离子物类可为能从溶液中沉淀出和/或能与溶液中的其他物类 和/或离子反应形成盐和/或其他能从溶液中沉淀出的化合物而引起电 净化装置运行过程中实质性结垢(即形成基本不溶的沉积物("垢"))的 一种或多种离子。本文中用到的"非可沉淀离子"或"非目标离子"指在电净化装置 运行中所遭遇的浓度下通常不能从溶液中沉淀出或与溶液中的其他 物类和/或离子反应形成盐和/或其他能从溶液中沉淀出的化合物而引起实质性结垢的离子。例如，非可沉淀离子包括Na+、 Cl—、 K+、 OH— 和H+，但这不是全部。这类"非可沉淀离子"或"非目标离子"可包含"基 体物类(matrix species)"的实例，"基体物类"通常指溶解和/或悬浮于 液体中且在特定的选定条件下本发明的某些实施方案的电净化装置 中的吸附介质对其亲和力不及对"目标物类"的亲和力大的物类。在 某些实施方案中，如下面将详细描述的，基体物类和吸附介质可选 择为使所述一种或多种基体物类包含"洗脱剂"或"再生剂"物类。本 文中用到的"洗脱剂"或"再生剂"物类对电净化装置内所含吸附介质 的亲和力通常不及目标物类大，但当以足够高的浓度存在时能迫使 目标物类从吸附介质脱附。本文中用到的"实质性结垢"指其中目标 离子物类所引起的垢沉积物的形成不利地影响电净化装置的正常运 转和性能的情形。垢沉积物通常是基本不溶的，即当在环境条件下 使其长时间(例如至少一天)不受扰动并暴露于纯水中时基本不损失其 质量(即溶解)的沉积物。例如，基本不溶的沉积物在环境条件下使其 不受扰动并暴露于纯水中一天后可保持其初始质量的至少约95%。目标离子物类离子的非限制性实例可包括Ca2+、 Mg2+、 Si4+、 Cu2+、 Al3+、 Fe3+、 Mn2+、 Pb3+、 Pb4+、 S042—、 Si042-、 HC03-等以及其 任意二者或以上的组合，例如Ca"和Mg"+、 Ca"和Fe"、 Mg^和Fe3+、 Mf和Pb"等。进水中目标离子物类典型的非限制性浓度包括至 少约50mg/l或以上、至少约60mg/l或以上、至少约70mg/l或以上、 至少约80mg/l或以上、至少约90mg/l或以上、至少约100mg/l或以 上、至少约110mg/l或以上、至少约120mg/l或以上、至少约130mg/l
或以上、至少约140mg/l或以上、至少约150mg/l或以上、至少约 160mg/l或以上、至少约170mg/l或以上、至少约180mg/l或以上、 至少约190mg/l或以上、至少约200mg/l或以上、至少约250mg/l或 以上、或至少约500mg/l或以上。本文中用到的"硬度离子，，为Ca"和Mg2、在某些实施方案中， 硬度离子为典型的目标离子物类的实例。另外，本文中用到的"硬水" 为含相当大量的 一种或多种硬度离子的水(或水溶液)，所述量(总的 说来常称为水的"硬度")通常使能发生实质性结垢。例如，硬水的硬 度可为存在至少约50mg/l的一种或多种类型的硬度离子，有时至少 约75mg/l、至少约100mg/l、至少约125mg/l、至少约150mg/l、至 少约l"mg/1 (10gr/gal (格令每加仑》、至少约200mg/l、至少约 225mg/l、或至少约250mg/l或有时更高。作为另一实例，硬水的硬 度可为存在至少约lOppm的一种或多种类型的硬度离子，有时至少 约20ppm、至少约25ppm、至少约50ppm、至少约75ppm、或至少 约100ppm。有时，目标离子物类可为弱离子化的，例如二氧化硅。在某些实施方案中，目标物类的另一实例为有机分子，其可为 在液体中天然存在的和/或以其他方式存在，例如以污染物形式。可殖酸、富啡酸、榆酸等，其有时可通过有机物质的有机降解产生。如杀虫剂、除草剂、内分泌干扰剂、咖啡因、荷尔蒙或荷尔蒙类似 物、烃(例如汽油或石油)等。目标有机物类的其他实例可包括有机体 的副产物，如细菌内毒素、酶、蛋白质等。有时，目标有机物类可 包括整个有机体，如病毒、细菌、孢嚢、卵嚢等。本文中用到的"有机物"或"有机物质，，或"有机化合物，，或"有机分 子"的含义同本领域内所用的其通常含义，例如， 一种或多种含碳化 合物可构成目标有机物类。在本发明的涉及水净化的实施方案的上 下文中特别重要的是通常存在于许多常用水源(例如天然水源)中的有
机物。取决于其性质和组成，有机物可以非离子化或以离子化形式(即 带正电或负电)存在。通常，有机物由生物源产生。有时，例如若存 在多种有机物，则所述有机化合物不必各自单独指出而可总的提及。例如，液体中的"总有机碳，，(或"TOC，，)可易于确定和研究而不必逐一确定或表征存在的每一种有机化合物，这是本领域技术人员熟知的。本文中用到的"总有机^友"(或"TOC")定义为溶液中一种或多种 可离子化的有机化合物的总量。"可离子化的，，有机化合物为标准条 件(即25。C和1个大气压，无持续电场存在)下可在溶液中电离(即 能以离子化形式存在于溶液中，任选与非离子化形式构成平衡)的有 机化合物。本领域技术人员能确定标准条件下特定物类在溶液中发 生电离的程度。当溶液中存在多种可离子化的有机化合物时，所述 有机化合物不必各自单独指出而可总的提及。因此可确定和/或研究 液体的TOC而不必逐一确定或表征存在的每一种或任何特定的可离 子化的有机化合物。有时，在电去离子装置的运行过程中，例如当 有机物质暴露于至少约100V/m的电场中时，有机物质也可离子化(或 进一步离子化)。本领域技术人员知道测定液体中有机化合物浓度和/ 或TOC浓度的适宜技术。例如，液体的有机化合物浓度和/或TOC 浓度可用气相色谱/质谱系统("GC/MS")或TOC分析仪(即氧化物质 并测定电导率的装置)测定。图1示意了按一个实施方案的可用来实施本发明的电净化装 置。在该图中，电净化装置100含电去离子装置110。在其他实施 方案中，电净化装置可含其他装置如电渗析装置和/或另外的电去离 子装置等来代替所示电去离子装置，或除所示电去离子装置之外还 可含其他装置如电渗析装置和/或另外的电去离子装置等。在图1中， 源于进入点125的待净化液体120通过入口 128进入电去离子装置 110。在电去离子装置110内，液体120通过相应的入口 132、 137 进入一系列室130、 135中。室130、 135由离子选择性膜140、 145 隔开。在图1所示的实施方案中，离子选择性膜布置为"阳离子选择
性膜"140 (即相对于阴离子而言优先让阳离子通过的膜)和"阴离子选择性膜"145 (即相对于阳离子而言优先让阴离子通过的膜)的交错序列。当然，有时也可使用其他类型和/或布置的膜，如下文中进一步描述的。可在室130、 135上通过电极150、 155施加电场。有时， 施加的电场可根据需要加以控制，例如，电场强度可为恒定的、随 测定结果而变的(如随传感器测定结果而变，如pH、电阻率、离子 或其他物类例如钩或钠的浓度)、周期反转的、根据需要激励和/或去 激励的等。在图l所示的实例中，在电去离子装置110内，电极150可带 带正电荷而电极155可带带负电荷。电极150、 155引起的电场促进 带电物类如离子从稀释室130内迁移通过离子选择性膜140进入浓 缩室135。浓缩液体180通过出口 172离开浓缩室135,然后通过出 口 182离开电去离子装置110 (任选在电净化装置100内继续进一步 的处理)至例如使用点190、以待处置等。与之类似，净化液体185 通过出口 177离开稀释室130,然后通过出口 187离开电去离子装 置110 (任选在电净化装置100内继续进一步的处理)至例如使用点 195等。进入电净化装置100的液体120可为任何希望将其分离成"浓缩，， 部分(相对进液120而言含较高浓度的溶解和/或悬浮物类如离子、有 机物等)和"净化"部分(相对进液120而言含较低浓度的溶解和/或悬 浮物类如离子、有机物等)的液体。例如，液体120可为有机液体和/ 或水溶液，如非完全纯水的水源，例如新鲜水、盐水、废水等。作 为另一实例，液体120可源于产生液体和/或处理液体的单元操作， 例如但不限于超滤、纳滤、淀积、蒸馏、增湿、反渗透、渗析、萃 取、化学反应(如产生液体的场合)、热和/或质量交换等单元操作。 在某些实施方案中，所述液体可源自贮存器如贮存容器、储罐或存 贮池等，或在为水的情形下可源自天然或人造水体如湖、河、池塘、 渠道、海洋等。如下文将详细描述的某些实施方案，在进入点125
和电去离子装置IIO之间可无(如下面进一步描述的某些实施方案)或 有任何数量的另外的可处理液体的处理或分配网络。例如，在某些 实施方案中可含反渗透、过滤(如微滤或纳滤)、淀积、活性碳过滤器、 电渗析装置或电去离子装置、贮存器等。有时，所述液体可自外部源供给电去离子装置；例如，液体源的位置可与电去离子装置和/或 与电去离子装置内所含的介质流体连通。使用点190和/或195各可为液体离开电净化装置的位置。有时， 使用点为其中需要液体的任何位置。例如，使用点可为龙头、贮存 器、下水道、换热器或其中需要液体的单元操作，如冷却系统、制 冷系统、制造厂、化工厂等中。来自使用点的液体也可用于能净化 和/或贮存液体的设备如瓶或罐中。使用点也可为城市或建筑(如房屋 或公寓)，或使用点可为向自然环境的排放点。在电去离子装置的出 口和使用点之间可无或有任何数量的另外的单元操作和/或贮存/分配 部件，例如过滤操作(如超滤或纳滤)、反渗透操作、淀积、电渗析或 电去离子装置、贮存器等。在图1中，电去离子装置110中的室130、 135各可含任何适宜 数量的入口和出口以及任何能使液体流过的适宜构造。离子选择性 膜140、 145可选择为允许带一个电荷的带电物类如离子通过而限制 或抑制(部分或完全)带相反电荷的带电物类如离子通过。例如，离子 选择性膜可允许离子如Na+、 HCCV或Cr的通过。有时，所述膜也 可阻止有机物通过。本文中用到的"离子，，为带电荷的任何物类，例 如原子物类(如Na+、 K+、 Cl-、 F、 Ca2+、 Mg"+等)、分子物类(如HCO/、co32-、 scV-等)和离子化的有机化合物等。离子通常至少部分可溶于水溶液中。在一组实施方案中，电去离子装置可含一个或多个膜，例如但 不限于离子选择性膜、中性膜、尺寸排阻膜、特异性地不透过一种 或多种特定离子或其他物类的膜等。有时在电去离子装置内使用阳 离子和阴离子选择性膜的交错序列。离子选择性膜可为任何能相对
于另外的离子而言优先允许至少 一种离子通过的适宜的膜。本领域 技术人员能确定适宜的离子选择性膜，多种所述膜均有商品提供。在某些实施方案中，室130、 135中的一个或多个室填充了介质 如吸附介质，例如离子交换介质。在一些实施方案中，离子交换介 质可包括树脂如已知的离子交换树脂，例如阳离子树脂(即优先吸附 阳离子的树脂)、阴离子树脂(即优先吸附阴离子的树脂)、惰性树脂、 其混合物等。有时， 一个或多个室可填充仅一种类型的树脂(如阳离 子树脂或阴离子树脂)；有时，所述室可填充多于一种类型的树脂(如 两种类型的阳离子树脂、两种类型的阴离子树脂、阳离子树脂和阴 离子树脂等)。吸附介质的实例包括丙烯酸类凝胶树脂如SF-120阳 离子树脂和IRA-458阴离子树脂(均来自宾西法尼亚州费城的Rohm and Haas)。所述室内所含的介质可以任何适宜的形状或构造存在， 例如基本球形和/或其他形状的离散颗粒、粉末、纤维、垫、膜、挤 出筛、团、和/或颗粒的预成型聚集体(例如可将树脂颗粒与粘合剂混 合形成颗粒团)等。有时，所述介质可具有多种形状或构造，例如颗 粒和膜。取决于具体的应用，所述介质可包含任何适于从液体中吸 附离子、有机物和/或其他物类的物质，例如二氧化硅、沸石和/或可 从市场上买到的多种聚合物型离子交换介质中的任何一种或混合所述室内还可另外存在其他物质和/或介质，例如能催化反应的物质 和/或介质、被处理液体中的过滤器悬浮固体等。本领域技术人员也应当理解，室130、 135内可存在多种构造。 例如，除所示的外，室可含另外的部件和/或结构，例如挡板、网格、 板、肋、带、筛、管、碳颗粒、碳滤器等，其可用来例如容纳离子 交换介质、控制液流等。所述部件可各含相同类型和/或数量的各种在本发明的某些实施方案中，介质的选择应使其能从溶液中吸 附一种或多种目标物类，例如Ca"、 Mg2+、 HCCV,这在前面已有描 目标离子而言优先吸附一种或多种目标物类。例如，介质可选择为使其相对于Na+离子而言优先吸附Ca"离子。作为另一实例，介质 可选择为使其相对于Cl-离子而言优先从溶液中除去HC(V离子。在 一些实施方案中，介质可选择为使介质能相对于非目标物类而言优 先从溶液中吸附至少约三倍(以摩尔计)的目标物类，有时至少约四 倍、至少约五倍或至少约六倍。有时进液可在电净化装置内净化产 生含少于约50ppm、少于约30ppm、少于约10ppm、少于约5ppm、 少于约3ppm、少于约lppm或少于约500ppb的一种或多种目标物 类的净化液流。有时，净化液中目标物类的总浓度可少于约50ppm、 少于约30ppm、少于约10ppm、少于约5ppm、少于约3ppm、少于 约1 ppm或少于约500ppb 。在这些或其他实施方案中，进液可经净化至至少约50%、至少 约60%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、至 少约90%、至少约95%、至少约97%或至少约99%或以上的一种或 多种目标物类(例如硬度离子)从进液中被除去。有时，至少约50%、至少约60%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少约85%、 至少约90%、至少约95%、至少约97%或至少约99%或以上的全部 目标物类可从进液中除去。有时，进液可经净化产生电阻率大于约 O.lMQ-cm、大于约lMQ-cm、大于约3MQ-cm、大于约6MQ-cm、 大于约9MQ-cm、大于约12MQ-cm、大于约15MQ-cm或至少约 18MQ-cm的净化水流。在本发明的一些实施方案中，所述介质可相对于其他目标物类 或其他基体物类(例如非可沉淀离子)而言优先从溶液中除去某些目标 物类。因此，所述介质可能够从待净化的液体中除去第一分数量的 第一离子(或其他物类)和第二分数量的第二离子(或其他物类)，其中 所述笫一分数量和第二分数量不同。例如，所述介质可从溶液中优 先除去约50%、约60%、约70%、约80%、约85%、约90%、约95%、
约97%、约98%、约99%或约100%的特定目标物类，而仅除去溶 液中约30%或以下、约40%或以下、约50%或以下、约60%或以下、 约70%或以下、约80%或以下、约90%或以下、约95%或以下、或 约99%或以下的另外的物类。换句话说，只要与从溶液中除去的其 他物类的百分数相比所述介质能从溶液中除去更大百分数的目标物 类，即发生目标物类的优先去除。因此，例如，介质可能从溶液中 除去90%的目标物类和80%的非目标物类(如非可沉淀离子)则优先 除去目标物类。作为另一实例，介质可从溶液中相对于非目标物类(如 非可沉淀离子，例如钠离子或钾离子)而言优先吸附硬度离子(如钙离 子、镁离子等)。在某些实施方案中，可使用选定能从溶液中除去某些目标有机 物类的吸附介质。例如，有时，含这类目标有机物类的进液可在本 发明的实施方案的电净化装置内净化产生溶液中至少一种有机化合 物(或TOC)低于约lppm、低于约500ppb、低于约100ppb、低于约 50ppb、低于10ppb、低于约5ppb或低于约l卯b的净化液流。在其 他实施方案中，含这类目标有机物类的进液可净化至溶液中至少约 50%、至少约60%、至少约70%、至少约75%、至少约80%、至少 约85%、至少约90%、至少约95%、至少约97%、 99%、 99.5%、 99.9%、 99.99%或以上的至少一种有机化合物(或TOC)从进液中被除去。含 这类目标有机物类的进液溶液中可含例如至少约lppm、至少约3ppm 或至少约10ppm或以上的至少一种有机化合物(或TOC)。在一组实施方案中，在运行过程中，电场从电极150、 155施加 到稀释和浓缩室，产生电位梯度，电位梯度促进离子从稀释室向浓 缩室迁移。电场可基本垂直于电去离子装置内的液流施加。电场可 基本均匀地施加于稀释和浓缩室上，使整个室产生基本均匀、基本 恒定的电场；或有时，电场可非均匀地施加，使整个室产生非均匀 的电场密度。在本发明的一些实施方案中，电极的极性可在运行过 程中反转，从而使装置内的电场方向反转，如Gallagher等的美国专利5,558,753或1990年9月11日授于Giuffhda等的美国专利4,956,071 (名为"电去离子装置和模块")中所述，二者通过引用结合到本文中。 极性反转对于例如在实现液体净化的同时促进电去离子装置内介质 的再生可能是有用的，这将在下文进一步描述。电极150、 155可各 自独立地由任何适于在装置内引起电场的材料制成。有时，电极材 料可选择为使电极可长时间使用而不发生显著的腐蚀或降解。适宜 的电极材料和构造是本领域内众所周知的。电净化装置100也可含另外的未示意的构造和/或部件，如另外 的电极、管道构造、单元操作、泵、贮存器、阀门、搅拌器、緩冲 罐、传感器、控制元件等，其功能、效用和安放对本领域技术人员 来说应是显而易见的。有时，电净化装置100内的电去离子装置110 可具有非所示意的其他内部几何形状，例如具有圆柱形、矩形或螺旋形室。在某些情况下，在电净化装置100和/或电去离子装置110 内也可使用不同的入口和/或出口构造。因此应理解，本发明的系统 和方法可与需要净化 一 种或多种液体的多种系统结合使用；因此， 在不偏离本发明的范围的情况下，所述电净化装置可经本领域技术人员按特定的工艺需要加以改变。在本发明的某些实施方案中，所述电净化装置可从水或其他液 体中除去显著量的溶解和/或悬浮有机物。例如，所述电净化装置可 含电去离子装置，所述电去离子装置含能吸附一种或多种有机物(其 可带电或不带电)的介质，从而从待净化的液体中除去至少一些有机 物。有时，电去离子装置可能够可从待净化的液体中除去有机物而不发生电去离子装置内的实质性结垢。本文中用到的"实质性结垢" 指其中有机物质所引起的垢沉积物的形成不利地影响电净化装置的正常运转和性能的情形。除上述那些之外，适宜的介质的实例包括 碳颗粒、碳滤器、大孔离子交换树脂、基于丙烯酸类的树脂等。在 某些实施方案中，施加的电场可促进带电有机物类从稀释室向浓缩 室的输运，例如穿过离子选择性膜，这已在前面描述。
本发明的某些实施方案的电去离子装置内所用的介质通过使介 质暴露于装置内的再生溶液例如含至少 一种再生剂物类的洗脱溶液 (例如， 一种或多种酸溶液(如对于再生阳离子树脂)、碱溶液(如对于再生阴离子树脂)或浓盐溶液(如对于再生阳离子和/或阴离子树脂))中 再生。例如，所述介质可通过使介质暴露于具有适宜组成和浓度足 以能脱附相当大部分吸附到介质上的目标物类的液体(如洗脱或再生 溶液)中再生。如本文中用到的，当"相当大部分"被吸附的目标物类 被除去时，介质"基本被再生"。本文中用到的"相当大部分"被吸附 的目标物类从介质中被除去指至少约50%的吸附到树脂上的目标物类在再生过程中被除去，有时至少约70%或至少约90%或以上的吸 附到树脂上的目标物类在再生过程中被除去。有时，基本所有吸附 到树脂上的目标物类均在再生过程中被除去。有时，电去离子装置 的极性可反转以促进介质的再生(如本文中进一步描述的)和/或以减 少或消除电去离子装置内的结垢和/或污染。有时也可使用控制器以 促进电去离子装置内介质的再生，这将在下文更完整地描述。对于许多类型的吸附介质和被吸附物类，例如某些离子交换吸 附介质和某些离子目标物类，含这类目的在于从进液中除去这类物 类的介质的电去离子装置在运行一段时间后将使介质的电阻率随着 介质越来越为目标物类(例如二价阳离子如Ca"和Mg2+)所饱和而增 大。在一些这类实施方案中，吸附介质(其可为吸附物类所完全饱和 或部分饱和)可经再生以降低其电阻率。例如，具有笫一电阻率的吸 附介质可经再生以使再生后吸附介质的电阻率低于第 一电阻率，例 如寿交第一电阻率低至少约5%、低至少约10%、低至少约15%、低 至少约20%、低至少约25%、低至少约35%、低至少约50%、低至 少约75%、低至少约90%等。通过以再生方式降低吸附介质的电阻率，可以较用常规电去离 子装置获得相当的性能通常所施加的电位更低的电位运行电去离子 装置获得所需的目标物类移除度和产品液体纯度。例如，在某些实
施方案中，其中本发明的电去离子装置包含彼此由阳离子选择性膜 隔开的稀释和浓缩室，所述装置可在所施加的电位可保持在足以促进相当大量的Na+从稀释室向浓缩室输运而不足以促进相当大量的 Ca"从稀释室向浓缩室输运的水平下运行。洗脱剂或再生溶液的组成可选择为能促进目标物类如离子、有 机物等从吸附介质的脱附和/或交换(即"再生，，介质)。本文中用到的 "酸"溶液具有其惯常的含义，即pH低于7的溶液。有时，酸溶液可 为强酸溶液，即pH低于约3、低于约2或低于约1。酸溶液的可能 适合的浓度的实例包括溶液中含约4%重量、约5%重量、约7%重 量或约10%重量的酸，原料酸(storageacid)的实例包括HN03、H2SCV HC1等。同样，本文中用到的"碱性，，或"碱，，溶液具有其惯常的含义， 即pH高于7的溶液。有时，碱溶液可为强碱溶液，即pH高于约12、 高于约13或高于约14。碱溶液的实例包括溶液中含约4%重量、约 5%重量、约7%重量或约10%重量的碱，强碱的实例包括NaOH或 KOH。本文中用到的"浓盐溶液"为含盐浓度在约30分钟后至少足以显 著再生介质的溶液，即在约30分钟后能将介质上的吸附物类减少至 少约20%，有时减少至少约50%、至少约75%、至少约80%、至少 约85%或至少约90%。在洗脱剂或再生溶液存在下，例如由于吸附 物类和介质的吸附-脱附动力学的改变，因吸附和/或吸附物类与另外物类的交换引起的脱附可能发生，从而相对于装置内占优势的浓缩 条件下(即，使交换发生的条件)吸附的物类等而言使介质优先与再生 溶液中的再生剂物类如盐或离子结合。有时，至少一些吸附物类从 吸附树脂上的脱附可通过在树脂中引起机械变化发生。例如，可使 树脂暴露于再生溶液如酸溶液、盐溶液或碱溶液中(选择这样的溶液 是为引起树脂收缩或溶胀)，其可机械地从树脂上驱逐出某些被俘获 和/或吸附的物类。例如，将树脂暴露于浓盐溶液中可使树脂内的孔 道收缩，从而可驱逐出那些孔道内吸附和/或包容的有机物。 取决于所选介质，可能适于促进吸附介质再生的盐的非限制性实例包括含Na+、 K+、 Cr、 F、 Br-、 I-等中的一种或多种的盐。作为 一个实例，吸附于吸附介质上的物类如Ca"或有机物可经化学和/或 物理脱附或与来自浓盐溶液的Na+或K+离子交换。有时，用来再生 介质的浓盐溶液可包括碱金属囟化物如氯化钠、氯化钾、氟化钠、 氟化钾、溴化钠、溴化钾及其混合物(如氯化钠与氯化钾的溶液等)。 有时，盐的浓度可为至少约4%重量、至少约5%重量、至少约7% 重量、至少10%重量、至少12%重量、至少约15%重量或有时更高。可能适于促进介质再生的酸的非限制性实例包括强酸如无机酸 及包含无机酸的混合物，如^J史、盐酸、硝酸或其混合物。同样， 可能适于促进介质再生的碱的非限制性实例包括强碱和其混合物， 如氢氧化钠或氢氧化钾。在本发明的某些实施方案中，介质可有利地在例如净化周期之 间和/或在装置的连续或半连续运行过程中于电去离子装置内再生。 在一些实施方案中，在介质再生的同时，电净化装置继续产生经净 化的产品液体，如下面将进一步讨论的。介质可在介质使用过程中 的任何时候再生，例如，当介质被完全消耗(如相对于目标物类来说 达到平衡)时或当其仅部分饱和(如介质尚未达到平衡)时。当介质为 至少一种吸附物类(如目标有机物类、目标离子物类等)所完全饱和， 即介质不再能从溶液中吸附任何更多的目标有机物类、目标离子物 类等时，介质被完全消耗。在本文中，介质能吸附的特定物类的最 大量被称为介质对该特定物类的"最大吸附能力"。本文中用到的"吸 附能力"或"最大吸附能力，，指当暴露于介质在特定的使用条件下碰巧 暴露于的特定的物类混合物中时介质能吸附的特定物类的最大量， 其取决于介质将暴露于的特定的溶液中所有物类间的平衡。这与介 质对特定物类的"标称能力"不同，因为"标称能力"是在介质暴露于 该物类的纯溶液(即所述物类是溶液中能吸附到介质上的唯一试剂)的 条件下测定的。因此，仅在其中介质暴露于特定物类的纯溶液中的
运行条件下，介质对该物类的"吸附能力"才与其对该物类的"标称吸 附能力"相同。如上面所提到的，在某些实施方案中，介质有时也可在介质仅 部分被消耗(即尚未完全消耗)时再生。因此，作为非限制性的实例， 介质可在当介质吸附目标物类的能力开始变小但介质尚未达到其对 该特定目标物类的最大吸附能力(即介质尚未达到平衡)时被再生。有 时，介质可在当介质已经吸附了介质对一种或多种目标物类的最大 吸附能力的至多约10%时再生，有时在当介质已经吸附了介质对一种或多种^L吸附物类的最大吸附能力的至多约20%、至多约30%、 至多约50%、至多约75%、至多约80%、至多约90%、至多约95%、 至多约97%、至多约98%、或至多约99%时再生。在一个实施方案 中，介质每隔一段时间再生一次，间隔的时间使介质在长时间的使 用期间始终不与目标物类达成平衡。在一些实施方案中，介质可在当介质的电阻率已达到某个值(其 有时可表明一定量的离子物类已吸附到介质上，例如Ca"或Mg^)和 /或已改变了 一定量时再生。介质的电阻率可用例如电阻率传感器测 定。作为非限制性的实例，介质可具有介质基本不含吸附物类的笫 一电阻率指标，当介质的电阻率从所述第一电阻率改变至少一定的 百分数时介质可被再生，例如电阻率改变了第 一 电阻率的至少约 10%、至少约25%、至少约50%、至少约75%、或至少约100%时。在其他实施方案中，介质可在当电去离子装置的入口和/或出口 内(例如稀释流和/或浓缩流内)物类的浓度达到一定浓度时再生。例 如，电净化装置可含一个或多个能检测钠、钙等的传感器，这类传 感器可安置为与电去离子装置的入口和/或出口流体连通。有时，任 何上述传感器(和/或电去离子装置内的其他传感器)可与可用来例如 确定和/或控制介质再生的一个或多个监视器或控制器传感连通以控 制电净化装置内(例如电去离子装置的入口流和/或出口流内)一种或 多种离子的浓度等。例如，根据传感器测定结果(如钙离子浓度)，控
制器可启动树脂再生、向电去离子装置的入口或出口流中增加流体以使物类浓度(例如Ca"、 Mg^、 Na+等)保持在一定值之下等。在一些实施方案中，介质可在装置内以阻止例如吸附到介质上 的目标物类脱附的过程中装置内发生实质性结垢和/或实质性污染的 方式再生。例如，某些离子对如Ca"和HCCV、 Mg^和HCCV、某 些离子和有机物等可引起电去离子装置内的结垢和/或污染。因此，在一个实施方案中，介质可用如上所述的某些再生溶液以从介质上 基本脱附例如这类离子对的第 一物类而不基本脱附例如这类离子对 的第二物类的方式处理，即使得笫 一物类的相当大部分从介质上脱 附而第二物类保持基本吸附于介质上。也就是说，介质可处理为使 第二物类保持基本吸附于介质上而笫一物类从介质上脱附，从而使 任何量的确实与第一物类同时脱附的第二物类通常处于不能引起装 置内因例如第一和第二物类间的沉淀或其他相互作用而发生实质性 结垢和/或实质性污染的水平。在如上所述其中介质经再生以阻止电净化装置内发生实质性结 垢和/或污染的实施方案中，任选第二物类可在笫一物类已基本脱附 并从装置中除去后从介质脱附，以便任何与第二物类同时脱附的第 一物类不足以引起电净化装置内的实质性结垢和/或污染。例如，一 旦将介质暴露于能脱附第一物类的第一再生溶液中，第一物类即可 从介质上基本脱附，而没有相当大量的第二物类从介质上脱附；然 后， 一旦将介质暴露于第二再生溶液中，第二物类即可从介质上基 本脱附。笫一和第二再生溶液可包含相同或不同的溶质(如盐、酸、 碱等)，有时，第二溶液可较笫一溶液具有更高的浓度或活性。有时 介质可在电净化装置被用来产生净化液体的同时被再生。作为 一个具体实例，在含其上已吸附了碳酸氬根(HCCV)和钩 (Ca"离子的介质的装置中，碳酸氢根离子可首先从介质上脱附，然 后再进行钙离子的脱附。介质可为已吸附了碳酸氢根和辨离子的任 何离子交换介质，例如阳离子介质、阴离子介质、其组合等。有时，
介质可对希望脱附的特定离子(例如钙、镁、硼、铁等)具有更高的亲 和性。作为一个具体实例，碳酸氬根离子可通过使介质暴露于含溶解了的NaCl且其浓度足以使碳酸氬根从介质上发生脱附而不足以使 辆从所述离子交换介质上发生脱附的第一盐溶液中而从介质上脱 附；例如，所述盐溶液可为包含NaCl浓度低于约2%重量、约3% 重量或约4%重量的NaCl的溶液。4丐离子任选可之后通过使介质暴 露于含溶解了的NaCl且其浓度相对较高并足以使钙从离子交换介质 上发生脱附的第二盐溶液(浓度通常高于笫 一盐溶液的浓度)中而从介 质上脱附；例如，第二盐溶液的浓度可为至少约4%重量、至少约5% 重量、至少约7%重量、至少约9%重量或至少约10%重量或更高的 NaCl。作为另外的实例，介质可先暴露于酸溶液，然后暴露于盐溶 液；先暴露于碱溶液，然后暴露于酸溶液；先暴露于盐溶液，然后 暴露于酸溶液；先暴露于盐溶液，然后暴露于》咸溶液。树脂可在电去离子装置内通过任何适合的技术再生。在一组实 施方案中，树脂可在电去离子装置内通过使树脂暴露于如前所述的 再生溶液中而再生。例如，电去离子装置可以间歇或半间歇方式运 行，其中全部或部分树脂周期性地暴露于再生溶液中。有时，例如 在半间歇式运行过程中，在介质被再生时，电去离子装置的其他部 分(例如其他室)仍可用来产生净化液体，这将在下面进一步描述。取 决于运行方式和具体应用，稀释或浓缩室或稀释和浓缩室中的树脂 可例如顺序或同时再生。有时，介质可用技术组合进行再生。例如，介质可用一种或多 种再生溶液(例如酸溶液、碱溶液、浓盐溶液等)任选与能使介质收缩 或溶胀的技术和/或试剂组合而再生。使介质收缩或溶胀可通过例如 物理力或机械破坏作用等从介质上驱逐或换句话说脱附离子、有机 物等。例如，在一个实施方案中，离子、有机物等可从介质内存在 的孔道中脱附。 在一组实施方案中，介质可在装置被用来产生净化液体的同时 在电净化装置的电去离子装置内再生。在其中电场可反转(如下面将 进一步描述的)的电去离子装置环境中与液体净化同时进行的电去离子装置内介质再生的实例示意于图2A和2B中。看图2A，最初电场的极性或方向是使带负电的离子(如cr、 hco3-、 ccV-等)被吸引到右侧(+)而带正电的离子(如Ca2+、 Na+、 K+)被吸引到左侧(-)。在该 图中，阴离子选择性膜215优先让带负电的离子通过，而阳离子选 择性膜225优选让带正电的离子通过。使含一种或多种待除去的目标物类(如离子、有机物等)的待净 化液体230流过室210,而使用来再生的浓盐溶液240流过室220。 如前所述，当待净化的液体进入稀释室210时，待除去的目标物类 可吸附到介质250上。浓盐溶液240流经图2A中的浓缩室220。如 前所述， 一旦介质暴露于浓盐溶液240中，已吸附到介质250上的 物类即可脱附(进入将离开室的液体245中)。因此，离开稀释室210 的液体235得到净化(即使得该液体中所含待除去物类的浓度低于进 液230),而离开浓缩室220的液体245已再生了至少部分介质250。 液体245然后可进入其他工艺或操作、作为废物处置等。有时，在装置运行的过程中电场的方向可反转(也参见美国专利 5,558,753)，使例如图2A中所示的布置转变为图2B中所示的布置。 在该布置中，室220中(至少部分)经再生的介质250可用来实现液体 净化，而室210中的介质250 (其为例如一种或多种吸附的目标物类 至少部分饱和)可被再生。通过电去离子装置内电场方向的反转，室 210现用作浓缩室，而室220现用作稀释室。此外，用来进液的入 口 230和240可反转，使待净化的液体230进入室210 (现在的稀释 室)而浓盐溶液240进入室220 (现在的浓缩室)。上面参照图2A所述 的输运原理同样适用于图2B中所示的因电场反转而反转的构造；因 此，室210现在产生净化液体，而室220现在产生含至少部分/人液 体230中除去和/或自介质250上脱附的目标物类的液体。另外，一
旦暴露于浓盐溶液240中，室210中的介质250现在即可坤皮再生， 而室220中(先前经再生)的介质250现在可用来从待净化的液体230 中吸附一种或多种目标物类。在这类情形下(如图2A和2B中所示实施方案之间)，电去离子 装置的电场可按具体应用所需要或希望的频率反转。电场两极间的 交替频率可根据具体应用所特有的因素而定，如进水的硬度或目标 物类浓度；洗脱用浓盐溶液的浓度和/或组成；介质的类型、数量和/ 或尺寸；进液的流率；电去离子装置及其中各室的尺寸；所加电压； 期望的净化程度；结垢情况和/或污染程度等。本领域技术人员应能 用常规实验方法选择适合特定应用的特定电净化装置的运行条件。 例如，电场可在当在离开的液体浓缩流和/或产品流中检测到 一定浓 度的目标物类如硬度离子或有机物类(即会产生污染和/或结垢的化合 物)等时反转。作为另一实例，电场可在当一定量或浓度的目标物类 能通过电净化装置而不被吸附时反转，例如当在一个或多个离开电 净化装置的流中检测到一定量的目标物类时，如当来自电去离子装 置内的介质的目标物类达到穿透时。在另一实例中，电场可在当未 达到一定阈值的液体純度时(例如净化液体流内目标物类的浓度超过 一定的预定值或范围时)反转。在另一实例中，电场可以固定的速率 或频率反转，例如每6小时或每24小时，或当电净化已进行预定的 持续时间时，例如使用12小时后、使用36小时后、使用一周后等。 在另一实例中，电场可根据例如传感器如电导率传感器、钩传感器、 钠传感器等测得的电去离子装置的浓缩和/或稀释室内的浓度情况(例 如硬度离子或其他目标物类)反转。在另一实例中，电场可在当例如 电去离子装置内(如离子选择性膜上)、电净化装置内等开始发生实质 性结垢和/或污染时反转。电场的反转可与电去离子装置内树脂的再 生同时发生，或反转可在电去离子装置内介质再生之前或之后发生， 具体取决于特定的应用。
按一组实施方案，通过周期性反转电去离子装置内的电场，电 净化装置可长时间基本连续地运行。 一个室(浓缩室)中的介质可被再 生而另一个室(稀释室)中的介质在使用中；然后， 一反转电场，经再 生的介质可^皮使用而之前在使用中的介质可—皮再生。该过程可根据 需要重复多次，从而使电净化装置基本连续地用来产生净化液体。"基 本连续"指电净化装置可用来应需要产生净化液体(间歇地、周期地、 连续地等)，当电场方向反转并让来自装置的净化液流稳定时仅有一 短暂的中断，即电净化装置没有介质从装置中移除或补给的时间段， 在这样的时间段内，电净化装置不能用来产生净化液流。有时，在 电压反转后的初期，在新形成的浓缩流中发生水质退化，但这种水 质的退化足够微不足道，因此在电压反转过程或之间的任何时间， 液体产品均不必被弃去。换句话说，来自新形成的稀释或浓缩室之 一或二者的液体产品的电导率足够低而使该液体产品在一个流或另 一个流或二者中可接受。因此，很多时候，短暂中断可仅为数分钟 或数秒或甚至不存在(即电净化装置可用来随时应需要产生净化液体流而在液体生产中无任何中断)。参见例如美国专利4，956，071。在一组实施方案中，电净化装置可运行任意的、选定的或预定 的一段时间。在另一组实施方案中，电净化装置的运行可通过例如 吸附到介质上而从进液中除去较介质对目标物类的最大负载能力更 大量的一种或多种目标物类。也就是说，在这类实施方案中，介质 可用来从待净化的液体中除去一种或多种目标物类且可^皮该介质所 除去的目标物类的量大于介质任何一次可吸附的目标物类的量(即当 介质饱和(即"最大负载能力")时)。这通过本发明的通过上述再生技 术周期性地"补给"介质能力而介质仍保留在电去离子装置中的技术 实现。这可使其运行较常规运行的装置取得改进，所述改进表现在 减少结垢和/或形成有机污染的趋势和/或使电去离子装置在长得多的 运行时间内保持介质的物类选择性吸附特性。
有利的是，在某些实施方案中，按本发明的某些方面运行和再 生的方法可使电净化装置内的电去离子装置直接暴露于净化"硬"或 "脏"水的工艺中而不经上游"软化"或净化工艺(即能从溶液中除去或减少硬度离子或其他不希望有的物类如TOC或特定有机物类的浓度的工艺)。水软化装置通常必须在常规电去离子装置上游提供，而在 本发明的一些实施方案中可避免，其实例包括离子交换装置、反渗 透装置、超滤装置、纳滤装置、渗析装置等。因此，在一组实施方案中，硬水和/或含较高量TOC的水可不经上游软化或预处理以除 去TOC而直接进入电去离子装置。在另一组实施方案中，可发生进 水(或其他液体)的部分软化，但不足以完全"软化"(即至硬度离子或 其他目标物类的浓度足够低以阻止常规运行的电去离子装置内发生 实质性结垢和/或实质性污染)进入电去离子装置的水。在另一组实施 方案中，电净化装置能从入口液体中(例如如前所述从硬水中)除去一 定量的目标物类如硬度离子。例如，超过约70%、约80%、约90%、 约95%、约97%、约98%、或约99%的进液硬度离子或其他目标物 类可通过电净化装置除去，且有时不引起电净化装置内的实质性结 垢。因此，在一组实施方案中，电净化装置能处理硬水而不在电净 化装置内造成实质性结垢或污染。图3中示意了可在提供介质再生的同时基本连续使用的本发明 电净化装置的一个实例。在所示的实施方案中，电净化装置300含 供待净化液体进入的单个进入点125。当然，在其他实施方案中， 电净化装置可含一个以上的进入点，例如两个进入点用于一种或多 种待净化的液体，第一个进入点用于待净化的液体、第二个进入点 用于浓盐溶液等。在图3所示的实例中，液体120 —进入系统300 即被分成稀释通道310和浓缩通道320。稀释通道310流经若干液 体控制系统315、 317、 319等，其可为例如阀门、过滤器、流量计、 另外的管道、流动控制元件、传感器、传动装置、粘度计、温度计、 热电偶、pH传感器、缩口元件等。有时，液体控制系统可包括向液
体流中引入添加剂的装置例如以控制pH或微生物、促进絮凝等。本领域技术人员将能为给定的应用获得特定的目的确定适宜的装置和系统；作为一个具体实例，液体控制系统315可为流动控制元件如 阀门，液体控制系统317、 319可为过滤器。在图3中的浓缩通道320 中，液体控制系统已经展开描述以作为示例性的实例。这里，浓缩 通道320被分成分支322、 324、 326。在该非限制性的实例中，分 支326进入贮存器330，而分支322、 324代表各个旁路和贮存器330 周围的控制系统(例如，在贮存器330对于系统300的日常运行来说 不是必要而是用作緩冲罐或溢流罐的系统中)。图3中也示出了若干 另外的液体控制系统323、 325、 327、 329;例如，液体控制系统327、 329可为过滤器，而液体控制系统323、 325可为流动控制元件如阀 门。在一个实施方案中，贮存器330可为接受罐或其他能贮存液体 的容器，例如緩冲罐、溢流罐等。在另一实施方案中，取决于具体 应用，贮存器330可填充任何适用于电净化装置中的流体。例如， 贮存器330可含其组成选择为能促进电去离子装置110内所含介质 再生的溶液，如浓盐或酸溶液。贝i存器330可用本领域技术人员熟 知的任何适宜技术填充或清空。例如，如要向贮存器330中填充浓 盐溶液，则浓盐溶液可自外部源(图3中未示出)引入贮存器330中， 贮存器330可用分支326填充，任选使液体通过加盐以增大盐浓度 的元件等。作为另一实例，泵331可用来将液体泵入和/或泵出J^存 器330。在图3的实例系统中，分支322、 324、 326(经由贝i存器330)合 并成浓缩通道340。稀释通道310和浓缩通道340分别通过入口 128、 129引入电去离子装置110中。在其中电去离子装置110的极性周 期性反转(例如当达到一定的条件时，如当在离开装置的液体中检测 到目标物类一定的最小和/或最大浓度时)的实施方案中，可用三通阀 350、 355来引导来自浓缩通道340的液体和来自稀释通道310的液 体流入如上面所讨论的电去离子装置110的适宜室内。同样，三通阀360、 365可用来引导从电去离子装置110内的浓缩和稀释室离开 的液体进入适宜的通道，例如产品通道370和处置通道380。任选 液体控制系统375、 385可存在于产品和/或处置通道上以例如监控 一种或多种目标物类的流率或浓度。来自通道370、 375的液体然后 通过使用点390、 395离开电净化装置300。在图3中，液体控制系统375与监视器/控制器377通过信号线 378实现电连接。所述信号可为任何适宜的信号，例如气动信号、 电信号、机械信号等。监视器/控制器377可为任何可检测来自信号 线378的输入信号、决定适宜的响应并通过信号线371、 372、 373、 374向液体控制系统315、 317、 319和/或电去离子装置110传输信 号的系统或机构。信号线371、 372、 373、 374和378不一定都得传 输相同类型的信号。监视器/控制器377可为例如机械控制器、气动 控制器、计算机或系列计算机、半导体芯片或其他集成电路微处理 器等。在一些实施方案中，监视器377可为"硬接线"控制系统、编 程计算机控制系统，或监视器377可为计算机实施的控制系统，其 可根据需要编程和改变。算法可为预先确定的算法，或其可为可适 应工艺条件变化的算法(如在其中流动是脉动的或随机分布的工艺 中)。作为具体实例，当监视器/控制器377基于来自液体控制系统375 (和/或其他液体控制系统，未示出)的传感器读数确定电去离子装置 110内的介质需要再生时(例如，当使用点390中的硬度离子的浓度 达到一定水平时；当检测到装置的稀释室内吸附介质吸附目标物类 达到一定的饱和程度如至少50%饱和、75%饱和、90%饱和或以上 时；当在装置的浓缩室内的液体中检测到 一 定阈值浓度的目标物类 时，如指示穿透的任何非零浓度；当检测到吸附介质的电阻率和/或 装置的功率消耗和/或所需施加的电位改变时(其指示吸附目标物类达 到一定的饱和程度)；等)，监视器277可然后启动适宜的响应(例如 通过实现或使实现以下的一者或多者向电去离子装置110中引入 再生溶液、反转电去离子装置110内的极性、发出信号通知操作人 员 一定的浓度或其他条件已达到等)。图4中示意了能基本连续使用的电净化装置400的另一个实例。 为明了起见，上面讨论的监视器/控制器和控制系统没有明确示出； 但在一些实施方案中可能提供有这样的控制系统。在该实例中，电 净化装置400具有两个平行的电去离子装置110、 111。液体从进入 点125、 126进入电净化装置400。进入进入点125、 126的液体可 相同或不同。 一系列液体控制系统314、 315、 316、 317、 318、 319、 323、 325、 327、 328、 329、 332、 333、 334、 335引导液体流向电 去离子装置110、 111。如先前参照图3所描述的，液体控制系统可 包括过滤器、流量计、另外的管道、流动控制元件、传感器、传动 装置、粘度计、温度计、热电偶、pH传感器、缩口元件等。例如， 液体控制系统314、 315、 316、 318、 323、 325、 328、 332、 333、 334、 335可代表泵或阀门，而液体控制系统317、 319、 327和329可代 表过滤器或传感器。如上面图3的上下文中所描述的，系统可由一 个或多个监视器/控制器(未示出)控制，所述监视器/控制器可与一个 或多个传感器(未示出)通信。任选液体也可被导向或导离贮存器 330。 一离开电去离子装置110、 111，液体即由液体控制部件如阀 门360、 361、 362、 363、 365引导向使用点390、 395、 397。有时， 一个电去离子装置可用来净化液体，而另一个电去离子装置不用作 液体净化目的；作为实例，维持可在另一个电去离子装置上进行， 另一个电去离子装置可用来再生介质等。有时，平行运行的电去离 子装置的角色可反转(或同时受激励)以确保电净化装置的基本连续运 行。图11中示意了电净化装置的另一实例。在该图中，液体从进入 点525进入电净化装置500的流520中。液体然后在到达电去离子 装置610前任选流经一个或多个过滤器。例如，如图11中所示，液 体可流经软化器517、碳滤器518和/或颗粒过滤器519中的一者或
多者。当然，取决于具体的应用，在其他实施方案中可使用其他过滤器(或不使用过滤器)。流经图11中的过滤器517、 518和519后， 液体纟皮分成三个流510、 522和527。各个这些流中的流率可分别通 过使用隔膜阀515、 529和528控制。流527被导向电去离子装置610 的电极室。在被导向排泄点597前，流527流经电去离子装置610 的阳极室513,然后流经阴极室514。流510流经电去离子装置610 的稀释室511,作为流509离开，而流522 4皮导向电去离子装置610 的浓缩室512，作为流508离开。应指出，虽然电去离子装置610 在图11中示为具有单个稀释室511和单个稀释室512,但具有多个 稀释和/或浓缩室的电去离子装置也涵盖在本发明的其他实施方案 内，如图11中所示的电去离子装置610的单个稀释和浓缩室仅是为 明了起见。例如，在其他实施方案中，电去离子装置可具有与图1 中所示类似的构造。在图11中，离开电去离子装置610后，流508被导向废品点595， 而离开稀释室511的流509 ^皮导向三通阀560。阀560可一皮导向为 将流509内的液体送到使用点590或送到废品点595。当电净化装 置500被用来生产净化液体时，三通阀560可^f皮导向至使用点590。 但在电去离子装置610内所含介质的再生过程中，三通阀560可净皮 导向至废品点595。如图11中所示，贮存器530可含组成选择为促进电去离子装置 610内所含介质再生的溶液，如浓盐或酸溶液。贝i存器530可用本 领域技术人员熟知的任何适宜技术填充或清空。在再生过程中，泵 531可引导再生溶液进入稀释室511和浓缩室512中的一者或二者。 如前所述， 一离开这些室，再生溶液即可^^皮导向至废品点595。传感器575与离开稀释室511的流509流体连通。传感器575 可为例如电导率传感器、钙传感器、钠传感器等。监视器或控制器(未 示出)可监视传感器575所产生的信号，且有时可决定适宜的响应， 例如在当电去离子装置610内所含的介质需要再生时发出信号。其
他传感器也可存在，例如流率传感器、测温探头、压力计等。作为实例，在图11中，传感器576、 577和578可分别检测流527、 510 和522的特性例如流率。图12中示意了本发明的电净化装置的另一实例。该装置的构造 与图11中所示电净化装置相似，不同之处在于，受泵563控制，流 508 —离开电去离子装置610的浓缩室512即被导向循环回路562。 循环回路562可被导向废品点595 (用阀门598控制)和/或分别导向 进入稀释室511和浓缩室512的流510和/或522。在图12所示的实 施方案中，贮存器530内所含的再生剂溶液可被注入到电去离子装 置610内直到电去离子装置基本充满再生剂溶液，和/或根据需要在 循环回路562中与电去离子装置610 —起再循环直至例如电去离子 装置610内所含的介质已充分再生。 一达到适宜的再生水平，再生 剂液体则可被导向废品点595。该布置可改善电去离子装置内的流 动分布，且有时该布置可有助于减少再生电去离子装置610内所含 吸附介质所需的再生剂溶液的量。图13中所示的实例与图12中所示的电净化装置相似。在该图 中，流52(H皮分成三个流510、 527和521。流527 #:导向电去离子 装置610的电极，而流510被导向电去离子装置的稀释室511。流521 通过部分循环回路562被导向电去离子装置610中的浓缩室512。 三通阀523可用来阻止流510与522的混合。在该布置中，当电去 离子装置610被用来生产净化流体时以及在电去离子装置610内所 含介质的再生过程中也可使用泵563。通过让部分浓缩流经由流562 再生，电去离子装置610的浓缩和稀释室内流体的流动速率可控制 为大致相等(从而减少电去离子装置610内所含的任何膜上压力差异 的影响)或以任何其他想要的相对流率。此外，有时可用这样的电净 化装置获得高得多的水回收。如前所述，图14中的电净化装置也可运行以同时产生净化液体 和再生电去离子装置610内所含的树脂。在图14中，图13中所示
的电净化装置已改为可让电去离子装置610的极性反转。在该图中， 流527平行通过两个电极室(应指出，这样的构造也可用于其他电净 化装置中，例如图12或13中所示的装置)而非串联地通过阳极室513 和阴极室514。此外，在图14中，通过其他阀门550、 555、 565和 567的使用，液体可被导向电去离子装置610内适宜的室中以准许 装置使用过程中电去离子装置的极性反转。此外，在图14中，三通 阀560可引导净化液体流向使用点590、和/或废品点599，例如当 净化液体的纯度没达到导向使用点应具有的合格纯度时。例如，电 去离子装置610内的电极性刚发生反转时，流509内的液体的纯度 可能不合格，因此被导向废品点599。图15中示意了电净化装置的另一实例。在该图中，电净化装置 500与图14中所示的电净化装置相似，但增加了若干另外的循环流。 自进入点525进入电净化装置500的液体被进给到接受罐505。来 自接受罐505的液体用泵507通过任选的过滤器517、 518和519^皮 泵入液体流520中。此外消除了图14的废品点597和599，进给这 些废品点的液体流现在再循环到接受罐505。在其他方面，电净化 装置500的运行与前面所描述的相似。使用该系统可获得非常高的 水回收。应理解，上面的描述实际上是示例性的，许多其他的构造和变 体是可能的。例如，其他阀门、入口、通道、贮存器、緩冲罐、出 口、传感器、传动装置、控制系统、管道、过滤器等可用于本发明 的电净化装置中，或所述电净化装置可结合和/或提供有其他流体净 化技术/系统和/或单元操作。例如，所述电净化装置可构造和布置为 如果能源发生故障和/或进给电去离子装置的水流缺失时用例如緩冲 罐向电去离子装置供给液体。实施例 下面描述本发明的某些电净化装置/系统的运行方式的非限制性 实施例。在一个实施例中提供了具有至少一个稀释室和至少一个浓 缩室并各含阳离子和阴离子树脂的电去离子装置。起初，电去离子装置内稀释和浓缩室中的阳离子树脂均为Na+形式，阴离子树脂均为cr形式。进液被引入两个室内。有时，进液以较浓缩室更高的流率一皮引入稀释室。例如，进液可以为引入浓缩 室的流率的约2倍、约3倍、约5倍、约7倍、约10倍等的流率引 入稀释室内。同时向电去离子装置的稀释和浓缩室施加电压，如前 面所讨i仑的。在稀释室中，钙离子与来自阳离子树脂的钠离子交换。例如， 阳离子树脂可选择为使阳离子树脂对钾离子的选择性高于对钠离 子，例如高3-6倍。自稀释室中的树脂释放的钠离子与进液中引入 的那些一道穿过阳离子膜进入浓缩室。此外，在稀释室中，例如如果阴离子树脂对碳酸氢根离子的选择性低于对氯离子的话，进液中的碳酸氢根离子至少部分与cr交换而一些碳酸氢根离子移动通过阴离子膜进入浓缩室，。例如，阴离子树脂可选择为使对碳酸氢根离 子的选择性比对氯离子低约2倍或更多倍。此外，进液中的一些有 机物可至少部分与来自阴离子树脂的氯离子发生离子交换和/或至少 部分物理吸附到树脂上。有时，有机物的结合也可使氯离子从树脂 上释放出来，如前所述，其穿过阴离子选择性膜进入浓缩室。因此， 离开稀释室的液体中Ca2+、碳酸氢根离子和/或有机物的浓度将相当 低或甚至检测不到。此外，在稀释室内，相对于^皮树脂吸附的量而 言，液相中存在的Ca"浓度将非常低。浓缩室中发生类似的离子交换过程。如果进入浓缩室的液体的 流率比进入稀释室的低，则相应地较少的离子将进入浓缩室。例如， 如果通过浓缩室的液体的流率为稀释室的1/10,如上面所讨论的， 则其离子的流量将为稀释室的离子的流量的1/10。此外， 一定量的
离子(如Na+、 HCCV、 Cr、离子化的有机物)通过离子交换膜自稀释 室输运到浓缩室。在稀释室中，随着离子交换的进行，树脂越来越为Ca"和/或有 机物或其他目标物类所饱和。在一定的饱和度，电去离子装置中可 能发生一种或多种目标离子(如Ca")的"贯流"，在贯流点，虽然大多 数Ca"离子仍被阳离子交换树脂吸附着，但有少量Ca"离子开始存 在于溶液中。贯流时，溶液中的目标离子可能移动通过膜进入浓缩 室，和/或可从产品流中释;故。有时，例如，如果当呈Ca^形式时阳 离子树脂的电阻总的比当呈Na+形式时高，则阳离子树脂的电阻将 增大，电去离子装置的总体性能将逐渐下降。在存在高含量有机物的情形下，有机物可能引起稀释室和浓缩 室之一或二者中的阴离子树脂的污染。电去离子装置内阴离子树脂 的污染可使电去离子装置的电阻增大，电阻的增大可导致自稀释室 向浓缩室的离子输运减少，从而不利地影响电去离子装置的性能。当电去离子装置所产生的液体的质量下降到某个点时，树脂的 再生将启动。在该点，电去离子装置内树脂的吸附能力将降低而不 是4皮完全耗尽(例如再生可在当观察到Ca"的贯流和/或观察到有机物 的贯流时开始)。应指出，在该实施例中未达到电去离子装置的平衡 态(即树脂不再发生净离子吸附的状态)，其中，向电去离子装置中引 入的另外的目标物类从稀释或浓缩流出液中离开。因此，在电去离 子装置的运行过程中，进入与离开装置的离子未达到质量平衡，而 在平衡态，进入电去离子装置的目标离子与离开电去离子装置的目 标离子间存在质量平衡。再生举^:存工s,在该实施例中，稀释和浓缩室中的树脂均被再生。 如前所述，再生溶液流过稀释和浓缩室以再生树脂。再生溶液将阳 离子树脂转化为Na+形式，将阴离子树脂转化为Cr形式，和/或从树 脂上脱附有机物。有机物的脱附可通过离子交换和/或通过机械脱附 获得，例如通过使树脂收缩和/或溶胀而使有机化合物从树脂上释》丈 出来。^脊工S,在该示例性情形中， 一个室(或在给定的再生周期或 一次中仅一个室)被再生。例如，仅浓缩室可一皮再生而稀释室继续生 产产品。在浓缩室被再生后，施加到稀释和浓缩室的电压的极性反 转，流反转为使新的稀释室为刚刚得到再生的室(先前的浓缩室)，而 新的浓缩室为以前(未再生)的稀释室。 一旦电去离子装置所产生的液 体的质量降到低于某个点，再生即可被启动，且有时可采用多个再 生/再生溶^7技术。包括再生的工作周期的非限制性示例性结果在图18和19中示 出并在下文描述。图18示意了对目标物类剩余的吸附能力分数随时间(由再生次数度量)的变化。在图中，第一个周期前，室1为稀释室，室2为浓缩室。再生后，电去离子装置的极性反转(即室1变为浓缩 室，而室2变为稀释室)。但有时树脂的再生也可在极性反转后启动， 如图19中所示。在任一这些情形下，树脂对目标物类的吸附能力均 不达到零值，即电去离子装置在装置的使用过程中不达到平态。下面的实施例旨在说明本发明的某些实施方案的某些方面，而 非要例举本发明的全部范围。实施例1本实施例说明按本发明的一个实施方案的电去离子装置的使 用。组装一构造与图3中所示相似的含电去离子装置的电净化装置。 在该系统中，电去离子装置装配为能提供极性反转并能基本连续地 运行。电去离子装置含20个小室对(cell pair)(即20对相邻的浓缩和 稀释室)，各个小室的厚度为约0.23厘米(0.09英寸)，各个小室内的 流程长度为约66厘米(约26英寸)。在各个小室中，液体从小室顶部 流向小室底部；然后液体,人底部进入下一个小室并流向顶部。电去
离子装置的运行条件选择为使其能以约2.27升/分(约0.6加仑/分)的 产品流率产生净化液体。入口流率为约2.84升/分(约0.75加仑/分)， 废品流率为约0.57升/分(约0.15加仑/分)。水回收率为约80%。运 行过程中施加到电去离子装置上的电压为约3伏/小室对(总共约60 伏)。在电净化装置的运行过程中，每三小时，电去离子装置内的树 脂用10%重量的NaCl溶液再生约三十分钟。所用树脂为SF120与 IRA450树脂的混合物，二者均来自Rohm and Haas。进液流为含约170mg/l的硬度(约10gr/gal的硬度)、总溶解盐 ("TDS，，)为约400ppm的硬水，其中含170ppmCa2+、 100卯mHCCV、 70ppmMg^、 160ppmNa+、 50ppm SO -和250ppm Cl—。图5和6中给出了使用该电净化装置得到的一个典型的运行周 期(约3小时)的实验数据。图5中给出了实验过程中"进液"流(图3 中的液体120，从进入点125进入)、"产品，，流(即净化流，在图3中 以离开到使用点390的液体370代表)和"浓缩"流(即待处置的水，在 图3中以离开到使用点395的液体380代表)的溶解钙浓度。在整个 运行过程中，进液流保持约170ppm的恒定Ca"浓度。运行期间， 电净化装置能使整个运行过程中产品流保持恒定的接近零水平的 Ca2+ (即低于检测极限)，这显示了装置从进液流中除去Ca"的有效 性。至少部分被电净化装置除去的Ca"出现在浓缩流中并可根据需 要例如被处置等。在图5中，这可从浓缩液中增加的Ca"浓度看出。 当Ca"浓度达到一定水平(如100ppm)时，树脂的再生可^^皮启动。图6示意了在相同的实验中该电去离子装置在从入口进液流中 除盐、TOC以及Ca"的有效性。在图6中，各物类(盐、TOC、 Ca2+) 的除去量以从产品流中测得的物类的量所指示的从进液中除去的物 类的百分数表示。在实验过程中，通过电净化装置，进液中Ca21々 除去保持非常高，基本接近100%。通过电净化装置，进液流中盐和 TOC的除去也保持高水平，约95%-约98%的盐净皮除去，约80%-约 90%的TOC被除去。 因此，本实施例表明本发明的电净化装置能高效地从进液流中 除去硬度离子、盐和有机物。实施例2图7示意了另一个实验，所用的电净化装置与实施例1中所述、 图3中所示的装置相似，但与实施例1的运行条件相比，在本实施 例中，进液流中Ca"的浓度要略低一些，约为16ppm。其余的离子 浓度如下100ppmHCO3-、 70ppm Mg^、 160ppm Na+、 50ppm S042-和96ppmC^。 再生溶液为10Q/()重量的NaC1,每六小时向树脂应用30 分钟。实验进行约6小时，来自实验的一个周期的一些数据在图7 中给出。观察到实验过程中，当进液中的Ca"浓度保持恒定于约16ppm 时，电净化装置能从进液流中除去几乎所有Ca2+，使产品("稀释")流 中Ca"的浓度通常可忽略不计(即低于检测极限)。电净化装置从进液 流中除去的一些Ca"被发现出现在处置("浓缩")流中。因此，在本实施例中，本发明的电净化装置表现出长时间从进 液流中除去硬度离子和有机物的高能力。实施例3本实施例说明按本发明的各种实施方案的某些电净化装置的基 本连续使用。组装与图3中所示相似的电净化装置。该电净化装置 包括含五对小室(即五对浓缩和稀释室)的电去离子装置。各小室的厚 度为约0.23厘米(约0.09英寸)，流程长度为约38厘米(约15英寸)。 电去离子装置的运行条件设置为使装置能产生约0.4升/分的产品流 率。运行过程中施加到电去离子装置上的电压为约3伏/小室对(总共 约30伏)。引入电净化装置中的进液流为含约200ppm TDS、硬度为 约17mg/l CaC03 (约lgr/gal硬度)的硬水。
在电净化装置中，在通过反转电去离子装置内的电压极性以及 电去离子装置的进液和再生流的入口而实现的基本连续的运行过程 中，电去离子装置内的树脂每六小时用浓盐溶液再生约三十分钟。在各个小室中，液体从小室顶部流向小室底部；然后液体从底部进 入下一个小室并流向顶部。再生溶液为10%重量的NaCl，应用时间 为30分钟。在再生周期之间，电去离子装置被用来以与前面实施例 1中所述相似的方式净化进液流。实验中使用本发明的介质再生从 进液流中除去NaCl的数据在图8和9中给出。这些图中的数据绘制 为从产品流中除去的盐量相对于进液流中的量的百分数与时间的关 系。图8示意了其中电去离子装置填充了 SF-120阳离子树脂和 IRA-458阴离子树脂(宾西法尼亚州费城Rohm and Haas公司)的实验 的数据。给出的数据对应电净化装置基本连续运行的第九和第十天 (之前的日子里电净化装置保持在相同的运行条件下，包括如前所迷 极性的周期性反转，数据未示出)。笫九和第十天中除盐百分数仍保 持非常高，通常高于约95%，除用浓盐溶液再补给树脂的短暂期间 外。这些短暂期间每六小时出现在图上一次，这时树脂被再生三十 分钟。也观察到第l-8天的类似除盐数据(未示出)。图9示意了另一个实验，其中电去离子装置填充了 SST-60阳离 子树脂和A-860阴离子树脂(Purolite， Bala Cynwyd, Pennsylvania)。给 出的数据对应电净化装置基本连续运行的第十七天。这些树脂也显 示出高除盐百分数，即便在超过十七天的基本连续运行之后。在实 验过程中，除盐百分数通常保持高于约98%,除当用浓盐溶液再补 给树脂的再生期间外。同前面一样，树脂每六小时被再生30分钟。 第l-16天的数据(未示出)示意了与之相似的电净化装置除盐特性。因此，本实施例表明本发明的电净化装置可长时间基本连续地运行。
实施例4本实施例说明在电去离子装置内有和没有介质再生时用本发明的电去离子装置实例除Ca"的情形。在本实施例中，Ca"浓度为约 105ppm的进水被引入到构造与图3中所示相似的电去离子装置中。 本电去离子装置组装为能提供极性反转。入口流率为约3升/分(约0.8 加仑/分)。其他条件与实施例1中所述相似。树脂通过将树脂于10% 重量的NaCl溶液中暴露约三十分钟再生。图10中给出了来自使用该电去离子装置的实验的Ca"浓度数 据，其中涉及两个单独的实验，各使用新鲜树脂(即先前未用过的)。 在第一个实验中，树脂如前所述在净化进水1小时后再生(以实心菱 形表示)。数据中在约60分钟时开始的30分钟间隙表明当时在进行 树脂再生和电去离子装置的极性反转。在第二个实验中使用新鲜树 脂来净化进水，但不进行再生(以空心三角表示)。数据中约60分钟 处的短暂中断表明电去离子装置的极性反转。图IO中也给出了这些 实验的进液浓度(以实心正方形表示)。在各个实验的整个过程中，进 水中Ca"的浓度均保持恒定。发现树脂再生和极性反转后产品中的Ca"浓度显著低于发生极 性反转但不暴露于盐溶液中使树脂再生的类似实验中的Ca"浓度。 因此，电去离子装置内树脂的再生改善了 Ca"的移除。此外发现除 去极性和树脂再生后产品内Ca"的浓度与新鲜树脂相当，也参见图 10。实施例5本实施例说明本发明的电去离子装置的长时间使用。组装一构 造与图15中所示相似的电净化装置。向系统进给硬水(硬度为约 150ppm CaC03，碱度为约100-175 CaC03,电导率为约500-约700 微西门子/厘米)。 该系统的性能数据示于图16中，涵盖超过九个月的运行。在该 图中，所示的除盐为当产品液体产生时(盐再生之间约九小时)周期的 平均数。图中所示的水回收为电去离子装置所产生的产品水的体积
除以进给到系统中的液体总量的比率。产品电导率的设定点为30微
西门子/厘米。产生的电导率高于此量的任何水均将返回进液罐而不 计作产品。读数定期记录，大约每三到四天一次。
图17中给出了在若干周期的时程内引入电去离子装置中的水及
作为净化水离开电去离子装置的水的电导率作为装置性能的实例。
图17中所示的尖峰信号为电去离子装置内的电极极性发生反转的时
间，其暂时性地导致水的电导率高于设定点。如上面所讨论的，该 水循环回进液罐而不用作产品液体。
作为使用该装置所产生的典型水的实例，对于电导率为545微 西门子/厘米、TOC为1.56ppm、钙浓度为67ppm的进液，在一个实 验中，产品液体的电导率为5.8微西门子/厘米、TOC为0.23ppm、 钙离子浓度低于检测极限。在另一个实验中，产品水的电导率为6.3 微西门子/厘米、TOC为0.24ppm、钩浓度低于检测极限。
虽然本文中描述和示意了本发明的若干实施方案，但本领域技 术人员将易于想到多种实现本文中所述功能和/或获得本文中所述结 果和/或一种或多种本文中所述优势的其他措施和/或结构，各个这类 变体和/或改变均被视为在本发明的范围之内。 一般地说，本领域技 术人员将易于理解本文中所描述的所有参数、尺寸、材料和/或构造 是示例性的，实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本发 明的公开的具体应用。本领域技术人员会认识到或能用常规实验方 法确定本文所述本发明的具体实施方案的许多等价物。因此应理解 前述实施方案仅是以实例的方式给出的，在附随的权利要求书及其 等价物的范围内，本发明可以所具体描述和要求保护的方式之外的 方式实施。本发明旨在提供本文中所述的各个特征、系统、物品、 材料、配套元件和/或方法。此外，两种或多种这类特征、系统、物
品、材料、成套元件和/或方法的组合也包括在本发明的范围之内， 如果这类特征、系统、物品、材料、成套元件和/或方法互不矛盾的 话。
本文中定义和使用的所有定义应理解为优先于字典定义、通过 引用结合的文件中的定义和/或所定义术语的通常含义。
除非明确指出相反，否则本说明书和权利要求书中所用的不定 冠词"一个"应理解为指"至少 一个"。
本说明书和权利要求书中用到的表述"和/或，，应理解为指这样连 结起来的要素之"任一者或二者"，即要素有时连在一起出现、有时 分开出现。除"和/或，，从句明确指出的要素外，其他要素也可任选存 在，无论与那些明确指出的要素相关还是不相关。因此，作为非限
制性的实例，当与开放式语言如"包含"一起使用时，"A和/或B"的 提及在一个实施方案中可仅指A (任选包括B之外的要素)；在另一 个实施方案中可仅指B (任选包括A之外的要素)；而在另一个实施 方案中可指A和B(任选包括其他要素)；等。
本说明书和权利要求书中用到的"或"应理解为具有与上面定义 的"和/或"相同的含义。例如，在分开列表中的项目时，"或"或"和/ 或"应理解为包括的，即包括许多要素或要素列表中的至少一个但也 包括一个以上，并任选包括另外的未列出的项目。仅明确指出相反 的术语例如"仅一个"或"正好一个，，或当在权利要求书中使用"由......
组成，，时将指包括许多要素或要素列表中的正好一个要素。 一般而 言，当前面有排他性的术语如"任一，，"其中之一，，"仅其中之一，，或"正 好其中之一"时，本文中用到的术语"或"应仅理解为指排他的或者(即 "一个或另 一个而非二者，，)。权利要求书中用到的"基本由......组成"
应具有专利法领域中所用的其通常含义。
本说明书和权利要求书中关于一个或多个要素的列表所用到的 表述"至少一个"应理解为指选自要素列表中任何一个或多个要素的
至少一个要素，但不一定包括要素列表内明确列出的至少每一个要素，也不排除要素列表中要素的任何组合。在该定义下，除表述"至 少一个"所指的要素列表内明确指出的要素外的要素也可任选存在， 而无论其与那些明确指出的要素相关还是不相关。因此，作为非限
制性的实例，"A和B中的至少一个"(或等价于"A或B中的至少一 个"或等价于"A和/或B中的至少一个，，在一个实施方案中可指至少 一个、任选包括一个以上A而无B存在(并任选包括B之外的要素)； 在另一个实施方案中可指至少一个、任选包括一个以上B而无A存 在(并任选包括A之外的要素)；而在另一个实施方案中可指至少一 个、任选包括一个以上A和至少一个、^壬选包括一个以上B (并任选 包括其他要素)；等。
还应理解，除非明确指出相反，否则本文中要求保护的涉及一 个以上行动的任何方法中，方法的行动顺序不一定限于所给的方法 的4亍动顺序。
在权利要求书及上面的说明书中，所有过渡表述如"包含""包 括""带有""有""含""涉及""持有"等均应理解为开放式的，即指包括 但不限于。仅过渡表述"由......组成"和"基本由......组成"应分别为
封闭或半封闭式的过渡表述，如美国专利局专利审查程序手册第 2111.03部分中所规定的。
权利要求
1.一种方法，所述方法包括以下步骤提供在至少一个室内包含吸附介质的电去离子装置；和在吸附介质达到其对至少一种选定目标物类的最大吸附能力之前再生电去离子装置的所述至少一个室内的至少部分吸附介质。
2. 权利要求l的方法，所述方法还包含确定所述室内所含吸附介质吸附所述至少一种选定目标物类所 达饱和度的参数指标；和当所述参数达到选定标准时再生所述室内所含的吸附介质。
3. 权利要求l的方法，其中所述吸附介质包含阳离子交换介质。
4. 权利要求1的方法，其中所述吸附介质包含阴离子交换介质。
5. 权利要求1的方法，其中所述至少一种选定目标物类包含 Ca2+。
6. 权利要求1的方法，其中所述至少一种选定目标物类包含
7. 权利要求1的方法，其中所述至少一种选定目标物类包含有 机分子。
8. 权利要求l的方法，其中所述至少一种选定目标物类包含有 机酸。
9. 权利要求2的方法，其中所述选定标准包含所述室内所含吸 附介质吸附所述目标物类达到至多90%的饱和度的指标。
10. 权利要求9的方法，其中所述选定标准包含所述室内所含 吸附介质吸附所述目标物类达到至多75%的饱和度的指标。
11. 权利要求10的方法，其中所述选定标准包含所述室内所含 吸附介质吸附所述目标物类达到至多50%的饱和度的指标。
12. 权利要求ll的方法，其中所述选定标准包含所述室内所含 吸附介质吸附所述目标物类达到至多20%的饱和度的指标。
13. 权利要求1的方法，其中所述再生步骤进行到至少约50% 的被吸附到离子交换介质上的所述至少 一种选定目标物类已被脱附 为止。
14. 权利要求13的方法，其中所述再生步骤进行到至少约70% 的被吸附到离子交换介质上的所述至少一种选定目标物类已被脱附 为止。
15. 权利要求14的方法，其中所述再生步骤进行到至少约90% 的被吸附到离子交换介质上的所述至少一种选定目标物类已被脱附 为止。
16. —种再生离子交换介质的方法，所述方法包括以下步骤 提供含吸附介质的电去离子装置，所述吸附介质包含吸附于其上的至少一种目标物类；使所述吸附介质暴露于包含笫 一浓度的再生剂物类的第 一脱附 液体中，所述脱附液体能从吸附介质除去第一选定目标物类；和使所述吸附介质暴露于包含笫二浓度的所述再生剂物类的笫二 脱附液体中，所述脱附液体能从吸附介质除去第二目标物类。
17. 权利要求16的方法，其中所述液体包含溶解的Na+。
18.权利要求i6的方法，其中所述液体包含溶解的cr。
19. 权利要求16的方法，其中所述再生剂物类包括盐。
20. 权利要求19的方法，其中所述笫二浓度大于约5%重量。
21. 权利要求16的方法，其中所述第一选定目标物类为阴离子的。
22. —种系统，所述系统包含 构造为含吸附介质的电去离子装置；和构造为通过向所述电去离子装置中引入液体而促进相当大部分 的吸附到所述吸附介质上的目标离子脱附的控制器。
23. 权利要求22的系统，其中所述吸附介质包含离子交换介质。
24. 权利要求22的系统，所述系统还包含能测定电去离子装置 内的和/或自电去离子装置输出的液体的性质的传感器。
全文摘要
本公开总的涉及电净化含物类如矿物、盐、离子、有机物等的液体的方法、系统和装置。本发明的一方面提供了在电净化装置内再生介质的方法，例如使介质暴露于一种或多种洗脱溶液中和/或通过使介质暴露于一定的洗脱条件下而从介质选择性地脱附离子、有机物和/或其他物类。另一方面，本发明提供了从待净化的液体中选择性地除去一种或多种离子、有机物和/或其他物类的方法，例如通过选择性地从溶液中除去能易于沉淀和/或引起结垢或污染发生的一种或多种离子或有机物等。再另一方面，本发明提供了用电净化装置以连续或半连续方式处理含离子、有机物和/或其他物类的溶液并同时也进行装置内所含介质的再生的方法。
文档编号B01J49/00GK101213021SQ200680020974
公开日2008年7月2日 申请日期2006年3月7日 优先权日2005年4月13日
发明者A·塞兹吉, E·弗雷迪纳 申请人:西门子水处理技术控股公司