CN102583663A - 电去离子设备和用法 - Google Patents

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Abstract

本发明一般地涉及纯化系统，和涉及该纯化系统的卫生处理和/或密封。纯化系统包括含有一个或多个阶段的电去离子设备(10)，该电去离子设备可具有弹性密封部件(26)，该弹性密封部件在刚性热量和尺寸稳定的隔室间隔物(18，20)之间形成不漏水的密封。该电去离子设备的构造可允许热水和/或其它液体的循环，这在一些情况下可以改进电去离子设备的效率和性能。更具体而言，热水和/或其它液体的循环可用于对电去离子设备进行卫生处理达到至少药学可接受的条件，和在某些情形下优选通过灭活电去离子设备内存在的任何微生物而满足根据美国药典准则的至少最低要求。

Description

电去离子设备和用法
本申请是申请号为200580023752.9、申请日为2005年5月13日、同题的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及水纯化，更具体而言，涉及采用电去离子设备的水纯化，和涉及该电去离子设备的卫生处理和/或密封。
背景技术
电去离子是通过使用电活性介质和电场来影响离子传输而去除液体中的离子或可电离物质。电活性介质还具有交替收集及排出可电离物质的功能，该物质通过离子或阴离子取代机制帮助离子传输。电去离子装置可含有带有永久性或临时电荷的介质，可被操作引发电化学反应，这些电化学反应的目的是实现或增强性能。这些电去离子装置通常含有电活性膜，比如半透膜或离子选择性膜。
电去离子装置通常包括交替的电活性半透性阴离子和阳离子交换膜。可在这些膜之间配置空间以产生具有入口和出口的液流隔室。可通过外部电源施加横向外加电场通过膜和隔室边缘的电极。一旦施加电场，待纯化的液体中离子被吸引到其各自的对电极。由离子选择性膜界定的连接隔室由于离子传输结果而富集离子。电去离子设备例如记载于Giuffrida等人的美国专利4632745，4925541和5211823；Ganzi的美国专利5259936和5316637；Oren等人的美国专利5154809；和Towe等人的美国专利6235166。
发明内容
本发明一般地涉及采用电去离子设备的水纯化，以及该电去离子设备的卫生处理和/或密封。本发明主题在一些情况下涉及相关产物，具体问题的备选解决方案，和/或一个或多个系统和/或物件的多种不同用途。
本发明在一个实施方案中提供在电去离子设备中灭活微生物的方法。该方法包括步骤：在药学可接受的卫生处理温度下将水通过该电去离子设备，并在预定时期维持该药学可接受的卫生处理温度。
在另一实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括电去离子设备，其流体连通于加热设备，和控制器，该控制器在电去离子设备中在药学可接受水平调节水流量和温度。
在另一实施方案中，本发明提供了对电去离子设备的消毒方法。该方法包括在足以灭活该电去离子设备中任何微生物的温度下通过消毒溶液的步骤。
在另一实施方案中，本发明涉及电去离子设备。该电去离子设备包括间隔物，该间隔物由在对用于药学操作的电去离子设备进行卫生处理的温度下在尺寸上稳定的物质构成。
在另一实施方案中，本发明提供了纯化水的方法。该方法包括步骤：将待纯化的水通过电去离子设备，并在预定周期内将高于约65℃的水通过该电去离子设备。
在另一实施方案中，本发明涉及电去离子设备。该电去离子设备包括在其侧面上形成凹槽的刚性淡化隔室(depleting compartment)间隔物，与该淡化隔室匹配的刚性浓缩隔室间隔物，和置于凹槽内的弹性部件，在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间形成不漏水的密封。
在另一实施方案中，本发明提供了纯化水的方法。该方法包括步骤：将待纯化的水通过电去离子设备，该电去离子设备包括淡化隔室间隔物，在其侧面上形成了凹槽，浓缩隔室间隔物、和置于凹槽内的弹性部件，在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间形成不漏水的密封；和在该电去离子设备上施加电场。
在另一实施方案中，本发明涉及电去离子设备。该电去离子设备包括淡化隔室间隔物、浓缩隔室间隔物、和置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间不漏水的密封件。该不漏水的密封件包括置于凹槽内的弹性密封部件，所述凹槽形成于淡化隔室或者浓缩隔室间隔物的表面上。
在另一实施方案中，本发明提供了纯化水的方法。该方法包括步骤：将待纯化的水通过电去离子设备，该电去离子设备包括淡化隔室间隔物，浓缩隔室间隔物，和包括了置于凹槽内的弹性密封部件的不漏水密封件，凹槽形成于淡化隔室和/或浓缩隔室间隔物的表面上。
在另一实施方案中，本发明涉及电去离子设备。该电去离子设备包括由离子选择性膜分隔的淡化隔室间隔物与浓缩隔室间隔物，置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间并且固定于该离子选择性膜的第一密封件，和置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间的第二密封件。
在另一实施方案中，本发明提供了促进水纯化的方法。该方法包括步骤：提供电去离子设备，该设备包括了淡化隔室间隔物和浓缩隔室间隔物，和置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间的不漏水密封件。
在另一实施方案中，本发明提供了促进水纯化的方法。该方法包括步骤：提供电去离子设备，该设备包括了在其侧面上形成凹槽的淡化隔室间隔物、浓缩隔室间隔物、和置于凹槽内的弹性部件，在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间形成不漏水的密封。
在另一实施方案中，本发明提供了促进水纯化的方法。该方法包括步骤：提供包含间隔物的电去离子设备，该间隔物由在高于约65℃的温度下在尺寸上稳定的物质构成。
在另一实施方案中，本发明涉及包含间隔物的电去离子设备，该间隔物由在高于约65℃的温度下在尺寸上稳定的物质构成。
在另一实施方案中，本发明提供了促进灭活微生物的方法。该方法包括步骤：提供电去离子设备，其流体连通于加热设备，和控制器，该控制器在电去离子设备中在药学可接受水平调节水流量和温度。
在另一实施方案中，本发明提供了灭活微生物的方法。该方法包括步骤：在药学可接受的卫生处理温度下将水通过淡化隔室，并在预定时期维持该药学可接受的卫生处理温度。
在另一实施方案中，本发明提供了灭活微生物的方法。该方法包括步骤：在药学可接受的卫生处理温度将水通过浓缩隔室，并在预定时期维持该药学可接受的卫生处理温度。
在一实施方案中，本发明提供了在电去离子设备中灭活微生物的方法。该方法包括步骤：将液体加热到至少药学可接受的卫生处理温度，且将液体通过电去离子设备的至少一部分。
在另一实施方案中，本发明提供了在电去离子设备中灭活微生物的方法。该方法包括步骤：以至少约5℃/min的速度加热电去离子设备内含有的液体。
在一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括流体连通于液体源的电去离子设备，该液体具有的温度是大约或者至少为药学可接受的卫生处理温度。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括流体连通于加热设备的电去离子设备，该加热设备能够加热引入到电去离子设备的液体。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括含有间隔物的电去离子设备，该间隔物由在对用于药学操作的电去离子设备进行卫生处理的温度下在尺寸上稳定的物质构成。该电去离子设备与液体源流体连通，该液体具有的温度是大约或者至少为药学可接受的卫生处理温度。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括电去离子设备，该电去离子设备包括在其侧面上形成凹槽的刚性淡化隔室间隔物，与该淡化隔室间隔物匹配的刚性浓缩隔室间隔物，和置于凹槽内、在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间形成不漏水的密封的弹性部件。该电去离子设备与液体源流体连通，该液体具有的温度是大约或者至少为药学可接受的卫生处理温度。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括电去离子设备，该电去离子设备包括淡化隔室间隔物，浓缩隔室间隔物，和置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间不漏水的密封件，其中该不漏水的密封件包括置于凹槽内的弹性密封部件，凹槽形成于淡化隔室或者浓缩隔室间隔物的表面上。该电去离子设备与液体源流体连通，该液体具有的温度是大约或者至少为药学可接受的卫生处理温度。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括电去离子设备，该电去离子设备包括由离子选择性膜分隔的淡化隔室间隔物与浓缩隔室间隔物，置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间并且固定于该离子选择性膜的第一密封件，和置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间的第二密封件。该电去离子设备与液体源流体连通，该液体具有的温度是大约或者至少药学可接受的卫生处理温度。
在另一个实施方案中，本发明涉及水纯化系统。该水纯化系统包括含有间隔物的电去离子设备，该间隔物由在大于约65℃的温度下在尺寸上稳定的物质构成。该电去离子设备与液体源流体连通，该液体具有的温度是大约或者至少药学可接受的卫生处理温度。
当结合附图(其是示意性的并且无意于按比例绘制)考虑时，根据以下本发明详述，本发明其它有利的、新颖的特征和目的将显而易见。在这些图中，在各图中阐述的每一相同或者基本相似的组分由一个数字或者符号表示。出于清楚的目的，没有在每一幅图中标记每一个组分，并且在无需阐述即可使本领域技术人员理解本发明之处没有显示本发明每一实施方案的每一组分。
附图简述
本发明优选的非限定性实施方案将通过实施例并参照附图得到描述，其中：
图1是根据本发明一个实施方案的电去离子设备的分解图；
图2是显示浓缩部分之间的淡化隔室的本发明电去离子设备的横截面图；
图3是显示了实施例2的电去离子设备的热水循环之后的清洗曲线图表，显示了作为时间函数的纯水电导率；
图4是显示了根据本发明一个实施方案的电去离子设备的清洗期间产物电阻的图表；
图5是显示了本发明示例性电去离子设备的电阻和电导性能的图表；
图6是根据本发明一个实施方案的电去离子设备的热水卫生处理期间产物水TOC水平的图表；
图7是根据本发明另一个实施方案的清洗期间TOC水平图表。
详细说明
本发明涉及提供用于工业、商业、和/或住宅应用的纯化水的水纯化系统。该纯化系统包括可含有一个或多个阶段的电去离子设备。该电去离子设备可具有弹性密封部件，该弹性密封部件在刚性热量和尺寸稳定的隔室间隔物之间形成不漏水的密封。该电去离子设备的构造可允许热水和/或其它液体的循环，这在一些情况下可以改进电去离子设备的效率和性能。而且，热水和/或其它液体的循环可用于对电去离子设备进行卫生处理达到至少药学可接受的条件，和在某些情形下优选通过灭活电去离子设备内存在的任何微生物而满足根据美国药典准则的至少最低要求。在该设备中，阳极可置于堆叠的淡化和浓缩隔室(阴极置于其内)的相反端。各阳极和阴极可具有电极间隔物和离子选择性膜，其中电解液可通过该电极间隔物。
待纯化的液体，通常包括水，可平行通过各淡化隔室，且第二液体可在各阶段通过各浓缩隔室，以将离子和/或离子物质从淡化隔室内的第一液体中去除至浓缩隔室的第二液体。可溶解于待纯化水中的离子实例包括钠、氯化物、钾、镁、钙、铁等。电解质可通过电去离子设备中各电极附近的间隔物。其它可行的流动布置也是可能的。例如Giuffrida等人在美国专利4632745中公开的反曲线流动和逆流。待纯化液体可包括其它物质，例如溶解或者悬浮于其中的物质如离子和离子物质、有机物等。待纯化的液体可包含例如至少约20wt％，至少约15wt％，至少约10wt％，至少约5wt％，至少约3wt％，至少约1wt％，至少约0.5wt％，或至少约0.1wt％的一种或多种含于其内的物质。在其它情况下，待纯化的水或者其它液体可于其中含有更小百分比的物质。在一个实施方案中，待纯化的液体基本上由水组成(即，水可含有其它离子、盐、悬浮物等等，只要本领域技术人员会认为该液体基本上是水，例如该液体可以是自来水、过滤水等等)。
图1显示了根据本发明一个实施方案的电去离子设备的分解图。电去离子设备10包括淡化隔室12和浓缩隔室14。离子选择性膜可形成淡化隔室12和浓缩隔室14之间的边界。电去离子设备10通常包括多个淡化隔室12和浓缩隔室14，其可以如图1所示的布置堆叠。淡化隔室12通常由淡化隔室间隔物18界定，浓缩隔室14通常有浓缩隔室间隔物20界定。组装的叠层可在各端由末端块19绑定，并且可以采取用螺帽23固定的系杆21组装。在一些实施方案中，隔室包括阳离子选择性膜和阴离子选择性膜，其通常在外周密封到间隔物两侧周边。阳离子选择性膜和/或阴离子选择性膜可由离子交换粉末，粉末粘合剂(例如聚乙烯)和/或润滑剂(例如甘油)形成。在一些实施方案中，阳离子和/或阴离子选择性膜是异质聚烯烃基膜，其通常通过采用加热和加压的热塑性工艺挤出以产生复合片材。
淡化隔室12和浓缩隔室14可以由离子交换树脂(未示出)填充。在一些实施方案中，淡化和浓缩隔室可由阳离子交换和/或阴离子交换树脂填充。阳离子交换和/或阴离子交换树脂可以以多种构型布置在每一个淡化和浓缩隔室内。例如，阳离子交换和/或阴离子交换树脂可以层状布置从而可构建各种布置的很多层。本发明范围内的其它实施方案或构型包括例如在任一淡化、浓缩、和/或电极隔室内的混和床离子交换树脂的用途；在阴离子和/或阳离子交换树脂的层状床之间的惰性树脂的用途；或者各种类型的阴离子和/或阳离子树脂的用途，包括但不限于DiMascio等人在美国专利5858191中记载的那些。
在操作中，待纯化液体，其通常具有溶解的阳离子和阴离子组分，被引入淡化隔室12。可在电去离子设备的一个或多个隔室上施加电场，其可促进离子物质向其各自的吸引电极方向迁移。在电场影响下，阳离子和阴离子组分可离开淡化隔室并且迁移进入浓缩隔室。离子选择性膜16可以阻止或者至少抑制阳离子和阴离子物质向下一隔室的迁移。电去离子设备由此可用于产生基本上由水组成的产物，且在一些情况下该产物基本上是水，即该水可具有痕量或者不可检测量的离子，等等，但该水会被本领域技术人员考虑为是“纯的”。
在一些实施方案中，在电去离子设备10上施加的电场产生了极化现象，其可导致水离解为氢和羟基离子。该氢和羟基离子可再生离子交换树脂从而溶解的离子组分从离子交换树脂的去除可连续发生而不需要再生由于离子物质迁移而耗尽的离子交换树脂的步骤。施加到电去离子设备10的电场通常是直流电。然而，任何在一个电极和另一个之间产生偏压或者势差的施加电流均可用于促进离子物质在电去离子设备内的迁移。
通常用于淡化和/或浓缩隔室内的离子交换树脂可在其表面区域具有多个功能团，包括但不限于叔烷基氨基团和二甲基乙醇胺。这些可以和在其表面区域上具有其它官能团例如铵基团的离子交换树脂材料结合使用。适用于离子交换树脂材料中的其它改进和等同物在本领域技术人员范围之内，和/或通过在常规试验范围之内进行确定。其它离子交换树脂的例子包括但不限于
Figure BSA00000668400900071
MONOSPHERETM550A阴离子树脂，MONOSPHERETM650C阳离子树脂，MARATHONTMA阴离子树脂，和MARATHONTMC阳离子树脂，均可获自Dow Chemical Company(Midland，Michigan)。非限制性的代表性合适的离子选择性膜包括具有磺酸或季铵官能团的苯乙烯-二乙烯基苯基的均质型网支撑膜，采用聚偏二氟乙烯粘合剂中的苯乙烯-二乙烯基苯基树脂的异质型网支撑膜，聚乙烯片材的均质型未支撑的磺化苯乙烯和季铵化乙烯基苄基胺接枝体。
为防止或者至少抑制离子和/或液体从淡化隔室渗漏到浓缩隔室，反之亦然，夹在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间的离子选择性膜可形成基本上不漏水的密封。通常，间隔物和离子选择性膜被压缩在一起并且例如通过螺帽23和系杆21固定就位。在本发明一个实施方案中，如图2的横截面视图所示，位于浓缩隔室14之间的淡化隔室12可至少部分地由淡化隔室间隔物18和离子选择性膜16之间形成的空腔限定。相似地，浓缩隔室14是可以至少部分地由浓缩隔室间隔物20之间和通过选择性膜16限定的空腔。在图2实施方案中还显示了两个不漏水的密封件22和24可用来防止来自淡化隔室12和浓缩隔室14之间的泄漏。位于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间的密封件22和24可包括弹性密封部件，其置于淡化隔室间隔物表面上形成的凹槽内。在另一实施方案中，本发明提供了具有在间隔物一侧上形成的凹槽的隔室间隔物。例如，凹槽可围绕淡化隔室12或者浓缩隔室14周边布置。可以在尺寸上构造并布置弹性密封部件26以当电去离子设备组装时其至少部分地匹配(且可在一些情况下被压缩)于间隔物表面上形成的凹槽内。
如图2实施方案所示，凹槽形成于淡化隔室间隔物18表面上。然而，其它实施方案也被考虑为在本发明范围内。例如，电去离子设备10可以包括单一的密封件，其包括在浓缩隔室20表面上限定的凹槽，具有在此布置并且压缩的弹性密封部件，从而在淡化隔室间隔物18和浓缩隔室间隔物20之间的形成不漏水的密封件。本发明在其它实施方案中也预期多个密封件，例如第一密封件22和第二密封件24的使用。
参考图1，在另一实施方案中，本发明提供了端口密封件28，其可在流体端口周围和/或相邻间隔物之间形成不漏水的密封件。端口密封件28通常包括弹性密封部件，其可相似于弹性密封部件26。端口密封件在一些情况下可以被压缩在环绕流体连接端口的凹槽内。因此，当组装时，弹性密封部件可以防止或者至少抑制进出流体端口的泄漏。
在另一个实施方案中，本发明提供了热稳定的材料，其适用于热循环和其它热变化(即温度变化)。本文定义的“热适合材料”是指可维持其尺寸稳定性，在温度和/或压力影响下尺寸或形状或机械性能没有显著变化的材料。因此，在一个实施方案中，本发明预期刚性聚合或者非金属材料在某些电去离子设备的构造和组装中的用途。聚合材料的例子包括但不限于聚砜、聚苯基砜、聚亚苯基氧、聚亚苯基醚、氯化聚氯乙烯、聚亚苯硫化物、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚酰胺-酰亚胺和聚苯并咪唑，以及它们混合物。弹性密封部件可以由任意材料形成，例如弹性体，包括例如硅、聚异丁烯、乙烯-丙烯、氯磺化聚乙烯、聚氨酯、或化学惰性且热稳定到80℃的任何氯化弹性体。
在一组实施方案中，电去离子设备可通过引入消毒溶液或能够灭活电去离子设备内存在的一些或者所有微生物的其它液体来进行消毒或卫生处理。本文所用术语“灭活微生物”是指被破坏或者杀死，或者以其它方式不能繁殖或形成其它生物体。尽管美国药典没有细菌或微生物的规格，但推荐的作用水平限度是每毫升纯化水100集落形成单位。
因此，在一些实施方案中，本发明通过采用液体例如热水或者另一加热液体来灭活一些或所有微生物从而提供电去离子设备的消毒。液体可以在设备内和/或设备外加热，采用本领域技术人员公知的任何合适技术。因此，在一个实施方案中，液体在被引入设备之前在电去离子设备外加热；在另一实施方案中，液体在电去离子设备内加热；在另一实施方案中，液体在设备外加热，随后在电去离子设备内进一步加热(例如，为维持和/或升高电去离子设备内液体的温度，例如药学可接受的卫生处理温度)。
根据一个实施方案，卫生处理的执行可通过将液体例如热水流通和/或循环通过电去离子设备，例如在至少药学可接受的卫生处理温度下使液体流通和/或循环通过电去离子设备，例如进行预定时期，和/或至少将电去离子设备内的活性微生物数量减少到药学可接受水平所必须的时间。在一些情况下，液体可通过电去离子设备的一部分，例如通过一个或多个浓缩隔室和/或一个或多个淡化隔室。
本文采用的术语“药学可接受的卫生处理温度”是指暴露于该温度的大量微生物被灭活，且尤其指微生物数量被灭活到可接受的作用限度或药学可接受水平以下，例如低于1000集落形成单元/ml，低于100集落形成单元/ml，或低于10集落形成单元/ml。在一个实施方案中，本发明提供的通过电去离子设备的流通和/或循环热水或者其它液体具有至少约65℃或者至少约80℃的温度。在另一实施方案中，用于消毒电去离子设备的液体可以以至少约5℃/min、至少约10℃/min、至少约15℃/min、或至少约20℃/min等的速度被加热，且该液体可以在电去离子设备内和/或外被加热。液体可加热任何合适时间，例如预定的时间长度(例如至少5分钟、至少10分钟、至少15分钟、至少20分钟、至少30分钟、至少45分钟、至少60分钟等)，和/或将设备内活性微生物数量减少到药学可接受水平所需的时间。
在一些情况下，流过电去离子设备的消毒液包括水，例如如上所述。在一个实施方案中，消毒液体基本由水组成(即，该液体可含有其它离子、盐、悬浮物等等，只要本领域技术人员会认为该液体基本上是水，例如该液体可以是自来水、过滤水等等)。在另一实施方案中，消毒液由水组成，即该水可具有痕量或者不可检测量的离子，等等，但该水会被本领域技术人员考虑为是“纯的”。在其它实施方案中，额外材料例如消毒剂、盐等等可以被加入到该消毒剂液体中。例如，消毒剂液体可以包括酚、醇(例如异丙醇、异丁醇、乙醇等)、卤素(例如溶解氯、溴等)、重金属(例如硝酸银等)、季铵化合物、洗涤剂、醛(例如甲醛、戊二醛等)、气体(例如二氧化碳、环氧乙烷、臭氧等)，等等。
本发明的这些和其它实施方案的功能和优点可以从以下实施例得到进一步理解。以下实施例旨在阐述本发明优点，但并未举例说明本发明的全部范围。
实施例1
构造了图1分解图和图2横截面图中所述的两个电去离子设备。一个电去离子设备具有10个由系杆和螺帽固定保持到一起的淡化隔室和浓缩隔室叠层。另一电去离子设备具有24个淡化和浓缩隔室叠层。淡化隔室间隔物18和浓缩隔室间隔物20由刚性聚合物(可使用获自BP Amoco Chemicals(Alpharetta，Georgia)的
Figure BSA00000668400900111
R-5100聚苯基砜模制。第一密封件和第二密封件在淡化隔室间隔物的相对表面上形成。第一密封件包括凹槽和弹性密封部件，具体为围绕形成淡化隔室的空腔的O形环。一旦组装，弹性密封部件在凹槽内被压缩以形成不漏水的密封件。弹性密封部件由弹性体材料形成，其硬度比形成淡化隔室和浓缩隔室间隔物的材料低。尤其是，弹性密封部件26由硅酮弹性体和丁钠橡胶-N弹性体形成。
实施例2
构造如以上实施例1中所述的具有10对淡化和浓缩隔室对的去离子设备以评估其性能。测验系统包括闭合回路中的热水源与电去离子设备。电去离子设备每天用去离子水循环大约3次。电去离子设备的进料压力为3-5psig，稀释流量为1-1.5加仑/分钟，浓缩流量为0.75-1.0加仑/分钟。
典型的卫生处理循环(HWS)包括用1小时从27℃攀升到80℃，在80℃浸渍1小时，且用20-30分钟冷却到20℃。允许电去离子设备在开始下一卫生处理循环之前，在27℃搁置约10分钟。
在7，25，52，104，和156次循环之后，检查电去离子设备的交叉泄漏，并且操作以评估清洗曲线内的变化。清洗显示出产物质量如何作为时间函数而上升。在运行约24小时之后，电去离子设备再次暴露于卫生处理循环。第一批三次测试在10℃以下的进料水温下进行，同时后三次测试在15℃和20℃进行。
图3显示了在7，26，52，102，和156次循环之后，作为时间函数的电阻，即水的质量。显然，图3显示了电阻或者产物水质量随着热水循环数量增加而改进。该图也显示了电去离子设备可在更高温度下使用，而没有组分破坏。尤其是，该图显示了树脂(其已经被加热到60℃)适用于直到80℃的卫生处理循环，而不会损失电去离子设备性能。
实施例3
如上在实施例1中所述，构造电去离子设备，且采用按照以上实施例2中所述进行卫生处理的热水来评估HWS对设备内生物活性的影响。最初，将电去离子设备闲置约6天以增加细菌活性。在80℃的卫生处理之前、期间、和之后将样品取出，测量集落形成单元(“CFU”)。表1显示了热水工序期间，集落形成单元降低的浓度。
表1
Figure BSA00000668400900121
实施例4
按照如上实施例1中所述组装两个电去离子设备，10室和24室叠层。将电去离子设备暴露于80℃的HWS，如实施例2中所述。下列中的表2和3，总结了设备操作条件和性能并且显示了产物质量(通过电阻测量)在暴露于热水循环之后增加。
表2
Figure BSA00000668400900131
表3
Figure BSA00000668400900132
实施例5
在该实施例中，具有UDELTM间隔物和3层树脂构型的10-室成对LX电去离子组件在85℃和30psig条件下被积极地进行热水卫生处理(HWS)，快速加热和冷却，循环156次(相当于3年中每周一次的卫生处理量)。
LX组件能够在80℃进行热水卫生处理。在80℃循环150次卫生处理之后，组件没有明显的外在损坏。组件性能实际上随着连续的卫生处理循环而改进。组件的入口压力维持在低于10psig，且攀升周期延续1小时(1.6℃/min)。很多这些操作限度都基于可用热水卫生处理的RO(反渗透)试剂盒的操作参数。通过尽快加热CDI组件来缩短卫生处理周期也是理想的。这也可允许下游组分(例如UV、过滤)和管道的同时卫生处理。
UDELTM聚砜用于制备LX组件的间隔物。所有的LX组件均最初由在稀释隔室中用
Figure BSA00000668400900141
MONOSPHERETM550A作为I型阴离子树脂的4层树脂构型制成。随后的测试显示通过用
Figure BSA00000668400900142
MARATHONTMA作为I型阴离子树脂的3层构型可能对高CO2进料有更好的二氧化硅去除和更好的性能。
设立由CPVC管道构造的LX试验系统进行自动热水循环测试。自动过程包括THORNTONTM200CR，具有内部继电器，延时继电器和在进料、产物、浓缩物和冷却水管线上的四个螺线管阀门。加热水由30加仑不锈钢罐供应，具有两个浸没式加热器，一个管内(in-line)加热器和GRUNDFOSTMCR-2离心泵，其为相邻连续高温(CHT)RO系统的一部分。通过使用铸铝端板、加工的聚丙烯端块、和UDELTM稀释和浓缩间隔物构造具有3层树脂构型的LX10组件。在热水卫生处理之前，该组件以RO水操作过夜以确定基线性能。清洗期间的操作条件是5gpm产物流和0.5gpm浓缩流。
热水卫生处理包括在产物侧以2.5gpm的流量和在浓缩物管线侧以0.3gpm的流量泵送85℃去离子水(“DI”)进入组件。调节在产物和浓缩物上的出口隔膜阀以在稀释与浓缩物上获得30psig的入口压力。为维持温度，热产物和浓缩物流均返回进料罐。当Thornton电导探针上的浓缩物出口温度达到85℃，启动60分钟的85℃水的再循环通过组件。在60分钟末期，热DI水供应隔膜阀关闭并且冷RO水隔膜阀打开。此时，打开产物和浓缩物隔膜阀管线以排放。当浓缩物出口温度达到25℃，关闭冷RO水隔膜阀，打开热DI水隔膜阀，关闭产物和浓缩物排放阀门，启动下一卫生处理循环。
在26次卫生处理循环之后，检查组件的系杆转矩和交叉泄漏。随后以操作模式以住宅(house)RO和DI水(约6μS/cm进料)共混物运行组件过夜。每26次卫生处理循环，即在26，52，78，104，130，和156次热卫生处理循环之后重复，在每一工作日完成的循环数量为5-7次，且组件通常闲置过夜(除了上述的周期性操作模式以外)。在数个热水卫生处理和清洗期间在线监测产物水TOC(总有机碳)，156次卫生处理循环之后，检查组件的转矩，检查交叉泄漏，且允许清洗得到的质量用于一周的更好部分。随后分析组件。
组件的加热和冷却以系统将允许的速度尽快执行。组件进料水温在数秒内从25℃变化到85℃，同时通常采用3-4分钟来使浓缩液出口的温度达到设定点温度。在过去的CDI热水循环测试中，Thornton探针位于进料入口和产物出口上。对于该测试，将额外的探针置于浓缩物出口物流上。既然浓缩物流量远低于稀释物流量(甚至在卫生处理期间)，则这保证了组件的浓缩物侧在60分钟保持时间内处于85℃设定点。
加热台包括两个8kW浸没式加热器和一个12kW管内加热器，二者均由单独的机械温度控制器控制。在实践中，85℃的设定点变化±3℃。除了设定点变化之外，看上去在组件中有一些微量热损失。为在浓缩物出口上实现85℃，需要进料入口约87℃-88℃。
冷却之后，隔膜排放阀关闭并且罐返回阀打开。随着热水从罐流入组件，其强迫存在于组件中的冷水离开并进入罐。若罐温处于设定点范围底端，则某些时候需要至多15分钟来使得罐温恢复并且将组件温度上升到85℃。
清洗期间的组件性能看似比卫生处理组件时下降得更多，如图4A所示。担心略微更厚的Udel间隔物可能导致树脂滑塌(slumping)且由此产生性能损失。然而，对组件的分析揭示了树脂滑塌不是问题；实际上稀释和浓缩室略微膨胀。
图5显示了在每一26次卫生处理循环之后的每一次清洗开始和末期的进料电导和产物电阻。采用住宅RO和DI水的共混物来组成清洗期间CDI的进料水，因为住宅RO电导约12-18μS/cm。随着在整日内流量和RO质量变化，水在4-12μS/cm之间变化。卫生处理之后组件的清洗非常缓慢。在大多数情况下需要整夜运行。清洗期间的CDI产物质量看似在第一个52次卫生处理循环中是稳定的。清洗期间的进料温度从试验起始的约8℃变化到试验中期的约15℃，且从此之后相当稳定。
组件稀释侧的压降在开始时高，但是在整个试验中稳定在36psid。在试验开始时30psid的低读数是由于4gpm的低稀释流量。在试验末期时48psid的高读数是由于允许组件清洗5天而非整夜。
在每一次清洗开始阶段的组件电阻在25-30欧姆之间。然而在整夜清洗组件之后，电阻高于每一额外的26次卫生处理循环之后的电阻。最初29欧姆，电阻随后增加到高于50欧姆。组件上的交叉泄漏最初为在5psi和室温下约6ml/5分钟。其在完成156卫生处理循环之后增加到约12ml/5分钟。
在该试验期间数次采用SIEVERSTM800TOC分析仪以在热水卫生处理期间和卫生处理之后的清洗期间在线测量产物水TOC(图6和7)。TOC在热水卫生处理期间增加，在卫生处理循环之间略微下降，但是随着每一额外卫生处理而逐渐上升。热水卫生处理期间的TOC范围是125ppb-350ppb。
组件整夜关闭。当卫生处理在组件冷却之后的早晨恢复时，TOC在启动时为125-150ppb。在卫生处理循环52和130之后，在两次清洗期间监测TOC。TOC在清洗52的起始阶段为约50ppb，但是迅速下降且在其操作的8小时稳定在20ppb。在其运行的24小时，清洗130期间的TOC在30-13ppb之间变化。产物TOC中的该变化可能由于进料水中的变化所致。
总之，看来在85℃和30psig，没有温度攀升的热卫生处理没有不利地机械地影响组件，且热水卫生处理期间和之后新组件上的TOC远低于药学水用途的500ppb限度。
本领域技术人员将易于意识到本文描述的所有参数和构造意指例证性的，实际的参数和构造将依本发明的系统和方法使用的具体用途而定。本领域技术人员将认识到或者在常规的实验方法以内能够确定本文描述的本发明具体实施方案的许多等价物。例如，本发明包括第一或第二不漏水的密封件的用途，其可通过任何已知技术例如制模或加工凹槽而构造或形成在淡化隔室或浓缩隔室间隔物上。因此，应该理解进一步的实施方案仅通过实施例呈现，并且处于所附权利要求及其等价物范围内，本发明可不同于具体描述的那样实施。本发明涉及本文描述的每一个独立特征、系统或方法。另外，如果这样的特征、系统或方法不相互矛盾，两个或更多个这样特征、系统或方法的任何组合包括在本发明的范围内。
除非明确作出相反说明，说明书和权利要求内使用的不定冠词“一个”和“一”应该认为是“至少一个”。
在说明书和权利要求中使用的用词“和/或”应该理解为相关元素的“任一或两者”，即在某些情况下一起采用，并且在其它情况下不一起采用。除了由“和/或”用词特别表示的元素以外，其它元素可任选存在，不管与具体指出的这些元素相关或不相关。因此，作为非限定性实例，对“A和/或B”的参考可以在一个实施方案中仅指A(任选包括B以外的元素)；在另一实施方案中仅指是B(任选地包括A以外的元素)；在另一实施例中指的是A和B(任选地包括其它元素)等。除非明确作出相反说明，本文所用术语“或”应该理解为具有与“和/或”相同的含义。仅清楚作出相反说明的术语，例如，“仅其一”或“唯一一个”将指的是包括一些或一列元素的唯一一个元素。在冠以例如“仅其一”或“唯一一个”的排他性术语时，通常本文使用的术语“或”应该仅理解为指唯一的选择(即“一个或另一个而不是两者)。
如说明书和权利要求中使用那样，用词“至少一个”指的是一个或多个元素，应该理解为从所列出的元素中的任何一个或多个元素选出的至少一个元素，但是不必然包括元素列中明确列举的每个元素的至少一个且不排除元素列中元素的任意组合。这个定义还可以允许任选存在用词“至少一个”所指的元素列内的特定元素之外的元素，而不管是否与特定元素相关或不相关。因此，作为非限定性实例，“A和B的至少一个”(或等同的“A或B的至少一个”或等同的“A和/或B的至少一个”)可以在一个实施例中指的是至少一个A(任选包括一个以上)，而没有B(任选地包括B以外的元素)；在另一实施例中指的是至少一个B(任选包括一个以上)，而没有A(任选地包括A以外的元素)；在另一实施例中指的是至少一个A(任选包括一个以上)，以及至少一个B(任选包括一个以上)，(且任选地包括其它元素)等。
还应该理解到除非明确作出相反说明，本文要求保护的包括一个以上操作的任何方法中，方法的操作顺序不必须局限于所述方法的操作顺序。
在权利要求以及以上的说明书中，例如“包括”、“包含”、“载有”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”等所有过渡用词应该理解为开式的，即指的是包括但不局限于。只有过渡用词“由...组成”和“基本上由...组成”应该分别是封闭式的或半封闭式的过渡用词。

Claims (13)

1.在电去离子设备中灭活微生物的方法，包括：
在电去离子设备外部，将水加热到至少药学可接受的卫生处理温度以产生消毒溶液；
将消毒溶液引入电去离子设备；和
用处于约室温的水迫使处于所述至少药学可接受的卫生处理温度的消毒溶液离开该电去离子设备；
其中，组件的加热和冷却以系统将允许的速度尽快执行。
2.在电去离子设备中灭活微生物的方法，包括用具有至少药学可接受卫生处理温度的消毒溶液迫使液体离开该电去离子设备。
3.权利要求2的方法，还包括用约室温的水迫使所述的具有所述至少药学可接受卫生处理温度的消毒溶液离开所述电去离子设备。
4.权利要求1-3任一的方法，还包括在电去离子设备和加热器之间循环消毒溶液。
5.权利要求1-4任一的方法，还包括在电去离子设备中纯化水以产生纯水。
6.权利要求5的方法，其中在电去离子设备中纯化水的步骤以约室温的水进行。
7.权利要求1-6任一的方法，其中电去离子设备包括淡化隔室间隔物，浓缩隔室间隔物、第一密封件、和第二密封件，其中第一和第二密封件置于淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间。
8.权利要求1-6任一的方法，其中该电去离子设备包括在所述至少药学可接受卫生处理温度尺寸上稳定的间隔物。
9.权利要求1-6任一的方法，其中电去离子设备包括含有聚砜、聚苯基砜、聚亚苯基氧、聚亚苯基醚、和氯化聚氯乙烯至少之一的间隔物。
10.权利要求1-6任一的方法，其中该电去离子设备包括在其侧面上形成凹槽的淡化隔室间隔物，与该淡化隔室间隔物匹配的浓缩隔室间隔物，和置于凹槽内的弹性部件，在淡化隔室和浓缩隔室间隔物之间形成不漏水的密封。
11.权利要求10的方法，其中凹槽置于淡化隔室间隔物的周边。
12.权利要求10的方法，其中弹性部件包括氟化弹性体和硅酮弹性体的至少之一。
13.权利要求1-12任一的方法，其中所述消毒溶液包括选自酚、醇、卤素、重金属、季铵化合物、洗涤剂、和醛的至少一种物质。
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