申请日2016.03.24
公开(公告)日2017.12.01
IPC分类号C02F1/469; C02F1/46; C02F1/00; C02F5/00; B01D35/06
摘要
一种在水处理和输送系统中用于增强水的回收率并有效节约水的系统，特别是可用于水软化的水处理系统，尤其特别是采用电容去离子技术的水处理系统。无需增加泵即可输送储存的水，并且储存的水可用于回收储存罐中的水而不必将水排出。
摘要附图
权利要求书
1.一种具有增强的流体回收率的流体处理系统，包含：
流体驱动源;
流体处理装置，从所述驱动源接收流体并产生经过处理或过滤的产品流体;
第一阀门和管道网络，将流体从所述驱动源指引流入所述流体处理装置;以及
在所述流体处理装置下游的加压储存罐，所述储存罐具有内部容积，并且包括：
第一流体端口，与所述流体处理装置流体连通;
可膨胀袋或囊，在所述内部容积中并且连接到所述第一流体端口，所述囊与所述流体处理装置流体连通并且将所述产品流体与在所述内部容积中但是在所述囊外部的流体分离;以及
第二流体端口，与在所述内部容积中但是在所述囊外部的所述流体连通;以及
第二阀门和管道网络，连接所述储存罐的所述第二流体端口到输送端口以及流体处理装置，从而当所述囊从所述流体处理装置接收产品流体时，所述囊膨胀并将在所述内部容积中但是在所述囊外部的流体排出所述第二流体端口，并且返回所述流体处理装置进行处理，除非所述囊是空的，其中在所述内部容积中但是在所述囊外部的所述流体根据需求通过所述第二阀门管道网络被指引到所述输送端口。
2.权利要求1中的所述流体处理系统，其中所述流体处理装置包括电容去离子过滤单元。
3.权利要求1中的所述流体处理系统，包括从所述流体处理装置接收产品流体的再循环泵，并且与所述储存罐第一流体端口和所述输送端口流体连通。
4.权利要求1中的所述流体处理系统，包括流量测量指示器，用于指示何时所述可膨胀袋或囊充满产品流体。
5.权利要求1中的所述流体处理系统，包括压力开关或传感器，指示何时可膨胀袋或囊是空的。
6.权利要求5中的所述流体处理系统，包括自动阀门，当所述可膨胀袋或囊为空时用于从所述第二流体端口供应流体到所述输送端口。
7.权利要求1中的所述流体处理系统，其中所述流体处理装置包括多个电容去离子过滤单元，工作方式为串联或者交替过滤与再生循环。
8.一种水处理系统，包含：
供水输入;
预过滤器;
旁通阀门，与所述供水输入流体连通，所述旁通阀门连接到供给输出;
减压阀门，连接到所述预过滤器;
至少一个电容去离子单元，与所述预过滤器流体连通，其具有与泵流体连通的输出，所述至少一个电容去离子单元从所述预过滤器接收水并且产生经过处理或过滤的产品水;
所述泵，与储存罐还有所述供给出口流体连通;
在所述至少一个电容去离子单元下游的所述储存罐，所述储存罐具有内部容积，并且包括：
第一流体端口，与所述至少一个电容去离子单元流体连通;
可膨胀袋或囊，在所述内部容积中并且连接到所述第一流体端口，所述可膨胀袋或囊与所述至少一个电容去离子单元流体连通，并且将所述产品流体与在所述内部容积中但是在所述囊外部的流体分离;
第二流体端口，与在所述内部容积中但是在所述囊外部的所述流体流体连通，并且与所述旁通阀门流体连通;以及
从而当所述囊接收产品流体时，所述囊膨胀并将在所述内部容积中但是在所述囊外部的流体排出所述第二流体端口，并且返回到所述至少一个电容去离子单元进行处理，除非所述囊是空的，其中在所述内部容积中但是在所述囊外部的所述流体根据需求被指引到所述供给输出。
9.权利要求8中的所述水处理系统，其中所述减压阀门与流量计和/或压力传感器流体连通。
10.权利要求8中的所述水处理系统，包括压力开关，其与所述供给输出和所述储存罐第一流体端口流体连通，所述压力开关监控所述供给输出的需求，并且一旦检测到指示所述囊为空的压力下降，就发送信号到定时继电器，其启动并且定时所述旁通阀门从而输送来自所述供给输入的水。
11.权利要求8中的所述水处理系统，包括与所述预过滤器流体连通的第二电容去离子单元，其具有与所述泵流体连通的输出，所述第二电容去离子单元从所述预过滤器接收水并且产生经过处理或过滤的产品水。
12.权利要求11中的所述水处理系统，包括与所述预过滤器和所述至少一个电容去离子单元流体连通的第一阀门，以及与所述预过滤器和所述第二电容去离子单元流体连通的第二阀门，所述第一和第二阀门交替允许水流入所述至少一个电容去离子单元或者所述第二电容去离子单元，允许其它单元进入再生模式。
13.权利要求12中的所述水处理系统，包括排水阀门和排水管，用于将再生流体从所述至少一个电容去离子单元或所述第二电容去离子单元移除，当任一单元处于所述再生模式时。
14.一种用于水处理系统的储存和输送水的方法：
供应水到所述系统中;
通过阀门网络将所述水指引到电容去离子水处理装置以获得经过处理的产品水;
将所述产品水指引到储存罐;
将所述产品水储存在所述储存罐内部容积中的可膨胀囊中，所述囊与所述电容去离子水处理装置流体连通，从而所述产品水与在所述储存罐的所述内部容积中但是在所述囊外部的水分离;
根据所述囊的膨胀，将在所述储存罐的所述内部容积中但是在所述囊外部的所述水排出，从而在所述储存罐的所述内部容积中但是在所述囊外部的所述水被重新指引到所述预过滤器以及所述电容去离子过滤器水处理装置上;以及
根据需求将所述产品水从所述囊输送到供给输出。
15.权利要求14中的所述方法，包括预过滤进入所述系统的所述供水。
16.权利要求14中的所述方法，其中所述产品水通过泵被指引到储存罐。
17.权利要求14中的所述方法，包括采用第二电容去离子单元从而允许一个电容去离子单元再生而其它单元工作以产生产品水。
18.权利要求14中的所述方法，包括指引再生流体排出。
19.权利要求14中的所述方法，包括监控何时囊里没有产品水，并且输送产品水和供水的混合物以满足长期需求。
说明书
用于水处理系统的储存和输送及其使用方法
发明背景
1.发明领域
本发明涉及用来净化流体的电容去离子水处理装置的储存和输送系统，特别是用于储存和输送经过过滤的水，不需要额外的泵并且没有明显的水损失。
2.相关技术描述
通过使用多种水调节或水处理方法中的一种，水软化剂从硬水供给中去除不必要的矿物质(纠正“高矿物质含量”)，主要是钙和镁。水净化可通过多种技术来实现，仅列举几项，例如反渗透(RO)、离子交换或者电渗析。
水软化剂去除“硬度”(溶解的钙和镁)的主要工艺是通过离子交换。家庭使用的传统水软化仪器依赖于离子交换树脂，其中“硬离子”-主要是Ca2+和Mg2+-被用于交换钠离子。离子交换装置通过用钠或钾离子(Na+和K+)置换钙和镁离子(Ca2+和Mg2+)来降低硬度。离子交换树脂是含有阴离子功能团的有机聚合物，其中双阳离子(Ca++)比离子(Na+)捆绑更强。被称为沸石的无机材料也表现出离子交换特性。这些矿物质被广泛地应用于例如洗涤剂中。树脂还能去除被吸附的碳酸酯、碳酸铋和硫酸根离子，以及从树脂中释放的氢氧化物离子。
进来的硬水通过装有钠过饱和的高容量离子交换树脂珠的罐。水里的钙和镁离子附着在树脂珠上，置换了钠，其被释放在水中。经过软化的水随后被分配给整个房子使用。
随着时间的推移，离子交换树脂珠变得钙和镁离子饱和。然后，根据所使用的树脂的类型，树脂必须通过使用氯化钠或氢氧化钠溶液洗脱Ca2+和Mg2+离子来再充电。对阴离子树脂来说，再生通常使用氢氧化钠(碱液)或氢氧化钾溶液。从含有不需要的钙和镁盐的离子交换柱中洗脱的废物或反冲洗水通常被排出到废水处理系统中。钠离子在树脂珠上取回其位置，钙离子和镁离子被释放到反冲洗水中。罐再充电的次数以及产生废水的量取决于许多因素，包括水的硬度、水的用量、水软化剂的大小以及树脂去除钙和镁的能力。
电容去离子(CDI)技术展现为没有化学和污染的环境有利的方法，其完全依靠电力进行水处理还有设备维护。电容去离子(CDI)方法在该工艺中不使用盐，使其成为生态友好的水净化选择。
CDI电化学去除盐水中的离子。盐水工艺流在电位差一般为1.2-1.5V的两电极之间流动。溶液中的离子被带相反电荷的电极所吸引。离子被电吸附到电极上，将它们从工艺流中去除，并且去离子循环持续直至电极离子饱和。然后，在再生循环期间，两电极被排出或者电极的极性被反转。离子被释放到废物流中，其盐浓度比工艺流高得多。这种方法比使用离子交换树脂珠的典型水软化剂循环更快，并且成本较低。
在电容去离子期间，带负电荷的离子(阴离子)从水中被去除并且储存在正极化电极中。同样地，带正电荷的离子(阳离子)被储存在负极化电极中。
目前CDI在竞争技术方面的主要市场优势是它能够高回收率去除多种离子污染物。CDI可去除几乎所有的离子污染物–硫酸盐、硝酸盐、铁、砷和氟化物，还有钠、钙和镁盐。
CDI的操作包括一系列由正电极和负电极组成的流通电容器的充电和放电。在电容器充电时，静电场在流通电容器的电极之间产生，其轻而易举地从在电极之间流动的水中吸附离子。
一般来说，电容去离子(CDI)过滤系统旨在用于从流体中去除不需要的污染物浓度，例如溶解在流体里的盐。CDI系统可用于工业、商业和零售领域中的多种应用，并且在这些应用中用作：海水淡化;特别是硬水软化;以及从水中去除各种不需要的物质，例如盐(如氯化物和硫酸盐)、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、重金属、有机物和/或一般微污染物。此外，其它应用包括在工业工艺中对流体去离子的能力，或者用于难以排出或利于回收再利用的污染物质的浓度的能力。
许多工业工艺，例如处理金属表面如磷脱脂、抛光、阳极氧化、涂料、钝化等，预见了各种生产工艺中水的使用，还有酸溶液例如磷酸、硫酸、氢氟酸、硝酸、铬酸，而碱例如脱脂产品、磷酸盐等。工业工艺中废水的净化是整个生产周期的一个重要方面，涉及生态、经济和法律方面。
CDI过滤系统适于净化来自电离粒子的水，其存在易受电场的存在影响，例如溶液中的离子，特别是对水的硬度和石灰石形成最有责任的钙和镁离子。为了把流体当做水在电极之间传递，在电极之间建立了电压电位。这种电压电位促使水中的成分被吸引，并且至少暂时地保留在其中一个电极上，而相对净化的水被允许流出电容器。
尽管有其固有的优势，CDI技术有限的工厂效率和吞吐量阻碍了它发展成为工业工艺。影响其适用性的一个原因是水回收率低(例如相对于用于苦咸水淡化的其它工艺)，其中水回收率被定义为获得的经过处理的水量与输入水的总量之比。
对于工厂/工艺或水软化过程中给定的吞吐量，水回收率和每单位容积水处理的功率消耗是衡量工厂/工艺的有效性的重要度量。泵的成本，还有水的预处理和后处理，增加了地表水的成本并且使回收率最大化成为优先考虑的事。
发明内容
考虑到先有技术的问题和不足，因此本发明的目的是提供一种在水处理和输送系统中增强水的回收率并有效节约水的系统。
对本领域技术人员来说，很明显上述以及其它在本发明中实现的目的涉及具有增强的流体回收率的流体处理系统，包含：流体驱动源;流体处理装置，从驱动源接收流体并产生经过处理或过滤的产品流体;阀门和管道网络，指引流体从驱动源流动到流体处理装置;以及在流体处理装置下游的加压储存罐，所述储存罐具有内部容积，并且包括：第一流体端口，与流体处理装置流体连通;可膨胀袋或囊，在内部容积中并且连接到第一流体端口，所述囊与流体处理装置流体连通并且将产品流体与在内部容积中但是在囊外部的流体分离;以及第二流体端口，与在内部容积中但是在囊外部的流体流体连通;阀门和管道网络，连接储存罐的第二流体端口到输送端口以及流体处理装置，从而当囊从流体处理装置接收产品流体时，囊膨胀并将在内部容积中但是在囊外部的流体排出以便退出第二流体端口，并且返回流体处理装置进行处理，除非囊是空的，其中在内部容积中但是在囊外部的流体根据需求通过阀门管道网络被指引到输送端口。
流体处理装置包括电容去离子过滤单元。它还可包括从流体处理装置接收产品流体的再循环泵，并且与储存罐入口端口和输送端口流体连通。
流量测量指示器可被实施用于指示何时囊充满产品流体。压力开关或传感器可用于指示何时囊为空。该系统还可包括自动阀门，当囊为空时用于从第二流体端口供应流体到输送端口。
在第二方面，本发明涉及一种水处理系统，包含：供水输入;预过滤器;与供水输入流体连通的旁通阀门，旁通阀门连接到供给输出;减压阀门，连接到预过滤器，并且与流量计和/或压力传感器流体连通;至少一个电容去离子单元与预过滤器流体连通，其具有与泵流体连通的输出，单元从预过滤器接收水并产生经过处理或过滤的产品水;泵与储存罐还有供给出口流体连通;至少一个电容去离子单元下游的储存罐，其具有内部容积，并且包括：第一流体端口，与至少一个电容去离子单元流体连通;可膨胀袋或囊在内部容积中并连接到第一流体端口，囊与至少一个电容去离子单元流体连通并且将产品流体与在内部容积中但是在囊外部的流体分离;以及第二流体端口，与在内部容积中但是在囊外部的流体流体连通，并且与旁通阀门流体连通;从而当囊接收产品流体时，囊膨胀并且将在内部容积中但是在囊外部的流体排出以便退出第二流体端口，并且返回到至少一个电容去离子单元进行处理，除非囊是空的，其中在内部容积中但是在囊外部的流体根据需求被指引到供给输出。
在该第二实施例中，系统可包括与供给输出和储存罐第一流体端口流体连通的压力开关，压力开关监控供给输出的需求，并且一旦检测到指示囊为空的压力下降，就发送信号到定时继电器，其启动并定时旁通阀门以便从供给输入输送水。
第二电容去离子单元可被合并，其可与预过滤器流体连通，其具有与泵流体连通的输出，第二电容去离子单元从预过滤器接收水并产生经过处理或过滤的产品水。
系统还可包括与预过滤器和第一电容去离子单元流体连通的第一阀门，以及与预过滤器和第二电容去离子单元流体连通的第二阀门，第一和第二阀门交替以允许水流到第一单元或第二单元，而其它单元处于再生模式。
当单元处于再生模式时，也可采用排水阀门和排水管用于从第一或第二单元去除再生流体。
在第三方面，本发明涉及一种用于水处理系统的储存和输送水的方法，包含：供应水到系统中;预过滤供水;通过阀门网络将水指引到电容去离子水处理装置以便获得经过处理的产品水;通过泵将产品水指引到储存罐;将产品水储存在储存罐内部容积中的可膨胀囊中，囊与电容去离子水处理装置流体连通，从而产品水与在储存罐内部容积中但是在囊外部的水分离;根据囊的膨胀，将在储存罐内部容积中但是在囊外部的水排出，从而在储存罐内部容积中但是在囊外部的水被指引到预过滤器和电容去离子过滤器水处理装置上;并且根据需求将产品水从囊输送到供给输出。
方法可采用第二电容去离子单元以协助再生一个电容去离子单元，而其它单元用于产生产品水。再生流体可被指引排出。
方法还包括监控何时囊没有产品水，并且输送产品水和供水的混合物以满足长期需求。