專利名稱：利用連續(xù)分流旁路的水處理系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于除去化學(xué)物質(zhì)和其它雜質(zhì)的水處理設(shè)備，更具體地，
涉及離子分離系統(tǒng)(ion separation system),例如膜分離設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于水中含有污染物或具有不良的口感、氣味和顏色，或者具有極高 的礦物含量而不利于健康，因而世界上許多地方的飲用水資源非常匱乏。 應(yīng)用各種系統(tǒng)改善水質(zhì)，以提供清潔、健康的水。"清潔，，是指感官特性， 即水具有無色外觀、沒有不良口感或氣味、沒有留下殘?jiān)蚋≡?健康" 是指水的組成含有有益健康的礦物量和合格的有機(jī)物及金屬量而含有極少 或不含氯或病原(例如原生動物、細(xì)菌和病毒)。
一種處理系統(tǒng)利用反滲透(RO)來凈化水。反滲透水處理系統(tǒng)用于廚房 或需要提供凈化水的相鄰其它場所的臺面或洗滌盆下。典型系統(tǒng)包括使用 常規(guī)過濾介質(zhì)的前過濾器，該過濾器在全部待處理水經(jīng)過介質(zhì)時(shí)除去較大 的顆粒。水離開前過濾器并進(jìn)入反滲透裝置。
反滲透是利用高于滲透壓的壓力使溶劑(例如水)透過膜而從溶液中分 離出溶質(zhì)的方法。當(dāng)水?dāng)U散經(jīng)過膜時(shí)，溶解物質(zhì)例如鹽類、礦物質(zhì)和其它 污染物留下，使得透過膜的水中溶解物質(zhì)的濃度較低。從膜的壓力較高的 一側(cè)，通過受限排放口，將殘留的溶解物質(zhì)沖出，這有助于在裝置內(nèi)保持 增壓。可將從排放口排出的流體送至污水系統(tǒng)或通過泵循環(huán)通過水處理系 統(tǒng)，以減少水的浪費(fèi)。
可使離開反滲透裝置的凈化水經(jīng)過任選的后過濾器，以改善水的口感， 水的口感在系統(tǒng)長時(shí)間未使用時(shí)會受到影響。還可在處理設(shè)備的出口設(shè)置 儲槽以儲存凈化水。需要時(shí)，經(jīng)由旋塞從儲槽汲取凈化水。
反滲透的缺點(diǎn)在于可能過于有效地從水中除去基本上所有礦物如4丐和 鎂。然而，人體消耗某些礦物是保持健康所必需的，許多人認(rèn)為在他們的 飲用水中含有有益健康的礦物量是重要的。此外，許多人認(rèn)為礦物含量適度的水的口感優(yōu)于不含礦物的水。因而，通常將來自反滲透處理系統(tǒng)的凈
化水送入礦床，以為^t用水補(bǔ)充健康含量的所需礦物質(zhì)。礦床增加了系統(tǒng) 成本且其存儲容器可能成為細(xì)菌源。
因而，期望提供水處理系統(tǒng)，該水處理系統(tǒng)提供含有一定量有益健康 和口感的所需礦物的清潔健康水源。

發(fā)明內(nèi)容
水處理系統(tǒng)包括用亍接收待處理水的進(jìn)水口和凈化水從其中流過的出 水口 。旁流支路(bypass flow branch)流體連接在進(jìn)水口和出水口之間并除去 從其中流過的水中的顆粒。旁流支路平行于離子分離組件連接在進(jìn)水口和 出水口之間。旁流支路具有限制水流量的節(jié)流孔，從而決定流過水處理系 統(tǒng)的總水量中流過旁流支路的多少。
出于健康和口感因素，通過允許一部分水在離子分離組件周圍流動， 使原水(source water)中的一些礦物保留在凈化水中。旁流支路中的節(jié)流孔的 尺寸控制這些礦物的量。
任選地，可將前過濾器連接在離子分離組件的上游，以除去水流中較 大的顆粒，從而提高離子分離組件的使用壽命。作為另一方案，可將后過 濾器連接在離子分離組件的下游，以改善水的口感，水的口感在系統(tǒng)長時(shí) 間未使用時(shí)可能受到不利影響。流過系統(tǒng)的水還可經(jīng)過殺菌模塊以消除病 原。


圖1是具有反滲透裝置的水處理系統(tǒng)的示意圖，該反滲透裝置具有連 續(xù)分流旁路；和
圖2是本發(fā)明的可供選擇的水處理系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1,第一水處理系統(tǒng)10包括串聯(lián)連接形成系統(tǒng)主流支路18 的前過濾器12、離子分離組件14和后過濾器16。旁流支路20與主流支路 18平行連接且包括旁路過濾器22和流量控制節(jié)流孔24。兩條流動支路18 和20連接在進(jìn)水口 26和出水口 28之間。主流支路18中的前過濾器12包括第一容器30,該第一容器30具有鄰 近外壁的入口 32和居中的前過濾器出口 34。容器30中是具有常規(guī)過濾介 質(zhì)如低雙折射光纖材料管狀體的前過濾盒36,水流過所述常規(guī)過濾介質(zhì)以 捕獲較大的顆粒。如果原水基本不含大顆粒，則可以免除前過濾器12。待 處理水進(jìn)入入口 32,流經(jīng)前過濾盒36,到達(dá)與前過濾器出口 34連通的中 腔。前過濾器出口 34通過管道40與離子分離組件14的入口 42連接。
離子分離組件14具有設(shè)置于第二容器44內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)離子分離膜46，如 反滲透膜或納米過濾膜，從而限定由膜46隔開的外腔48和內(nèi)腔50?？晒?選擇地，離子分離組件14可包括電滲析裝置、電滲析反向裝置、蒸餾裝置 或電容式去離子裝置(capacitive deionization device)。離子分離組件14的入 口 42開在外腔48的一端。排水口 52位于外腔48的相對端且明顯小于入 口 42。入口 42和出口 52之間的尺寸差異造成外腔48和內(nèi)腔50之間的壓 差，所述壓差以如同標(biāo)準(zhǔn)反滲透系統(tǒng)的已知方式迫使一部分水經(jīng)過離子分 離膜46進(jìn)入內(nèi)腔50。排水口 52與排水管54連接，該排水管54通向污水 系統(tǒng)，或者如現(xiàn)有反滲透水處理為保護(hù)水資源所^敗的那樣，可經(jīng)由泵(未示 出)循環(huán)至處理系統(tǒng)的進(jìn)水口 26。
離子分離組件14具有與后過濾器16的入口 58連接的凈化水出口 56。 后過濾器16具有第三容器60,常規(guī)的管狀過濾介質(zhì)62設(shè)置于該第三容器 內(nèi)。后過濾器16的過濾介質(zhì)62可類似于前過濾器中使用的過濾介質(zhì)，但 能夠捕獲較小的顆粒和其它污染物，或者后過濾器16的過濾介質(zhì)62可以 為另一種類型，如沉積物過濾介質(zhì)或活性炭。來自離子分離組件14的凈化 水流過后過濾器的介質(zhì)62,并經(jīng)由出口 64離開該過濾器，所述出口 64與 第 一水處理系統(tǒng)10的出水口 28連接。從而，高純水從主流支路18流至出 水口 28。
如上所述，這種高純水缺乏有益于人體健康且基本無味的礦物。因而， 旁流支路20提供平行于主流支路18的流體通路，以-使原水中的一些礦物 到達(dá)出水口 28，從而賦予凈化水改善的口感并提供有益的礦物。具體地， 第一水處理系統(tǒng)10的進(jìn)水口 26還與旁路過濾器22的入口 66連接。旁路 過濾器包含與前過濾器12中使用的過濾介質(zhì)相同的過濾介質(zhì)。旁路過濾器 22具有出口 70,該出口通過節(jié)流孔24與第一水處理系統(tǒng)10的出水口 28 連接。選擇旁路節(jié)流孔24的尺寸，以決定流過第一水處理系統(tǒng)10的全部水中通過旁流支路20的部分。例如，使用時(shí)，在給水包含的礦物量是認(rèn)為 有益健康的礦物量的近兩倍時(shí)，設(shè)置節(jié)流孔以允許約一半的給水進(jìn)入旁路。
圖2示出了本發(fā)明的第二水處理系統(tǒng)100。此處進(jìn)水口 102僅僅與前過 濾器104連接，該前過濾器104的結(jié)構(gòu)與圖1所示前過濾器12的結(jié)構(gòu)相同 并除水水流中較大的顆粒。前過濾器出口 106與包括離子分離組件110的 主流支路lll連接，該離子分離組件IIO具有膜112，如納米過濾膜或反滲 透膜。具體地，前過濾器出口 106與入口 108連4^,該入口 108開在離子 分離組件110的外腔114的一端。外腔114的相對端處的受限排水口 116 在外腔和內(nèi)腔115之間建立壓差。因而，迫使進(jìn)入外腔114的水的一部分經(jīng) 過離子分離膜112到達(dá)凈化水出口 117。
旁流支路124與主流支路111平行連接。旁流支路124包括連接前過濾 器104的出口 106與可變節(jié)流孔128(如可調(diào)閥提供)的管道126。可變節(jié)流 孔128允許使用者調(diào)節(jié)通過第二水處理系統(tǒng)100的總流量中經(jīng)過旁流支路 124的部分。由此控制出于健康和口感因素允許繞過主流支路111的礦物量。 旁流支路124的終端連接在管道119上，該管道119與離子分離組件110 的凈化水出口 117連接，從而混合來自主流支路111和旁流支路124的水流。
使混合水流通過殺菌組件118,該殺菌組件118可利用紫外光源發(fā)出的 光對從其中流過的水進(jìn)行處理或者使水通過能夠截留病原的膜。殺菌組件 118消滅水流中的病原。殺菌組件118的出口 120與第二水處理系統(tǒng)100的 出水口 122連接。可供選擇地，可將類似于后過濾器16的后過濾器插在離 子分離組件110的凈化水出口 117和殺菌組件118的入口之間。
應(yīng)當(dāng)指出的是，在圖1的第一水處理系統(tǒng)10中可使用圖2的可變節(jié)流 孔128代替固定節(jié)流孔24。類似地，在第二水處理系統(tǒng)100中可使用固定 節(jié)流孔代替可變節(jié)流孔128。在另一種變型中，在第一水處理系統(tǒng)10中殺 菌組件118可代替后過濾器16，在第二水處理系統(tǒng)100中可使用后過濾器 16代替殺菌組件118。
前述說明主要涉及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。盡管對本發(fā)明范圍內(nèi)的各 種替換方案給予了關(guān)注，但可預(yù)期本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)能夠認(rèn)識到根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施方案所披露的內(nèi)容而顯而易見的附加替換方案。因而，本發(fā)明的 范圍應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求限定而不受限于上述內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種水處理系統(tǒng)(10)，包括用于接收待處理水的進(jìn)水口(26，102)；凈化水流經(jīng)的出水口(28，122)；離子分離組件(14，114)，其流體連接在所述進(jìn)水口(26)和所述出水口(28)之間并除去從其中流過的水中的污染物；和旁流支路(20)，其平行于所述離子分離組件(14)連接在所述進(jìn)水口(26)和所述出水口(28)之間并且具有節(jié)流孔(24)，所述節(jié)流孔(24)決定流過所述水處理系統(tǒng)的總水量中流過所述旁流支路的多少。
2. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),其中所述離子分離組件(14)還包括濃 縮水出口(28)，從凈化水中除去的污染物經(jīng)由所述濃縮水出口(28)離開水處 理系統(tǒng)。
3. 權(quán)利要求2的水處理系統(tǒng)(10),其中所述離子分離組件(14)選自反滲 透膜組件和納米過濾膜組件。
4. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),其中所述離子分離組件(14)選自反滲 透膜組件、納米過濾膜組件、電滲析裝置、電滲析反向裝置、蒸餾裝置和 電容式去離子裝置。
5. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO)，還包括流體連接在所述進(jìn)水口(26) 和所述離子分離組件(14)之間的前過濾器(12)。
6. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),還包括流體連接在所述離子分離組 件(14)和所述出水口 (28)之間的后過濾器(16)。
7. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),還包括流體連接在所述離子分離組 件(114)和所述出水口(122)之間并減少水中病原量的殺菌組件(118)。
8. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),其中所述旁流支路(20)還包括與所述 節(jié)流孔(24)串聯(lián)連接的旁路過濾器(22)。
9. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO),其中所述節(jié)流孔(128)可變。
10. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO)，還包括前過濾器(104),所述前過濾 器(104)具有與所述進(jìn)水口(102)連接的入口和出口(106)，其中所述離子分離 組件(114)流體連接在所述出口(106)和所述出水口(122)之間，并且其中所述 旁流支路(126)連接在所述出口 (106)和所述出水口 (122)之間。
11. 權(quán)利要求1的水處理系統(tǒng)(IO)，其中所述節(jié)流孔(24)允許足量的水 流過所述旁流支路(20),以使所述出水口(28)處的凈化水含有認(rèn)為有益健康 的礦物量。
12. —種水處理方法，包括 于進(jìn)水口(26,102)從水源接收水；使來自所述水源的水的第一部分經(jīng)過離子分離組件(14，114)，所述離子 分離組件(14，114)從所述水的第一部分中除去污染物；和使來自所述水源的水的第二部分經(jīng)過平行于所述離子分離組件(14，114) 連接的旁流支路(20,126)，從而將礦物添加到已經(jīng)過所述離子分離組件的所 述水的第一部分中，其中所述旁流支路(20)具有節(jié)流孔(24，128),所述節(jié)流 孔(24,128)決定來自所述水源的水的第 一部分和第二部分之間的定量關(guān)系。
13. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括使所述水的第一部分在經(jīng)過所 述離子分離組件(14)之前經(jīng)過前過濾器(12，104)。
14. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括使從所述水源接收的所有水經(jīng) 過前過濾器(104)。
15. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括使所述水的第一部分在經(jīng)過所 述離子分離組件(14)之后經(jīng)過后過濾器(16)。
16. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括使所述水的第一部分和第二部 分經(jīng)過殺菌組件(118),以減少病原量。
17. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括使所述水的第二部分在經(jīng)過所 述節(jié)流孔(24)之前經(jīng)過旁路過濾器(22)。
18. 權(quán)利要求12的水處理方法，還包括改變所述節(jié)流孔(128)的尺寸。
19. 權(quán)利要求12的水處理方法，其中使來自所述水源的水的第一部分 經(jīng)過離子分離組件(14,114)包括使所述水的第一部分經(jīng)過反滲透膜。
20. 權(quán)利要求12的水處理方法，其中使來自所述水源的水的第一部分 經(jīng)過離子分離組件(14，114)包括使所述水的第一部分經(jīng)過納米過濾膜。
全文摘要
許多處理系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上從水中除去所有礦物及其它元素，然而一定量的某些礦物和元素對于良好的健康和合格的水味是必需的。因而，提供水處理系統(tǒng)，其中輸入水的一部分繞過主過濾和處理部件。選擇性控制該部分的量，以使有益健康的礦物量保留在凈化水中，該凈化水仍極為清潔?？砂ㄈ芜x部件以減少凈化水中的病原。
文檔編號C02F5/02GK101516792SQ200780035911
公開日2009年8月26日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月27日
發(fā)明者斯蒂文·D·克洛斯, 皮埃爾·F·斯巴博, 肯尼思·J·西思 申請人:Ge奧斯莫尼克斯公司