專利名稱：反滲透設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)反滲透原理進行水處理的設(shè)備。這種類型的設(shè)備，反滲透 (RO)系統(tǒng)，特別用于與血液透析設(shè)備相結(jié)合，從而由自來水獲得無菌的高純水以用于制備透析液體。

發(fā)明內(nèi)容
總的來說，本發(fā)明的目的在于盡可能節(jié)能的反滲透系統(tǒng)的操作。


該目的通過主權(quán)利要求特征部分表示的特征來實現(xiàn)。根據(jù)從屬權(quán)利要求和接下來結(jié)合附圖進行的實施例描述，本發(fā)明的更多特征和結(jié)構(gòu)將變得顯而易見，其中圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型反滲透系統(tǒng)的示意圖；圖2顯示了具有根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備特征的比較性反滲透系統(tǒng)的示意圖，圖3、3a、;3b、4、4a、4b顯示了相關(guān)裝置的示意圖。
具體實施例方式眾所周知，反滲透系統(tǒng)的功能原理在于，在高壓下沿著半滲透膜表面將要處理的水引入過濾模塊，使一部分水(所謂的滲透液)經(jīng)過該膜、在膜的另一側(cè)進行收集并供應(yīng)到消耗位置。未經(jīng)過該膜并富含被稱為富集體的殘留物質(zhì)的部分生水在膜模塊外部的初級回路的流動部分的端部處流動。圖1所示的示意圖作為典型實施例圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的反滲透系統(tǒng)中必要功能元件的協(xié)同作用。要處理的生水從進給管線1流出，并且經(jīng)由閥4流入已安裝有灌裝線控制裝置的緩沖容器5。水從該容器5流出，經(jīng)過管線17，通過泵6，進入反滲透過濾器7， 該反滲透過濾器的初級回路9通過半滲透膜10與次級回路8分開。滲透液從次級回路8 流出并流入環(huán)管線15/16，消耗管線13從該環(huán)管線轉(zhuǎn)向。產(chǎn)生的過量滲透液可以在環(huán)管線的端部處通過插入的壓力保持閥14回流到容器5中，所述閥的設(shè)定確定了該環(huán)管線15/16 中的現(xiàn)行壓力。在RO過濾器9的初級回路中過濾所需的壓力是由泵6結(jié)合流阻裝置11而產(chǎn)生的， 該流阻裝置插入過濾器下游的富集體管線18中，為例如節(jié)流閥或壓力閥的形式。初級回路9的出口和入口之間殘留物質(zhì)的濃度差對RO過濾器7的功能有著重要意義。對于尤其是鈣和鎂的超高濃度，增大了這樣的分數(shù)(fraction)超出臨界極限的風(fēng)險。由于形成沉積，所以膜10的滲透性將會降低，從而滲透流動將會降低，這意味著該反滲透過濾器變得過早地失效。由于這些事實，并且考慮到生水水質(zhì)，具體是鈣鹽和鎂鹽至此已經(jīng)通過上游陽離子交換柱2與鈉進行交換。離子交換器需要全面的維護并且成本很高。這種陽離子交換器的可靠運行需要氯化鈉和沖洗液。此外，必須定期手動地添加鹽。另外，含鹽的沖洗液會污染廢水。此外，反滲透特別用于無菌水的制備。不經(jīng)過膜10并且富含殘留化學(xué)水成分和細菌的供給自來水部分在液體傳導(dǎo)系統(tǒng)的內(nèi)表面上形成生物膜。生物膜的沉積可作為致熱原和內(nèi)毒素經(jīng)過非理想的膜10并污染高純度滲透回路15/16。因此，必須定期在反滲透系統(tǒng)上進行熱消毒或化學(xué)消毒。為此，中斷操作，并且為該系統(tǒng)供給熱能或化學(xué)消毒劑。由于特別是化學(xué)消毒伴隨的相當(dāng)大的風(fēng)險，所以在這里工作步驟必須進行人工監(jiān)測?？偟膩碚f，這意味著大量的工作。本發(fā)明的目的還在于減少操作成本，一方面水中包含的化學(xué)成分、特別是陽離子不能通過離子交換器由氯化物替代，而另一方面還要減少或取消特別是RO初級側(cè)的化學(xué)消毒或者熱消毒。根據(jù)本發(fā)明可以有效地實現(xiàn)該目的，其中在初級循環(huán)回路5/17/9/18中或者同樣在擴展的初級回路1/4/5/17/9/18中，流過該回路的液體，特別是混合水或者另外流入的自來水，受到電磁場或電場或電解作用的電解力或者超聲波的氣蝕力或者它們的組合的影響。在這里，微生物通過電脈沖被氧化或者被抑制繁殖或者被減少。水分子是明顯的偶極子。因此，在水分子之間存在形成氫鍵結(jié)構(gòu)以及由此形成大型水分子簇的引力。此外，一些物理理論同樣起源于電子的偶極振子。從形式上看，物理抗氧化鈣功能在于穩(wěn)定溶于水中的氧化鈣，使得一方面，沒有形成大型的附著簇，氧化鈣由于高濃度極化作用而沉淀在該附著簇的邊緣上，另一方面，結(jié)晶體(鹽)的電子偶極子受到影響，從而形成所謂的晶種并且使水分子以及進一步使結(jié)晶體附接到該晶種上。帶有其偶極式電荷的通常大型水分子簇被拆開，并且將它們布置成使得主要形成超小水分子簇。如圖2所示，本發(fā)明提供位于反滲透系統(tǒng)的初級環(huán)路中的清洗室21，該清洗室的設(shè)計允許且提供電或磁或電磁或電解或超聲波效應(yīng)或者液體流過時不同物理效應(yīng)的組合。然而，清洗室21的使用和安裝位置并不局限于所述功能。尤其是電解池中含氧自由基的殺菌效果使化學(xué)消毒或熱消毒成為多余的。因為有毒的氯經(jīng)過膜并且使膜表面10破損，所以這里應(yīng)當(dāng)沒有形成游離的氯。包含在液體中的微生物在經(jīng)過電解池時被氧化并因此被減弱或者被殺光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果暴露于強電脈沖或電磁場，則微生物也會減少。迄今為止還不存在對超聲波脫鈣預(yù)防或聲化學(xué)氧化法的系統(tǒng)研究。然而，測試后已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了氧化鈣在水中的穩(wěn)定性和微生物的減少這兩者。超聲波作為縱波在液體中傳播，該縱波以相延遲方式伴隨有壓力波。由于壓縮階段和膨脹階段之間的變化而產(chǎn)生過壓和負壓。在壓縮階段中，在液體分子上施加正壓。在膨脹階段施加負壓，也就是說分子被拉開。在內(nèi)爆期間進行的過程對超聲化學(xué)效應(yīng)非常重要。這些過程主要是處于極端條件下，極端條件允許進行在正常情況下不能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。在內(nèi)爆期間進行的過程不能完全明了，但是在RO中采用時可帶來期望的效果。此外，很有利的是以超聲方式進行液體特別是未溶解的碳酸的脫氣，因為該液體經(jīng)過膜并且有助于增加滲透傳導(dǎo)率。當(dāng)超聲波和電解作用相結(jié)合時，借助于超聲波的陰極脫鈣作用是有利的。因為在清洗室已經(jīng)關(guān)閉后電解產(chǎn)生的含氧自由基的消毒作用以及液體中氧化鈣結(jié)晶體的穩(wěn)定性僅僅是暫時性的，所以有利地通過馬達或者(在安裝了固定流阻裝置的情況下)通過帶有排出閥沈的旁通閥周期性地打開或者在操作循環(huán)末期打開高壓節(jié)流閥20。 這會突然增加初級循環(huán)回路中的流量并且液體傳導(dǎo)構(gòu)件的表面注滿并溢出。有利地，在這里通過測量氧化還原電勢23來確定含氧自由基的儲存效果。因為清洗室21的效果不能由用戶直接通過其物理效應(yīng)或其晶體形成效果來確定，所以為初級回路設(shè)置鈣化顯示器觀具有極大優(yōu)勢。在這里，構(gòu)件或液體傳導(dǎo)管線可用透明或半透明材料構(gòu)造而成，以便可視化地檢查鈣化現(xiàn)象。然而，這不允許對沉積的強度給出定性聲明。進一步地，鈣化或污染以及微生物污染傳感器或檢測器是光電發(fā)射器/接收器單兀。在有利的構(gòu)造中，發(fā)射器/接收器單元布置在平面中。在這光發(fā)射器信號發(fā)射到相反的反射面上并從反射面反射到光接收器。優(yōu)選的方案是具有相對設(shè)置的發(fā)射器/接收器傳感器的透明管部分。在這里接收器信號的數(shù)量是污垢程度(degree of soiling)的直接函數(shù)。在具有已知容量的可熱清洗系統(tǒng)中，加熱表面上的污垢可以被利用，使得在臟的加熱表面的情況下輸入到液體內(nèi)的熱或能量持續(xù)時間較長，并且在這里能量輸入可被用作污垢程度的量度標準。有利地，在泵6的操作期間，一旦焙燒傳感器觀提出清洗要求，就通過噴水泵四和金屬容器連接裝置19吸入檸檬酸或另一種酸，并且檸檬酸或另一種酸由加熱器M加熱到適中溫度以殺死殘留細菌并去除結(jié)晶體。有利地，如果容器35安裝在回流管線16中且包括低溫滲透液或通過加熱器37以熱形式儲存的滲透液，那么維持該清洗作用且溶解殘留的結(jié)晶體，并且泵34用于反滲透中的初級側(cè)的液體交換。在這個過程中，滲透液被進給到緩沖容器5并利用泵6進行分配，直至反滲透的初級側(cè)容量進行交換并且從膜表面10去除殘渣。除了容器35和泵34，還能夠使用利用彈性膜或預(yù)加載波紋管的膨脹容器。具有極大優(yōu)勢的是，為了提高時間效應(yīng)并增強物理效應(yīng)，額外的循環(huán)泵30可連接到位于富集體出口 42和混合水入口 39之間的清洗室21a。這可以是具有與清洗室21不同的物理效應(yīng)的額外的清洗室。這在膜10的最佳溢流意義上確保通過初級回路的流量，即基本上與用于混合水供應(yīng)的泵6的作用、壓力增加和循環(huán)性能無關(guān)。進一步的重要優(yōu)勢在于圖2所示的布置可另外并且顯著地節(jié)能。因為泵6僅僅傳遞滲透液和排出容量而沒有循環(huán)功能，所以其電氣相關(guān)負載可減少至大約三分之一。為了監(jiān)測安全的泵操作，磁流量監(jiān)測器33有利地與止回閥21/32連接。為了去除物質(zhì)殘渣，另一個發(fā)明性特征是，初級循環(huán)回路的液體經(jīng)由切向入口通
5過圓柱形離心室25進行傳送，能夠通過液體壓力轉(zhuǎn)動的渦輪機葉片在該離心室的上端部上將待分離的物質(zhì)和顆粒向下傳送并使清洗的液體向上經(jīng)過中空軸或濾網(wǎng)式圓筒。要沉淀的顆?；蜓趸}簇的收集室位于離心室25下方。如果存在離心室，那么排出閥沈可以固定到收集室。進一步地，該離心室25的構(gòu)造設(shè)計成例如螺旋向下引導(dǎo)的螺旋式液體導(dǎo)向裝置。在更有利的構(gòu)造中，沒有渦輪機葉片的離心室25可以與清洗室21結(jié)合為一個單兀。然而，圖2所示的構(gòu)件的安裝位置并不限于所述場合，但是首先起到概論的作用。具有極大優(yōu)勢的是，還建議用于清洗室控制的動力輸出級應(yīng)當(dāng)被構(gòu)造為使得它們能夠相對于頻率和電流進行調(diào)節(jié)并且應(yīng)當(dāng)通過反滲透系統(tǒng)的處理器進行故障控制和監(jiān)測。 具體的位組合在這里可以是作為測試信號的輸出并利用監(jiān)測設(shè)備進行監(jiān)測，相應(yīng)的操作狀態(tài)以及信號形狀通過反滲透系統(tǒng)的顯示設(shè)備顯示并利用存儲器模塊存儲。通過接口，例如反滲透系統(tǒng)的微控制器的以太網(wǎng)連接可在任何時候調(diào)取數(shù)據(jù)。所有相關(guān)部分，例如該反滲透系統(tǒng)或其分配系統(tǒng)的管線部分17和/或15/16或供給管線1都應(yīng)裝備有控制器和若干個端級(end stages)和清洗室。此外，在這種情況下，具有相同或不同化學(xué)效應(yīng)的若干個清洗室可以串聯(lián)或并聯(lián)連接。根據(jù)供給自來水的水質(zhì)，通過人工方式布置或裝備清洗室的同時進行脫鈣和殺菌。圖3顯示出帶有3個電極的清洗單元21的結(jié)構(gòu)，中間電極43在空間和電學(xué)意義上與兩個外部電極40分隔。液體在這里可以通過流動通道55以雙向方式引入該單元內(nèi)。 由于外部電極40的大表面分布，所以在內(nèi)部電極室內(nèi)實現(xiàn)均勻的電勢分布。分隔件41作為內(nèi)部電極43的安裝空間。杯形外部電極40必須裝備有不同的連接器，例如卡箍連接裝置57、插入式連接件連接裝置59或軟管連接裝置50。內(nèi)部電極43作為環(huán)形電極主體插到分隔件41內(nèi)。根據(jù)本申請，外部電極40的材料由特種鋼、鈦、混合氧化鈦或燒結(jié)石墨組成。內(nèi)部電極43由氧化穩(wěn)定材料組成，例如傳導(dǎo)性石墨、混合氧化鈦、金屬氧化物的陶瓷混合物、氧化鈦或鈷?？赡芡ㄟ^材料的選擇來使該單元也能電容性地作為電解池或電磁單元或具有電流和電壓電極連接件的單元操作。優(yōu)選地，電源連接裝置的電極連接到橋接的外部電極40， 而另一個電極連接到內(nèi)部電極。在這里，在電解池內(nèi)，內(nèi)部電極43為陽極而外部電極40為陰極。圖3a顯示出帶有已安裝的內(nèi)部電極4 及其電源45的分隔件41。在此，內(nèi)部電極室43b以這種方式填充，即為了增加液體的停留時間而提供更大的面積。該電極優(yōu)選為填充有燒結(jié)石墨或另一種含有石墨的材料，從而分別進行陽極脫鈣和晶種制備。
內(nèi)部電極43a的材料包括混合金屬氧化物而內(nèi)部電極43b的材料包括燒結(jié)石墨。 因此可以利用該單元通過內(nèi)部電極43a實現(xiàn)含氧自由基的陽極氧化以及通過另一個內(nèi)部電極4 實現(xiàn)氧化鈣的陽極穩(wěn)定。圖4顯示出具有3個電極和線圈繞組51的組合式清洗室的設(shè)計。在此通過液體中線圈產(chǎn)生的磁場的磁力線進行脫鈣。在液體中使用特氟隆膠囊式環(huán)形磁鐵或位于分隔件 41而不是線圈繞組51外部的環(huán)形磁鐵是可行的。為了形成滅活微生物的含氧自由基，兩個外部電極40是電解池的陰極而內(nèi)部電極42是該電解池的陽極。超聲波連接裝置52用來接納壓電陶瓷超聲波致動器。在這種情況下，優(yōu)選通過外部電極40的鈦或氧化鈦進行到液體中的超聲波接入。根據(jù)材料設(shè)備和控制，該單元可通過連接裝置52與電解池或超聲單元結(jié)合為用于脫鈣的電磁單元或者通過連接裝置40/43結(jié)合為用于滅活微生物的電容穿孔單元。在作為電容穿孔單元的操作期間，外部電極40電連接并在此與內(nèi)部電極43 —起作為電容器極板。由RO電子系統(tǒng)控制的端級為該單元的電極提供高頻脈沖或者與液體一致的頻率、脈沖、信號形狀。對該單元而言，電磁、電解和超聲波效應(yīng)的組合是可行的。圖如顯示出通過卡箍連接裝置53連接兩個清洗室21的可能性。在此通過插入到槽48中的密封環(huán)58進行液體密封。在這種情況下可以通過卡箍連接裝置53進行外部電極40的供電。清洗單元的組合允許利用全光譜和液體上的所有上述物理效應(yīng)。在此清洗室21還可在該反滲透系統(tǒng)中的不同位置以不同效應(yīng)進行操作。同時該卡箍連接裝置用作該清洗單元21在該反滲透系統(tǒng)中的機械固定。圖4b顯示出豎直清洗室21與離心室25相結(jié)合的設(shè)計。在此液體通過連接裝置 51沿切向引入分隔件41并通過環(huán)形間隙60向連接裝置49傳送。連接裝置40/49是物質(zhì)殘渣的收集室，同時用來容納和連接排出閥26。在此沒有物質(zhì)殘渣的液體進一步經(jīng)由連接裝置40/57通過管狀內(nèi)部電極(陽極)43c的內(nèi)腔59進行傳送。兩個外部電極40在此結(jié)合并連同管狀內(nèi)部電極43c —起形成電解或穿孔或電磁清洗單元。這種形式的清洗室同樣有利地插入到供給管線1中。還可能的是，將膜插入清洗室內(nèi)部，該膜有選擇地留住有毒的水成分且沒有殘渣。 然而結(jié)構(gòu)和布置不限于所述功能和設(shè)備。清洗單元的特殊變形(未示出)是基于外部和內(nèi)部電極由膜的多孔壁分隔的措施 (measure)。在這里，該膜僅僅可滲透特殊離子并且確保例如有毒的物質(zhì)保留在陽極室內(nèi)而不會經(jīng)過例如離子交換樹脂的膜。另一種特殊變形是清洗單元的設(shè)計，具有用于消除或減少由氧化或者還有氫氣形成的有機化學(xué)殘渣的催化劑。
1.具有過濾器的進給管線2.陽離子交換器
權(quán)利要求
1.一種用于根據(jù)反滲透原理生產(chǎn)超純水的設(shè)備，其包括由RO膜細分為初級回路和次級回路的反滲透過濾器；用于初級回路的泵和RO膜下游的、該初級回路中壓力增加所需的流阻裝置，其特征在于排出閥06)和具有脫鈣裝置的至少一個清洗室位于該初級回路(1、4、5、9、17、 18)中，并且該初級回路中的流量能夠通過閥OO)進行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備， 其特征在于該清洗室包括電容裝置和/或電磁裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備， 其特征在于該初級回路中的容量可通過打開該閥(20、26)而注滿并溢出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于該初級回路的部分液流僅僅經(jīng)過膜(10)和清洗室經(jīng)由循環(huán)泵(30)進行循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于該清洗室具有三個電極連接件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于該清洗室設(shè)置有用于產(chǎn)生磁場的線圈(51)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于兩個或更多個清洗室串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于離心室05)插入到該初級回路中并且該離心室的底部連接到該排出閥06)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于光學(xué)或光電鈣化傳感器08)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的設(shè)備， 其特征在于插入有清洗室，以用于在滲透回路(15、16)中產(chǎn)生電解臭氧。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于根據(jù)反滲透原理產(chǎn)生超純水的設(shè)備，其包括由RO膜細分為初級回路和次級回路的反滲透過濾器；用于初級回路的泵和RO膜下游的、該初級回路中壓力增加所需的流阻裝置，所述設(shè)備的特征在于，排出閥和具有脫鈣裝置的至少一個清洗室位于該初級回路中，并且該初級回路中的流量能夠通過閥進行調(diào)節(jié)。
文檔編號B01D61/04GK102381799SQ20111024464
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者曼弗雷德·弗爾克爾 申請人:曼弗雷德·弗爾克爾