用于清潔水過(guò)濾介質(zhì)的組合物和方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的聲明
[0002] 本申請(qǐng)要求于2013年3月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)第61/784, 626號(hào)的優(yōu) 先權(quán)。為任何目的，上述專利申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及用于清潔顆粒狀水過(guò)濾介質(zhì)如沙子、無(wú)煙煤、活性碳、離子交換樹(shù)脂、 和/或瓷珠的方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 過(guò)濾是飲用水和工業(yè)用水處理中的基本步驟。進(jìn)行過(guò)濾以除去可能由水源水引入 的和/或可能在水處理工藝過(guò)程中生成的污染物。大規(guī)模過(guò)濾通常包括，使水通過(guò)在過(guò)濾 介質(zhì)床中排列為一層或多層的顆粒過(guò)濾介質(zhì)，諸如各種類型的沙子、無(wú)煙煤、顆粒狀活性炭 或其組合，或通過(guò)諸如離子交換樹(shù)脂和/或瓷珠的介質(zhì)。
[0005] 過(guò)濾過(guò)程中除去的污染物積聚在顆粒過(guò)濾器的介質(zhì)床中。隨時(shí)間，該積聚導(dǎo)致過(guò) 濾器背壓（通過(guò)增加的水頭損失測(cè)量）增加、流通物（flow-through)濁度增加，或（在最 壞情況下）污染物的貫穿。通常使用常規(guī)的反洗（backwashing)以除去積累的濾過(guò)物以致 力于維持過(guò)濾器的性能和容量（capacity)。
[0006] 過(guò)濾器介質(zhì)顆粒通常積聚了無(wú)法通過(guò)反洗除去且會(huì)顯著地干擾過(guò)濾器的運(yùn)行的 生物和非生物材料的沉積物。為保持過(guò)濾器可接受的性能和容量，定期除去無(wú)法通過(guò)反洗 除去的表面沉積物是重要的。
[0007] 基于水源和環(huán)境條件，過(guò)濾顆粒上的表面沉積物可以主要由有機(jī)物（生物膜）、金 屬氧化物、和/或碳酸鈣水垢（scale)組成。過(guò)濾顆粒上的表面沉積物也可以因預(yù)處理步 驟形成，諸如可能利用基于鋁的預(yù)氧化劑組合物的。嚴(yán)重的污染或水垢將最終降低過(guò)濾器 性能，而結(jié)果包括更高的反洗頻率、流速下降、水混濁度增加、污染物的貫穿和/或上述的 組合。如果不除去過(guò)濾器沉積物，則過(guò)濾器性能將最終衰退至可容許水平以下，從而必須更 換過(guò)濾器介質(zhì)。
[0008] 令人遺憾地，過(guò)濾介質(zhì)的更換是非常昂貴的-不僅包括人工成本和與購(gòu)買(mǎi)過(guò)濾介 質(zhì)相關(guān)的直接成本，也包括與過(guò)濾器停工時(shí)間相關(guān)的顯著的間接成本。更換過(guò)濾介質(zhì)對(duì)于 具有單個(gè)過(guò)濾床且用作特定消費(fèi)者的獨(dú)有水源的水處理裝置可能是不實(shí)際的維護(hù)解決方 案。因此，存在對(duì)于作為置換過(guò)濾器介質(zhì)的替代的，允許清潔來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)的表面沉積物的 維護(hù)程序的需要。
[0009] 傳統(tǒng)的用于清潔過(guò)濾介質(zhì)的機(jī)械方法包括，在反洗過(guò)程中對(duì)過(guò)濾層通氣，以及在 過(guò)濾床頂部噴水以分散軟的積聚物。這些方法不適合于除去頑固的表面沉積物，諸如生物 膜和水垢。
[0010] 用于過(guò)濾介質(zhì)的傳統(tǒng)化學(xué)處理包括，強(qiáng)酸和堿洗滌過(guò)濾介質(zhì)，有時(shí)與表面活化劑 合用。這些化學(xué)處理可以適宜于某些類型的污染物，諸如碳酸鈣水垢；然而，包括金屬氧化 物和生物膜的混合沉積物是無(wú)法有效的移除的，或需要強(qiáng)腐蝕性和危害性的清潔劑，其難 以使用且可能會(huì)殘留飲用水處理裝置中不可接受的殘?jiān)Ｔ谀承┣闆r下，已經(jīng)將強(qiáng)酸或強(qiáng) 堿的水溶液施加于過(guò)濾介質(zhì)；然而，該處理液體可能流過(guò)過(guò)濾介質(zhì)過(guò)快而清潔的反應(yīng)無(wú)法 完成。為獲得所希望的清潔性能，可以反復(fù)施加處理液體（因而需要大量的處理液體），或 可將處理液體通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)循環(huán)，直至清潔的反應(yīng)完成（需要專門(mén)的且昂貴的循環(huán)設(shè)備）。 這些途徑，雖然給出了對(duì)用于過(guò)濾器介質(zhì)置換的長(zhǎng)期車間關(guān)閉的潛在替代選擇，但沒(méi)有提 供對(duì)過(guò)濾器介質(zhì)置換的經(jīng)濟(jì)的替代選擇。
[0011] 另外的過(guò)濾介質(zhì)清潔方法和組合物公開(kāi)在Reimann-Philipp等人的，題為"用于 原位清潔飲用水過(guò)濾介質(zhì)的方法"的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2008/0006589A1中。該公開(kāi)公 開(kāi)了將顆粒清潔劑應(yīng)用于水過(guò)濾介質(zhì)，隨后將具體為活性氧供體的顆?；蛞后w活化劑應(yīng)用 于水過(guò)濾介質(zhì)（且優(yōu)選地在應(yīng)用之后將顆粒清潔劑濕潤(rùn)），以造成顆粒清潔劑、活化劑，和 水過(guò)濾介質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，致使清潔水過(guò)濾介質(zhì)。顆粒清潔劑優(yōu)選的組成包括氨基磺酸 (50_99wt% )、梓檬酸（0-10wt% )、磷酸（0-10wt% )、腐蝕抑制劑（0-10wt% )、自由流動(dòng)添 加劑（free-flowadditive) (0-10wt% )、表面活性劑（0-10wt% )，和碳酸氫鈉（余量）。 特別優(yōu)選的的活化劑組成包括5-50%的過(guò)氧化氫，或0. 2-10 %的過(guò)乙酸，或過(guò)氧化氫和過(guò) 乙酸的組合，其余是水。如果該活化劑處于顆粒形式，則可以在應(yīng)用之前混合活化劑和清潔 劑，但是在大多數(shù)優(yōu)選的實(shí)施方式中，活化劑是以存在于過(guò)濾床中的顆粒清潔劑的水溶液 應(yīng)用的。顆粒清潔劑也可以以漿料應(yīng)用。
[0012] 雖然由Reimann-Philipp等人公開(kāi)的組合物和方法提供了相對(duì)于上述傳統(tǒng)的機(jī) 械和化學(xué)方法改善的清潔性能，但這種組合物和方法包括某些缺點(diǎn)。首先，難以確保慣用 的清潔劑和活化劑的正確比例。其次，分開(kāi)應(yīng)用清潔劑和活化劑組分可能是不便和/或困 難的一一且特別難以均勻地應(yīng)用。第三，顆粒清潔劑可能僅部分溶于水，從而導(dǎo)致應(yīng)用的問(wèn) 題。第四，特別是如果清潔劑和活化劑可能在穿透整個(gè)過(guò)濾床之前彼此迅速反應(yīng)時(shí)，難以確 保清潔過(guò)濾床的過(guò)濾介質(zhì)的整個(gè)體積。第五，監(jiān)測(cè)過(guò)濾床清洗方法的進(jìn)程可能是不便的。第 六，傳輸大量的液體活化劑可能是高成本或不便的。第七，利用危險(xiǎn)藥品的傳統(tǒng)清潔方法需 要職員接受重要的訓(xùn)練并采取危害保護(hù)步驟。第八，避免泡沫和/或其他廢產(chǎn)物的形成可 能是具挑戰(zhàn)性的。
[0013] 給出上述內(nèi)容后，還有對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)有的效率和/或方便性的替代清潔組合物和方 法，以及對(duì)介質(zhì)替換的替代選擇，以及對(duì)現(xiàn)有的原位過(guò)濾器清潔組合物和方法的替代選擇 的需要。還期望清潔方法避免或減少副產(chǎn)物沉積物的形成，其可能比最初力圖通過(guò)過(guò)濾器 介質(zhì)清潔方法除去的沉積物更堅(jiān)固。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 在本文中公開(kāi)的組合物和方法包括酸組分和氧化組分，其組合用于除去來(lái)自包含 在水過(guò)濾介質(zhì)床中的過(guò)濾介質(zhì)的表面污染物。干燥組合物可以包括包含硫酸氫鈉的顆粒狀 酸組分，以及包含以下中至少一種的顆粒狀氧化組分：過(guò)碳酸鈉、過(guò)硼酸鈉、過(guò)碳酸鉀、過(guò)硼 酸鉀，可選地與以下的一種或多種組合：pH指示劑組分、顆粒狀低溫活化劑、至少一種干燥 劑、至少一種腐蝕抑制劑、以及至少一種抗粘結(jié)劑（抗結(jié)塊劑，anti-cakingagent)。在本 文中公開(kāi)的組合物可以進(jìn)一步包括至少一種螯合劑和/或消泡劑。試劑盒（kit)可以包括 包含在密封容器中的且?guī)в杏糜谑褂迷摳稍锝M合物除去來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)床的水過(guò)濾介質(zhì)的 污染物的說(shuō)明書(shū)（或可以找回說(shuō)明書(shū)的其他標(biāo)簽，諸如網(wǎng)址或QR碼）的本文公開(kāi)的干燥組 合物?？梢詫⒃诒疚闹泄_(kāi)的組合物應(yīng)用于過(guò)濾介質(zhì)床（例如，在頂部或通過(guò)注射），且可 以以干燥的或濕潤(rùn)的形式應(yīng)用。
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)方面，用于除去來(lái)自包含在水過(guò)濾床中的過(guò)濾介質(zhì)的表面污染物 的干燥組合物包括包含硫酸氫鈉的顆粒狀酸組分，以及包含以下中至少一種的顆粒狀氧化 組分：過(guò)碳酸鈉、過(guò)硼酸鈉、過(guò)碳酸鉀、以及過(guò)硼酸鉀。該組合物可以包括一種或多種另外的 成分，包括但不限于低溫活化劑、干燥劑、抗粘結(jié)劑、pH指示劑、腐蝕抑制劑、和表面活性劑。
[0016] 在本發(fā)明的另一方面，用于清潔存在于過(guò)濾介質(zhì)床中的過(guò)濾介質(zhì)的試劑盒可以包 括包含在基本密封的容器中的且?guī)в杏糜谑褂迷摳稍锝M合物除去來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)床的水過(guò) 濾介質(zhì)的污染物的說(shuō)明書(shū)（或可以用于找回說(shuō)明書(shū)的其他標(biāo)簽，諸如網(wǎng)址或QR碼）。
[0017] 在本發(fā)明的另一方面，用于除去來(lái)自包含在過(guò)濾介質(zhì)床中的水過(guò)濾介質(zhì)的污染物 的方法包括，將組合物應(yīng)用于過(guò)濾介質(zhì)床，該組合物包括包含硫酸氫鈉的酸組分以及包含 過(guò)碳酸鈉、過(guò)硼酸鈉、過(guò)碳酸鉀、和過(guò)硼酸鉀中的至少一種的氧化組分。該組合物可以包括 一種或多種本文中公開(kāi)的另外的成分?？梢詫⒃摻M合物以干燥的或濕潤(rùn)的形式應(yīng)用，且可 以將該組合物沿外表面，或通過(guò)注射至過(guò)濾介質(zhì)床內(nèi)部應(yīng)用于過(guò)濾介質(zhì)床的各個(gè)部分。
[0018] 在本發(fā)明的另一方面，除去來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)床的水過(guò)濾介質(zhì)的包含鈣離子的污 染物的方法包括多個(gè)步驟，包括：分析芯樣品（coresample)以確定（i)用于基本完全 除去來(lái)自芯樣品的表面污染物所需的至少一種清潔材料的量，以及（ii)用于多價(jià)螯合 (sequestering)所希望的量的來(lái)自芯樣品的|丐離子的至少一種螯合劑的量；以及利用該 分析步驟的結(jié)果以計(jì)算（a)用于基本完全除去來(lái)自整個(gè)過(guò)濾介質(zhì)床的表面污染物所需的 至少一種清潔材料的量，以及（b)用于多價(jià)螯合所希望的量的來(lái)自整個(gè)過(guò)濾介質(zhì)床的鈣離 子的至少一種螯合劑的量。所希望的來(lái)自過(guò)濾介質(zhì)床中多價(jià)螯合的鈣離子的量可以包括基 本所有存在于過(guò)濾介質(zhì)床中的鈣離子。這種方法可以進(jìn)一步包括將至少一種清潔材料以基 本等于至少一種清潔材料的計(jì)算量的量應(yīng)用于過(guò)濾介質(zhì)床，以及將至少一種螯合劑以基本 等于至少一種螯合劑的計(jì)算量的量應(yīng)用于過(guò)濾介質(zhì)床。可以將該至少一種清潔材料和至少 一種螯合劑混合。
[0019] 在另一方面中，為了另外的優(yōu)點(diǎn)，任何上述的方面和/或如本文中所描述的各種 單獨(dú)的方面和特征可以被組合。本文中所公開(kāi)的各種特征和要素中的任一個(gè)可以與一個(gè)或 多個(gè)其他公開(kāi)的特征和要素相組合，除非本文中有相反指示。
[0020] 通過(guò)接下來(lái)的公開(kāi)內(nèi)容及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它方面、特征和實(shí)施方式將 更加完全地顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
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