用于減少水系統(tǒng)中沉積物的方法和穩(wěn)定組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于減少水系統(tǒng)中沉積物的方法和穩(wěn)定組合物。可以通過使初始溶液（例如，鹽水、次氯酸、和/或次氯酸鈉）流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一和第二通道的流通電化學模塊，同時將電能施加在分別與第一和第二通道電連通的陽極和陰極之間來生產(chǎn)穩(wěn)定混合氧化劑溶液。通過升高pH來穩(wěn)定從第一（陽極）通道獲得的初始酸性陽極電解液溶液以產(chǎn)生穩(wěn)定混合氧化劑溶液。進一步提供了使用混合氧化劑溶液的方法。
【專利說明】用于減少水系統(tǒng)中沉積物的方法和穩(wěn)定組合物

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于減少水系統(tǒng)中沉積物的方法和穩(wěn)定組合物。更具體地，本發(fā) 明涉及一種用于生產(chǎn)包括多種不同氧化劑的混合氧化劑溶液的方法，以及由該方法獲得的 混合氧化劑溶液。

【背景技術(shù)】
[0002] 水通常包括在飲用水分配管和設備的表面上沉積污垢和膜(例如，生物膜）的有機 物質(zhì)、溶解固體、和礦物質(zhì)。飲用水的質(zhì)量和流動可以受這種污垢和膜的有害影響。多種清 潔消毒劑可以另外地留下膜殘余物。使用本文中描述的方法和組合物可以有效地降低、去 除、或防止這些沉積物的形成。
[0003] 全球范圍內(nèi)廣泛使用氯和氯類消毒劑(包含次氯酸鈉，也被稱為液體漂白劑）以降 低飲用水中的病原體。由于氯和氯類消毒劑針對水媒病原體提供了"殘留"防護水平，即在 初始消毒應用之后，保留在水中的低水平的氯降低了處理之后后生的微生物污染的風險， 使得它們已經(jīng)被廣泛應用。在初次劑量時，氯與水中的任何有機物質(zhì)反應，將用于這種反應 的氯的量稱為水的"需氯量"。一些部分的保留氯與水中的氮反應以形成氯胺(將通過這種 反應消耗的氯稱為"結(jié)合氯")。也可以有意地將氯胺加入水系統(tǒng)。在滿足需氯量和形成結(jié) 合氯之后，將保留在水中的氯稱作"游離氯"，其是可用于消毒(例如，殺死或使水媒病原體 不能繁殖）的氯部分。通常在飲用水分配系統(tǒng)中的多個點處監(jiān)測殘余氯以確定可以表明水 分配系統(tǒng)中的泄漏或細菌增長的殘余下降或消失的點。
[0004] 有機和無機沉積物的變量基質(zhì)(稱為生物膜、污垢、或結(jié)節(jié)（tuberculat ion ))積聚 在所有飲用水分配管系統(tǒng)的內(nèi)表面上。對這種沉積物的控制提供了包括改善水質(zhì)、降低維 護成本、以及有效利用消毒劑的優(yōu)點。負載的有機沉積物是增加需氯量的重要來源并且可 以產(chǎn)生三鹵代甲烷和鹵代乙酸或其他消毒副產(chǎn)物的前體。飲用水系統(tǒng)中的這種負載的有機 沉積物已經(jīng)顯示為隱藏和保護致病或其他令人擔憂的細菌、病毒、藻類、海藻毒素、真菌、原 生動物、和無脊椎動物。許多類型的微生物可以在這些負載的有機沉積物中繁殖，并且這種 微生物的有毒副產(chǎn)物可能成為問題。不考慮殘余消毒劑的水平，已經(jīng)證明隱藏在負載的有 機沉積物中的微生物周期性地脫落并重新夾帶進入流動的水中，從而污染其他體系并將易 患病用水戶暴露于來自飲用水系統(tǒng)(例如，在被這些用戶占用的建筑物中）的生物危害。
[0005] 許多用戶熟悉無機"污垢"，如出現(xiàn)在茶壺中伴隨著煮沸的硬水的污垢。這種熟悉 的白色沉淀主要是碳酸鈣，由于鹽的溶解度與溫度逆相關(guān)：當溫度升高時，鹽沉淀，使得其 沉淀在茶壺的濕潤面。然而，在飲用水系統(tǒng)中，結(jié)垢過程更加復雜且水不沸騰(應當注意， 沸水對水中的有機化合物具有非常破壞性的影響)。由于水中的有機物質(zhì)易于附著至表面， 使得飲用水系統(tǒng)中的沉積物通常不僅限于碳酸鈣或其他無機物質(zhì)。由于吸附是熱力學有利 的，使得來自本體飲用水的天然有機化合物積聚在表面上。因此，飲用水分配系統(tǒng)中表面上 的沉積物包括有機化合物與無機化合物的結(jié)合。存在的有機物質(zhì)給出了基本上不同于無機 污垢沉積物的飲用水系統(tǒng)中的表面沉積物特性(例如，如可以在茶壺的濕潤面上觀察到)。
[0006] 初步消毒劑如氯氣和液體漂白劑具有非常有限的控制飲用水系統(tǒng)中由有機和無 機組分組成的沉積物的能力。相反地，由于已經(jīng)觀察到高濃度促進管道中的結(jié)垢，使得通常 避免水分配系統(tǒng)中高濃度的液體漂白劑。
[0007] 為了降低水分配系統(tǒng)表面上的積聚沉積物，已經(jīng)開發(fā)了包含混合氧化劑或補充氧 化劑(也稱作"活化的次氯酸鈉"）如RE-Ox' K S垢控制添加劑的液相組合物。如在美國專 利號US8, 366, 939 (其通常指定本申請的相同的受讓人，并且在此通過引用合并在本文中） 所公開的，可以通過使鹽水溶液流經(jīng)包括中心陽極、圍繞中心陽極的隔膜、和圍繞隔膜的外 部陰極的至少一種流動電極模塊生產(chǎn)包含補充氧化劑的液體，其中，至少部分溶液連續(xù)流 經(jīng)設置在隔膜和外部陰極之間的外部通道，然后，流經(jīng)設置在中心陽極和隔膜之間的內(nèi)部 通道，同時將電能施加在陽極和陰極之間以電解所述溶液，以生產(chǎn)期望地具有約5至約7. 5 范圍內(nèi)的pH的液體(該專利也將產(chǎn)物描述為具有"中性pH")?？梢栽诘蜐舛?例如，從lppb 至lOOppb)下將生成的組合物提供給水分配系統(tǒng)以促進污垢控制、降低需氯量、以及降低消 毒副產(chǎn)物。
[0008] 美國專利號US8, 366, 939認為在提供活化的次氯酸鈉中大量關(guān)注的是貯存期限， 指出當脫除氯氣時引起分解，從而降低pH并降低含氯量。結(jié)果，包含補充氧化劑的液體組 合物的一些生產(chǎn)者已經(jīng)報道了僅2周的貯存期限，然而美國專利號US8, 366, 939中描述的 方法可以產(chǎn)生3個月以上的稍微更長的有效貯存期限。公認混合氧化劑溶液具有比較短的 貯存期限，某些制造商生產(chǎn)用于通過電解由水和鹽生產(chǎn)的鹽水溶液現(xiàn)場（on-site)生產(chǎn)混 合氧化劑的系統(tǒng)。
[0009] 將期望提供適用于具有增強的有效性結(jié)合延長的有效貯存期限的水分配系統(tǒng)的 污垢控制和水處理組合物（以提供如降低裝運重量、降低貯存容量、以及減小尺寸和降低定 量加料設備如泵和閥的成本的優(yōu)點)，然而，應當理解，增加含氯物質(zhì)的濃度易于導致更快 的分解速率（以及更快的活性成分濃度的損失)，從而抑制同時滿足上述標準的能力。
[0010] 在此，公開了解決與常規(guī)組合物和方法相關(guān)的局限性的多種組合物和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的各種方面涉及生產(chǎn)和使用與現(xiàn)有溶液相比表現(xiàn)出增強的有效性和增強 的穩(wěn)定性的混合氧化劑溶液，生成的混合氧化劑溶液尤其可用于水處理(例如，用于初步消 毒或二次消毒）和/或可用于降低水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的沉積物。
[0012] 在一個方面，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)混合氧化劑溶液的方法，該混合氧化劑溶液包 括來自包含鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種的初始溶液的多種不同氧化劑，所述方 法包括：使至少一種初始溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一通道和第二通道的至少一 個流通電化學模塊，同時將電能施加在（i)與第一通道電連通的陽極和（i i)與第二通道電 連通的陰極之間，其中，至少一種初始溶液的第一溶液或第一部分流經(jīng)第一通道以形成具 有酸性pH的陽極電解液溶液，并且同時至少一種初始溶液的第二溶液或第二部分流經(jīng)第 二通道以形成具有堿性pH的陰極電解液溶液；以及使陽極電解液溶液與氫氧化物溶液接 觸以獲得至少約9. 0的pH值(或另一個期望的pH值，如優(yōu)選至少約10. 0、優(yōu)選至少約11. 0、 優(yōu)選至少約12. 0、或優(yōu)選至少約13. 0)以產(chǎn)生所述混合氧化劑溶液。在某些實施方式中，可 以將混合氧化劑溶液封裝在至少一個容器中，并且運送至與水分配系統(tǒng)或水再循環(huán)系統(tǒng)有 關(guān)的處理設備。
[0013] 在另一個方面，本發(fā)明涉及由包括上述生產(chǎn)方法的步驟的方法生產(chǎn)的混合氧化劑 溶液。
[0014] 在另一個方面，本發(fā)明涉及用于促進消毒和降低水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中沉積物 的方法，所述方法包括將有效量的由包括上述生產(chǎn)方法的步驟的方法生產(chǎn)的混合氧化劑溶 液(包括多種不同氧化劑）提供給水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)。在某些實施方式中，相對于在 提供混合氧化劑溶液步驟之前存在于水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水，將混合氧化劑溶液提 供給水分配或再循環(huán)系統(tǒng)足以將水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的氧化劑濃度增加 0. 2ppm至 0. 6ppm。在某些實施方式中，相對于在提供混合氧化劑溶液步驟之前存在于水分配或水再 循環(huán)系統(tǒng)中的水，將混合氧化劑溶液提供給水分配或再循環(huán)系統(tǒng)足以將水分配或水再循環(huán) 系統(tǒng)中的氧化劑濃度增加 lppb至lOOppb。
[0015] 在另一個方面，為了附加的優(yōu)點，上述任何方面、和/或如在本文中所描述的各種 單獨方面和特征可以結(jié)合在一起。除非在本文中表明相反，如在本文中所公開的各種特征 和要素中的任何一個可以與公開的一個或多個其他特征和要素相結(jié)合。
[0016] 從隨后的公開和附加的權(quán)利要求中將會更加充分地明白本發(fā)明的其他方面、特征 和實施方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是示出了包括在制備和/或使用根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液中的多個步驟 的流程圖。
[0018] 圖2是包括由離子滲透膜隔開并設置為通過電解鹽水溶液生產(chǎn)單獨的陽極電解 液和陰極電解液液流的流體室的流通電化學模塊的簡化示意截面視圖。
[0019] 圖3是示出了包括流通電化學模塊和相關(guān)元件的混合氧化劑溶液生產(chǎn)系統(tǒng)的布 置的示意圖。
[0020] 圖4是示例性流通電化學模塊的截面視圖。
[0021] 圖5是示出了接收來自圖3的混合氧化劑溶液生產(chǎn)系統(tǒng)的輸出流的輸出子系統(tǒng)的 部件的示意圖。
[0022] 圖6是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的第一水分配系統(tǒng)的部 件的示意圖。
[0023] 圖7是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的第二水分配系統(tǒng)的部 件的示意圖。
[0024] 圖8是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的水再循環(huán)系統(tǒng)的部件 的示意圖。
[0025] 圖9是描繪了使用圖3的系統(tǒng)生產(chǎn)的混合氧化劑溶液的總氯（ppm)對時間(天）的 折線圖。
[0026] 圖10是概括以下五種產(chǎn)品的包括總氯、ph、氧化-還原電位、電導率、鈉離子濃度、 氯離子濃度、和鈉/氯離子比率的特征的表：（1) 12. 5%的次氯酸鹽漂白劑、（2) 6%的次氯 酸鹽漂白劑、（3) C leari tasu混合氧化劑溶液、（4) Mi ox?混合氧化劑溶液、和（5)根據(jù)本發(fā) 明的(新型）穩(wěn)定混合氧化劑溶液。

【具體實施方式】
[0027] 在此，描述了用于制備和使用與現(xiàn)有溶液相比表現(xiàn)出增強的有效性和增強的穩(wěn)定 性的新型混合氧化劑溶液的方法，所述新型混合氧化劑溶液尤其可用于水處理和/或降 低水分配和/或水再循環(huán)系統(tǒng)中的沉積物。與由在流通陰極室電解鹽水溶液，隨后在流 通陽極室電解陰極電解液溶液獲得的現(xiàn)有溶液(例如，美國專利號US8, 366, 939中描述的 RE-Ox?彳七學溶液和藍色地球?qū)嶒炇遥˙lue Earth Labs, LLC, Las Vegas, Nevada, US)商 品化的Qearitas?混合氧化劑溶液）相反，在此描述的各種新型混合氧化劑溶液有利地包 含通過使至少一種初始溶液（即，包含鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種）流經(jīng)沒有之 前或隨后通過陰極室運送的陽極室生產(chǎn)的陽極電解液溶液，其中，將生成的陽極電解液溶 液立即用氫氧化物溶液處理以獲得具有堿性pH、優(yōu)選具有至少約9. 0、至少約9. 5、至少約 10. 0、至少約10. 5、至少約11. 0、至少約11. 5、至少約12. 0、至少約12. 5、或至少約13. 0的 pH值的混合氧化劑溶液以生產(chǎn)所述混合氧化劑溶液。甚至在高濃度混合氧化劑的存在下， 也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)增大生成的混合氧化劑溶液的pH顯著提高了溶液的有效貯存期限。穩(wěn)定的混 合氧化劑溶液可以集中生產(chǎn)、封裝、并遞送至用戶，而沒有必要鄰近使用時制造所述溶液。
[0028] 某些實施方式涉及用于生產(chǎn)混合氧化劑溶液的方法，該混合氧化劑溶液包括來自 包含鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種的初始溶液的多種不同氧化劑，所述方法包 括：使至少一種初始溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一通道和第二通道的至少一個流 通電化學模塊，同時將電能施加在（i)與第一通道電連通的陽極和（ii)與第二通道電連通 的陰極之間，其中，至少一種初始溶液的第一溶液或第一部分流經(jīng)第一通道以形成具有酸 性pH的陽極電解液溶液，并且同時至少一種初始溶液的第二溶液或第二部分流經(jīng)第二通 道以形成具有堿性pH的陰極電解液溶液；以及使陽極電解液溶液與氫氧化物溶液接觸以 獲得至少約9. 0的pH值(或另一個期望的pH值如優(yōu)選至少約10. 0、優(yōu)選至少約11. 0、優(yōu)選 至少約12. 0、或優(yōu)選至少約13. 0)以產(chǎn)生所述混合氧化劑溶液。
[0029] 在某些實施方式中，至少一種初始溶液包含鹽水。在某些實施方式中，至少一種初 始溶液包括次氯酸和次氯酸鈉中的至少一種。
[0030] 在某些實施方式中，優(yōu)選在通過使陰極電解液溶液與酸接觸而部分或完全中和之 后，廢棄由至少一個流通電化學模塊生產(chǎn)的陰極電解液溶液。
[0031] 在某些實施方式中，至少一個流通電化學模塊包括中心設置的陽極、圍繞陽極的 隔膜、圍繞隔膜的陰極、包括設置在陽極和隔膜之間的內(nèi)部通道的第一通道、以及包括設置 在隔膜和陰極之間的外部通道的第二通道?？梢允褂镁哂胁煌瑤缀涡螤詈蜆?gòu)造的電化學模 塊。
[0032] 在某些實施方式中，可以將混合氧化劑溶液封裝在至少一個容器中，并且可以將 所述容器運送至與所述水分配系統(tǒng)或水再循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)的處理設備。
[0033] 在某些實施方式中，選擇至少一種初始溶液的特征、至少一種初始溶液的流速、至 少一個流通電化學模塊的構(gòu)造材料、至少一個電化學模塊的尺寸、至少一個流通電化學模 塊的數(shù)目、至少一個電化學模塊的結(jié)構(gòu)、以及所施加的電能的場密度以產(chǎn)生具有期望性能 的混合氧化劑溶液。這種性能可以包括以下各項中的一種或多種：500mV至900mV范圍內(nèi) (或600mV至900mV范圍內(nèi)、或600mV至800mV范圍內(nèi)）的氧化-還原電位（ORP)值；至少 約1.5的Na+ (g/L，根據(jù)方法EPA300.0)與Cl- (g/L，根據(jù)方法EPA6010)的比率；以及至 少約lOOOppm、至少約3000ppm、至少約5000ppm、約l，000ppm至約3,500ppm范圍內(nèi)、或約 l，000ppm至約6,000ppm范圍內(nèi)的總氯值。在某些實施方式中，0RP、Na+:Cl_、以及總C1的 上述范圍中的多個值(例如，一個值用于0RP、另一個值用于Na+:Cr、和/或另一個值用于總 C1)可以存在于相同的混合氧化劑溶液中。
[0034] 在某些實施方式中，用于促進消毒和降低水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的沉積物的方 法，所述方法包括將有效量的穩(wěn)定混合氧化劑溶液（即，根據(jù)本文中公開的方法生產(chǎn)）提供 給水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)。
[0035] 在某些實施方式中，可以以足夠的量提供穩(wěn)定的混合氧化劑溶液以提供初步消毒 和污垢控制效用。在某些實施方式中，相對于在提供混合氧化劑溶液步驟之前存在于水分 配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水，將混合氧化劑溶液提供給水分配或再循環(huán)系統(tǒng)以足以將水分 配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的氧化劑濃度（即，總氧化劑濃度，其可以通過測得的總氯近似）增加 0. 2ppm至0. 6ppm。這種氧化劑濃度值足以提供初步的消毒效用而不需要存在任何其他初 步消毒劑，使得在提供混合氧化劑溶液的步驟之前存在于水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水可 以避免使用初步消毒劑。
[0036] 在其他實施方式中，可以以足夠量提供穩(wěn)定的混合氧化劑溶液以提供污垢控制效 用和次級消毒效用。在某些實施方式中，相對于在提供混合氧化劑溶液步驟之前存在于水 分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水，將混合氧化劑溶液提供給水分配或再循環(huán)系統(tǒng)足以將水分配 或水再循環(huán)系統(tǒng)中的氧化劑濃度增加 lppb至lOOppb(或lppb至50ppb)。這種氧化劑濃度 值足以提供污垢控制效用和次級消毒效用，但是在提供混合氧化劑溶液的步驟之前存在于 這種系統(tǒng)中的水可以可選地包括初步消毒劑。當將穩(wěn)定的混合氧化劑溶液提供給水分配或 水處理系統(tǒng)以產(chǎn)生lppb至lOOppb (或lppb至50ppb)的混合氧化劑濃度時，生成的混合氧 化劑濃度非常低(將低于具有顯著抗菌效果的濃度)，但是仍然有效地降低需氯量、降低消 毒副產(chǎn)物(例如，THM和HAA5)、以及控制沉積物。在這種十億分之幾范圍內(nèi)的水平下，存在 于穩(wěn)定的混合氧化劑溶液中的氧化劑有效氧化某些沉積物組分(例如，有機和無機化合物） 以促進它們的去除。
[0037] 除了上述益處之外，本文中所公開的穩(wěn)定的混合氧化劑溶液，在一些足以消除離 子交換水軟化需要的實例中還可用于提供水軟化效用。
[0038] 在此，公開的穩(wěn)定氧化劑溶液可以加入至多種水分配、水再循環(huán)、和/或水處理系 統(tǒng)。在某些實施方式中，水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)可以包括建筑物(包括，但不限于醫(yī)療保健 設施如醫(yī)院、食物或飲料加工設施、或工業(yè)生產(chǎn)設施）中的水線路。在某些實施方式中，水 分配系統(tǒng)可以包括設置以將飲用水提供給多個不同用戶的水利用設施的市政或社區(qū)飲用 水分配系統(tǒng)。在某些實施方式中，水分配系統(tǒng)可以包括用于人類或動物的飲用水分配系統(tǒng)。 在某些實施方式中，水分配系統(tǒng)可以包括農(nóng)業(yè)用水分配系統(tǒng)。在某些實施方式中，水分配或 水再循環(huán)系統(tǒng)可以包括水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)或水耕食物生產(chǎn)系統(tǒng)。在某些實施方式中，水分配或 水再循環(huán)系統(tǒng)可以包括冷卻水系統(tǒng)如可以包括一個或多個冷卻塔或其他熱交換器裝置。在 某些實施方式中，水處理或水再循環(huán)系統(tǒng)可以包括廢水系統(tǒng)。
[0039] 在此描述的新型混合氧化劑溶液可以在正常操作同時保持水質(zhì)的過程中有利地 用于降低形成、和/或去除流體管道(例如，管）的污垢和生物膜沉積物和其他濕潤面。這 種混合氧化劑溶液容易滲透無機沉積物以及有機沉積物/生物膜以分解和去除同時保留 這種沉積物和膜的有機'膠'。如在本文中描述的混合氧化劑溶液可以有利地用于多數(shù)水分 配和水循環(huán)環(huán)境，如(但不限于）人類飲用水、動物飲用水、食品加工、農(nóng)業(yè)(包括水耕食物生 產(chǎn))、水產(chǎn)養(yǎng)殖(包括魚或貝類收獲)、工業(yè)用水(包括冷卻塔)、以及醫(yī)療保健(例如，醫(yī)院和類 似設施)。如在本文中描述的，穩(wěn)定的混合氧化劑溶液的顯著好處是能夠消除持續(xù)的病原體 如水分配系統(tǒng)中的軍團菌屬細菌。
[0040] 如在圖1中示出的，用于生產(chǎn)、運送、和/或使用穩(wěn)定混合氧化劑溶液的系統(tǒng)100 可以包括多個步驟如：初始溶液生產(chǎn)102、初始溶液供應104、電化學處理106、廢棄物處理 108 (例如，如適用于陰極電解液流)、穩(wěn)定作用110 (例如，如適用于陽極電解液流)、輸出/ 儲存112、運輸114、和使用116。在某些實施方式中，可以除去上述步驟中的一個或多個，可 以合并兩個或多個步驟，和/或可以加入一個或多個另外的步驟。
[0041] 初始溶液生產(chǎn)步驟102可以包括生成一種或多種初始溶液或它們的前體。初始溶 液供應步驟104可以包括混合和/或稀釋初始溶液前體，并將獲得的一種或多種初始溶液 提供給電化學處理步驟106。廢棄物處理步驟108可以包括中和由電化學處理步驟106產(chǎn) 生的堿性陰極電解液流。穩(wěn)定作用步驟110可以包括升高由電化學處理步驟106產(chǎn)生的酸 性陽極電解液流的pH。輸出/儲存步驟112可以包括排出、儲存、和/或和封裝穩(wěn)定的混 合氧化劑溶液。運輸步驟114可以包括將穩(wěn)定的混合氧化劑溶液運輸至使用點。使用步驟 116可以包括將穩(wěn)定的混合氧化劑溶液施加至流體系統(tǒng)(例如，鄰近使用時的水分配和/或 再循環(huán)系統(tǒng))。
[0042] 在某些實施方式中，可以在最低限度調(diào)節(jié)（conditioned)或未調(diào)節(jié)的環(huán)境溫度(約 75° F.，+/-25° F.)下進行穩(wěn)定的混合氧化劑溶液的生產(chǎn)。在其他實施方式中，一個或多 個步驟(例如，電化學處理106、穩(wěn)定作用110、輸出/儲存112、運輸114、和/或使用）可以 在空調(diào)或其他冰冷環(huán)境下進行。
[0043] 據(jù)信，在流通電化學模塊內(nèi)部進行兩步氧化過程。例如，如果將NaCl (鹽水）溶液 注入流通電化學模塊，認為氯離子進行初始的氧化步驟(例如，以形成次氯酸和/或次氯酸 鈉)，并且認為從初始氧化步驟獲得的分子進一步氧化以生成研究中的最終分子。因此，除 了或代替鹽水，如果初始溶液包括次氯酸和/或次氯酸鈉，則可以增加研究中的最終分子 的濃度。
[0044] 至少部分由于氯是強氧化劑且干擾測量的事實，使得用于確定和/或量化包含在 根據(jù)本文中公開的方法生產(chǎn)的穩(wěn)定的混合氧化劑溶液中的特定氧化劑的傳統(tǒng)方法還沒有 成功。相對于由如在本文中公開的流通電化學模塊生成的兩種液流，認為陽極電解液流包 括以下各項中的兩種或多種：H0C1、C10 2、03、Cl2、02、0H°、和/或0H* (如可以在進行穩(wěn)定步 驟時，用氫氧化物(例如，NaOH)補充)，并且認為陰極電解液流包括以下各項中的兩種或多 種：NaOCl、NaOH、H 2、和 H202。
[0045] 初始溶液生產(chǎn)步驟102包括生成包括鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種的 溶液。如果初始溶液包括鹽水，這種鹽水可以通過將水和任何合適的一種或多種類型的鹽 混合，使得鹽溶解在水中。在一個實施方式中，這種鹽可以由99. 9%的純食品高級Mortonκ 牌氯化鈉（NaCl)組成，或包括99. 9%的純食品高級Mortonκ牌氯化鈉 （NaCl )。在其他實施 方式中，可以替換各種其他類型、品牌、和等級的鹽。在某些實施方式中，可以用溴化鈉、氯 化鉀、碘化鉀、和氯化鈣中的一種或多種替換或補充氯化鈉。在某些實施方式中，由于與帶 單個電荷的鈉離子相比，溶解的鈣離子帶雙倍的電荷，使得氯化鈣（CaCl 2)替換一些或所有 氯化鈉（NaCl)可以是有利的。
[0046] 在某些實施方式中，用于制備鹽水的水可以包括市政自來水；在其他實施方式中， 可以使用高礦化、低礦化、氯化、和/或氯胺水。在某些實施方式中，如用電導計測定的鹽水 溶液的電導率可以在5-50毫西門子的范圍內(nèi)。在某些實施方式中，在生成之后，鹽水溶液 可以經(jīng)過一個或多個過濾步驟(例如，通過使鹽水流經(jīng)濾網(wǎng)、沙濾床、擴散床、和/或其他過 濾介質(zhì))。關(guān)于生成鹽水溶液的另外的細節(jié)提供在美國專利號US8, 366, 939中。
[0047] 在某些實施方式中，初始溶液可以包括次氯酸和次氯酸鈉中的至少一種，連同水 和/或鹽水。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知用于生產(chǎn)次氯酸和次氯酸鈉的多種方法。在某些實施方 式中，可以在相同的設備中和/或以將這種組合物進料至電化學處理步驟106的基本連續(xù) 工藝（即，不需要中間儲存和/或運輸)制備次氯酸和/或次氯酸鈉。在其他實施方式中，可 以在不同的設備中和/或以相對于電化學處理步驟106而言的基本間歇工藝生產(chǎn)次氯酸和 /或次氯酸鈉，借此在將這種組合物進料至電化學處理步驟106之前，次氯酸和/或次氯酸 鈉可以裝運至設備和/或儲存在設備中。
[0048] 初始溶液供應步驟104可以包括混合和/或稀釋初始溶液組分。在某些實施方式 中，初始溶液生成步驟102可以包括生成用水和/或鹽水進行稀釋的濃縮前體溶液。在某些 實施方式中，可以用水和/或鹽水將次氯酸和/或次氯酸鈉混合以形成初始溶液。在某些實 施方式中，可以通過添加至少一種酸或堿調(diào)節(jié)初始溶液的pH(例如，升高或降低)。用于加入 初始溶液的合適的酸可以包括HC1，并且用于加入初始溶液的合適的堿可以包括NaOH?？?以控制響應于一種或多種傳感器如pH傳感器、電導率傳感器、和/或設置以感測含氯量的 一個或多個傳感器的混合和/或稀釋初始溶液的組分。
[0049] 在某些實施方式中，可以形成初始溶液并將其以基本上連續(xù)工藝(例如，具有最小 或沒有中間儲存)進料至流通電化學處理步驟106。在其他實施方式中，可以將一個或多個 貯存槽設置在電化學處理步驟106的上游以儲存初始溶液。
[0050] 初始溶液供應步驟104優(yōu)選地包括如用至少一種泵或其他合適的裝置加壓初始 溶液。在電化學處理步驟106中，氧化和/或還原反應可以包括生產(chǎn)氣態(tài)副產(chǎn)品（例如，如 氫氣、氧氣、氯氣、和/或其他氧化物質(zhì)的副產(chǎn)品)。在低壓條件下，這些氣態(tài)分子可以作為 可以干擾流體流經(jīng)氣流通道和/或接觸流通電化學處理裝置內(nèi)部的一個或多個電極的氣 泡出現(xiàn)，并且因此干擾電子流動和氧化還原反應。在某些實施方式中，將初始溶液加壓至超 過在流通電化學處理裝置和相關(guān)下游裝置中進行生成的至少一種氣體的分壓的水平（并且 更加優(yōu)選超過所有氣體的分壓)，從而抑制氣泡形成。分壓優(yōu)選超過如在本文中描述的流通 電化學處理裝置中的氫氣、氧氣、氯氣中的至少一種。還可以調(diào)節(jié)流通電化學處理裝置內(nèi)部 的壓力（例如，使用壓力調(diào)節(jié)器或其他壓力調(diào)節(jié)元件）至適當水平以調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部的反應動 力學。在初始溶液到達壓力調(diào)節(jié)器之前，旁通管可以可選地用于幫助調(diào)節(jié)壓力。
[0051] 在某些實施方式中，可以在初始溶液供應步驟104和/或電化學處理步驟106中 調(diào)節(jié)初始溶液的溫度以增強反應動力學。例如，可以調(diào)節(jié)(例如，升高)初始溶液的溫度和/ 或流通電化學處理裝置中的溫度以增強特定氧化反應的可能性，并且增加研究中的一種或 多種期望分子的濃度。
[0052] 在電化學處理步驟106中，至少一種初始溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一 通道和第二通道電化學模塊，同時將電能施加在（i )與第一通道電連通的陽極和（i i )與第 二通道電連通的陰極之間。在某些實施方式中，流經(jīng)第一通道和第二通道的初始溶液的組 成和濃度可以基本上相同（例如，具有流經(jīng)第一通道的初始溶液的第一部分，以及流經(jīng)第一 通道的初始溶液的第二部分(其中，在第一通道和第二通道之間流速可以基本相同或可以 基本不同））。在其他實施方式中，第一通道和第二通道之間，初始溶液的組成和濃度中的 至少一個參數(shù)可以不同（例如，第一初始溶液流經(jīng)第一通道，并且第二初始溶液流經(jīng)第二通 道)，其中在第一通道和第二通道之間流速可以基本上相同或可以基本上不同。在某些實施 方式中，流經(jīng)陽極室的初始溶液比流經(jīng)陰極室的流速較慢以允許陽極室中初始溶液（電解 質(zhì)）的較長的停留時間以及允許增加的氧化反應數(shù)。
[0053] 在某些實施方式中，如在本文中描述的多個流通電化學模塊可以流體并聯(lián)操作。
[0054] 在某些實施方式中，如在本文中描述的多個流通電化學模塊可以流體串聯(lián)操作， 由第一模塊產(chǎn)生的陽極電解液溶液用作至少一種下游模塊的至少陽極室的初始溶液，以促 進氧化反應數(shù)的升1?。
[0055] 在又進一步的實施方式中，如在本文中描述的多個流通電化學模塊可以流體 串-并聯(lián)操作。例如，兩個或多個模塊的組可以流體串聯(lián)設置，并且復聯(lián)組可以進一步地流 體并聯(lián)設置。
[0056] 流通電化學模塊225的簡化示意截面視圖顯示在圖2中。模塊包括含有陽極230 的第一流通室236、含有陰極234的第二流通室、以及設置在第一室236和第二室238之間 的隔膜(例如，離子滲透膜)232。陽極230和陰極234分別與端部215A、215B電連通。在操 作中，通過第一室入口 221A，將第一初始溶液或第一初始溶液部分提供給第一室236,并且 通過第二室入口 223A將第二初始溶液或第二初始溶液部分提供給第二室234。通過在陽極 230和陰極234之間提供電能以電解第一室236和第二室238的內(nèi)含物以產(chǎn)生通過第一室 出口 221B離開第一室236的陽極電解液溶液，并且產(chǎn)生通過第二室出口 223B離開第二室 238的陰極電解液溶液。
[0057] 在某些實施方式中，陽極230可以由用包括銥、銣、釕、和錫的材料涂布的鈦形成。 在一個實施方式中，涂覆材料包括48%-24%的銥含量、40%-54%的錫含量、8%-15%的釕含量、 和4%-7%的銣含量。在其他實施方式中，陽極包括鉬和銥涂層。根據(jù)電導率、耐用性、和成 本因素，可以改變陽極的組成。在某些實施方式中，可以使用由西門子（Siements)提供的 涂層材料。
[0058] 在某些實施方式中，隔膜232可以包括陶瓷材料(例如，包含但不限于玻璃結(jié)合的 陶瓷材料)。在某些實施方式中，隔膜232可以包括氧化鋁。在其他實施方式中，隔膜可以 包括氧化鋁和氧化鋯材料的混合物。根據(jù)因素如孔隙率、絕緣特性、耐用性、和成本，多種材 料也可以用于隔膜232。
[0059] 在某些實施方式中，陰極234可以包括鈦。在其他實施方式中，陰極234可以包括 不同的材料。根據(jù)電導率、耐用性、和成本因素，可以改變陰極的組成。
[0060] 可以改變陽極230、陰極234、隔膜232、和室236、室238的幾何形狀和尺寸以提供 期望的性能特征。在某些實施方式中，陽極、隔膜、和陰極元件通常可以設置為平板。在其 他實施方式中，陽極、隔膜、和陰極元件可以同中心地設置在通常的圓柱形裝置(例如，如由 俄國莫斯科VIIIMTInstitute獲得的反應單元)中。在某些實施方式中，可以調(diào)節(jié)流通室的 長度(例如，加長）和/或可以調(diào)節(jié)流體流動速度(例如，降低）以增加初始溶液在室中的停 留時間以增加溶液中的離子與電極（陽極或陰極）表面接觸的可能性用于一次、兩次、或三 次或更多次氧化。還可以通過改變幾何形狀、尺寸、和/或表面特性(例如，結(jié)構(gòu)）調(diào)節(jié)陽極 和陰極表面區(qū)域以提高離子氧化一次、兩次、或三次或更多次的可能性。
[0061] 在某些實施方式中，可以調(diào)節(jié)電源組分和/或電極材料以使得能夠增大提供給流 通電化學模塊的功率。在電化學單元中，氧化事件的數(shù)目將與施加的電壓有關(guān)（以克服給出 的分子或原子的電化學勢）和通過電池的安培數(shù)(更多電子能夠流經(jīng)該單元并進行氧化還 原反應)。給出的氧化/還原反應將基于溶解分子/原子與給出的電極表面之間的交互作 用的數(shù)目和來自電源的電子的可用性(安培數(shù))。
[0062] 示例性流通電化學模塊325示出在圖4中。模塊325包括中心陽極330。具有環(huán) 形的隔膜332 (例如，陶瓷隔膜）圍繞陽極330。在隔膜332以外，并且形成為電化學模塊 325的外部部分的是外部陰極334。中心陽極330的長度可以大于外部陰極334,并且隔膜 332也可以長于外部陰極334。第一（內(nèi)部)通道336設置在中心陽極330和隔膜332之間。 第二(外部）外部通道338設置在隔膜332和外部陰極334之間。
[0063] 在模塊325的末端是內(nèi)部集電極322A、322B和外部集電極324A、324B，如可以由聚 四氟乙烯材料或另外的氟化聚合物材料形成，或可以由具有加入的阻氧化劑材料的聚乙烯 形成。上游內(nèi)部集電極322A從入口 321A接收初始溶液并通向?qū)㈥枠O電解液溶液提供給下 游內(nèi)部集電極322B和出口 321B的第一（內(nèi)部）通道336。以相應的方式，上游外部集電極 324A接收來自入口 323A的初始溶液并通向?qū)㈥帢O電解液溶液提供給下游外部集電極324B 和出口 323B的第二（外部）通道338。在一個實施方式中，每個端口 321A、321B、323A、323B 可以具有內(nèi)螺紋1/8英寸美國國家標準管螺紋裝配；在其他實施方式中，可以使用的裝配 包括但不限于軟管倒鉤配件的其他尺寸和/或類型。
[0064] 圖3是示出了包括多個流通電化學模塊325A-325B (每個都是根據(jù)圖4中示出的 模塊325)和相關(guān)部件的混合氧化劑溶液生產(chǎn)系統(tǒng)300的布置的示意圖。系統(tǒng)300可以運 行以進行電化學處理106、廢棄物處理108、和如圖1中描述的穩(wěn)定作用110的步驟。至少 一種初始溶液源301 (其可以包括壓力調(diào)節(jié)物(未顯示)）通過設置以為初始溶液供應匯管 307、309和入口管31U313A提供一種或多種初始溶液的至少一個進料閥302提供初始溶 液。設置第一入口管311以將初始溶液提供給流通陽極室336,并且設置第二入口管以將初 始溶液提供給流通陰極室338,其中，陽極室和陰極室由隔膜332隔開。設置電源308以通 過設置以在與陽極室336電連通的陽極和與陰極室338電連通的陰極之間施加電壓的端部 315、316提供直流電（DC)以電解存在于流通電化學模塊325中的電解初始溶液。由陰極室 338產(chǎn)生的陰極電解液溶液流至出口管313B、陰極電解液匯管319、和針形閥360用于隨后 的中和反應（即，通過降低pH)。由陽極室336產(chǎn)生的陽極電解液溶液流至出口管311B、陽極 電解液匯管317、和三通閥340以用于隨后的穩(wěn)定作用（S卩，通過升高pH)。由每個模塊325 產(chǎn)生的陰極電解液溶液具有堿性pH (例如，通常為在9至12范圍內(nèi)的pH值)，并且由每個 模塊產(chǎn)生的陽極電解液溶液具有酸性pH (例如，通常為1至4范圍內(nèi)的pH值)。
[0065] 在一個實施方式中，可以使用10組的4個流通電化學模塊325 (如在圖4中示出 的)，總共為40個流通電化學模塊。每個反應單元325可以接收12伏特和10安培。在每 組內(nèi)，4個模塊325中的2個可以并聯(lián)地電連接，每組中的2個模塊與組中的4個中的另外 2個模塊串聯(lián)連接。圖3僅示出了 2個模塊325A-325B。在其他實施方式中，使用了包括電 學串聯(lián)或并聯(lián)運行的所有反應器模塊325的不同接線構(gòu)造。
[0066] 大量模塊325形成使得能夠大量生產(chǎn)混合氧化劑溶液的模塊存儲體。在一個實施 方式中，伴隨著這種數(shù)目的模塊325,使得進入模塊的初始溶液的壓力和總流量可以調(diào)節(jié)至 5-lOpsi和1-2加侖/分鐘?？梢栽黾踊驕p少使用的模塊的數(shù)目以滿足生產(chǎn)需要，可以根據(jù) 包括數(shù)目、尺寸、和模塊325構(gòu)造、至少一種初始溶液的特性、和生成的陽極電解液溶液的 期望特性的因素改變提供給模塊存儲體的初始溶液的壓力和/或流量。
[0067] 電源308可以包括線性未調(diào)節(jié)單元(例如，由Allen-Bradley生產(chǎn))、線性穩(wěn)壓電 源、或AC/DC/AC/DC開關(guān)式電源。還可以使用多個電源308。根據(jù)需要，還可以改變從電源 308至每個模塊325的電能。
[0068] 繼續(xù)提及圖3,來源于出口管313B、陰極電解液匯管319、和針形閥360的陰極電 解液流流經(jīng)pH計361、三通閥362、和流量傳感器364直至到達設置以接收來自酸源366和 酸流量控制閥368的酸流的廢棄物中和元件365。可以使用各種類型的酸，包括但不限于 鹽酸?？梢詫⑺崽峁┙o響應來自pH計361和流量傳感器364的信號的中和元件365 (其可 以包括混合器，如流通混合器)以中和或至少部分中和陰極電解液(例如，優(yōu)選至7至9范圍 內(nèi)、或更優(yōu)選在7至8的范圍內(nèi)的pH值）以允許處理中和陰極電解液產(chǎn)物(例如，通過將這 種產(chǎn)物直接引至下水道)。
[0069] 來源于出水管311B、陽極電解液匯管317、和三通閥340的陽極電解液流在流至輸 出步驟500之前，流過pH計341，隨后通過針形閥342、穩(wěn)定作用（例如，堿加入）元件344、 混合器349、另一個pH計351、和流量計354。設置穩(wěn)定作用元件344以從堿(例如，氫氧化 物)源346和堿流控制閥348接收堿流(優(yōu)選一種或多種氫氧化物，如但不限于氫氧化鈉、氫 氧化鉀等)?？梢詫A(例如，氫氧化物）提供給響應來自一個或兩個pH計341、351和流量 傳感器(未顯示)的信號的穩(wěn)定作用元件344以增加來自起始酸性值(例如，在2至約4的pH 范圍內(nèi)）的陽極電解液的pH以升高堿性范圍內(nèi)的pH值(優(yōu)選至少約9. 0、至少約9. 5、至少 約10. 0、至少約10. 5、至少約11. 0、至少約11. 5、至少約12. 0、至少約12. 5、或至少約13. 0 的pH值)以產(chǎn)生混合氧化劑溶液。pH穩(wěn)定步驟優(yōu)選在距離流通電化學模塊325很短距離的 下游處進行以允許在陽極電解液產(chǎn)生之后立即進行這種穩(wěn)定作用，從而抑制氯氣并最小化 陽極電解液溶液中混合氧化劑的分解。優(yōu)選地，在陽極電解液離開流通電化學模塊325之 后，在小于約5秒(更優(yōu)選在小于約3秒之內(nèi)）之內(nèi)在陽極電解液溶液上進行pH穩(wěn)定作用。
[0070] 圖9是描繪了使用圖3的系統(tǒng)生產(chǎn)的混合氧化劑溶液的總氯（ppm)對時間(天）的 折線圖。如在圖9中示出的，具有調(diào)節(jié)至值7. 73的pH的初始酸性陽極電解液溶液的含氯 量在8天內(nèi)從超過4500ppm的初始氯值迅速下降至約1300的值。增大陽極電解液溶液的 pH導致增強穩(wěn)定性，如在分別具有9. 1、10. 04、11. 05、和12. 09的pH值的pH改性的陽極電 解液溶液產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中所示的。在10. 04的pH值下，pH改性的陽極電解液溶液的總含氯 量在28天之后減小了小于約10% (從約4700ppm的初始值)。在11. 05的pH值下，pH改性 的陽極電解液溶液的總含氯量在28天后減小了小于約5%以下(從約4900ppm的初始值)。 在12. 09的pH值下，pH改性的陽極電解液溶液的總含氯量在28天之后仍為約5000ppm的 值，基本上未改變。因此，圖9示出了改變初始酸性陽極電解液的pH以升高pH(例如，至少 約9. 0、至少約10. 0、至少約11. 0、至少約12. 0、或另一個中間值或超過12. 0的值）有利地 改善混合氧化劑溶液中含氯物質(zhì)的穩(wěn)定性。
[0071] 回到圖3,系統(tǒng)300的各種元件可以通過控制器390自動操作和控制?？梢酝ㄟ^停 止生產(chǎn)混合氧化劑溶液并循環(huán)經(jīng)由再循環(huán)管道368、369和再循環(huán)元件370通過模塊的一種 或多種溶液，定期清潔流通電化學模塊325。在某些實施方式中，清洗可以包括三種循環(huán)： (a)預浸循環(huán)、（b)酸漂循環(huán)、和（c)最終的漂洗循環(huán)?？梢愿鶕?jù)任何合適的時間表如每小 時、每幾小時一次、每日一次、或任何其他合適的間隔進行清洗。增加清洗循環(huán)的頻率預期 提高生成的混合氧化劑溶液的質(zhì)量。預浸循環(huán)可以持續(xù)約80秒，隨后的酸漂循環(huán)(例如，使 用0. 1%至5%的鹽酸（HC1))可以持續(xù)約5分鐘，接下來在重新激活電源308用于繼續(xù)產(chǎn)生 穩(wěn)定的混合氧化劑溶液之前，將初始溶液循環(huán)約160秒。清洗循環(huán)的周期和持續(xù)時間可以 取決于因素如模塊尺寸、流量、清洗頻率、洗滌液濃度、和期望的結(jié)果。
[0072] 圖5是示出了設置以從圖3的生產(chǎn)系統(tǒng)300接收穩(wěn)定混合氧化劑溶液的輸出子系 統(tǒng)500的部件的示意圖。在流經(jīng)pH傳感器351和流量傳感器354之后，溶液可以流過排氣 管502以排出工藝過程中產(chǎn)生的任何氣體。隨后，穩(wěn)定混合氧化劑溶液350進入保溫槽510， 其中，其可以用于監(jiān)測質(zhì)量(例如，確認期望的pH值為至少約9. 0、至少約9. 5、至少約10. 0、 至少約10. 5、至少約11. 0、至少約11. 5、至少約12. 0、至少約12. 5、或至少約13. 0)。還可 以進行滴定(例如，使用Hach數(shù)字式滴定計法8209 (HachCo.，Loveland, C0))以測定總含 氯量，以優(yōu)選產(chǎn)生優(yōu)選至少約lOOOppm、或優(yōu)選至少約2000ppm、或優(yōu)選至少約3000ppm、或 優(yōu)選至少約4000ppm、或優(yōu)選至少約5000ppm的總氯值。在某些實施方式中，穩(wěn)定混合氧化 劑溶液的總氯值可以期望地在約1000ppm至約3500ppm的范圍內(nèi)。
[0073] 在某些實施方式中，可以將穩(wěn)定混合氧化劑溶液350用泵抽（使用泵515)至 隔離貯槽520,其中，隔離層522有助于保持溶液350的溫度一致。溶液的期望溫度在 50° F-80° F的范圍內(nèi)。混合氧化劑溶液350的分解取決于溫度和時間，在高溫下(并且尤 其是在陽光直射下）分解更快。降低溶液溫度可以增加貯存期限。離開流通電化學模塊的 陽極電解液溶液可以具有約100° F的溫度。據(jù)信，在穩(wěn)定化作用之后，立即冷卻混合氧化 劑溶液允許進一步增加貯存期限?？梢钥蛇x地冷卻貯槽520,如通過使用聚偏二氟乙烯和/ 或聚四氟乙烯材料構(gòu)造的氟塑料熱交換器。
[0074] 可以將穩(wěn)定混合氧化劑溶液從C槽520用泵抽(使用泵525)進合適的(例如，聚乙 烯）容器530如貨箱或桶。穩(wěn)定混合氧化劑溶液是稀釋氧化劑且可以隨著時間腐蝕。用于 封裝和處理這些溶液的合適的最佳材料包括氟塑料、PVC、和聚乙烯。
[0075] 接下來,封裝的穩(wěn)定混合氧化劑溶液350準備運輸540至用戶/使用點550。用戶 可以提供(例如，注射）穩(wěn)定混合氧化劑溶液至合適的鄰近使用如（但不限于）水處理、水分 配、和/或水再循環(huán)系統(tǒng)的管道或容器。用戶550能夠使用穩(wěn)定混合氧化劑溶液而不需要 現(xiàn)場生產(chǎn)具有維持和品質(zhì)控制附帶困難的混合氧化劑溶液。此外，由于穩(wěn)定混合氧化劑溶 液的延長的貯存期限，使得用戶在用戶場所對于儲存混合氧化劑溶液具有增加的靈活性， 減少了與廢棄或未使用的"終止"產(chǎn)品處理相關(guān)的擔憂。
[0076] 穩(wěn)定混合氧化劑溶液可以有利地降低、去除、或防止在這種系統(tǒng)中形成沉積物。這 種溶液阻止成核，成核是用于來自溶液的礦物質(zhì)直接在表面上結(jié)晶的關(guān)鍵要求。成核是污 垢、膜和其他沉積物的開始?，F(xiàn)有的礦物污垢不會持久，并且在沒有連續(xù)成核的情況下新的 污垢不會形成。穩(wěn)定混合氧化劑溶液破壞了水系統(tǒng)中礦物污垢和其他沉積物組分的附著機 理，并且致使改善使用產(chǎn)物維持的水質(zhì)。用穩(wěn)定混合氧化劑溶液處理的水可以用于不間斷 地消除整個水分配系統(tǒng)中的污垢和其他沉積物以便于操作，從而防止需要設備停止以進行 危險酸處理或管路移除和更換?？梢杂行У卦谒到y(tǒng)、設備、地板、壁、和排出管中除去沉積 物，借此金屬和塑性表面可以在微觀以及視覺水平上變得特別干凈。通過去除和防止污垢 和生物膜在管中的形成，降低了需氯量以便可以維持殘余物，從而提高水質(zhì)。
[0077] 如之前表明的，存在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的穩(wěn)定混合氧化劑溶液的許多用途。使用這 種溶液的示例性水分配和水再循環(huán)系統(tǒng)示出在圖6-8中。如先前所述，本文中所描述的穩(wěn) 定混合氧化劑組合物可以用于提供污垢控制應用以及初步消毒或二次消毒應用（根據(jù)濃 度)。盡管結(jié)合圖6-8所描述的系統(tǒng)主要涉及使用穩(wěn)定混合氧化劑組合物作為二次消毒劑 /污垢控制添加劑，然而應當理解，本文中公開的穩(wěn)定混合氧化劑組合物還可以用于使用加 入設備的常規(guī)消毒劑的初步消毒。
[0078] 圖6是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的第一水分配系統(tǒng)600 的部件的示意圖?？梢栽O置水源610以將水提供給設置以提供水至多個下游使用點 651A-651X的至少一個水分配元件650。初步消毒單元620、流量傳感器631、次級處理單 元640、和至少一個水質(zhì)傳感器633 (例如，pH傳感器、總氯傳感器、和/或其他類型的傳感 器）可以設置在水源610和分配元件650之間。次級處理單元640設置以接收從緊接通道 的貯存器或容器642和泵644流經(jīng)流量傳感器646的穩(wěn)定混合氧化劑溶液?？梢栽O置控制 器690以控制供應穩(wěn)定混合氧化劑溶液給響應流量傳感器631、646和至少一個水質(zhì)傳感器 633的次級處理單元640?？梢栽O置初步消毒單元620以將氯氣、液體漂白劑(次氯酸鹽)、 過氧化氫、和/或其他化學制品提供給來源于水源610的水。在一個實施方式中，次級處理 單元640設置在與至少一個分配元件650相同的設備681的內(nèi)部。在另一個實施方式中， 初步消毒單元620和次級處理單元設置在單獨的設備680的內(nèi)部。在某些實施方式中，可 以省去初步消毒單元620。在其他實施方式中，可以配置初步消毒單元620以提供穩(wěn)定混合 氧化劑組合物，并且可以省去次級處理單元640。
[0079] 在某些實施方式中，用于初步消毒和次級處理的組合物可以加入單獨處理單元的 水中。在某些實施方式中，用于初步消毒和次級處理的組合物可以在加入水之前彼此混合。 在一個實施方式中，穩(wěn)定混合氧化劑溶液可以共同注入和/或與至少一種液體漂白劑(次 氯酸鹽）和過氧化氫混合加入水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)。
[0080] 圖7是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的第二水分配系統(tǒng)700的 部件的示意圖，其中，穩(wěn)定混合氧化劑溶液可以共同注入和/或與初步消毒劑混合加入水 分配元件750的水上游。可以設置水源710以將水提供給設置以提供水至多個下游使用點 751A-75IX的至少一種水分配元件750。流量傳感器731、單獨處理單元730、和至少一個水 質(zhì)傳感器733 (例如，pH傳感器、總氯傳感器、和/或其他類型的傳感器）可以設置在水源 710和分配元件750之間。設置單獨處理單元730以接收從緊接通道的第一貯存器或容器 722和第一泵724流經(jīng)第一流量傳感器726的初步消毒劑，并且進一步設置以接收從緊接通 道的第二貯存器或容器742和第二泵744流經(jīng)第二流量傳感器746的穩(wěn)定的混合氧化劑溶 液。初步消毒劑和穩(wěn)定混合氧化劑溶液在進入處理單元730之前混合或共同注入處理單元 730 (其優(yōu)選包括流通混合器)。可以設置控制器790以控制供應初步消毒劑和穩(wěn)定混合氧 化劑溶液給響應流量傳感器731、726、746和至少一個水質(zhì)傳感器733的單獨處理單元730。
[0081] 圖8是示出了設置以接收根據(jù)本發(fā)明的混合氧化劑溶液的水再循環(huán)系統(tǒng)800的元 件的示意圖。可以設置水源811(例如，槽或貯存器)以將水提供給至少一個使用點860。初 步消毒單元820、流量傳感器831、次級處理單元840、和至少一個水質(zhì)傳感器833 (例如，pH 傳感器、總氯傳感器、和/或其他類型的傳感器)、以及泵859可以設置在水源811和使用點 860之間。在某些實施方式中，可以省去初步消毒單元820,而在其他實施方式中，可以配置 初步消毒單元820以提供穩(wěn)定混合氧化劑組合物，并且可以省去次級處理單元840。設置 次級處理單元840以接收從緊接通道的貯存器或容器842和泵844流經(jīng)流量傳感器846的 穩(wěn)定混合氧化劑溶液。可以設置控制器890以控制供應給響應于流量傳感器831、846和至 少一個水質(zhì)傳感器833的次級處理單元840的穩(wěn)定混合氧化劑溶液?？梢栽O置再循環(huán)管道 865以再循環(huán)至少部分來自使用點至水源811的水。根據(jù)需要，可以設置補充源（make-up source)810以提供補給水給水源811。在某些實施方式中，使用點可以包括水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)、 水耕食物生產(chǎn)系統(tǒng)、游泳池、冷卻水系統(tǒng)、或另一個農(nóng)業(yè)或工業(yè)用水再循環(huán)系統(tǒng)。
[0082] 圖10是概括以下五種產(chǎn)品的包括總氯、ph、氧化-還原電位（0RP)、電導率、鈉離子 濃度、氯離子濃度、和鈉/氯離子比率的特性的表：（1) 12. 5%的次氯酸鹽漂白劑、（2) 6%的 次氯酸鹽漂白劑、（3) Clearitas'K)混合氧化劑溶液、（4) Miox?混合氧化劑溶液、以及（5)根 據(jù)本發(fā)明的(新型）穩(wěn)定混合氧化劑溶液。五種組合物之間的各種差異清晰可見。
[0083] 相對于 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液，次氯酸鹽(液體漂白劑）組合物具有極其高 的總氯(例如，比 申請人:的穩(wěn)定的混合氧化劑溶液高37至90倍)、高pH、高電導率(例如，t匕 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液高7. 5倍)，但較低的0RP和較低的鈉/氯離子比的比率。應 當理解，次氯酸鹽(漂白劑）不包含顯著量的混合氧化劑。 申請人:已經(jīng)觀察到：與控制申請 人的穩(wěn)定混合氧化劑溶液的沉積物特征的高效能相比，次氯酸鹽(液體漂白劑）具有非常有 限的控制飲用水系統(tǒng)中由有機和無機組分組成的沉積物的能力。
[0084] 通過本發(fā)明的受讓人，Clearitas?'混合氧化劑溶液(之前作為RE-Ox?污垢控制 添加劑出售）已經(jīng)商品化多年。這種溶液基本上可以根據(jù)美國專利號US8, 366, 939中描述 的方法生產(chǎn)。相對于 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液，Clearitas?溶液具有顯著降低的總氯 (相對于 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液的1550ppm，為約600ppm)、顯著低的電導率、和顯著 低的pH (S卩，相對于17. 4為7. 86)，但升高的0RP和升高的鈉/氯離子比的比率。由本申 請的受讓人進行的測試證明：與使用高濃度的aearitasN#液相比， 申請人:的穩(wěn)定混合氧 化劑溶液較低的濃度提供可比性的污垢控制益處， 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液進一步表 現(xiàn)出顯著增加的有效貯存期限(例如，比Clearitas?溶液高約至少2-5倍)。
[0085] Miox?混合氧化劑溶液通常在鄰近使用時通過商購自Miox公司 (Albuquerque, New Mexico, USA)的現(xiàn)場混合氧化劑生產(chǎn)裝置的操作產(chǎn)生。將由Miox混合 氧化劑生產(chǎn)裝置(被認為使用根據(jù)美國專利號US5, 316, 740和US7, 922, 890中的至少一個 的生產(chǎn)方法）生產(chǎn)的混合氧化劑溶液的兩個月之久的冷藏樣品分析作為用于對比的基礎(chǔ)。 相對于 申請人:的穩(wěn)定混合氧化劑溶液，Miox?混合氧化劑溶液具有較高的總氯(相對于申 請人的穩(wěn)定混合氧化劑溶液的1550ppm，為約3780ppm)、較低的pH (相對于約10. 46,為約 9. 12)、較高的0RP、較高的電導率、以及類似的鈉/氯離子比率。沒有評價進行污垢控制中 的Miox?混合氧化劑溶液的有效性。
[0086] 本文中已經(jīng)公開了用于生產(chǎn)和使用相比于在此公開的現(xiàn)有溶液而言表現(xiàn)出增強 的有效性和增強的穩(wěn)定性的混合氧化劑溶液的新系統(tǒng)和方法，所述新系統(tǒng)和方法尤其用于 水處理(例如，初步消毒或二次消毒）和/或降低水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的沉積物。
[0087] 如在本文中公開的實施方式可以提供以下有益技術(shù)效果：包括供應初步消毒處理 或二次消毒處理和適用于具有增強的有效性(從而降低裝運重量、降低貯存容量、和減小尺 寸和降低定量加料設備的成本）連同延長的有效貯存期限的水分配系統(tǒng)的污垢控制組合 物；降低需氯量和氯消毒副產(chǎn)品；提供增強的污垢控制和除去、以及提供水軟化應用，同時 避免使用危險藥品。
[0088] 盡管在此已經(jīng)參照本發(fā)明的具體方面、特征以及示例性實施方式描述了本發(fā)明， 然而將理解本發(fā)明的用途不會因此被限定，而是延伸到并且包括基于文中公開的許多其他 變型、修改和替換實施方式，如將要通過其本身對本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員啟示的。預期 了本文中所描述的各種結(jié)構(gòu)的組合和子組合，并且其將對具有本公開的知識的技術(shù)人員顯 而易見。除非在本文中相反指出，否則在本文中所公開的各種特征和要素中的任何一個可 以與公開的一個或多個其他特征和元素相結(jié)合。因此，在所附權(quán)利要求中要求保護的本發(fā) 明旨在廣泛地解釋和說明為包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有這些變型、修改和替換實施方式 并包括權(quán)利要求的等價物。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于生產(chǎn)混合氧化劑溶液的方法，所述混合氧化劑溶液包括多種不同氧化劑， 所述方法包括： 使至少一種初始溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一通道和第二通道的至少一個 流通電化學模塊，同時將電能施加在（i)與所述第一通道電連通的陽極和（i i)與所述第二 通道電連通的陰極之間，其中，所述至少一種初始溶液的第一溶液或第一部分流經(jīng)所述第 一通道以形成具有酸性pH的陽極電解液溶液，并且同時所述至少一種初始溶液的第二溶 液或第二部分流經(jīng)所述第二通道以形成具有堿性pH的陰極電解液溶液；以及 使所述陽極電解液溶液與氫氧化物溶液接觸以獲得至少9. 0的pH值以產(chǎn)生所述混合 氧化劑溶液； 其中，所述至少一種初始溶液包括鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括廢棄所述陰極電解液溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選擇所述至少一種初始溶液的特性、所述至少一 種初始溶液的流速、所述至少一個流通電化學模塊的構(gòu)造材料、所述至少一個流通電化學 模塊的尺寸、所述至少一個流通電化學模塊的數(shù)目、所述至少一個流通電化學模塊的結(jié)構(gòu)、 以及所施加的電能的場密度以產(chǎn)生包括多種不同氧化劑且包括至少3, OOOppm的總氯值的 混合氧化劑溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選擇所述至少一種初始溶液的特性、所述至少一 種初始溶液的流速、所述至少一個流通電化學模塊的構(gòu)造材料、所述至少一個流通電化學 模塊的尺寸、所述至少一個流通電化學模塊的數(shù)目、所述至少一個流通電化學模塊的結(jié)構(gòu)、 以及所施加的電能的場密度以產(chǎn)生包括多種不同氧化劑且包括600mV至800mV范圍內(nèi)的氧 化-還原電位（0RP)值的混合氧化劑溶液。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，選擇所述至少一種初始溶液的特性、所述至少一 種初始溶液的流速、所述至少一個流通電化學模塊的構(gòu)造材料、所述至少一個流通電化學 模塊的尺寸、所述至少一個流通電化學模塊的數(shù)目、所述至少一個流通電化學模塊的結(jié)構(gòu)、 以及所施加的電能的場密度以產(chǎn)生包括多種不同氧化劑且包括至少1. 5的Na+ (g/L，根據(jù) 方法EPA300. 0)與Cl- (g/L，根據(jù)方法EPA6010)的比率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括將所述混合氧化劑溶液封裝在至少一個容 器中，并且將所述至少一個容器運輸至與所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)的處理設備。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述至少一個流通電化學模塊內(nèi)部，所述陽極 中心設置，所述隔膜圍繞所述陽極，所述陰極圍繞所述隔膜，所述第一通道包括設置在所述 陽極和所述隔膜之間的內(nèi)部通道，并且所述第二通道包括設置在所述隔膜和所述陰極之間 的外部通道。
8. -種混合氧化劑溶液，包括多種不同氧化劑，所述混合氧化劑溶液由包括以下步驟 的方法生產(chǎn)： 使至少一種初始溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一通道和第二通道的至少一個 流通電化學模塊，同時將電能施加在（i)與所述第一通道電連通的陽極和（ii)與所述第二 通道電連通的陰極之間，其中，所述至少一種初始溶液的第一溶液或第一部分流經(jīng)所述第 一通道以形成具有酸性pH的陽極電解液溶液，并且同時所述至少一種初始溶液的第二溶 液或第二部分流經(jīng)所述第二通道以形成具有堿性pH的陰極電解液溶液；以及 使所述陽極電解液溶液與氫氧化物溶液接觸以獲得至少9. 0的pH值以產(chǎn)生所述混合 氧化劑溶液； 其中，所述至少一種初始溶液包括鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，其中，所述至少一種初始溶液包括鹽水。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，其中，所述至少一種初始溶液包括次氯酸 和次氯酸鈉中的至少一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，其中，所述使所述陽極電解液溶液與氫氧 化物溶液接觸獲得至少10. 5的pH值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，其中，所述使所述陽極電解液溶液與氫氧 化物溶液接觸獲得至少12. 0的pH值。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，包括多種不同氧化劑，其中，所述溶液包 括至少3, OOOppm的總氯值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，包括多種不同氧化劑，其中，所述溶液包 括600mV至800mV范圍內(nèi)的氧化-還原電位（0RP)值。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液，包括多種不同氧化劑，其中，所述溶液包 括至少1. 5的Na+ (g/L，根據(jù)方法EPA300. 0)與Cl- (g/L，根據(jù)方法EPA6010)的比率。
16. -種用于使用包括多種不同氧化劑的混合氧化劑溶液促進消毒和減少水分配或水 再循環(huán)系統(tǒng)中的沉積物的方法，所述混合氧化劑溶液通過以下方法生產(chǎn)：使至少一種初始 溶液流經(jīng)包括由離子滲透膜隔開的第一通道和第二通道的至少一個流通電化學模塊，同時 將電能施加在（i)與所述第一通道電連通的陽極和（ii)與所述第二通道電連通的陰極之 間，其中，所述至少一種初始溶液的第一溶液或第一部分流經(jīng)所述第一通道以形成具有酸 性pH的陽極電解液溶液，并且同時所述至少一種初始溶液的第二溶液或第二部分流經(jīng)所 述第二通道以形成具有堿性pH的陰極電解液溶液，以及使所述陽極電解液溶液與氫氧化 物溶液接觸以獲得至少9. 0的pH值以產(chǎn)生所述混合氧化劑溶液，其中，所述至少一種初始 溶液包括鹽水、次氯酸、和次氯酸鈉中的至少一種，所述方法包括： 將有效量的所述混合氧化劑溶液提供給所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，相對于提供混合氧化劑溶液步驟之前存在于 所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水，將所述混合氧化劑溶液提供給所述水分配或再循環(huán)系 統(tǒng)足以使所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的氧化劑濃度升高〇. 2ppm至0. 6ppm。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在提供混合氧化劑溶液步驟之前，存在于所述 水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水不含初步消毒劑。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，相對于在提供混合氧化劑溶液步驟之前存在 于所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水，將所述混合氧化劑溶液提供給所述水分配或水再循 環(huán)系統(tǒng)足以使所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的氧化劑濃度升高lppb至lOOppb。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在提供混合氧化劑溶液步驟之前，存在于所述 水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)中的水包括初步消毒劑。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)包括建筑物內(nèi)部 的水線路。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)包括水再循環(huán)系 統(tǒng)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)包括飲用水分配 系統(tǒng)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述飲用水分配系統(tǒng)包括配置為將飲用水提 供給多個不同用戶的水利用設施的市政或社區(qū)飲用水分配系統(tǒng)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在用初步消毒劑將所述水分配或水再循環(huán)系 統(tǒng)中的水消毒的同時或之后，向所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)進行包括多種不同氧化劑的所 述混合氧化劑溶液的提供。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，在將所述初步消毒劑提供給所述水分配或水 再循環(huán)系統(tǒng)相同的設施處，向所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)進行包括多種不同氧化劑的所述 混合氧化劑溶液的提供。
27. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，提供步驟包括：（i)在初步處理期過程中，以 包括多種不同氧化劑的混合氧化劑溶液與待處理的水的第一比率，將包括多種不同氧化劑 的所述混合氧化劑溶液提供給所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)，隨后（ii)在隨后的維持期過程 中，以包括多種不同氧化劑的混合氧化劑溶液與待處理的水的第二比率，將包括多種不同 氧化劑的所述混合氧化劑溶液提供給所述水分配或水再循環(huán)系統(tǒng)，其中，所述第二比率顯 著低于所述第一比率。
28. -種混合液體產(chǎn)品，包括根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合氧化劑溶液和初步消毒劑組 合物。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的混合液體產(chǎn)品，其中，所述初步消毒劑包括次氯酸鹽和過 氧化氫中的至少一種。
【文檔編號】C02F1/76GK104250827SQ201410103446
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月25日
【發(fā)明者】史蒂芬·D·奧康納, 詹森·E·彼得斯, 余彰峻 申請人:藍色星球?qū)嶒炗邢挢熑喂?br>