用于清潔水過濾介質的組合物和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的聲明
[0002] 本申請要求于2013年3月14日提交的美國臨時專利申請第61/784, 626號的優 先權。為任何目的，上述專利申請的內容通過引用結合于此。
技術領域
[0003] 本發明涉及用于清潔顆粒狀水過濾介質如沙子、無煙煤、活性碳、離子交換樹脂、 和/或瓷珠的方法。
【背景技術】
[0004] 過濾是飲用水和工業用水處理中的基本步驟。進行過濾以除去可能由水源水引入 的和/或可能在水處理工藝過程中生成的污染物。大規模過濾通常包括，使水通過在過濾 介質床中排列為一層或多層的顆粒過濾介質，諸如各種類型的沙子、無煙煤、顆粒狀活性炭 或其組合，或通過諸如離子交換樹脂和/或瓷珠的介質。
[0005] 過濾過程中除去的污染物積聚在顆粒過濾器的介質床中。隨時間，該積聚導致過 濾器背壓（通過增加的水頭損失測量）增加、流通物（flow-through)濁度增加，或（在最 壞情況下）污染物的貫穿。通常使用常規的反洗（backwashing)以除去積累的濾過物以致 力于維持過濾器的性能和容量（capacity)。
[0006] 過濾器介質顆粒通常積聚了無法通過反洗除去且會顯著地干擾過濾器的運行的 生物和非生物材料的沉積物。為保持過濾器可接受的性能和容量，定期除去無法通過反洗 除去的表面沉積物是重要的。
[0007] 基于水源和環境條件，過濾顆粒上的表面沉積物可以主要由有機物（生物膜）、金 屬氧化物、和/或碳酸鈣水垢（scale)組成。過濾顆粒上的表面沉積物也可以因預處理步 驟形成，諸如可能利用基于鋁的預氧化劑組合物的。嚴重的污染或水垢將最終降低過濾器 性能，而結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。如果不除去過濾器沉積物，則過濾器性能將最終衰退至可容許水平以下，從而必須更 換過濾器介質。
[0008] 令人遺憾地，過濾介質的更換是非常昂貴的-不僅包括人工成本和與購買過濾介 質相關的直接成本，也包括與過濾器停工時間相關的顯著的間接成本。更換過濾介質對于 具有單個過濾床且用作特定消費者的獨有水源的水處理裝置可能是不實際的維護解決方 案。因此，存在對于作為置換過濾器介質的替代的，允許清潔來自過濾介質的表面沉積物的 維護程序的需要。
[0009] 傳統的用于清潔過濾介質的機械方法包括，在反洗過程中對過濾層通氣，以及在 過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] 用于過濾介質的傳統化學處理包括，強酸和堿洗滌過濾介質，有時與表面活化劑 合用。這些化學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法有效的移除的，或需要強腐蝕性和危害性的清潔劑，其難 以使用且可能會殘留飲用水處理裝置中不可接受的殘渣。在某些情況下，已經將強酸或強 堿的水溶液施加于過濾介質；然而，該處理液體可能流過過濾介質過快而清潔的反應無法 完成。為獲得所希望的清潔性能，可以反復施加處理液體（因而需要大量的處理液體），或 可將處理液體通過過濾介質循環，直至清潔的反應完成（需要專門的且昂貴的循環設備）。 這些途徑，雖然給出了對用于過濾器介質置換的長期車間關閉的潛在替代選擇，但沒有提 供對過濾器介質置換的經濟的替代選擇。
[0011] 另外的過濾介質清潔方法和組合物公開在Reimann-Philipp等人的，題為"用于 原位清潔飲用水過濾介質的方法"的美國專利申請公開號2008/0006589A1中。該公開公 開了將顆粒清潔劑應用于水過濾介質，隨后將具體為活性氧供體的顆粒或液體活化劑應用 于水過濾介質（且優選地在應用之后將顆粒清潔劑濕潤），以造成顆粒清潔劑、活化劑，和 水過濾介質之間的化學反應，致使清潔水過濾介質。顆粒清潔劑優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% )、自由流動添 加劑（free-flowadditive) (0-10wt% )、表面活性劑（0-10wt% )，和碳酸氫鈉（余量）。 特別優選的的活化劑組成包括5-50%的過氧化氫，或0. 2-10 %的過乙酸，或過氧化氫和過 乙酸的組合，其余是水。如果該活化劑處于顆粒形式，則可以在應用之前混合活化劑和清潔 劑，但是在大多數優選的實施方式中，活化劑是以存在于過濾床中的顆粒清潔劑的水溶液 應用的。顆粒清潔劑也可以以漿料應用。
[0012] 雖然由Reimann-Philipp等人公開的組合物和方法提供了相對于上述傳統的機 械和化學方法改善的清潔性能，但這種組合物和方法包括某些缺點。首先，難以確保慣用 的清潔劑和活化劑的正確比例。其次，分開應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用。第三，顆粒清潔劑可能僅部分溶于水，從而導致應用的問 題。第四，特別是如果清潔劑和活化劑可能在穿透整個過濾床之前彼此迅速反應時，難以確 保清潔過濾床的過濾介質的整個體積。第五，監測過濾床清洗方法的進程可能是不便的。第 六，傳輸大量的液體活化劑可能是高成本或不便的。第七，利用危險藥品的傳統清潔方法需 要職員接受重要的訓練并采取危害保護步驟。第八，避免泡沫和/或其他廢產物的形成可 能是具挑戰性的。
[0013] 給出上述內容后，還有對增強現有的效率和/或方便性的替代清潔組合物和方 法，以及對介質替換的替代選擇，以及對現有的原位過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物沉積物的形成，其可能比最初力圖通過過濾器 介質清潔方法除去的沉積物更堅固。

【發明內容】

[0014] 在本文中公開的組合物和方法包括酸組分和氧化組分，其組合用于除去來自包含 在水過濾介質床中的過濾介質的表面污染物。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：過碳酸鈉、過硼酸鈉、過碳酸鉀、過硼 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劑（抗結塊劑，anti-cakingagent)。在本 文中公開的組合物可以進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帶有用于使用該干燥組合物除去來自過濾介質床的水過濾介質的 污染物的說明書（或可以找回說明書的其他標簽，諸如網址或QR碼）的本文公開的干燥組 合物。可以將在本文中公開的組合物應用于過濾介質床（例如，在頂部或通過注射），且可 以以干燥的或濕潤的形式應用。
[0015] 在本發明的一個方面，用于除去來自包含在水過濾床中的過濾介質的表面污染物 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：過碳酸鈉、過硼酸鈉、過碳酸鉀、以及過硼酸鉀。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、抗粘結劑、pH指示劑、腐蝕抑制劑、和表面活性劑。
[0016] 在本發明的另一方面，用于清潔存在于過濾介質床中的過濾介質的試劑盒可以包 括包含在基本密封的容器中的且帶有用于使用該干燥組合物除去來自過濾介質床的水過 濾介質的污染物的說明書（或可以用于找回說明書的其他標簽，諸如網址或QR碼）。
[0017] 在本發明的另一方面，用于除去來自包含在過濾介質床中的水過濾介質的污染物 的方法包括，將組合物應用于過濾介質床，該組合物包括包含硫酸氫鈉的酸組分以及包含 過碳酸鈉、過硼酸鈉、過碳酸鉀、和過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的另外的成分。可以將該組合物以干燥的或濕潤的形式應用，且可 以將該組合物沿外表面，或通過注射至過濾介質床內部應用于過濾介質床的各個部分。
[0018] 在本發明的另一方面，除去來自過濾介質床的水過濾介質的包含鈣離子的污 染物的方法包括多個步驟，包括：分析芯樣品（coresample)以確定（i)用于基本完全 除去來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)用于多價螯合 (sequestering)所希望的量的來自芯樣品的|丐離子的至少一種螯合劑的量；以及利用該 分析步驟的結果以計算（a)用于基本完全除去來自整個過濾介質床的表面污染物所需的 至少一種清潔材料的量，以及（b)用于多價螯合所希望的量的來自整個過濾介質床的鈣離 子的至少一種螯合劑的量。所希望的來自過濾介質床中多價螯合的鈣離子的量可以包括基 本所有存在于過濾介質床中的鈣離子。這種方法可以進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算量的量應用于過濾介質床，以及將至少一種螯合劑以基本 等于至少一種螯合劑的計算量的量應用于過濾介質床。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，為了另外的優點，任何上述的方面和/或如本文中所描述的各種 單獨的方面和特征可以被組合。本文中所公開的各種特征和要素中的任一個可以與一個或 多個其他公開的特征和要素相組合，除非本文中有相反指示。
[0020] 通過接下來的公開內容及所附權利要求，本發明的其它方面、特征和實施方式將 更加完全地顯而易見。
【附圖說明】
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