[发明专利]用于清洁水过滤介质的组合物和方法

说明书

相关申请的声明

本申请要求于2013年3月14日提交的美国临时专利申请第61/784,626号的优先权。为任何目的，上述专利申请的内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及用于清洁颗粒状水过滤介质如沙子、无烟煤、活性碳、离子交换树脂、和/或瓷珠的方法。

背景技术

过滤是饮用水和工业用水处理中的基本步骤。进行过滤以除去可能由水源水引入的和/或可能在水处理工艺过程中生成的污染物。大规模过滤通常包括，使水通过在过滤介质床中排列为一层或多层的颗粒过滤介质，诸如各种类型的沙子、无烟煤、颗粒状活性炭或其组合，或通过诸如离子交换树脂和/或瓷珠的介质。

过滤过程中除去的污染物积聚在颗粒过滤器的介质床中。随时间，该积聚导致过滤器背压(通过增加的水头损失测量)增加、流通物(flow-through)浊度增加，或(在最坏情况下)污染物的贯穿。通常使用常规的反洗(backwashing)以除去积累的滤过物以致力于维持过滤器的性能和容量(capacity)。

过滤器介质颗粒通常积聚了无法通过反洗除去且会显著地干扰过滤器的运行的生物和非生物材料的沉积物。为保持过滤器可接受的性能和容量，定期除去无法通过反洗除去的表面沉积物是重要的。

基于水源和环境条件，过滤颗粒上的表面沉积物可以主要由有机物(生物膜)、金属氧化物、和/或碳酸钙水垢(scale)组成。过滤颗粒上的表面沉积物也可以因预处理步骤形成，诸如可能利用基于铝的预氧化剂组合物的。严重的污染或水垢将最终降低过滤器性能，而结果包括更高的反洗频率、流速下降、水混浊度增加、污染物的贯穿和/或上述的组合。如果不除去过滤器沉积物，则过滤器性能将最终衰退至可容许水平以下，从而必须更换过滤器介质。

令人遗憾地，过滤介质的更换是非常昂贵的-不仅包括人工成本和与购买过滤介质相关的直接成本，也包括与过滤器停工时间相关的显著的间接成本。更换过滤介质对于具有单个过滤床且用作特定消费者的独有水源的水处理装置可能是不实际的维护解决方案。因此，存在对于作为置换过滤器介质的替代的，允许清洁来自过滤介质的表面沉积物的维护程序的需要。

传统的用于清洁过滤介质的机械方法包括，在反洗过程中对过滤层通气，以及在过滤床顶部喷水以分散软的积聚物。这些方法不适合于除去顽固的表面沉积物，诸如生物膜和水垢。

用于过滤介质的传统化学处理包括，强酸和碱洗涤过滤介质，有时与表面活化剂合用。这些化学处理可以适宜于某些类型的污染物，诸如碳酸钙水垢；然而，包括金属氧化物和生物膜的混合沉积物是无法有效的移除的，或需要强腐蚀性和危害性的清洁剂，其难以使用且可能会残留饮用水处理装置中不可接受的残渣。在某些情况下，已经将强酸或强碱的水溶液施加于过滤介质；然而，该处理液体可能流过过滤介质过快而清洁的反应无法完成。为获得所希望的清洁性能，可以反复施加处理液体(因而需要大量的处理液体)，或可将处理液体通过过滤介质循环，直至清洁的反应完成(需要专门的且昂贵的循环设备)。这些途径，虽然给出了对用于过滤器介质置换的长期车间关闭的潜在替代选择，但没有提供对过滤器介质置换的经济的替代选择。

另外的过滤介质清洁方法和组合物公开在Reimann-Philipp等人的，题为“用于原位清洁饮用水过滤介质的方法”的美国专利申请公开号2008/0006589A1中。该公开公开了将颗粒清洁剂应用于水过滤介质，随后将具体为活性氧供体的颗粒或液体活化剂应用于水过滤介质(且优选地在应用之后将颗粒清洁剂湿润)，以造成颗粒清洁剂、活化剂，和水过滤介质之间的化学反应，致使清洁水过滤介质。颗粒清洁剂优选的组成包括氨基磺酸(50-99wt％)、柠檬酸(0-10wt％)、磷酸(0-10wt％)、腐蚀抑制剂(0-10wt％)、自由流动添加剂(free-flowadditive)(0-10wt％)、表面活性剂(0-10wt％)，和碳酸氢钠(余量)。特别优选的的活化剂组成包括5-50％的过氧化氢，或0.2-10％的过乙酸，或过氧化氢和过乙酸的组合，其余是水。如果该活化剂处于颗粒形式，则可以在应用之前混合活化剂和清洁剂，但是在大多数优选的实施方式中，活化剂是以存在于过滤床中的颗粒清洁剂的水溶液应用的。颗粒清洁剂也可以以浆料应用。