用于清洁水过滤介质的组合物和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的声明
[0002] 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
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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)。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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% )、梓檬酸（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。
[0012] 虽然由Reimann-Philipp等人公开的组合物和方法提供了相对于上述传统的机 械和化学方法改善的清洁性能，但这种组合物和方法包括某些缺点。首先，难以确保惯用 的清洁剂和活化剂的正确比例。其次，分开应用清洁剂和活化剂组分可能是不便和/或困 难的一一且特别难以均匀地应用。第三，颗粒清洁剂可能仅部分溶于水，从而导致应用的问 题。第四，特别是如果清洁剂和活化剂可能在穿透整个过滤床之前彼此迅速反应时，难以确 保清洁过滤床的过滤介质的整个体积。第五，监测过滤床清洗方法的进程可能是不便的。第 六，传输大量的液体活化剂可能是高成本或不便的。第七，利用危险药品的传统清洁方法需 要职员接受重要的训练并采取危害保护步骤。第八，避免泡沫和/或其他废产物的形成可 能是具挑战性的。
[0013] 给出上述内容后，还有对增强现有的效率和/或方便性的替代清洁组合物和方 法，以及对介质替换的替代选择，以及对现有的原位过滤器清洁组合物和方法的替代选择 的需要。还期望清洁方法避免或减少副产物沉积物的形成，其可能比最初力图通过过滤器 介质清洁方法除去的沉积物更坚固。
【发明内容】
[0014] 在本文中公开的组合物和方法包括酸组分和氧化组分，其组合用于除去来自包含 在水过滤介质床中的过滤介质的表面污染物。干燥组合物可以包括包含硫酸氢钠的颗粒状 酸组分，以及包含以下中至少一种的颗粒状氧化组分：过碳酸钠、过硼酸钠、过碳酸钾、过硼 酸钾，可选地与以下的一种或多种组合：pH指示剂组分、颗粒状低温活化剂、至少一种干燥 剂、至少一种腐蚀抑制剂、以及至少一种抗粘结剂（抗结块剂，anti-cakingagent)。在本 文中公开的组合物可以进一步包括至少一种螯合剂和/或消泡剂。试剂盒（kit)可以包括 包含在密封容器中的且带有用于使用该干燥组合物除去来自过滤介质床的水过滤介质的 污染物的说明书（或可以找回说明书的其他标签，诸如网址或QR码）的本文公开的干燥组 合物。可以将在本文中公开的组合物应用于过滤介质床（例如，在顶部或通过注射），且可 以以干燥的或湿润的形式应用。
[0015] 在本发明的一个方面，用于除去来自包含在水过滤床中的过滤介质的表面污染物 的干燥组合物包括包含硫酸氢钠的颗粒状酸组分，以及包含以下中至少一种的颗粒状氧化 组分：过碳酸钠、过硼酸钠、过碳酸钾、以及过硼酸钾。该组合物可以包括一种或多种另外的 成分，包括但不限于低温活化剂、干燥剂、抗粘结剂、pH指示剂、腐蚀抑制剂、和表面活性剂。
[0016] 在本发明的另一方面，用于清洁存在于过滤介质床中的过滤介质的试剂盒可以包 括包含在基本密封的容器中的且带有用于使用该干燥组合物除去来自过滤介质床的水过 滤介质的污染物的说明书（或可以用于找回说明书的其他标签，诸如网址或QR码）。
[0017] 在本发明的另一方面，用于除去来自包含在过滤介质床中的水过滤介质的污染物 的方法包括，将组合物应用于过滤介质床，该组合物包括包含硫酸氢钠的酸组分以及包含 过碳酸钠、过硼酸钠、过碳酸钾、和过硼酸钾中的至少一种的氧化组分。该组合物可以包括 一种或多种本文中公开的另外的成分。可以将该组合物以干燥的或湿润的形式应用，且可 以将该组合物沿外表面，或通过注射至过滤介质床内部应用于过滤介质床的各个部分。
[0018] 在本发明的另一方面，除去来自过滤介质床的水过滤介质的包含钙离子的污 染物的方法包括多个步骤，包括：分析芯样品（coresample)以确定（i)用于基本完全 除去来自芯样品的表面污染物所需的至少一种清洁材料的量，以及（ii)用于多价螯合 (sequestering)所希望的量的来自芯样品的|丐离子的至少一种螯合剂的量；以及利用该 分析步骤的结果以计算（a)用于基本完全除去来自整个过滤介质床的表面污染物所需的 至少一种清洁材料的量，以及（b)用于多价螯合所希望的量的来自整个过滤介质床的钙离 子的至少一种螯合剂的量。所希望的来自过滤介质床中多价螯合的钙离子的量可以包括基 本所有存在于过滤介质床中的钙离子。这种方法可以进一步包括将至少一种清洁材料以基 本等于至少一种清洁材料的计算量的量应用于过滤介质床，以及将至少一种螯合剂以基本 等于至少一种螯合剂的计算量的量应用于过滤介质床。可以将该至少一种清洁材料和至少 一种螯合剂混合。
[0019] 在另一方面中，为了另外的优点，任何上述的方面和/或如本文中所描述的各种 单独的方面和特征可以被组合。本文中所公开的各种特征和要素中的任一个可以与一个或 多个其他公开的特征和要素相组合，除非本文中有相反指示。
[0020] 通过接下来的公开内容及所附权利要求，本发明的其它方面、特征和实施方式将 更加完全地显而易见。
【附图说明】
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