用于在浑浊的水和工艺流中在线连续氯分析的设备

相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

发明背景

本发明大体涉及用于准确监测存在于给定的水体积中的抗微生物剂 和特定的氧化剂的量的方法和设备。氧化剂例如次氯酸钠和其他基于卤素 的组合物(包括但不限于Actibrom、BCDMH和Stabrex)经常用于在水和工 业过程中控制微生物机体的生长和其他生物沉积物的形成。然而，这些组 合物的高效的和有效的使用需要维持适当的浓度。这通过使用提供实时最 新浓度信息的在线系统(online system)来最好地实现。

监测水中的浓度的一种在线方法包括确定总卤素和游离卤素残余物 的量。这可以通过许多可商购的装置使用各种技术来完成。HACH CL17 使用比色方法和N，N-二乙基-对-苯二胺(DPD)指示剂试剂来测量游离氯和 总氯。遗憾的是，这样的比色试剂和指示剂试剂的使用被限于具有低含固 量和具有低于5比浊法浊度单位(NTU)的浊度值的水系统。即使在工艺的 最澄清的部分，纸工艺水通常也具有在0.1-0.5％的范围内的固体含量，这 大大超出了现有技术的极限。

另一种方法是氧化还原电位(ORP)。然而，ORP仅给出氧化剂浓度的 间接测量结果。并且，因为ORP在某些情形下且尤其在高度浑浊的环境 下受除了卤素浓度以外的因素影响，所以它是不准确的。

又一种方法是安培计测量(Amperometric measurement)。安培计测量 使用导电元件传感器(通常具有铜和铂或金电极)。将少量电位应用到传感 器电极。然后通过氧化剂的化学还原生成电荷。所得到的电荷与存在于样 品中的残余卤素的量成线性正比。然而，安培计测量需要膜帽(membrane  cap)，该膜帽当在许多工业过程中连续使用时迅速变得污染。因此，安培 计测量仅具有有限的实际用途。

因此，能够提供更好检测水样品中的氧化剂的浓度的方法和设备是有 用的和期望的。在此部分中描述的技术不意图构成承认本文提及的任何专 利、公布或其他信息相对于本发明是″先前技术″，除非明确地这样指明。 此外，此部分不应被解释为意指已经进行检索或不存在如37CFR§1.56(a) 中所定义的其他有关信息。

发明概述

本发明的至少一个实施方案涉及一种用于准确检测浑浊的水样品中 的氧化剂的存在和浓度的方法，所述方法包括以下步骤：1)使水穿过过滤 器阵列，所述过滤器阵列包括被构建和布置成从所述水样品除去引起浊度 的材料(turbidity inducing material)但不除去氧化剂的至少一个过滤器， 2)然后使所述过滤器阵列过滤过的水穿过氧化剂监测器，如果水没有被如 此过滤，则所述氧化剂监测器将不能够准确测量所述氧化剂浓度，和3)从 所述监测器返回浓度的测量结果。

过滤器阵列可以包括至少两个过滤器，过滤器相对于水的顺流流动彼 此串联。至少一个较不下游的(less-downstream)过滤器被构建和布置成 比至少一个更下游的(more-downstream)过滤器过滤更大的和更粗的引起 浊度的材料。过滤器阵列可以包括过滤带型过滤器(filter-band type filter)。 过滤器阵列包括被构建和布置成旋转的过滤器，旋转防止由于与引起浊度 的材料连续接触的过滤器的聚集物和堵塞。

氧化剂可以是基于卤素的且可以是次氯酸钠。监测器可以通过使用依 赖于确定总卤素和游离卤素残余物的量的算法来确定氧化剂浓度。流过过 滤器阵列的流动速率可以通过使水中的一些转入侧溢流道，因而剩下的样 品流与由监测器测量浓度所需要的时间间隔相容来调节。

该方法还可以包括使高浓度的氧化剂间歇地穿过监测器的步骤，监测 器被构建和布置成此后不指示测量的氧化剂量是测量的氧化剂量，直到已 经出现选自由以下组成的列表的一个项目：测量的氧化剂浓度不大于在高 浓度穿过之前的测量的量的0-40％；已经经过预定的时间；已经经过分析 器的时间间隔的预定的倍数；和其任何组合。高浓度的氧化剂可以减少选 自以下的至少一个项目的污染：监测器、泵、软管、和其任何组合。水样 品可以是来自造纸厂工艺流的水。引起浊度的材料可以选自由以下组成的 列表：纤维素纤维、矿物填料、性质增强聚合物、上浆剂、木屑、和其任 何组合。

另外的特征和优点在本文以下详细描述中被描述，且从以下详细描述 将是明显的。

附图简述

在下文具体参考附图来描述本发明的详细描述，在附图中：

图1是分析器系统的示意图。

发明详细描述

为了本申请的目的，这些术语的定义如下：

“污染”意指任何有机或无机材料在水中或在表面上的不期望的存在或 沉积。

“监测器”意指被构建和布置成测量至少一个物理或化学特性并输出响 应于该测量的信号或显示的装置。

在以上定义或在本申请的其他地方陈述的描述与通常在字典中使用 的或在通过引用并入本申请中的源中陈述的意思(明确的或隐含的)不一致 的情况下，本申请且尤其是权利要求术语应被理解为根据本申请中的定义 或描述，而不是根据普通的定义、字典定义或通过引用并入的定义来解释。 根据以上所述，在仅仅如果术语由字典来解释时才能理解该术语的情况 下，如果该术语由Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，第5 版，(2005)，(由Wiley，John&Sons，Inc.出版)定义，则该定义将控制该术语 应如何在权利要求中被定义。

现在参考图1，图1示出了至少一个实施方案是用于准确确定水体积 中的氧化剂的量的方法和设备(1)。水从源(2)流出，且在通过先前技术氧化 剂分析器或“等同原则”等效物分析之前经历多个预过滤过程。预过滤通过 使水穿过过滤器阵列(4)来完成。水可以由于一个或多个泵(3)的作用而在下 方流动。预过滤除去要不然将堵塞分析器(6)或将使得测量结果不准确的材 料。同时，预过滤以不会改变样品的氧化剂含量的方式来进行，所以氧化 剂样品真正代表在分析的水体积。

在至少一个实施方案中，水源是来自造纸厂的大量工艺水体积。这样 的工艺水通常是高度浑浊的且包含大量纤维素和其他纤维、纸和木材固 体、填料、矿物和各种性质增强添加剂，所有这些压倒工艺水的氧化剂含 量且使得准确和/或长期分析工艺水的氧化剂含量成为不可能。这又使得氧 化剂的加入是“盲目的”且因此是太多的和不必要地浪费的(且可能有毒的) 或太少的和不充分有效的。

在至少一个实施方案中，预过滤通过使用一个或多个带式过滤器 (bandfilter)来完成。带式过滤器在本领域中被称为允许液体总是穿过洁 净的过滤材料的过滤器设备。该清洁度被实现，这是因为带本身是不断地 被拉动(非常像盒式磁带中的带)穿过液体流过的孔的长条。因为带被拉动， 所以相同的给定的过滤表面仅与液体接触短的时间段且没有时间发生显 著的污染。通常，带式过滤器由于在与液体流动相同的方向拉动带的压力 梯度而被至少部分地保持在靠着孔的适当的位置。在至少一个实施方案 中，该梯度通过过滤器(4)下游的泵(5)引起。常常，带是在包括清洁阶段的 环中，带的相同的部分将反复地循环穿过孔，但因为其被不断清洁，所以 效果是永久洁净的液体流过的过滤器表面。

在至少一个实施方案中，带式过滤器以在0.51cm每分钟和11cm每 小时之间的速率穿过孔。在至少一个实施方案中，带式过滤器被构建和布 置成与液体一起使用

在至少一个实施方案中，穿过带式过滤器的液体不超过2％(意思是 2％纤维且剩余的98％的大部分/全部是水)。

在至少一个实施方案中，带式过滤器被旋转且被连续洗涤，使得引起 浊度的材料不会堵塞过滤器。

在至少一个实施方案中，仅有一个过滤器。在至少一个实施方案中， 两个或更多个过滤器被定位为相对于水的流动路径彼此串联。多个串联定 位的过滤器从水样品除去不断增加比例的引起浊度的材料。

在至少一个实施方案中，过滤器在减少引起浊度的材料的影响方面是 如此有效，以致于具有高至6％的固体含量的工艺水可以被有效地测量。 在至少一个实施方案中，所述一个或多个过滤器被布置成从2-4％固体的样 品除去引起浊度的材料。

在至少一个实施方案中，过滤器下游的分析器(6)是HACH CL17分析 器。

在至少一个实施方案中，通过所述一个或多个过滤器的水样品的流动 速率被构建和布置成匹配分析器的最佳流动速率。例如在HACH CL17中， 分析器以3分钟间隔测量残余物，且流动速率被调节为适应该速率。在至 少一个实施方案中，如果水样品的流动速率超过分析器的测量速率，则将 水样品的一部分转到溢流道(7)，且剩余物是传送到分析器的最佳的量。以 该方式，大于分析器的间隔速率的流动速率可以提供准确的读数。在至少 一个实施方案中，溢流道被构建和布置成总是保证液体以固定速率进入分 析器。

在至少一个实施方案中，清洁循环可用于系统。清洁循环允许传感器、 软管、泵、过滤器等...中的一个或多个被维持在洁净状态中。当系统的各 个部件连续地接收潜在侵染的水时，微生物粘液(microbial slime)可以沿 着与该侵染的水接触的各种表面聚集。在至少一个实施方案中，清洁循环 可以通过将工艺流水从系统的一个或多个部分转走且代替地引入高浓度 的氧化剂或其他抗微生物剂的液体流来实现。

在至少一个实施方案中，浓的次氯酸钠(或另一种氧化剂或抗微生物剂) 被引入系统的至少一个部分且其清洁该部分。在至少一个实施方案中，浓 的次氯酸钠(或另一种氧化剂或抗微生物剂)被引入系统的至少一个部分， 且被引入的次氯酸钠(或另一种氧化剂或抗微生物剂)继续到系统的随后的 下游部分并清洁那些下游部分。这允许人们插入化学品以实现系统的多个 部分的有效清洁。在至少一个实施方案中，浓的次氯酸钠(或另一种氧化剂 或抗微生物剂)被引入工艺流中，该工艺流是预过滤步骤中的至少一个的上 游。在至少一个实施方案中，次氯酸钠(或另一种氧化剂或抗微生物剂)(8) 通过其自己的泵(9)被引入。

在至少一个实施方案中，样品水泵(3)、后过滤器泵(5)和清洁循环泵(9) 被协调为同时以不同的流动速率运行。在至少一个实施方案中，样品水泵 (3)以后过滤器泵(5)的75至250倍之间的流动速率运行。在至少一个实施 方案中，清洁循环泵(9)以比样品水泵(3)慢3*10^-7至6*10^-7倍之间的流动速 率运行。在示例性的实施方案中，样品水泵(3)以1升每分钟的速率运行， 后过滤器泵(5)以5-10ml每分钟运行，且清洁循环泵(9)以30ml每12小时 的速率运行。

即使在此粘液除去流不再流过传感器之后，较高的氧化剂浓度也可以 持续一会儿。在至少一个实施方案中，传感器(或与传感器通信的工艺控制 设备)被设计为丢弃不准确的氧化剂读数，直到在时间间隔是传感器的时间 间隔的倍数之后或直到检测的氧化剂水平下降到接近在开始清洁循环之 前的氧化剂水平(例如在之前的氧化剂水平的0％-50％内)。在至少一个实施 方案中，时间间隔的长度是在1和7分钟之间。

清洁过程的至少一个可能的实例如下：清洁循环泵(9)泵送次氯酸盐 (和/或另一种氧化剂或抗微生物剂)以清洁软管和分析器(6)中的一些或全 部。因此，分析器检测到氯水平高于典型的(例如＞5ppm)。在与设备(1)的 工艺控制系统通信之后，设备转换到静态，持续一时间间隔(例如30分钟)。 在该时间间隔过去之后，工艺控制系统使设备返回至常规状态。

尽管本发明可以以许多不同的形式来体现，但本文详细描述了本发明 的具体的优选的实施方案。本公开内容是本发明的原理的范例且不意图将 本发明限于阐明的特定的实施方案。本文提及的所有专利、专利申请、科 学论文和任何其他引用的材料通过引用以其整体并入。此外，本发明包括 本文描述的和本文并入的各种实施方案中的一些或全部的任何可能的组 合。

以上公开内容意图是说明性的且不是详尽的。这种描述将使本领域普 通技术人员想起许多变化形式和备选方案。所有这些备选方案和变化形式 意图包括在权利要求的范围内，其中术语″包括″意指″包括，但不限于″。 本领域技术人员可以认识到本文描述的具体的实施方案的其他等效物，那 些等效物也意图被权利要求包括。

本文公开的所有范围和参数应被理解为包括其中包含的任何和所有 子范围，以及在端点之间的每一个数字。例如，所陈述的“1至10”的范围 应被认为包括在最小值1和最大值10之间(含)的任何和所有子范围；即， 以1或更大的最小值(例如1至6.1)开始且以10或更小的最大值(例如2.3 至9.4，3至8，4至7)结束的所有子范围，以及最后到每一个数字1、2、 3、4、5、6、7、8、9和10包括在所述范围内。

这完成了本发明的优选的和可选的实施方案的描述。本领域技术人员 可以认识到本文描述的具体的实施方案的其他等效物，那些等效物意图被 附于此的权利要求包括。