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用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备

阅读：490发布：2020-05-08

专利汇可以提供用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种通过施加具有高强度和可变频率的非对称反向极性脉冲来中断浓差极化相关现象和用于电膜工艺的自清洁的方法和设备的电路。该设备是双极开关，基于使用诸如MOSFET(金属氧化物半导体半场效应晶体管 )或IGBT( 绝缘栅双极晶体管 )的固态电子元件来以一个范围的频率、强度和脉冲宽度进行极性反转，以防止或减少在膜表面上形成沉淀物。还提供了反转方案，其中频率根据膜上污垢的出现而变化，该频率通过在电膜工艺中膜单元的电压或电阻的降低来测量。当需要清洁系统时，可以单独施加高频，也可以与其他物理化学原位清洁程序(CIP，就地清洁)一起施加。各种固态电子元件可以并联连接。所述多个元件允许施加更高的功率。该设备和配置使用第二电源来提供经调制且稳定的高强度脉冲。可以通过更换适合极性反转的电极且添加所描述的第二电源和双极开关很容易更新电膜工艺。，下面是用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于非对称极性反转的方法，以用于减轻膜表面上的污垢和结垢以及中断电膜工艺中的浓差极化，其特征在于，该方法包括：
-提供一个电膜单元，该电膜单元包括一对适于反转极性的电极以及一组膜，其中一个电极用作阳极(5)且另一电极用作阴极(6)；
-提供一个双极开关，该双极开关包括至少四个固态电子元件，该双极开关具有用于调节强度的H桥配置，其中在正常操作条件下一些元件(8和11)是闭合的，且另外的元件(9和
10)是打开的，以给定电流方向；
-提供一个在该工艺运行时根据系统的需求来改变所施加的反向极性的频率和脉冲宽度的设备；
-提供一个或两个彼此不同的用于调节脉冲的强度的电源，以将能量传递到所述电膜单元，其中所述电源中的一个电源(1)在正常条件下推进电膜工艺，另一电源(2)推进在所述电膜单元中施加反向极性脉冲；
-使直流电流沿不同方向通过所述双极开关，以流向发生氧化还原反应的电极；
-在所述电极中产生电化学势，以引起离子向所述单元的不同隔室移动；
-提供一个微控制器或脉冲发生器，所述微控制器或脉冲发生器将指示所述开关改变极性；
-连续地测量所述电膜单元中的电压降和/或电阻；
-为所述电膜单元的电压降和/或电阻限定阈值；
-一旦达到所述阈值，就通过施加具有可变频率、短脉冲宽度且优选地具有比正常条件下操作的强度更大的强度的非对称反向极性脉冲或施加暂停脉冲来清洁所述膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微控制器或脉冲发生器被编程具有指示需要反向极性来清洁所述膜的电压降和/或电阻的阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过施加具有高强度的非对称反向极性脉冲来执行所述膜的清洁，其中在固态元件被反转的情况下，闭合的元件(8和11)被打开且打开的元件(9和10)被闭合，所述电极的极性被反转，其中用作阳极(5)的电极将用作阴极且用作阴极(6)的电极将用作阳极，以10-2至103Hz的频率施加具有在10-5和100秒之间变化的脉冲宽度的脉冲。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过施加暂停脉冲来实现所述膜的清洁，其中在施加暂停期间，所有所述固态元件(8，9，10，11)都是打开的，其中所述暂停对应于每
100至103秒施加的具有在10-2至103秒之间变化的脉冲宽度的脉冲。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电膜工艺是连续的，以更高的频率施加脉冲直到达到一阈值频率值为止，操作中止且施加具有101至107Hz的高频脉冲且持续10-1 4
至10秒，以用于彻底清洁所述膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述工艺的占空比达到80.0％至99.9％之间时，选择所述频率的阈值，该占空比指示了使用就地清洁(CIP)程序彻底清洁所述膜的需要。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，与传统的清洁方案(CIP)一起执行所述膜的清洁。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与由常规系统所实现的极限电流密度相比，增大了极限电流密度，因此增强了所述电膜工艺。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电膜工艺选自以下工艺中的一个工艺：常规电渗析(ED)、可逆电渗析(EDR)、双极膜电渗析(BMED)、电容去离子化(CDI)、电去离子化(EDI)、反向电渗析(RED)、微生物燃料电池系统(MFC)、通过离子浓差极化(ICP)的脱盐。
10.根据权利要求3或9所述的方法，其特征在于，所述电膜工艺是可逆电渗析(EDR)工艺，其中维持反转的极性以继续正常操作，改变所述EDR工艺的相应液压流，且继续脉动。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果未调节所述脉冲的强度，则仅使用一个电源，且如果增大了所述脉冲的强度或产生了暂停，则使用两个电源。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电膜工艺是反向电渗析工艺(RED)，其中由盐分梯度所生成的电化学势产生电能且所述能量的一部分被用于所述膜的周期性自清洁和就地清洁(CIP)方案方法。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以在10-2和103Hz之间变化的频率进行所述清洁工艺。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压降和/或电阻的阈值是在正常条件下的阈值的1.1至10倍。
15.一种用于非对称极性反转的系统，以用于减轻膜表面上的污垢和结垢以及中断电膜工艺中的浓差极化，其特征在于，该系统包括：
-一个电膜单元(4)，该电膜单元(4)包括一对适于反转极性的电极以及一组膜，其中一个电极用作阳极(5)且另一电极用作阴极(6)；
-一个双极开关(3)，该双极开关(3)包括至少四个固态电子元件(8，9，10，11)，该双极开关具有用于调节反向极性脉冲的强度的H桥配置，其中所述元件中的两个元件(8和11)是闭合的且另外的两个元件(9和10)是打开的；
-一个在所述工艺运行时根据所述系统的需求来改变所施加的反向极性的频率和脉冲宽度的设备；
-一个或两个彼此不同的用于调节所述脉冲的强度的电源(1，2)，以将能量传递到所述电膜单元(4)；
-一个微控制器或脉冲发生器，所述微控制器或脉冲发生器将根据所述工艺的变量指示所述开关改变极性，其中所述微控制器集成在所述双极开关(3)的电路系统中；
-其中所述双极开关(3)能够位于所述电源(1，2)内或所述电源(1，2)与所述电膜单元(4)之间。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述双极开关(3)位于已经安装的电膜处理系统中的所述电源(1，2)和所述电膜单元(4)之间。
17.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述电膜单元(4)对应于一个用于以下的单元：常规电渗析(ED)、可逆电渗析(EDR)、双极膜电渗析(BMED)、电容去离子化(CDI)、电去离子化(EDI)、反向电渗析(RED)、微生物燃料电池系统(MFC)、通过离子浓差极化(ICP)的脱盐。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述电膜单元(4)的膜对应于离子交换膜或双极膜。
19.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述固态电子元件(8，9，10，11)对应于MOSFET型晶体管(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极晶体管)中所使用的元件。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述固态电子元件(8，9，10，11)并联连接，以便能够向所述单元供应更多的能量。
21.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述固态电子元件(8，9，10，11)具有保护二极管，所述保护二极管防止由所述单元的隔室之间的盐分梯度所产生的反电动势。
22.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，集成在所述双极开关(3)中的微处理器处理来自所述系统的信息，以便修改脉冲施加变量。
23.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，如果未调节所述脉冲的强度，则仅使用一个电源，且如果增大了所述脉冲的强度或产生了暂停，则使用两个电源。

说明书全文

用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备

技术领域

[0001] 本发明的实施方案涉及电膜(EM)工艺中减轻污垢(ensuciamiento)和结垢(incrustacion)以及中断浓差极化的领域，所述电膜工艺是诸如常规电渗析(ED)、可逆电渗析(EDR，其中极性每隔15-30分钟反转一次，以用于膜的自清洁)、双极膜电渗析(BMED)、电容去离子化(CDI)、电去离子化(EDI)、反向电渗析(RED，其中使用盐分梯度来获得能量)、微生物燃料电池(MFC)系统、通过离子浓差极化(ICP)的脱盐以及与所有上述系统相关联的这种改进操作。

背景技术

[0002] 目前，电膜工艺的污垢和结垢仍然是限制应用这些技术的问题。通过极性反转减轻污垢和结垢是EDR操作中常用的一种策略；每隔15到30分钟应用一次反转功能，每次电极性反转时，脱矿质水的隔室就会变成浓缩液的隔室，反之亦然。该操作还需要改变液压流的相应轨迹。这使得需要复杂液压流且通过自动阀用至少40秒来控制。造成的时间损失以及产物与排斥电流的混合是不可避免的损失，约占总产量的5％。因此，由于时间、劳动力和贵重产品的损失，EDR不用于生产精细化学品。

[0003] 此外，浓差极化是EM工艺中固有的现象，它也限制了这样的系统的操作。在某些时候，当流经系统的电流增加时，由于浓差极化而最终达到限值。在EM工艺的操作中，该值被称为极限电流密度(LCD)，该极限电流密度(LCD)取决于许多参数，因此通常凭经验确定。当以LCD值(或高于该值)工作时，由于水的离解，EM单元中的pH失控，从而导致结垢和污垢的问题。在实践中，仅应用了LCD的80％-90％。通常期望的是，增大这些LCD值以增强工艺，减小要使用的膜的面积，从而减小设备的尺寸和资本成本。

[0004] 50多年前的专利US 3.029.196中描述了直流循环的使用。专利US 8.038.867 B2涉及电脉冲在电渗析中的不明确应用，没有详细提及用于执行该方法的设备。申请WO 2010/143945涉及一种膜自清洁方法，该方法使用用于ED、RED、CDI和MFC的电脉冲的反转。
此说明书提及了电渗析设备，但是没有描述用于产生脉冲电场(PEF)的装置。申请WO 2010/
143945要求保护一种使用反向极性电脉冲清洁膜的设备和方法。但是，它仅提及生成用于施加脉冲宽度的函数，没有关于所使用的电子电路的细节。该申请没有描述基于工艺参数来施加非对称脉冲，H桥的使用或者如何调制脉冲的强度、频率和宽度。专利申请US2016/
228820涉及一种使用不同方法来改善电渗析性能的方法，其中描述了脉冲的反向极性。作者提及，脉冲的施加仅用于清洁电极且无需改变电子和液压系统。没有提及使用任何H桥，使用非对称脉冲中断膜表面上污垢和结垢，以及在单元工作时相对于单元电阻的频率、强度和脉冲宽度变化。

[0005] 此外，文献CN 104.022.676描述了一种使用具有MOSFET和电源的半桥构造来产生非对称脉冲方波的方法。该电路系统与由两个电源供电的H桥(全桥)的配置完全不同。此外，该设备的目的是生成脉冲宽度调制(PWM)，而没有提及在EM工艺中的应用。专利申请US2014/0254204涉及一种基于半桥构造的DC/DC(直流/直流)变流器，以用于使用非对称脉冲实现零电压操作。该文献中所描述的电路系统和应用与本发明完全不同。

[0006] 因此，期望的是一种装置，它可以更新EM工艺，减少污垢和结垢的出现，通过破坏浓差极化现象来增大LCD值，以及增大EDR中的电和液压的极性反转周期。这需要用于反转极性的一对合适的电极(诸如，EDR具有的电极)、第二电源和所描述的设备。该设备可以集成到电源中，以用于施加具有可变频率、脉冲宽度和强度的非对称反向极性脉冲。术语“非对称”是指脉冲的频率、宽度(时间)和强度根据每个系统的需求动态变化。

发明内容

[0007] 只要具有为此类应用设计的合适的反转电极(均可用作阳极或阴极)、第二电源和双极开关，就可以通过以可变频率和可变强度周期性地反转电极性来避免电膜技术中的污垢。反向极性脉冲中断了形成新的矿物质结垢和有机物质污垢，从而避免了对离子交换膜和双极性膜的不可逆损害。此外，反向极性的周期性脉冲通过生成湍流来中断浓差极化现象，从而由于可以达到的更大的极限电流密度(LCD)而允许工艺的强度增加。此外，浓差极化的中断有助于形成pH值，因此减少了结垢的出现。

[0008] 对于EM工艺，这种极性改变必须被施加作为具有可变频率、短脉冲宽度和大于正常操作值的强度的非对称脉冲。因此，需要合适的双极开关，该双极开关被设计用于简单且在资本投资、安装和运行成本方面具有低成本的EM工艺。与EDR不同，通过使用非对称脉冲，不需要改变液压流，因此不需要使用具有复杂流动轨迹的自动阀。

[0009] 此双极开关基于H桥配置，H桥配置是一种在电动机中用于改变旋转方向的技术。这是首次在电膜系统中使用H桥，且H桥由两个不同的电源供电，以用于调节反向极性脉冲的强度。此外，这是首次根据工艺特性来自动调节频率、强度和脉冲宽度。该方法允许在各种电膜系统中反转极性，减少了化学品的添加和系统的维护，增加了膜的稳定性和使用寿命，且通过破坏浓差极化现象增强了工艺(以高极限电流密度)。

[0010] 所描述的系统包括一个或两个(供电或能量的)电源、一个双极开关和一个EM单元。电膜单元是包括各种前述工艺的一般术语，其中如果未调节脉冲强度，则仅使用一个电源，且如果增大了脉冲强度或执行了暂停，则使用两个电源。该单元包含两个电极和一组膜，通常是离子交换膜和/或双极膜。电膜单元中的电极必须适合用作阴极和阳极，以减少极性反转期间退化的风险。如果要包括此功能，则第二电源使得能够调节脉冲的强度。电源通过双极开关将能量传递到电膜单元。直流电流流经控制该电流的方向的双极开关。电能由发生氧化还原反应的电极接收。电极中生成电化学势，从而引起离子向单元的不同隔室移动、水分子离解等。在一些工艺中，由盐分梯度生成的电化学势可产生电能，在这种情况下，所产生的部分能量可以被用于膜的周期性自清洁且被用作就地清洁(CIP)的方法。附图说明

[0011] 图1是与用于周期性反转极性的双极开关耦合的电膜工艺的示意表示。

[0012] 图2是使用第二电源的用于具有可变强度的电膜工艺中的极性反转的H桥电路系统。

[0013] 图3A是在具有非对称反向极性脉冲的常规电膜工艺、可逆电渗析和电膜系统中通过膜堆的近似电压降和/或电阻。

[0014] 图3B是施加为反向极性脉冲、可变频率脉冲且在执行常规清洁方案时可选地使用高频脉冲的近似波形。

[0015] 图4A是在每个反转周期之间的反转脉冲中施加非对称极性、保持用于改变液压流的自动阀的EDR操作模式。所施加的脉冲频率是可变的，且在执行膜的化学清洗时可选地可以使用高频脉冲。

[0016] 图4B是施加具有可变频率脉冲且在应用清洗方案时可选的高频脉冲的非对称极性反向脉冲的电膜工艺的操作模式。

[0017] 图5A是施加具有比正常操作中更高的强度、可变频率且在执行就地清洁方案时可选的高频非对称极性反向脉冲的经更新的EDR操作模式。在每个反转周期之间对该系统进行脉冲控制，以保持用于改变液压流量的自动阀。

[0018] 图5B是施加具有比正常操作中更高的强度、可变频率且在执行常规清洁方案时可选的高频非对称极性反向脉冲的电膜工艺的操作模式。

具体实施方式

[0019] 本发明涉及一种用于非对称极性反转的方法，以用于减轻膜表面上的污垢和结垢以及中断电膜工艺中的浓差极化，该方法包括以下步骤：

[0020] -提供一个电膜单元(4)，该电膜单元(4)包括一对适于反转极性的电极以及一组膜，其中一个电极用作阳极(5)且另一电极用作阴极(6)；

[0021] -提供一个双极开关，该双极开关包括至少四个固态电子元件，该双极开关具有用于引导电流的H桥配置，其中在正常操作条件下，一些元件(8和11)是闭合的，且另外的元件(9和10)是打开的，以给定相应的电流方向；

[0022] -提供一个在EM工艺运行时根据系统的需求而改变所施加的反向极性的频率和脉冲宽度的设备；

[0023] -提供一个或两个彼此不同的用于调节脉冲的强度的电源，以将能量传递到所述电膜单元，其中所述电源中的一个电源(1)在正常条件下推进电膜工艺，另一电源(2)推进在所述电膜单元中施加反向极性脉冲；

[0024] -使直流电流沿不同方向通过所述双极开关，以流向发生氧化还原反应的电极；

[0025] -在所述电极中产生电化学势，以引起离子向所述单元的不同隔室移动；

[0026] -提供一个微控制器或脉冲发生器，所述微控制器或脉冲发生器将指示所述开关改变极性；

[0027] -连续测量所述电膜单元中的电压降和/或电阻；

[0028] -为所述电膜单元的电压降和/或电阻定义阈值；

[0029] -一旦已经达到所述阈值，就通过施加具有可变频率、短脉冲宽度且优选地具有比正常条件下操作的强度更大的强度的反向极性非对称脉冲或施加暂停脉冲来清洁所述膜。

[0030] 此外，本发明涉及一种用于非对称极性反转的系统，以用于减轻膜表面上的污垢和结垢以及中断电膜工艺中的浓差极化，该系统包括：

[0031] -一个电膜单元(4)，该电膜单元(4)包括一对适于反转极性的电极以及一组膜，其中一个电极用作阳极(5)且另一电极用作阴极(6)；

[0032] -一个双极开关(3)，该双极开关(3)包括至少四个固态电子元件(8，9，10，11)，该双极开关具有用于引导电流的H桥配置，其中所述元件中的两个元件(8和11)是闭合的，且另外两个元件(9和10)是打开的；

[0033] -一个在所述工艺运行时根据所述系统的需求改变所施加的反向极性的频率和脉冲宽度的设备；

[0034] -一个或两个彼此不同的用于调节脉冲的强度的电源(1，2)，以将能量传递到所述电膜单元(4)；

[0035] -一个微控制器或脉冲发生器，所述微控制器或脉冲发生器根据所述工艺的变量指示所述开关改变极性，其中所述微控制器集成在所述双极开关(3)的电路系统中；

[0036] -其中所述双极开关(3)能够位于所述电源(1，2)内或位于所述电源(1，2)与所述电膜单元(4)之间。

[0037] 所述微控制器将能够集成工艺信息，且根据所述工艺的需求来调节强度、频率和脉冲宽度。脉冲发生器将能够以固定频率、强度和脉冲宽度来控制极性反转，而不可以根据所述工艺的需求自动调节。

[0038] 图1示出了通过使用双极开关3对单元4中的极性进行周期性反转来更新电膜工艺的总体视图。脉冲的强度可以通过第二电源2来调节，而正常操作则由1供电。

[0039] 图2是本发明的主要实施方案的示意图。一个微控制器或脉冲发生器(在图中未示出)基于先前为特定工艺所形成的或者凭借连续测量电膜单元4中的电压降或电阻所自动设置的最佳条件，通过电路12、13、14和15来控制H桥元件的打开和闭合。该工艺通常使用电源1执行，而电源2被用于施加高强度脉冲。两个电源共用同一接地7。

[0040] 正常操作描述如下：电源1以特定的电压/电流密度连续地推进电池4中的电膜工艺。电极5用作阳极且电极6用作阴极。存在至少四个固态元件8、9、10和11。此时，元件8和11是闭合的，而元件10和9是打开的。所提及的所有固态元件均应具有续流二极管，以保护它们免受单元的隔室之间的盐分梯度所产生的反电动势的影响。

[0041] 对于强度比正常操作更大的反向极性脉冲：当使用第二电源2施加极性反转时，电源1推进单元4中的电膜工艺，从而以比与电源1使用的强度更大的强度推进该工艺且持续较短时间。在此，电极5用作阴极且电极6用作阳极。此时，固态元件8和11是打开的，而固态元件9和10是闭合的。该极性反转可以在微控制器或脉冲发生器中编程。该极性反转可以被视为具有10-2至103Hz的施加频率和在10-5至100秒之间变化的脉冲宽度的脉冲。频率、脉冲宽度以及幅度或强度是必须根据结垢的出现和沉淀物的化学性质来限定的参数。如果在正常操作中以及在极性反转中都使用电源1，则脉冲宽度和/或频率必须是可变的，以在整个操作时间内保持电膜工艺在减轻污垢或结垢方面的最佳性能。如果脉冲的目的仅仅是通过中断浓差极化来增强该工艺，则所施加的脉冲的频率可以保持固定。

[0042] 对于暂停脉冲：当施加暂停(关闭状态)时，电源1会推进单元4中的电膜工艺。此时，所有固态元件8至11在相应的暂停时间内打开。取决于单元的电压降和脉冲宽度，暂停可以被视为每100到103秒施加的脉冲。暂停时间将取决于所选定的电膜工艺中沉淀物或结垢的性质。典型的脉冲宽度值在10-2和103秒之间。所描述的设备能够产生暂停脉冲，但是优选的是，施加在强度方面的反向极性的脉冲，以尽可能少地损失工作时间且减小系统的尺寸，从而降低投资成本。

[0043] 图3A是以17示出的EM单元、以18示出的EDR和以19示出的具有非对称极性反转的EM的近似电压降或电阻。污垢或结垢的速率取决于所处理的液流的成分、物理化学条件(例如，pH值和温度)，以及先前处理的可用性。

[0044] 所施加的脉冲的频率取决于膜表面上的污垢。典型值从10-2到103Hz之间变化。例如，如果膜被污染，则膜堆的电阻将增加，从而导致单元两端的电压降更大。如果所述电压降或电阻达到一个限定的阈值21，则该设备将检测到极性并将该极性反转且持续10-5到100秒之间变化的较短时间(脉冲宽度)，以干扰膜的表面上的沉淀。当该电膜工艺是连续的时，随着操作时间的推移，膜将更容易被污染。因此，所施加的脉冲的频率将逐渐增大，直到达1 7
到限定的值20。当达到阈值频率时，操作将中止且可选地施加大约10至10Hz的高频(清洁)脉冲且持续10-1至104秒，优选地与用于恢复污垢的或结垢的膜的常规CIP方案一起。此时，可以永久反转极性，以像正常操作一样工作在该极性。仅当工作系统是具有相应改变的液压流的EDR时，才能进行永久反转。

[0045] 图3B是在正常操作中具有工作幅度AI的电膜工艺的近似波形。工作频率F1在10-2到103Hz之间变化，直到达到预定的阈值频率值为止，该值大于工艺开始时的值，对应于以20指示的深度清洁。此时，该频率可选地改变到F2中的更高值，具有范围在101到107Hz的值、可变幅度A2、范围在10-8到10-2秒的短脉冲宽度，且在处理时间T2，基于最佳操作和用于CIP的化学品的使用，来确定膜的功能的完全恢复。在恢复膜之后，工作频率F1将返回到初始状态，直到再次达到预定的阈值频率。脉冲的幅度A3优选地高于正常操作中所使用的电压/电流密度，尽管必须避免高电压值(每个膜大于3V)，这是因为所产生的臭氧会损坏膜。脉冲宽度T3根据幅度A3变化。因此，在低强度下，将需要更多的时间来打破浓差极化或干扰沉淀物的形成。当使用单个电源时，A3等于A1。当施加暂停脉冲时，A3等于0。如上所述，脉冲幅度A3将定义脉冲宽度T3。因此，如果减小A3的幅度，则T3的值应增大以确保破坏新的沉淀物，且T1的工作时间将丢失。

[0046] 实施例：

[0047] 下面的实施例使用耦合至电膜系统的双极开关，以通过对优选地微控制器或者对脉冲发生器编程来改变系统的极性。双极开关可以理想地集成在电源内，或者物理上布置为电源和电膜单元之间的额外组件。对于更新已安装的工艺，第二个选项是优选的。

[0048] 在所有处理中，工作频率可以是动态的，取决于污垢和结垢的出现而在10-2至103Hz之间变化。如果施加脉冲的目的是增强工艺，则使用上述相同的频率范围可以保持频率固定。

[0049] 基于这些正常工作值来确定将极性反转为脉冲的时刻的电压降/电流电阻的阈值，该阈值在正常操作值的1.1至10倍之间。当占空比落入80.0％至99.9％之间时，选择频率的阈值，该占空比指示了使用CIP程序彻底清洁膜的时间。可以针对每个系统优化此值。例如，80.0％的占空比意味着20.0％的时间处于反向极性状态。基于反向脉冲的宽度和脉冲频率来计算所述占空比。除其他变量外，处理流体的化学成分、物理化学参数、膜的特性、操作时间将限定所有上述值，且必须针对每个特定工艺进行优化。具有专用微控制器的双极开关可以获取相关信息，例如电压降、电流密度和电阻，以便评估自动脉冲和清洁系统的最佳时间。

[0050] 实施例1：

[0051] 图4A是使用反向极性脉冲的EDR更新。所限定的阈值频率F4是以23指示的随着液压流变化的极性永久反转。在液压流变化的同时，可选地可以施加值在101到107Hz之间的高频脉冲且持续101到104秒。幅度A4或工作周期中的处理强度等于脉冲幅度A5，因为只有一个电源1将能量传递到EDR单元22。在此，脉冲宽度T4是可变的，其值将取决于工艺的特性。

[0052] 该更新将增大电和液压极性反转周期之间的工作时间，从而降低生产率损失，这是因为在周期之间切换液压系统时混合产品不那么频繁了。此操作模式的唯一需求是双极开关3。

[0053] 实施例2：

[0054] 图4B示出了使用反向极性脉冲的电膜工艺的更新。所限定的阈值频率F4是以20对于CIP的指示。幅度A4或操作强度等于所施加脉冲的幅度A5，因为只有一个电源1为系统供电。此更新的需求是双极开关3和一对合适的电极5和6，以用于单元4的极性反转。

[0055] 实施例3：

[0056] 图5A是使用强度大于正常操作的反向极性脉冲的EDR的更新。所限定的频率F4指示在23处随着液压流变化的极性永久反转。在改变液压流的同时，可选地可以施加值在101到107Hz之间变化的高频脉冲且持续101到104秒。幅度A6或工作周期中的处理强度与脉冲的幅度A7不同，因为两个电源1和2在为系统供电。脉冲的幅度A7可以具有高强度，以在短时间内干扰沉淀。同样，所述脉冲的幅度A7可以为0以用作暂停，但是如果目的是增强工艺和系统的自清洁，则不建议此模式。因此，当强度增加时，脉冲宽度或脉冲时间T5将变短，且强度降低时，脉冲宽度或脉冲时间T5将变宽，以便在干扰沉淀物的形成或破坏浓差极化现象方面实现相似的结果。此更新使得能够延长EDR的电和液压极性反转周期之间的工作时间，减少由于液体流的混合和用于改变液压系统的时间而导致的生产率损失。此操作模式的需求是双极开关3和第二电源2。

[0057] 实施例4：

[0058] 图5B示出了使用强度大于正常操作的反向极性脉冲的电膜工艺的更新。使用两个电源1和2，可以向EM单元4施加与正常操作不同的强度。当极性改变时，第二电源2确保了良好的性能和稳定性。脉冲的幅度A7可以具有高强度，以便容易干扰膜表面上的沉淀物。如果A7的幅度为0，则也可以施加暂停，但是此操作模式对于自清洁或增加极限电流密度的强度较低。因此，脉冲宽度T5将随着更高的强度而变窄，且如果强度降低则脉冲宽度将变宽，以便在定期清洁中实现相同的效果。此操作的需求是第二电源2、双极开关3和一对适当的电极5和6，以用于反转极性。

[0059] 本发明的优点：

[0060] 与现有技术相比，通过应用本发明的方法和系统，可以实现以下优点：

[0061] 具有永久性自清洁功能的系统，因此减少了恢复膜功能所需的化学品量和降低了清洗频率；

[0062] 由于浓差极化的破坏，与常规系统相比增大了极限电流强度，从而导致了电膜工艺的增强；

[0063] 通过加强工艺，减小了系统的大小，减少了工作时间且工艺加速；

[0064] 由于浓差极化的破坏，可以更好地控制pH值，避免水的离解，从而避免形成矿物质垢和沉淀胶体；

[0065] 矿物质垢的减少了抗污垢化学化合物的使用；

[0066] 通过增加可逆电渗析的变化周期之间的时间而增大了产量；

[0067] 可以处理具有大量有机物或结垢物质的新型样品。

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用于电膜工艺中非对称极性反转的方法和设备

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